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# Les tétraèdres partagent leurs quatre sommets entre eux etforment un réseau peu dense et ouvert
# Minéraux très polymérisés
# Cas de la silice:Si aucun atome ne se substitue au Si : formule stoechiométriqueSiO2
La neutralité du minéral est respectée
# Si Al3+ se substitue à Si4+ des cations intersticiels sont nécessairespour compenser la charge
# Les grandes cavités disponibles (arrangement des tétraèdres) Permettent l’introduction de gros cations (K+, Ca2+…)
Les tectosilicates: Connexion 3D des tétraèdres
# Les minéraux basés sur un réseau alumino-silicaté sont les plus abondants pour la croûte terrestre
# Les feldspaths représentent 65% en volume
# Réponse structurale aux changements de composition, température etpression
# A haute température, structure très ouverte avec des enchainementstétraédriques très symétriques
La silice
Formes contrastées: cristaux formés dans des filons hydrothermaux
Tous les tétraèdres sont polymérisés formule = SiO2.
cristaux de quartz en remplissage des derniers vides persistant lors du
refroidissement du granite
Les polymorphes de la silice
Différentes formes sur Terre
I) Domaines de stabilité en température
Le quartz est le plus commun des polymorphesIl est stable jusqu’à 857°C avec deux polymorphes de basse température (alpha - 573°C- beta)
Vient ensuite la forme tridymite stable entre 857°CEt 1470°C
La forme de haute température est la cristobalitestable entre 1470°C et 1713°C le point de fusion
Les changemenst de structure des formesQuartz - tridymite - cristobalite sontde type reconstructifs soit uneRupture et reconstruction des liaisonsSi-O
Le passage de la forme alpha à la forme betadu quartz est dite displacivePas de rupture des liaisons mais modificationdes angles Si-O-Si
La forme beta est la plus symétrique, le quartz alpha est le plus répanduLes variétés les plus pures sont incolores et transparentes
II) Domaines de stabilité en pression
La coesite est une forme de haute pression stable dans lesConditions de la base de la croûte (>20Kbars)
La stishovite est stable dans les conditions du manteau(>75kbars)Minéral dans lequel Si est trouvé en coordinence 6
III) Environnements de basse température ou sur le fond des océans
La silice est trouvée sous la forme amorphe ou sous une forme Partiellement cristallisée (opale, calcédoine)
La structure des polymorphes hautes températures
Les tétra sont joints par sommets et forment descouches.Pointes alternées = anneaux de structure hexagonale
Tridymite : ABABAB…Cristobalite : ABCABCABC…
Empilements hexagonaux non compacts
La structure des polymorphes hautes pressions
Les anneaux à 6 tétra dans le quartz passent à 4 tétra dans la coesite
La stishovite présente des octaèdres partageant des arêtes
Récapitulatif: diagramme pression et témperature
Si le quartz est laiteux = impuretés sous forme de bulles de gaz oude liquide (CO2, H2O, NaCl) ou sous forme d’inclusions d’autres minéraux:Rutile = cheveux de Vénus (TiO2)Dumortiérite (rose) = quartz rose
Forme macroscopiques du quartz
La silice dans les environnements marins
Accumulation de débris de coquilles siliceuses (diatomées et radiolaires)Dépôt de silice amorphe de type opaleRecristallisation pour donner les Cherts (dépôts de quartz très finementCristallisés)
La série Kalsilite - néphéline
Lorsque Si est remplacé par Al, des cations intersticiels se placent dansla structure pour équilibrer les charges
Contrôle de la structure du minéral par la charge des cations (distorsion)
La kalsilite (KAlSiO4) et la néphéline (K, Na)AlSiO4 la moitié des Si estRemplacée par Al K ou Na occupent les canaux de la structure
Les Alumino-silicates à tétraèdres enréseau 3D: les feldspaths
- substitution couplée:1Si = 1Al+alcalin2Si = 1Al+alc.terreux
-feldspaths alcalins:Na-K
- feldspaths calco-sodiques: plagioclases
Haute température
Cristaux de microcline
Feldspaths en lame mince. Echantillons macroscopiques bien développés (dans des filons de pegmatites).
orthose
Solution solide limitée entre feldspaths alcalins à basse température: formation de structures caractéristiques (perthites).
Solution solide dans les plagioclases
Les feldspaths potassiques KAlSi3O8:
3 formes en fonction de la température
Sanidine dans roches volcaniquesMicrocline à basse température Orthose à moyenne température (granites).
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
Basse 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
Quelques minéraux non silicatés
Apatite
L'apatite = Ca3(PO4)2 minéral accessoire des roches magmatiques alcalines (granites, syénites, pegmatites et laves équivalentes), des carbonatites et des calcaires métamorphiques.
On la trouve en grains ou en agrégats dans ces roches.
L'apatite appartient au système hexagonal, de couleur blanche, verte, bleu violacé ou incolore,à éclat vitreux ou résineux.
En proportions importantes, dans les roches sédimentaires phosphatées
Le fluor prédomine en général (variété fluorapatite)
Apatite = principal minerai de phosphore
Exploitation des gisements sédimentaires A la base de l'industrie des engrais simples ou composés en association avec l'azote et la potasse (superphosphates, mélange, pour engrais, de phosphate monocalcique et de sulfate de chaux).
Elle est accessoirement utilisée pour l'alimentation du bétail (phosphate bicalcique), comme acide phosphorique dans les détergents (polyphosphates) et pour la fabrication du phosphore pur.
Les principaux producteurs sont les États-Unis, le Maroc, la Chine, ainsi que la Tunisie, la Jordanie, l'Afrique du Sud, le Brésil, le Togo,Israël, le Sénégal et la Syrie.
La bauxite
La bauxite (des Baux-de-Provence) est une roche sédimentaire ou résiduelle, qui est le minerai presque exclusif de l'aluminium
(plus de 95 %). Il s'agit d'une roche d'aspect et de composition complexes
Formations bauxitiques, très variées: hydroxydes d'aluminium (bœhmite [Al2O3, H2O]) gibbsite [Al(OH)3] diaspore – polymorphe de la bœhmite
des silicates d'alumine (kaolinite), des oxydes et des hydroxydes de fer (hématite, goethite), accessoirement de titane, chacun en proportion variable.
La bauxite = altération complexe à partir de roches mères(syénites, basaltes, roches métamorphiques) par évolutionpédologique sous couvert végétal en pays tropicalou de terra-rossa sur un substratum calcaire.
En France, les gisements reposent sur un substratum carbonaté et karstifié d'âge secondaire. Les dissolutions karstiques après la diagenèse de la bauxite, entraînent des soutirages et des remaniements mécaniques et chimiques du minerai.
La bauxite est calcinée pour obtenir l'alumine (Al2O3),qui est elle-même traitée par électrolyse pour obtenir le métal.
Economie de la Bauxite
La France =pionnière de l'industrie minière et métallurgique de Al après les découvertes de la fin du XIXe siècle, le groupe Pechiney-Ugine-Kuhlman (PUK),rôle mondial important dans l'histoire de l'aluminium et dans la métallurgie de l'aluminium.
Les productions mondiales de minerai ont atteint des records de 114,2 millions de tonnes de bauxite et de 19,7 millions de tonnes de métal en 1993cette croissance s'est maintenue en 1995: 19,7 millions de tonnes de métal.
Cette croissance = nouveaux pays gros producteurs, comme l’Australie (42,6 millions de tonnes de bauxite en 1995) et le Brésil (9 millions de tonnes en 1995), aux développements en Guinée (16,5 millions de tonnes en 1994) et aux producteurs «traditionnels»: Jamaïque, Russie, Surinam, etc.
Cet essor mondial s'accompagne en revanche du déclin rapide de la production minière en France métropolitaine, qui s'est arrêtée en 1991
La calcite
Appartenant au système rhomboédrique, la calcite est incolore et transparente quand elle est pure (spath d'Islande montrant à l'œil nu le phénomène de double réfraction), mais elle est le plus souvent blanche et à éclat vitreux. Les formes cristallines sont nombreuses, les plus fréquentes dans les géodes étant le rhomboèdre et le scalénoèdre. Les clivages parfaits font apparaître les faces brillantes.
La calcite fait effervescence (dégagement de CO2) avec l'acide chlorhydrique dilué à froid.
Se substituant à l'aragonite dans le test des organismes marinspendant la diagenèse, ses cristaux microscopiques forment l'essentieldes roches sédimentaires carbonatées (craie, calcaires, marnes)
Elle est le composant principal des roches métamorphiques qui en dérivent (cipolin, marbres).
On la rencontre aussi, plus accessoirement, en masses blanches ou diversement colorées dans les concrétions karstiques et dans les filons hydrothermaux résultant de la dissolution de carbonates et de leur recristallisation, et dans les carbonatites.
L'aragonite
De même formule et de même couleur que la calcite, l'aragonite appartient cependant au système orthorhombique. Elle se présente en petits prismes ou plus communément en aiguilles et en fibres; elle fait effervescence sous l'action de l'acide chlorhydrique; métastable à la température normale, elle se transforme en calcite.
La dolomite (Ca,Mg) (CO3)2
Également de même couleur et du système orthorhombique, la dolomite n'est pas effervescente (sauf, faiblement, après broyage en poudre). Elle est fréquente dans diverses roches sédimentaires (calcaires dolomitiques, dolomies, évaporites) et dans les roches métamorphiques dérivées, ainsi que dans les filons hydrothermaux. La variété ankérite, où Fe se substitue partiellement à Mg, est jaunâtre à brunâtre.
Utilisations, économie
Outre les granulats employés dans les bâtiments et les travaux publics, les utilisations des carbonates sont nombreuses dans l'industrie: sidérurgie, chimie, réfractaires, ciments, charges dans l'agriculture et l'agro-alimentaire.
Le langage industriel appelle carbonates pour charges des produits de haute qualité qui sont obtenus par broyage (par ordre de blancheur croissante) de craies, calcaires et marbres de grande pureté.
Ces produits, à forte valeur ajoutée, sont utilisés dans les secteurs des plastiques, du papier, des peintures, des adhésifs, du caoutchouc et de la pharmacie. L'Europe de l'Ouest occupe le deuxième rang mondial, après les États-Unis, quant à la production de carbonates pour charges.
La France, qui possède des ressources très importantes, en produit 2,2 à 2,5 Mt/an. Des charges carbonatées sont également fabriquées artificiellement par précipitation chimique.
Des pays (comme les États-Unis) mieux dotés en gisements de kaolin qu'en gisements de carbonates emploient moins de carbonates pour charges dans leur papier que les pays européens.
La dolomite, dont la dureté est de 3,5 à 4, est par ailleurs trop abrasive pour certains usages, comme la fabrication du papier.
