Les minéraux silicatés en chaînes Les inosilicates

Les minéraux silicatés en chaînes Les inosilicates

Deux grandes familles

I) Les pyroxènes: les tétraèdres SiO4 sont joints Par sommets et forment des chaînes simples

II) Les amphiboles: les chaînes simples sont jointesEntre elles: chaînes doubles

Les deux familles présentent de grandes similaritésAu niveau de leur propriétés physiques et chimiques

Les pyroxènes peuvent réagir avec un fluide du métamorphisme pour donner des amphiboles

Les amphiboles sont des minéraux hydroxylés

Les pyroxènes: chaînes simples

Diopside CaMgSi2O6

Les pyroxènesdes cristaux trapus

Coloration faible, très peu de Fe2+

Chaque tétraèdre partage deux de ses quatreOxygènes avec ses voisins dansLa chaîne - Unité Si2O6 ou SiO3

Diopside bleu = Si Diopside bleu = Si pourpre = M1 (Mg) jaune = M2 (Ca)pourpre = M1 (Mg) jaune = M2 (Ca)

Quatre types de sites pour les cations

a) Gros sites M2 qui sont soit octaédriques (6) soitCubiques (8) qui accueillent de gros cations(Ca2+, Na+) ou des cations de tailles moyennes (Fe2+

Mg2+,Mn2+)

b) Des petits sites M1 qui sont octaédriques qui accueillent les cations de tailles moyennes et desCations de petites tailles (Al3+, Fe3+, Ti4+)

Les substitutions Al, Si dans les tétraèdres sontPeu fréquentes

Les orthopyroxènes (OPX)

Sites M2 octaédriques avec des cationsde tailles moyennes (Fe2+, Mg2+, Mn2+)Structure cristallographique orthorhombique

Les clinopyroxènes (CPX)

Sites M2 cubiques accueillent des grosCations (Ca2+, Na+) Structure cristallographique monoclinique

bb

a si

na

sin

Diopside bleu = Si pourpre = M1 (Mg) jaune = M2 (Ca)Diopside bleu = Si pourpre = M1 (Mg) jaune = M2 (Ca)

Mode d’enchaînement des polyèdres

Les sites M2 sontEntre les bases des Tétaèdres et les sitesM1 entre les oxygènesapicaux

Sites M1

Clivage: plan de cassure autour des unités I, sites M2 fragiles - Cassures peu nettes

90°

cc

aa

(+) M1

(+) M2

(+) M2

La chaine La chaine tétraédrique tétraédrique

au-dessus des au-dessus des sites M1 est sites M1 est décalée par décalée par

rapport à celle rapport à celle située dessoussituée dessous

maillemaille monoclinique monoclinique

= = clinopyroxèneclinopyroxène

ss

cc

aa

(+) M1

(-) M1

(-) M2

(+) M2I alternésI alternés

maillemaille orthorhombique orthorhombique

==

OrthopyroxenesOrthopyroxenes

DiopsideDiopside HedenbergiteHedenbergite

WollastoniteWollastonite

EnstatiteEnstatite FerrosiliteFerrosilite

orthopyroxenes

clinopyroxenes

pigeonite

Mg2Si2O6 Fe2Si2O6Fe en M2 (6) plus grosque M1

CaMgSi2O6 CaFeSi2O6

Les sites M2 (8)ContiennentLe Ca

CaSiO3

Le clinopyroxène calcique le plus répandu estL’AUGITE: Ca (Mg, Fe)Si2O6

Il peut contenir un peu d’Al en substitution de Si

Les clinopyroxènes sodiques font des solutionssolides Jadéite NaAlSi2O6 - Aegyrine NaFeSi2O6

Un pyroxène contient du Li:Le spodumène : LiAlSi2O6

Les cpx calciques font également des solutionssolides avec les cpx sodiques

JadeiteJadeite

NaAlSiNaAlSi22OO66

Ca(Mg,Fe)SiCa(Mg,Fe)Si22OO66

AegirineAegirine

NaFeNaFe3+3+SiSi22OO66

Diopside-HedenbergiteDiopside-Hedenbergite

CaAlCaAl22SiOSiO66

Ca / (Ca + Na)Ca / (Ca + Na)

0.20.2

0.80.8

Omphaciteaegirine- augite

AugiteAugite

Spodumene: Spodumene: LiAlSiLiAlSi22OO66

(Ca, Na)(Mg, Fe2+, Fe3+,Al)Si2O6

Dans les roches magmatiquesPlus commun = augite, pigeonite et opx associésaux plagioclases, aux olivines et aux hornblendes

Gisements

Dans les roches métamorphiquesLe diopside est présent dans les roches carbonatéesDans les roches volcaniques métamorphiséesessentiellement augite et diopsideLes px sont peu stables et se transformentrapidement en argile à la surface

Les amphiboles: chaines doubles

Enchaînements de chaînes doubles // à l’axe cUnité Si4O11

Les sites s’empilent comme dans les pyroxènes

Cette géométrie produit 5 types de sites différents

3 sites octaédriques M1, M2, M3 entre les oxygènes apicaux des tétraèdres2 sites de grandes tailles (6 ou 8) M4 et un site de coordinence 10 A entre les bases des tétraèdres

bb

a si

na

sin

Hornblende:Hornblende:(Ca, Na)(Ca, Na)2-3 2-3 (Mg, Fe, (Mg, Fe,

Al)Al)55 [(Si,Al) [(Si,Al)88OO2222] ] (OH)(OH)22

Hornblende bleu foncé= Si, Al pourpre = M1 rose = M2 Hornblende bleu foncé= Si, Al pourpre = M1 rose = M2 Bleu clair = M3 (tout Mg, Fe) jaune = M4 (Ca) boule pourpre = A (Na)Bleu clair = M3 (tout Mg, Fe) jaune = M4 (Ca) boule pourpre = A (Na)

boules turquoise = Hboules turquoise = H

Exemple de la hornblende

Même architecture Même architecture I plus larges I plus larges

(double chaines)(double chaines)

Hornblende bleu foncé = Si, Al pourpre = M1 rose = M2 Hornblende bleu foncé = Si, Al pourpre = M1 rose = M2 bleu = M3 (tout Mg, Fe)bleu = M3 (tout Mg, Fe)

Sites octaédriques M1, M2, M3

bb

(+)(+) (+)(+)

(+)(+)

(+)(+)

(+)(+)

a si

na

sin

Même Même orientation = orientation =

clinoamphiboleclinoamphiboles alternance = s alternance = orthoamphibolorthoamphibol

eses

Hornblende vue (001) bleu foncé= Si, Al pourpre = M1 rose = M2 Hornblende vue (001) bleu foncé= Si, Al pourpre = M1 rose = M2 Bleu clair = M3 (tout Mg, Fe) jaune = M4 (Ca) boule pourpre = A (Na)Bleu clair = M3 (tout Mg, Fe) jaune = M4 (Ca) boule pourpre = A (Na)

boules turquoise = Hboules turquoise = H

Hornblende vue (001) bleu foncé= Si, Al pourpre = M1 rose = M2 Hornblende vue (001) bleu foncé= Si, Al pourpre = M1 rose = M2 Bleu clair = M3 (tout Mg, Fe) jaune = M4 (Ca) boule pourpre = A (Na)Bleu clair = M3 (tout Mg, Fe) jaune = M4 (Ca) boule pourpre = A (Na)

boules turquoise = Hboules turquoise = H

M4 est cubique = clinoamphibole (Ca et Na)M4 est octaédrique = orthoamphibole (Fe, Mg)

OHLa présence des OH diminue la stabilité thermiqueA HT décomposition en px

Clivages à 120°

Les clinoamphiboles sont les plus répanduesCa2Mg5Si8O22(OH)2 - Ca2Fe5Si8O22(OH)2 Trémolite Actinote

La grunérite Fe7Si8O22(OH)2 donne une amphibole fibreuse : l’amiante brun ouamosite

La hornblende est une amphibole sodiqueNa2Fe3Fe2Si8O22 qui peut être asbestiformeAmiante bleu ou crocidolite

Quelques exemples d’amphiboles

•Ca-Mg-Fe Amphibole “quadrilatère” (analogie avec pyroxènes)

TremoliteTremolite

CaCa22MgMg55SiSi88OO2222(OH)(OH)22

FerroactinoteFerroactinoteCaCa22FeFe55SiSi88OO2222(OH)(OH)22

AnthophylliteAnthophyllite

MgMg77SiSi88OO2222(OH)(OH)22FeFe77SiSi88OO2222(OH)(OH)22

Actinote

Cummingtonite-grunerite

OrthoamphibolesOrthoamphiboles

ClinoamphibolesClinoamphiboles

Gisements

Roches magmatiques basiques et U-basiquesPeu présentes car faible proportion d’eau dans cesmagmas

Roches métamorphiquesCe sont des minéraux de ce types de rochesOn trouve un faciès amphibolite dans le métamorphisme régional

•Récapitulatif inosilicates

•Pyroxenes et amphiboles sont très similaires:– chaines de tétraèdres SiO4

– chaines connectées sous forme de I-beams par les octaèdres M– Formes calciques=monocliniques avec décalages T-O-T dans la même

direction– Pauvres en Ca = formes orthorhombiques avec décalages alternants

++++ ++

++++++

++++++ --

-- --

----

--

++++++

aa

aa

++++ ++

++++ ++

++++ ++

++++ ++

----

--

----

--

ClinopyroxeneClinopyroxene

OrthopyroxeneOrthopyroxene OrthoamphiboleOrthoamphibole

ClinoamphiboleClinoamphibole

Les silicates à tétraèdres en feuilletsLes phyllosilicatesMicas et argiles

SiO4 tétrahèdres polymérisés en feuillets 2-D : [Si2O5]

Oxygènes apicaux liés aux autres constituents

Couches octaédriques analogues à celles des hydroxydes

Brucite: Mg(OH)Brucite: Mg(OH)22

Couches avec Mg Couches avec Mg octaédrique entouré octaédrique entouré de (OH)de (OH)

Grand espacement le Grand espacement le long de long de cc avec avec liaisons H faiblesliaisons H faibles

cc

Gibbsite: Al(OH)Gibbsite: Al(OH)33

Couches avec Al octaédrique entouré de (OH) Couches avec Al octaédrique entouré de (OH) Charge de AlCharge de Al3+3+ : : seuls les 2/3 des sites sont occupésseuls les 2/3 des sites sont occupés

(équilibre des charges)(équilibre des charges)

Couches brucitiques=Couches brucitiques=trioctaédriquestrioctaédriques

couches gibbsitiques=couches gibbsitiques=dioctaédriquesdioctaédriques

aa11

Couches tétraédriques liées aux couches octaédriques

Groupes (OH) localisés au centre des anneaux T (pas de O apical)

Kaolinite (minéral argileux):Kaolinite (minéral argileux): AlAl22 [Si [Si22OO55] ] (OH)(OH)44

Couches T et Couches T et didioctaédriques octaédriques (Al(Al3+3+))

(OH) au centre des anneaux à 6T et à la base des couches (OH) au centre des anneaux à 6T et à la base des couches octaédriquesoctaédriques

Jaune = (OH)Jaune = (OH)T T O O -- T T O O -- T T OO

Liaisons H entre les groupes T-OLiaisons H entre les groupes T-O

Serpentine (Serpentine (variété fibreuse = amiante variété fibreuse = amiante

chrysotilechrysotile)):: MgMg33 [Si [Si22OO55] (OH)] (OH)44

Couches T et Couches T et tritrioctaédriques octaédriques (Mg(Mg2+2+))

(OH) au centre des anneaux T et à la base des couches (OH) au centre des anneaux T et à la base des couches octaédriquesoctaédriques

T T O O -- T T O O -- T T OO

Liaisons H entre les groupes T-OLiaisons H entre les groupes T-O

Jaune = (OH)Jaune = (OH)

Serpentine

Couches octaédriques un peu Couches octaédriques un peu plus grandes que les couches plus grandes que les couches tétraédriques = enroulement tétraédriques = enroulement autour des couches T-Oautour des couches T-O

Antigorite = feuillets Antigorite = feuillets maintenus par des maintenus par des

segments alternés de segments alternés de courbure opposéecourbure opposée

Chrysotile = tubesChrysotile = tubes

Serpentine

Les tubes de chrysotile montrent l’origine Les tubes de chrysotile montrent l’origine des phyllosilicates asbestiformesdes phyllosilicates asbestiformes

S = serpentine T = talcS = serpentine T = talc

Le chrysotile

PyrophyllitePyrophyllite:: AlAl22 [Si [Si44OO1010] (OH)] (OH)22

Couche T – Couche Couche T – Couche didioctaédrique octaédrique (Al(Al3+3+)) - - Couche T Couche T

(OH) au centre des anneaux T (OH) au centre des anneaux T

T T O O T T -- T T O O T T -- T T O O TT

HH

HH

Liaisons H entre les groupes T-OLiaisons H entre les groupes T-O

Jaune = (OH)Jaune = (OH)

TalcTalc:: MgMg33 [Si [Si44OO1010] (OH)] (OH)22

Couche T – couche Couche T – couche tritrioctaédrique (Mgoctaédrique (Mg2+2+) - ) - Couche T Couche T

(OH) au centre des anneaux T(OH) au centre des anneaux T

T T O O T T -- T T O O T T -- T T O O TT

HH

HH

Liaisons H entre les groupes T-OLiaisons H entre les groupes T-O

Jaune = (OH)Jaune = (OH)

Comme les amphiboles, les micas sont hydroxylésKAl3Si3O10 (OH) 2

AlSi3O10(OH) 2K(Mg, Fe)3

Muscovite

Biotite

MuscoviteMuscovite:: KK Al Al22 [Si [Si33AlAlOO1010] (OH)] (OH)2 2 (subst couplée K - Al(subst couplée K - AlIVIV))

Couche T – Couche Couche T – Couche didioctaédrique (Aloctaédrique (Al3+3+) - Couche T ) - Couche T

(OH) au centre des anneaux T (OH) au centre des anneaux T K entre T - O – T: liaison plus forteK entre T - O – T: liaison plus forte

T T O O T T K K T T O O T T K K T T O O TT

Phlogopite:Phlogopite: K K MgMg33 [Si [Si33AlOAlO1010] (OH)] (OH)22

Couche T - couche Couche T - couche tritriocaédrique ocaédrique (Mg(Mg2+2+)) - couche T- - couche T- couche couche KK

T T O O T T KK T T O O T T KK T T O O TT

K entre T - O – T: liaison plus forteK entre T - O – T: liaison plus forte(OH) au centre des anneaux T (OH) au centre des anneaux T

Complexe sphère externe

Complexe sphère interne

Modes d’enchaînementsEntre les couches T-O-T

•Les Structures

Phyllosilicates