TP de pétrographie : Les roches magmatiques

TP de pétrographie :

Les roches magmatiques

J. KETTOUCHE, Institut des Sciences de la terre U.S.T.H.B

TP Pétrographie des roches magmatiques

Roches magmatiques volcaniques et roches magmatiques plutoniques

Refroidissement lent: gros cristaux.

Refroidissement très rapide (trempe): verre

Gabbro

Basalte Verre basaltique

Refroidissement rapide: petit cristaux.

Si le refroidissement est trop rapide, les cristaux n’ont pas le temps de se développer…

Les roches ayant cristallisé en profondeur ont donc en général des gros cristaux (roches plutoniques), alors que les roches magmatiques de surface (roches volcaniques) ont des petits ou pas de cristaux.

Roches magmatiques volcaniques et roches magmatiques plutoniques

Roches acides et roches basiques

Une roche basique est une roche pauvre en SiO2

Elle est aussi en général riche en Fe et MgEx: basalte

Une roche acide est une roche riche en SiO2 (silice)Elle est aussi en général riche en Ca, Na et KEx: Granite

Roche magmatique= O, Si, Fe, Mg, Al, Ca, Na, K, H

Roches acides et roches basiques

La croute océanique est constituée de roches basiques.

De façon très schématique:

La croute continentale est constituée principalement de roches acides (ex: granite).

La minéralogie est un reflet de la composition chimique

Quelques repères à mémoriser

Basalte/GABBRO:Feldspath plagioclase (Ca)Pyroxène.

Péridotite: OlivinePyroxène

Rhyolite/GRANITE:QuartzFeldspath AlcalinFeldspath plagioclase (Na)Mica ou/et amphibole.

Trachyte/SYENITE:Feldspath AlcalinsMica ou/et amphibole.

Andesite/DIORITE:Feldspath plagioclase (Ca-Na)PyroxèneAmphibole.

Dacite/GRANODIORITE:QuartzFeldspath AlcalinsFeldspath Plagioclase (Na)Mica ou/et amphibole.

Ultra-basique

Basique

IntermédiaireAcides

Intermédiaire

Classification de Streckeisein

Quartz

F. Alcalins F. Plagioclases

Feldspathoïdes

Valable pour les roches avec moins de 90% de ferromagnésiens.

Il faut renormaliser à 100 % après avoir rétiré les ferro-magnésiens.

Remarque

Cette classification concerne uniquement la minéralogie primaire.

Celle-ci peut être modifiée par:-l’altération aqueuse (pluie ou hydrothermalisme)-le métamorphisme (P ou T)

Ex: mica se transforme en chlorite vers 600°C

Les textures des roches plutoniques

Terminologie selon la taille des grains:Grains de taille homogène:Texture aplitique: taille des grains < 1cm (mais visible à l’œil nu)Texture pegmatitique: taille des grains > 1 cm

Grains de taille variable:Texture porphyrique: taille des grains < 1cm (mais visible à l’œil nu)Texture porphyroïde: taille des grains > 1 cm

Terminologie selon la forme des grains:Texture grenue: grains arrondisTexture doléritique: grains en baguettes

Terminologie selon l’agencement des grains:Texture cumulative: accumulations d’1 ou plusieurs phases minéralesTexture poecilitique: 1 phase est « incluse » dans une autre

LE QUARTZ

Le quartz

Formule: SiO2

Lumière naturelle:Forme: sections automorphes hexagonales ou grandes plages de cristaux xénomorphes.Clivages: aucuns mais cassuresCouleur: incoloreRéfringence: faible (nm~1,55)Inclusions: petites inclusions fluides parfoisAltération: inaltérable (cf sable)

Lumière polarisée:Biréfringence: faible (Ng-Np~0,009). Teintes blanc 1er ordre.Extinction: droite mais très difficile à mettre en évidence. Extinction roulante parfois.

Classe: tectosilicatesSystème: subhexagonal

LPNA

LPA

Les felsdpathsPlagioclase: NaAlSi

Alcalins: KAlSi3O8-

[SiO2]

FAMILLE DES TECTOSILICATES

Association des tétraèdres par tous les sommets dans les 3 dimensions de l’espace.

Exemple : quartz, famille des feldspaths* (alcalins et plagioclases), famille des feldspathoïdes

Les Alumino-silicates à tétraèdres en réseau 3D

Les sommets de tétraèdres/octaèdres

définissent des sites dans lesquels se logent

les cations.

Un même site peut être occupé par différents

cations si les rayons ioniques /charges ne

différent pas trop.

On définit ainsi des substitutions, qui sont le

remplacement d'un cation par un autre.

Classiquement,

Si4+ est remplacé par Al3+ et Ti4+,

Mg2+ par Fe2+ et Mn2+,

Na+ par Ca2+ , et

K+ par rien (sauf Na -cas rare- et Ba2+,

NH4+, Cs+).

Les felsdpaths

feldspaths calco-sodiquesSérie des Plagioclase

KAlSi3O8-

CaAl2Si2O8NaAlSi3O8

Les plagioclases sont des

tectosilicates dans lesquels un Si4+ ou

deux Si4+ sont remplacés par un ou

deux Al3+.

Le déficit de charge est alors

compensé soit par un cation alcalins

(Na+ : Na[Si3AlO8], albite ;

K+ : K[Si3AlO8], orthose),

soit alcalino-terreux (Ca2+ :

Ca[Si2Al2O8], anorthite).

Les felsdpaths

Cristaux de microcline

Echantillons macroscopiques bien développés (dans des filons de pegmatites).

orthose

Les felsdpaths plagioclases

NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8

Lumière naturelle:Forme: Sections allongées sub-rectangulaires ou aciculairesClivages: 2 très difficiles à observerCouleur: incolore plus ou moins salesRéfringence: faible (nm~1,53 à 1,58)Altération: Souvent en paillettes incolores biréfringentes (séricite)

Classe: tectosilicatesSystème: triclinique

LPNA

LPA

Caractères macroscopiquesA la cassure présence de clivages.Teintes blanches à grises. D : 6 – π : 2. 6 à 2.76

Les felsdpaths plagioclases

NaAlSi3O8 Albite CaAl2Si2O8 Anorthite

LPNA

LPA

Caractères distinctifsRelief, macles multiples dénombrables.TransformationsSe transforme aisément en séricite.

Lumière polarisée:Biréfringence: faible (Ng-Np~0,007 à 0,013). Teintes grises à blanc 1er ordre.Extinction: angle variable en fonction de la composition chimique.Macles: polysynthétiques (de l’albite). Macles de Carlsbad possible.

Les felsdpaths plagioclases

Plagioclase: NaAlSi3O8-CaAl2Si2O4

•Aligner suivant l’axe de la macle. •Tourner de 45°. Le cristal doit être gris de façon homogène.•Tourner de chaque coté jusqu’à extinction et mesurer l’angle.•Angle maximum=a.Si vers la gauche, a est négatif.Si vers la droite, a est positif.Reporter a sur le diagramme.

Oligoclase

Andesine

Anorthite

Bitownite

Albite

Labrador

PLAGIOCLASE

Les felsdpaths alcalins

NaAlSi3O8-KAlSi3O8

Lumière naturelle:Forme: Sections allongées sub-rectangulaires.Clivages: (001) et (010) souvent difficiles à voir.Couleur: incolore plus ou moins salesRéfringence: faible (nm~1,53)Altération: Souvent en petit minéraux brunatres non biréfringents (argiles,…). Rare pour la sanidine.

Classe: tectosilicatesSystème: monoclinique

LPNA

LPA

Caractères macroscopiquesA la cassure présence de clivages et macles.Teintes claires variables selon les impuretés, les teintes blanches et roses étant les plus fréquentes.D : 6 – π : 2. 5

• Microcline Triclinique (B T°)

• Sanidine Monoclinique (R.V)

• Orthose Monoclinique (M.T°)

3 formes en fonction de la température

Les felsdpaths potassiques

[KAlSi3O8 ]

LPNA

LPA

Lumière polarisée:Biréfringence: faible (Ng-Np~0,007). Teintes grises 1er ordre.Extinction: Faible (0-10°) par rapport au clivage ou a l’allongement.Macles: orthose et sanidine: simple de Carlsbard fréquente;microcline: moirage (macles de l’albite et de la péricline ou multiples (polysynthétique) mais beaucoup plus fine que pour le plagioclase.

Caractères distinctifsRelief, macles, altération facile.

TransformationsSe transforme aisément en séricite et kaolinite.

MICROCLINE

SANIDINE

ORTHOSE

Perthite : exsolution d'albite dans une microcline (LPA) (© Michel Dubois)

Mymékite : interpénétration quartz-albite (LPA) (© Michel Dubois)

Feldspath solution solide K-Na

Haute T

Milieu de formation

Haute température

Feldspath à zones Na et K distinctes

Feldspath solution solide K-Na

Roche volcanique: trempe

Roche plutonique: refroidissement lent

Rappel : a haute température

Milieu de formationFeldspath K

Feldspath Na

Roche filonienne

Roches volcaniques => 1 type de cristaux, homogènes

Roches plutoniques => 1 type de cristaux, 2 phases Na et K coexistent dans le même cristal: perthites

Roches filoniennes => 2 types de cristaux Na et K

Rappel : a basse température

Conclusion

Echelle des teintes de biréfringence de Newton

LES MICAS

1.Les Phyllosilicates[phyllo = feuille]

Sur les 4 sommets, un seul n'est pas en relation avec un autre tétraèdre. Cette structure forme ainsi un réseau plat à maille hexagonale.•Les micas : Leur aspect extérieur est lamellaire ou fibreux.

•le mica blanc ou muscovite, riche en K essentiellement, •Le mica noir ou biotite, riche en K, Mg et Fe. On ne la rencontre pas dans les roches sédimentaires.

•Les chlorites et serpentines qui proviennent de l'altération d'autres minéraux ferro-magnésiens (pyroxènes, micas, amphiboles, olivine). •Le talc, caractéristique des roches métamorphiques. •Les minéraux argileux (illite, kaolin..).

On utilise la biotite dans la fabrication d'équipement électrique et électronique, des matériaux d'isolation, des peintures, des ciments et des plastiques.

La BiotiteLa biotite est un mica noir contenant du fer et du magnésium. Elle fut nommée ainsi en l'honneur du physicien français, Jean-Baptiste Biot. Comme tous les micas, la biotite possède un clivage parfait permettant de se séparer en minces feuillets. Ces feuillets transparents d'éclats vitreux, résistants, flexibles et élastiques offrent des propriétés thermiques et électriques intéressantes.

Micas Noir = Biotite [Si3 Al O10 (OH, F)2] K (Mg, Fe)3

En LPNA(sans analyseur)

Au microscope avec le plus faible grossissement

En LPA(avec analyseur)

•Couleur brune,• forme souvent allongée. •Changement de couleur du minéral du brunfoncé au jaune (minéral pléochroïque). • Présence de fines fissures parallèles dans lesens de la longueur (=clivages).

Teintes sombre à brune, parfoisorangée, et les contours sontbien nets•clivage parfait (débit en lamelles),• extinction droite,• biréfringence forte, mais teintes de polarisation atténuées par la couleur naturelle brune accentuée du minéral. •Extinction droite.• Allongement positif.

Micas Blanc = Muscovite [ Si3 Al O10 (OH, F)2] K Al2

En LPNA(sans analyseur)

Au microscope avec le plus faible grossissement

En LPA(avec analyseur)

•Minéral incolore.•Sections rectangulaires allongées avec de fines fissures parallèles dans le sens de la longueur.• Présence de fines fissures parallèlesdans le sens de la longueur (=clivages).

•biréfringence forte, •Teintes de polarisation très vives (bleu, jaune ou vert) du 2ème ordre, •extinction droite.

En LPNA(sans analyseur)

En LPA(avec analyseur)

LES PYROXENES

Les pyroxènes (du grec πςπ, feu, et ξενορ, étranger, « étranger au feu »1) sont une famille de minéraux du groupe des inosilicates. Ce sont des composants courants des roches ignées et métamorphiques. Ils sont apparentés aux amphiboles, dont ils se distinguent notamment par leur caractère anhydre (absence de groupes OH) et leur angle de directions de clivage.

La structure des pyroxènes est celle des plus simples inosilicates, c'est-à-dire un assemblage de chaînes simples de complexes tétraédriques SiO4. De ce fait, le rapport Si/O vaut 1/3,

avec une période de chaîne de (Si03)n. La formule générale d'un pyroxène est par conséquent XY(SiO3)2, où X est un

gros CATION (Na+, Ca+, Li+, Mg2+, Fe2+, Mn2+...) et Y un cation de taille moyenne (Mg2+, Fe2+, Mn2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Ti4+...)1

Les pyroxènes appartiennent en général au système monoclinique (clinopyroxène), parfois orthorhombique(orthopyroxène), avec une forme cristalline en prismes trapus, caractérisés par deux clivages pratiquement orthogonaux (93° ou 87°1).

LE GROUPE DES PYROXÈNESPyroxène n. m. (Ca,Na,Mg,Li)(Mg,Fe,Ti,Al)(Si,Al)2O6

Aégyrine NaFeSi2O6 Hédenbergite CaFe(Si2O6)

Augite (Ca,Na)(Mg,Fe,Ti,Al)(Si,Al)2O6 Hypersthène (Mg,Fe)(SiO3)

Bronzite (Mg,Fe)SiO3 Orthoferrosilite FeSiO3

Diopside CaMg(Si2O6) Spodumène LiAlSi2O6

Enstatite MgSiO3

Les pyroxènes sont des ferro-magnésiens (présence de Fe et Mg dans leur composition chimique) et leur couleur varie selon la composition chimique. Les pyroxènes de teintes foncés sont associées à l'abondance de Fe dans la composition tandis que ceux de teintes claires sont associées à l'abondance de Mg. Les cristaux de pyroxènes sont généralement de forme prismatique plus ou moins trapu. Le groupe des pyroxènes est le représentant des inosilicates à chaînes simple. Signes distinctifs:

couleur généralement foncée, forme prismatique, 2 clivages se recoupant à angle droit.

Diopside CaMg(SiO3)2

Hédenbergite CaFe(SiO3)2

Pigeonite (Mg,Fe,Ca)2(SiO3)2

Augite (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)[(Si,Al)O3]2

Nomenclature des clinopyroxènes ferromagnésiens et calciques.

Les Clinopyroxènes ferromagnésiens et calciques

Nomenclature des clinopyroxènessodiques.

Aegyrine NaFe3+Si2O6

Jadéite NaAlSi2O6

Jervisite (Na,Ca,Fe)(Sc,Mg,Fe)Si2O6

Kosmochlor NaCrSi2O6

Namansilite NaMn(Si2O6)Natalyite Na(V,Cr)Si2O6

Spodumène LiAlSi2O6

Les intermédiaires entre l'augite et l'aegyrine constituent les augitesaegyriniques , ceux entre diopside ou augite et jadéite, les omphacites ou omphazites souvent chromifères.

Les Clinopyroxènes alcalins

Ce sont des minéraux allant de l'enstatite (pôle magnésien) à l'orthoferrosilite (pôle ferreux).La formule chimique générale est Dans cette série on trouve l'hypersthène (30 à 50 % de Mg) et la bronzite (10 à 30 % de Mg).

Les Orthopyroxènes

enstatite hypersthène

Couleur INCOLOR

Alteration serpentine ouraliteBiréfringence faible gris a blanc

du 1er ordre

Extinction droite

Couleur faible du vert paleà rose saumon

Alteration serpentine ouraliteBiréfringence faible jaune orangé

fin du du 1er ordre

Extinction droite

LES AMPHIBOLES

Les amphiboles sont une famille de minéraux, silicates de fer, de calcium ou de magnésium. Elles cristallisent dans les systèmes orthorhombique et monoclinique en prismes très allongés, avec un clivage typique selon les faces du prisme. Elles appartiennent au groupe des inosilicates.

LE Groupe des amphiboles Amphibole n. f. (Ca,Mg,Fe,Al,Na)7 Si8O22(OH)2

PRINCIPALES AMPHIBOLES

Actinote Ca2(Mg,Fe)5 Si8O22(OH)2 Grünerite Fe7Si8O22(OH)2

Anthophyllite (Mg,Fe)7 Si8O22(OH)2 Hornblende (Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5Si6(Si,Al)2O22(OH)2

Arfvedsonite Na3Fe42+Fe3+ Si8O22(OH)2 Riebeckite Na2Fe3

2+Fe23+Si8O22(OH)2

Cummingtonite Fe2Mg5Si8O22(OH)2 Trémolite Ca2Mg5 Si8O22(OH)2

Glaucophane Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2

Les amphiboles sont des ferro-magnésiens (présence de Fe et Mg dans leur composition

chimique) et leur couleur varie selon la composition chimique.

Les amphiboles de teintes foncés sont associées à l'abondance de Fe tandis que celles de teintes

claires sont associées à l'abondance de Mg.

Les cristaux d'amphiboles sont généralement de forme alongée, prismatique ou aciculaire.

Le groupe des amphiboles est le représentant des inosilicates à chaînes doubles.

Signes distinctifs:

couleur généralement foncée,

forme prismatique ou aciculaire,

2 clivages se recoupant avec des angles 60˚ - 120˚.

Le tableau récapitulatif des observations

Minéral 1 Minéral 2 Minéral 3

LPNA

Taille

Couleur

Forme

Relief/indice

Clivages

Pléochroïsme

LPA

Teinte

Biréfringence

Macle

Angle d’extinction

Conclusion

Nom

Formule

Observations en lumière naturelle

•Taille des minéraux: à préciser même si elle n’est pas un critère d’identification•Forme des cristaux (xénomorphe, automorphe, …): renseigne sur l’histoire de cristallisation•Clivages: familles de plan selon lequel le minéral à tendance à se débiter= « famille de « traits » parallèles. A ne pas confondre avec les..•Cassures: surfaces non planes donnant des courbes quelconques= liées à l’histoire de la roche, au refroidissement•Couleur et pléochroïsme: -minéraux opaques (oxydes) ou incolores (quartz)

-minéraux colorés non pléochroïques: pas dechangement de couleur à la rotation de la platine-minéraux pléochroïques: variation de teinte entre un pôle foncé et un pôle clair.

•Réfringence (ou indice de réfraction)= relief : faible pour les tectosilicates (quartz, feldspaths) fort pour l’apatite ou le grenat.•Altération et inclusions: destabilisation des cristaux en phases secondaires. Le long de la bordure ou selon les cassures ou clivages.

Observations en lumière polarisée et analysée

•Angle d’extinction:-les milieux isotropes (non biréfringents) et les sections cylindriques restent

toujours éteintes.-Toute autre section s’éteint 4 fois par tour et l’éclairement maximum a lieu a

45° des positions précédentes.-angles d’extinction évalué après positionnement en NS d’une direction

cristallographique remarquable (clivage, …) -observer plusieurs sections, seule la valeur MAX est caractéristique du minéral étudié.•Biréfringence: -a l’éclairement maximum d’une section, essayer de situer la teinte observée dans l’échelle de Newton.-observer plusieurs sections: seule la valeur MAX est caractéristique du minéral étudié. Dn=ng-np

-certains minéraux ont des teintes anormales (minéraux très colorés,…)•Macles: associations de deux réseaux cristallins appartenant au même cristal: différentes positions d’extinction, de teinte de birefringence.

Réalisation d’un schéma descriptif

Représentation des sections en lames minces

Réalisation d’un schéma descriptif

Faire deux schémas de la même zone, un en LPA et un en LPNA.