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Cours de Pétrologie
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Université CADI AYYAD Faculté des Sciences Semlalia
Marrakech
UNIVERSITE CADI AYYAD
COURS DE PÉTROLOGIE
Filière STU S3
Cristallographie et minéralogie
Roches magmatiques
Roches métamorphiques
2012/2013
Minéralogie
► Éléments de cristallochimie
► Éléments de cristallographie
► Optique cristalline
► Classification des minéraux
► Critères de reconnaissance des minéraux
► Minéraux non silicatés
► Minéraux silicatés
Cristallochimie
Etude minéralogique :
La Minéralogie : c‟est l‟étude des minéraux principaux constituants des
roches.
Un minéral c‟est un solide naturel cristallisé caractérisé par une
composition chimique bien définie et une structure atomique ordonné.
I. Notion de cristallochimie
C‟est l‟étude de la relation entre la composition chimique, la structure
interne et les propriétés physiques de la matière cristallisé.
Les minéraux sont des solides cristallisés formés d‟éléments chimiques
(atomes-ions-molécules) réunis selon des motifs géométriques dans un
espace tridimensionnel, les éléments chimiques sont reliés entre eux
par des liaisons interatomiques.
I-1 Rappels :
I-1-1 Atomes :
L‟atome se compose d‟un noyau entouré d‟une enveloppe d‟électrons.
Le noyau comporte des éléments de masse qui sont les protons chargés
positivement (+) et les neutrons chargés négativement (-).
L‟enveloppe électronique à une masse négligeable comporte autant
d‟électrons chargés négativement (-) que de protons chargés
positivement (+) du noyau, donc l‟atome est un élément chimique
neutre que l‟on définit par 2 nombres M et Z.
M : nombre de masse = nombre de protons + nombre de neutrons.
Z : nombre atomique correspond au nombre de protons.
Cristallochimie
Particule Symbole Masse
atomique
Charge
Électron e 0,000548 -1
Proton p 1,007276 +1
Neutron n 1,008665 0
Les éléments chimiques existent sous forme d‟ions (cations ou anions)
caractérisé par leur rayon atomique ionique. Pour tous les éléments
chimiques le rayon ionique croit ↑ avec le nombre atomique Z↑, pour
un même élément chimique le rayon ionique décroit ↓ avec la charge ↓.
Représentation à l’échelle des rayons ioniques des ions du soufre
Cristallochimie
Représentation à l'échelle des rayons ioniques des principaux cations
Les éléments les plus abondants dans la nature sont O2 et Si par
conséquent les minéraux silicatés (99% des minéraux).
Les éléments chimiques peuvent exister sous forme des isotopes qui sont
des éléments qui ont le même nombre de protons et donc d‟électrons
mais de nombre différent de neutrons.
Les isotopes ont des propriétés chimiques identiques mais des masses
atomiques différentes, exemple : (16O, 17O, 18O).
En géologie les isotopes sont utilisés pour les datations absolues
(exactes) des roches, et dans la détermination de l‟origine des
magmas.
Cristallochimie
I-1-2 Les liaisons interatomiques :
Dans les minéraux les éléments chimiques peuvent être liés par plusieurs
types de liaisons :
La liaison ionique (liaison forte) : corresponds à la force d‟attraction
électronique entre les cations chargés positivement (+) et les anions
chargés négativement (-).
Exemple : Na+ + Cl- NaCl
La liaison covalente (liaison forte) : c‟est l‟union entre 2 atomes qui
complètent leurs couches externes par la mise en commun d‟électrons.
Exemple : le méthane CH4.
La liaison métallique (liaison forte) : réalisé dans les métaux, elle est due à
la libération d‟électrons formant un nuage très mobile où baignent les
noyaux de plusieurs atomes. Ce nuage électronique tendre en compte
de la conductivité électrique et thermique des métaux et aussi de leur
malléabilité.
La liaison résiduelle de Van der Waals (liaison faible) : union d‟atomes
neutres ou d‟ensembles neutres d'atomes situés à des distances très
importantes. (Édifices fragiles et peu cohérents).
I-1-3 Les liaisons dans les minéraux :
Il existe 4 classes d‟éléments chimiques selon Goldschmidt (1923) :
- Éléments amophiles, chimiquement indifférents; He, H, Ne, A, Xe, ...
- Éléments lithophiles, tendance à se lier à l'oxygène; Si, Al, ...
- Éléments chacophiles, se combinent au soufre; Zn, Cd, Hg, ...
- Éléments sidérophiles, tendance à s'associer au fer ; Au, Pt, Ni, ...
Éléments lithophiles dominance des liaisons ioniques,
Éléments chacophiles dominance des liaisons covalentes et les
Éléments sidérophiles dominance des liaisons métalliques.
Cristallochimie
Minéral homodésmique : il ne possède qu‟un seul type de liaison
interatomique (liaison ionique du sel gemme, liaison covalente du
diamant, liaison métallique du cuivre).
Minéraux hétérogamétique : possèdent plusieurs sortes de liaisons.
Les différences d‟associations (liaisons) traduisent le plus souvent les
propriétés physiques du cristal. C‟est le cas par exemple du graphite.
Le graphite est formé de carbones, il se compose d‟une superposition de
plusieurs feuillets au niveau des feuillettes, les atomes de carbone sont
liés entre eux par des liaisons covalentes des éléments motifs
hexagonales.
Les différentes feuillettes sont réunies les uns aux autres par des liaisons
faibles de Van der waals.
La présence des liaisons fortes au niveau des feuillets et des liaisons
faibles entre les feuillettes se traduit par l‟excellent clivage que
possède le graphite.
Structure du graphite : la distance importante entre deux feuillets est de 3,35 A°
I-2 Les édifices ioniques :
Cristallochimie
Les anions se regroupent toujours de façon géométrique autour des
cations selon des édifices élémentaires bien déterminés appelés
polyèdres de coordination, qui sont définis par Pauling en 1929.
I-2-1 Travaux de Pauling :
Selon Pauling la formation des cristaux à partir d‟ions simples ou
complexes suit à des règles empiriques :
*Règle 1 : chaque cation est entouré par des anions qui occupent les
sommets d‟un polyèdre. La nature du polyèdre est définie par rayons
ioniques des anions et des cations. Il existe 6 principaux polyèdres de
coordination. Le nombre d‟anions dans le polyèdre correspond au
nombre de coordination.
-Polyèdre linaire : 2 anions sont sur une ligne et ils sont séparés par un
cation.
rC/rA < 0,155
-Polyèdre triangle : les centres des 3 anions entourant le cation sont dans
un plan.
-Polyèdre tétraèdre : 3 anions dans le même plan et le 4éme est à
l‟extérieur du plan.
0,155 < rC/rA < 0,225; nombre de
coordination = 3.
Exemple, (CO3)2-
Oxygène, Carbone
0,155 < rC/rA < 0,225; nombre de
coordination = 3.
Exemple, (CO3)2-
Oxygène, Carbone
0,155 < rC/rA < 0,225; nombre de
coordination = 3.
Exemple, (CO3)2-
Oxygène, Carbone
Cristallochimie
(SiO2)4- + 2 Mg2+ 2 Mg(SiO4) « Olivine magnésienne “Forstérite” »
(SiO2)4- + 2 Fe2+ 2 Fe (SiO4) « Olivine ferrifère “Fayalite” »
(SiO2)4- + Zr 4+ Zr (SiO4) «Zircon»
-Polyèdre octaèdre : 4 anions sont dans un plan et il existe un anion de
part et d'autre de ce plan.
-Polyèdre cube : lorsque les anions se trouvent aux sommets du cube et le
cation en son centre.
0,414 < rC/rA < 0,732
nombre de coordination=6
Exemple, (Na+
5Cl)5-
Cristallochimie
-Polyèdre cuboctaèdre : 8 anions occupent les sommets du cube et 4 à
la face.
Nombre de coordination : 12 rC/rA = 1
*Règle 2 ou règle de parcimonie : dans polyèdre de coordination, le
nombre d‟ions de natures différentes qui s‟associent est faible.
* Règle 3 : l‟association des polyèdres de coordination se fait par
les sommets et rarement par les arêtes. L‟association par 2 faces est
impossible.
Exemple : les tétraèdres (SiO4)4- ne mettent en commun que leurs
sommets. Aucun exemple de mise en commun de faces n‟est connu.
I-2-2 Loi de substitution ou règle de Diadochie :
C‟est l‟ensemble de lois permettant de préciser les conditions dans
lesquels les ions peuvent se substituer les uns aux autres dans les
édifices ioniques.
Loi 1 : pour que 2 ions puissent se substituer l‟un à l‟autre dans un édifice
ionique cristallin leurs rayons ioniques ne doit pas différer de plus de
15%.
Exemple : Fe2+ (rC = 0,74 Ao) ; Mg2+ (rC = 0,66 Ao)
Ils se substituent aisément dans beaucoup de minéraux particuliers, les
silicates ferromagnésienne (Olivine, Pyroxène, Amphibole, Biotite).
Mg2+
Cristallochimie
2 Mg (SiO4) 2 Fe (SiO4)
Fayalite Fe2+ Forstérite
Dans le cas du pyroxène :
2Mg2+
2 Fe (SiO6) 2 Mg (SiO6)
Ferrosilite 2Fe2+ Enstatite
Loi 2 : quand 2 ions possèdent la même charge mais des rayons différent
à moins de 15 %, l‟ion qui va être incorporé de préférence est celui qui
le rayon plus petit.
Exemple : l‟Olivine de Mg se cristallise avant l‟Olivine de Fe.
Loi 3 : Quand deux ions possèdent le même rayon ionique, mais diffèrent
par leurs charges, celui qui a la plus forte charge est incorporé de
préférence.
La substitution peut se faire entre deux ions de charges différentes.
Comme le cristal doit rester neutre, il y a une autre substitution qui se
fait en même temps entre deux autres ions de charges différentes.
Au fait il y a un couple de substitution.
Exemple : Dans les plagioclases lorsque Na+ se substitue à Ca2+, il y a
conjointement remplacement de Si4+ par Al3+.
Le couple de substitution s'écrit dans ce cas :
Na+ + Si4+ Ca2+ + Al3+
On passe de [Si3AlO8] Na+ à [Si2Al2O8] Ca+ par double substitution; Si se
substitut à Al3+ et Na+ et remplacé par Ca2+.
[Si3AlO8] Na+ [Si2Al2O8] Ca2+
Loi 4 : Quand deux ions possèdent les mêmes charges et des rayons
voisins, c'est celui qui a la plus petite électronégativité qui va être
incorporé de préférence.
Cristallochimie
On appelle électronégativité, le pouvoir d'un atome d'attirer un électron a
lui.
Exemples :
Cristallochimie
II. Eléments de cristallographie
Les minéraux sont des solides cristallisés, homogènes caractérisés
chacun par une composition chimique bien défini et une structure
atomique ordonnée.
La matière existe sous forme de deux états, à savoir l'état amorphe et
l'état cristallisé.
L'état amorphe se réalise dans les gaz, les liquides et les verres. L'état
cristallisé concerne les solides à l'exception des verres.
Dans l'état amorphe distribution anarchique (quelconque) des atomes.
L‟état cristallisé : arrangement des atomes selon un réseau
tridimensionnel formé d'un empilement de petits volumes tous
identiques qui se répètent indéfiniment.
Ce petit volume se qualifie de maille élémentaire.
La maille élémentaire caractérise un minéral donné et possède toutes ces
propriétés physique et chimique.
Exemple : La maille élémentaire de la halite est un cube dont l'arête
mesure 5,63 A° (1 A° = 10-10 mètres).
Ne pas confondre maille élémentaire et polyèdre de coordination.
Le polyèdre de coordination de l‟halite et un octaèdre.
Cristallographie
II-1 Les systèmes cristallins :
Aux différentes mailles élémentaires on fait correspondre des systèmes
cristallins.
Un système cristallin regroupe l'ensemble des formes dérivées d'un
prisme de base par troncatures. On appelle troncature le
développement d'une face à l'emplacement d'un sommet ou d'une
arête.
Il existe 7 systèmes cristallins ; chacun d'eux se caractérise par ces
éléments de symétrie, ces dimensions (a, b, c) et ces angles aux
sommets (α, β, γ).
Cristallographie
Les 13 formes du système cubique. Le prisme de base est le cube
Exemple : le système cubique regroupe 13 formes toutes dérivant d‟un
prisme de base qui est le cube.
Cristallographie
II-2 Éléments de symétrie :
- Axe de symétrie :
On dit qu'un axe est d'ordre n, si après une rotation de 2π/n, le système
(cristal) se retrouve dans une position équivalente à la position initiale.
Système a = b = c prisme à faces
cubique a = b = g = 90° carrées.
Système a = b = c prisme à faces
rhomboédrique a = b = g ≠ 90° losangiques.
Système a = b ≠ c prisme droit
quadratique. a = b = g = 90° à bases carrées
Système a ≠ b ≠ c prisme droit
orthorhombique a = b = g = 90° à bases rectangles.
Système a = b ≠ c prisme droit
hexagonal. a = b = 90°, g = 120° à bases hexagonales.
Système a ≠ b ≠ c prisme oblique à
monoclinique. a ≠ 90°; b = g = 90° bases rectangles.
Système a ≠ b ≠ c
triclinique. a ≠ b ≠ g ≠ 90° prisme quelconque.
Principaux éléments géométriques des prismes de bases des sept système cristallins
Cristallographie
Ordre des axes de symétrie passant par les centres de différentes formes
géométriques.
N.B. Il n’existe pas de symétrie d’ordre 5 dans les cristaux.
Le tableau ci-dessous donne la valeur de la rotation correspondant aux
différents axes de symétrie :
Axes Rotation
A2 Rotation de 180°
A3 Rotation de 120°
A4 Rotation de 90°
A6 Rotation de 60°
- Plan de symétrie ou miroir :
Le plan de symétrie divise le système en deux moitiés qui sont l'image
l'une de l'autre.
- Centre de symétrie :
C'est un point, par rapport auquel, tout point du système à son symétrique.
Remarques :
► Tout axe d'ordre pair est perpendiculaire à un plan de symétrie passant
par le centre de symétrie.
► Un système qui possède deux axes d'ordre 2 ou 4, en admet un
troisième, de même ordre (2 ou 4), normal au plan définit par les deux
premiers; c'est le cas par exemple des 3A4 du système cubique et des
3A2 des systèmes orthorhombique et rhomboédrique.
II-3 Application aux systèmes cristallins :
Formules de symétries des systèmes cristallins :
Systèmes cristallins Formule de symétrie
Système cubique 3A4/3M, 4A3, 6A’2/6M’, C
Système rhomboédrique A3, 3A’2/3M’, C
Système quadratique A4/M, 2A’2/2M’, 2A’’/M’’, C
Système orthorhombique A2/M, A’2/M’, A’’2/M’’, C ou 3A2/3M
Système hexagonale A6/M, 3A’’2/3M’, 3A’’2/3M’’, C
Système monoclinique A2/M, C
Cristallographie
Système triclinique C
III. Elément de minéralogie
III-1 Propriétés fondamentales des minéraux :
Ces propriétés correspondent aux caractères morphologiques, chimiques,
physiques qui nous permettent la détermination des minéraux. (Voir TP
S2 et S3).
Les caractères morphologiques des minéraux :
Concernent la forme, le faciès, les macles, le clivage, les cassures,…etc.
Un minéral peut être automorphe, xénomorphe ou subautomorphe.
Les macles : c‟est l‟association de 2 ou plusieurs individus identiques d‟un
même minéral orienté selon les lois cristallographiques strictes.
Exemple : Macle simple, accolement de 2 individus, macle simple de
Carlsbad retrouvé à l‟Orthose.
Macle polysynthétique, accolement de plusieurs individus, cas
du plagioclase.
Minéralogie
Clivage : c‟est un plan selon lequel le minéral se casse ou se brise
lorsqu‟il soumit à une contrainte. Ce sont des plans de moins grande
densité atomique.
Clivage facile : Biotite, Muscovite. Clivage difficile : cas des Amphiboles.
Le nombre de clivage peut varier d‟un minéral à l‟autre par un même
minéral le nombre de clivage varie selon la section, aussi l‟angle entre
les 2 clivages peut être spécifique pour certains minéraux.
Une seule direction de clivage : cas des micas
Deux directions de clivage à 90°: Cas des pyroxènes
Deux directions de clivage à 60° : Cas des amphiboles
Minéralogie
Les caractères physicochimiques :
La couleur, la transparence, couleur de la trace, l‟éclat, la dureté, la
radioactivité, le magnétisme, la saveur, la solubilité, la réaction avec
certains solutions chimiques (HCL avec les carbonates).
La couleur : mauvais critère, un minéral peut avoir une seul couleur.
Exemple : la citrine jaune
Andésite bleu
Quartz peut être blanc ou incolore
La densité : c‟est la quantité de matière dans un volume donné de la
substance (kg/m3). Elle dépend de la composition chimique et de
l‟organisation atomique.
La dureté : c'est la résistance des minéraux à la rayure. Il existe une
échelle de dureté relative dite échelle de Mohs, constituée par une liste
de dix minéraux de référence. Certains matériaux sont utiliser pour
tester la dureté de minéraux, on utilise l'ongle, la lame de couteau, le
verre.
Ne pas confondre la dureté avec ténacité.
La ténacité : résistance à la cassure la plus dure le diamant.
L’éclat : c'est l'expression du pouvoir réflecteur du minéral.
Minéralogie
Métallique : fort pouvoir réflecteur (faible absorption de la lumière).
Pierreux : faible pouvoir réflecteur (forte absorption de la lumière).
Type d’éclat Exemple
vitreux (hyalin) Quartz (comme le verre)
adamantin diamant (aspect gras et huileux)
gras impression d'une couche d'huile
résineux comme la résine
soyeux d'un minéral finement fibreux (amiante)
nacré mica blanc (irisations)
III-2 Comportement des minéraux vis-à-vis de la lumière :
On distingue 2 types de minéraux :
Minéraux isotropes.
Minéraux anisotropes.
Ils se distinguent grâce à leurs surfaces des indices.
III-2-1 Ellipsoïdes des indices :
Cas des minéraux isotropes :
Les minéraux isotropes ont un seul indice de réfraction, on dit qu‟ils sont
monoréfringents, de se faite la propagation de la lumière se fait avec la
même vitesse dans toutes les directions du cristal.
V = C/n C= Célérité de la lumière dans le vide (n=1).
n= indice de réfraction d'un milieu donné.
Plus n est grand, plus la vitesse est petite.
n
n
n
Minéralogie
► Les ellipsoïdes des indices des milieux isotropes est une sphère de
rayon n.
► Les milieux de l‟état amorphe (verre, gaz, liquide) sont isotropes.
► Dans l‟état cristallisé seul les solides ou les cristaux des systèmes
cubiques sont isotropes. Exemple : Grenat, Haüyne.
Cas des minéraux anisotropes :
Les minéraux portent plus qu‟un seul indice réfraction (2 ou 3) on dit qu‟ils
sont biréfringents, leurs ellipsoïdes des se sont des ellipsoïdes de
révolution ou quelconques.
Ellipsoïdes de révolution :
Ils se caractérisent par une symétrie de révolution autour d‟un axe de
symétrie de révolution, il possède 2 indices de réfraction principaux (ng
et np) et une seule section monoréfringente (section circulaire).
Les ellipsoïdes de révolution ont un seul axe optique perpendiculaire à la
section monoréfringente, on dit qu‟ils sont uniaxes (U).
Il existe 2 types d‟ellipsoïdes uniaxes :
Uniaxe positif noté (U+) : l‟axe optique est confondu avec ng, np rayon de
la section monoréfringente.
Uniaxe négatif noté (U-) : l‟axe optique est confondu avec np, ng rayon de
la section monoréfringente.
Minéralogie
Chaque minéral anisotrope se caractérise par sa biréfringence qui
correspond à la différence des indices Δmax = (ng-np) > Δ = (ng’-np’).
Les cristaux uniaxes sont ceux qui cristallise dans les systèmes :
quadratiques, hexagonales, rhomboédriques.
Exemple : le Quartz cristallise dans le système hexagonal mais il est (U+).
La Néphéline cristallise dans le système hexagonal mais il est (U-).
La Tourmaline cristallise dans le système et il est (U-).
Ellipsoïdes quelconques :
Ils ne possèdent pas de symétrie de révolution, ils possèdent 3 axes de
symétrie d‟ordre 2 et 3 plan de symétrie (3 A3/3 M, C).
Ils ont 3 indices principaux (ng, np, nm), 2 sections monoréfringentes, 2
axes optiques, de ce fait on dit qu‟ils sont biaxes.
nm : indice de section monoréfringente et nm ≠ (ng+np)/2
Il existe 2 types d‟ellipsoïdes biaxes :
Minéralogie
Biaxe positif noté (B+) : ng bissectrice de l‟angle (2V).
Biaxe négatif noté (B-) : np bissectrice de l‟angle (2V).
Les cristaux biaxes cristallisent dans le système orthorhombique,
monoclinique, triclinique.
Exemple : Olivine (orthorhombique)
Augite (monoclinique)
Disthène (triclinique)
III-2-2 Position des ellipsoïdes dans les cristaux :
Système cubique : riche en éléments de symétrie, et possède plusieurs
axes d‟ordre supérieur à 2 (3A4), les cristaux du système cubique sont
optiquement isotropes quelque soit la section, ils ont un seul indice et
l‟ellipsoïde est une sphère. Exemple : le Grenat.
Les cristaux des systèmes quadratiques, hexagonaux et rhomboédriques
ont un seul axe d‟ordre supérieur à 2, quadratique(A4) ; rhomboédrique
Minéralogie
(A3) ; hexagonal (A6) cet axe est confondu avec l‟axe optique de
l‟ellipsoïde de révolution.
Les cristaux des systèmes orthorhombiques, monocliniques, tricliniques
sont biaxes et possèdent ou pas que des éléments de symétrie d‟ordre
binaire (A2).
Les sections biréfringentes sont très courantes dans ces cristaux, il est
rare de rencontrer une section monoréfringente.
Il existe 6 positions possibles de l‟ellipsoïde dans le cristal :
Pour le système monoclinique l‟un des indices est confondu avec l‟axe
(A2) du système, les 2 autres indices sont dans un plan perpendiculaire
à l‟axe (A2).
Pour le système triclinique qui ne possède qu‟un seul élément de symétrie
qui est le centre de symétrie (C), la position de l‟ellipsoïde est
quelconque, le centre de l‟ellipsoïde est confondu avec le centre du
système.
Position virtuelle de la surface sphérique des indices dans le système cubique
Position virtuelle de l’ellipsoïde uniaxe dans un cristal de quartz U+ (a) et dans un cristal de calcite U- (b).
Minéralogie
III-3 La classification des minéraux :
Il existe 2 grandes familles de minéraux :
Minéraux non silicatés
Minéraux silicatés
III-3-1 Minéraux non silicatés :
Ces minéraux ne contiennent pas de silicium dans leur composition
chimique et par conséquent pas de (SiO2), ils sont présents en faibles
teneures dans les roches (moins de 1% de la croute terrestre), ils
peuvent réaliser des concentrations importantes et former des
gisements de minerais recherchés par leur importance économique.
Les minéraux non silicatés se subdivisent en 7 classes qui sont :
Les éléments natifs, les halogénures, les sulfures, les oxydes, les sulfates,
les carbonates, les phosphates.
Les différentes orientations possibles des indices dans les cristaux orthorhombiques
Exemple de position des indices dans un cristal monoclinique.
Minéralogie
Les éléments natifs :
Existent à l‟état pur dans la nature c‟est le cas des métaux et des
métalloïdes.
Les métaux sont très recherchés dans l‟industrie et la bijouterie.
Exemple : l‟Or (Au), Ag, Cu, le platine (Pt), Fe, cristallisent dans le
système cubique et possèdent des liaisons métalliques.
L‟Or métal précieux inaltérable, élément dense (d=19,3).
L‟Or se rencontre dans les filons de Quartz aurifère au niveau des grandes
failles cisaillements anciennes profondes (failles qui jouent le rôle
hori/ver) dans les veilles chaines de montagnes, régions qui ont subi
un fort métamorphisme, il peut aussi exister, dans plusieurs alluvions à
Or que l‟on qualifie.
Le platine : avec (d=21,46) altérable, précieux se rencontre associé
aux roches magmatiques ultrabasiques (dans les péridotites et les
serpentines), provient de la transformation de la péridotite.
Le fer : très sensible au phénomène de l‟oxydation, de ce fait il ne
se rencontre dans la croute terrestre qu‟a l‟état oxydé sous forme
de FeO ou Fe2O3 dans la magnétite et l‟hématite, le fer natif se
rencontre dans les météorites.
Le cuivre : (d=8,95) on le rencontre à l‟état natif associé à d‟autres
éléments comme la cuprite, malachite, l‟azurite, le cuivre est
associé aux roches volcaniques ou volcanosédimentaires.
L‟argent : (d=10,5) se rencontre à l‟état natif associé à d‟autres
métaux comme l‟or et le cuivre.
A la différence de l‟or, l‟argent et le cuivre sont relativement altérables.
Les metalloïdes :
Le soufre et le carbone, le soufre est un produit de sublimation des
fumeroles volcaniques on le rencontre aussi associé à d‟autres
éléments dans les sulfures et les sulfates (substance inflammable pour
produire de la chaleur „les fours‟).
Minéralogie
Le carbone : présent un dimorphisme avec le diamant cubique et le
graphite hexagonal.
Le diamant : dont le poids s‟exprime en carat (1carat = 200 mg =
0,2 g) c‟est un cristal gemme qui se trouve en inclusions dans les
cheminés cylindriques verticales (pipes) faites des péridotites
micacés = kimberlites qui sont d‟origine mantellique,
Localisées dans veilles plateformes terrestres en Afrique du sud, en Inde,
au Brésil, Sibérie. Le diamant cristallise sous des pressions fortes et
d‟autant plus fortes quand la température est élevée.
Le diamant est le minéral le plus dure de tous les minéraux dans lequel les
atomes de carbones sont liés par des liaisons covalentes en charpente
tétra technique.
Le diamant est utilisé en joaillerie et comme abrasif et taillant de forage et
découpage.
Le graphite : se compose de carbones à la différence du diamant, les
atomes de carbones se disposent aux sommets d‟hexagone jointif
formant des feuillets parallèles dans chaque feuillet les liaisons sont
covalentes et entre les feuillets les liaisons sont faibles de type Van der
waals, minéral tendre de densité (d=2,2) et de dureté D=1,5.
Le graphite se rencontre dans les roches métamorphiques telles que
Skarns, micaschistes, gneiss.
Le graphite provient de la décomposition de la matière organique lors du
métamorphisme, sa formation nécessite une cristallisation au milieu
très peut oxydant (pauvre en O2), la présence éventuelle d‟oxygène
(O2) dans le milieu favorise la formation de (CO2) qui empêche la
cristallisation du graphite avec dureté D= 5, (minéral noir) qui tache les
doigts, exemple : min de crayon il est utilisé comme lubrifiant des
huiles des moteurs.
Minéralogie
Les sulfures :
Minéraux minerais qui concentrent plusieurs éléments métalliques utiles
(Ag, Zn, Cu, Hg, Ni, Sb, Fe,..).
4 groupes en fonction du nombre des éléments métalliques et d‟atomes de
soufre :
Groupe A2S:
- Argentite: Ag2S
- Chalcosite: Cu2S
Groupe A3 S2
- Bornite: Cu5 FeS
Groupe AS
- Galène : Pb
- Covéllite : CuS
- Cinabre : HgS
- Blende : ZnS
- Chalcopyrite : CuFeS2
Groupe AS2
- Pyrite : FeS2
- Molybdénite : MoS2
Minéralogie
Les halogénures :
Dans cette classe l‟anion n‟est pas l‟oxygène, comme dans le cas général,
mais c‟est un halogène : Cl-, F-, B-, I-.
Exemple : Le sel gemme (sel de cuisine) ou halite de formule chimique
NaCl.
La sylvite de formule chimique KCl.
La fluorine de formule chimique CaF2.
Ils cristallisent tous dans le système cubique et possèdent des liaisons
ioniques, l‟halite est un minéral des roches sédimentaires de types
évaporites, on peut l‟obtenir par l‟évaporation des eaux salés marins ou
continentales, dont NaCl peut avoir substitution du (Cl-) par l‟iode I- on
obtient alors un sel iodé qui est NaI sel recommandé par L‟OMS contre
la maladie du goitre qui atteint spécialement les gens des zones
continentales internes loin des cotes marines, en particulier les gens
des montagnes.
La sylvite moins commune que l‟halite avec laquelle elle est souvent
associée, c‟est une source de K+ (potassium) et du potasse KOH, elle
est utilisé dans les produits des engrais en agriculture, à ne pas
confondre la sylvite et la sylvanite (AuAgTe4) qui est un tellure
d‟Argent et d‟Or.
La fluorine minéral de collection utilisé dans l‟extraction du fluore, utilisé
dans la fabrication des dentifrices, elle se rencontre en faibles
quantités dans les roches magmatiques alcalins et dans les géodes
(cavités) de certains calcaires métamorphiques (skarns à fluorine)
cristallise dans le système cubique, elle est de couleur vert.
Les oxydes :
Minéraux présentent en faibles quantités dans les roches, les minerais de
certains oxydes ont un intérêt d‟ordre économique, c‟est le cas d‟oxyde
de fer, de chrome, oxyde de manganèse (Mn), oxyde d‟étain (Sn),
oxyde de cuivre (Cu), oxyde d‟aluminium (Al), oxyde d‟uranium (U).
Minéralogie
Exemple :
Oxydes de titane (TiO2) sont le rutile et l‟anatase, ils cristallisent dans le
système quadratique, le rutile est stable à haute température, l‟anatase
se cristallise à basse température c‟est un minéral accessoire des
roches magmatiques, il provient de la transformation des rutiles
(métamorphisme).
Oxydes de manganèse (MnO2) on l‟appel Pyrolusite c‟est le principal
minerai de manganèse minéral associé aux roches magmatiques
basiques et ultrabasiques.
Oxydes d‟aluminium, il y a se qu‟on appel la diaspora (Al2O3, Al2O), la
gibbsite (Al (OH3)), corindon (Al2O3) c‟est un minéral rencontré dans
les roches magmatiques déficitaires en silice (sous saturé en silice), le
corindon à D=9, il peut former des placers à corindon, les meilleures
corindons ont été trouvés dans les alluvions, il est utilisé comme
abrasif, se sont des pierres précieuses utilisés en bijouterie qui se
distinguent par leur couleur :
► Le saphir : corindon blanc.
► Le rambin : corindon rouge.
► L‟Émeraude : corindon vert.
► Topaze : corindon jaune.
Oxydes d‟étain (SnO2) cassitérites, minéraux du système quadratique,
c‟est le seul minéral d‟étain exploité, l‟étain se rencontre en association
avec certaines roches magmatiques acides «riches en silice» (granite à
muscovite leucogranite), microgranite à muscovite (leucomicrogranite)
dont la greisen (75 %de Quartz, 23% Muscovite et 2% Tourmaline).
Oxydes de fer possèdent, associés ou non, dans leurs structures des ions
Fe2+,Fe3+,Ti4+.on citera parmi ces oxydes :
► Des oxydes du système cubique, la magnétite de formule Fe2+2Fe3+O4,
l‟ulvospinelle de composition 2Fe2+TiO4.la magnétite se range aussi
avec les spinelles.
Minéralogie
► Des oxydes du système hexagonal, l‟ilménite de composition FeOTiO2
et l‟hématite de formule 2Fe2+O3.
Les spinelles : minéraux du système cubique, cristallisent en octaèdre.
Formule générale : XY2O4
X est un ion bivalent = Mg2+ ou Fe2+.
Y est un ion trivalent = Al3+, Fe3+ ou Cr3+.
Donnent les formules des spinelles = combinaisons entre ions bivalents et
trivalents.
Y X Mg2+ Fe2+
Al3+ Spinelle MgAl2O4 Hercynite FeAl2O4
Fe3+ Magnésio ferrite MgFe2O4 Magnétite FeFe2O4
Cr3+ Magnésio chromite MgCr2O4
Chromite FeCr2O4
Spinelle : minéral vert, brun.
Les spinelles à l‟exception de la magnétite sont instables, à la présence de
la silice ils se transforment en grenat, sillimanite ou en cordiérite.
Oxydes d‟uranium existent sous forme d‟uraninite et pechblende, ces
minéraux on les trouve associés au granite ou un sable qui provient
l‟érosion du granite.
Les carbonates :
Le groupement de base des carbonates est (CO3)2-.
Carbonates communs = carbonates de calcium de formule CaCO3.
Les polymorphes de CaCO3 = calcite rhomboédrique et l‟aragonite
orthorhombique, font effervescences avec HCL dilué à 10% selon la
réaction destructive :
CaCO3 + 2HCL CaCl2 + CO2 + H2O
L‟aragonite se colore en violet par une solution de nitrate de cobalt.
La dolomite (rhomboédrique) carbonate de calcium magnésien
CaMg(CO2)2.
Carbonate peu abondant d‟intérêt économique pour l‟extraction de
métaux :
Minéralogie
-Magnésite MgCO3, sidérite Fe2+CO3, cérusite PbCO3, smithsonite
ZnCO3, cristallisent dans le système rhomboédrique.
-l‟Azurite Cu3(OH)2(CO3)2 et la Malachite Cu2(OH)2CO3 du système
monoclinique, recherchés pour l‟extraction du cuivre.
Les sulfates :
Les sulfates ont en commun le tétraèdre (SiO4)2- .
Exemple : la barytine (BaSO4) et l‟anhydrite (CaSO4), les 2 cristallisent
dans le système orthorhombique, ne contient pas d‟eau contrairement
au gypse (CaSO4, 2H2O).
Le gypse sulfate hydraté dans le système monoclinique, le gypse et
l‟anhydrite sont des roches sédimentaires de type évaporites.
Le gypse se transforme en plâtre quand il est chauffé d‟une température
de 60oCà 200oC. Le gypse fait pâte avec l‟eau.
Les phosphates :
Construits à partir du tétraèdre (PO4)3-.
L‟apatite de formule Ca5(PO4) 3(OH-, F-, Cl- ) est le plus commun des
phosphates, cristallise dans le système hexagonal.
L‟apatite est un minéral accessoire des roches magmatiques et des
génisses.
Le phosphate des roches sédimentaires phosphatées est une apatite
cryptocristalline mal cristallisée nommée colophane.
Vanadanates et des arsénates forment des solutions solides parfaites
avec les phosphates. S‟obtiennent par substitution du phosphore par
le vanadium et l'arsenic.
Exemple :
L‟érythrite CO2(AsO4)2,8H2O minerais de cobalt (Bou Azzer, Anti-Atlas).
Vanadinite Pb5(VO4)4Cl minerais de Pb (Malade, Midelt).
III-3-2 Minéraux silicatés:
Minéralogie
L‟élément commun à tous les silicates le tétraèdre (SiO4)4- avec un petit
cation Si4+ de rayon Si4+ = 0,40 A° logé entre 4 gros anions O2- de
rayon O2- = 1,40 A°.
Les liaisons entre les tétraèdres se font par les sommets, pas de liaison de
type Si-Si dans les silicates.
Les tétraèdres s‟unissent par mise en commun 1, 2, 3 ou 4 sommets les
possibles, Al3+ peut se substituer à Si4+ dans les tétraèdres, quand Al3+
occupe le centre d‟un polyèdre tétraèdre on le note AlIV
„tétracoordonné‟ , si Al3+ occupe le centre de polyèdre octaèdre on dit
qu‟il est hexacoordonné on parle de AlVI .
L'enchaînement des tétraèdres (SiO4)4- est à la base de la classification
des minéraux silicatés.
Silicates à tétraèdre isolé nésosilicates :
Tétraèdres (SiO4)
4- indépendants et isolés les uns des autres par des cations.
L'unité de base est un tétraèdre.
La composition se note entre crochets; sa configuration structurale est
représentée par tétraèdre (Voir ci dessous).
Minéralogie
Les nésosilicates regroupent plusieurs minéraux importants péridots, les
silicates d‟alumine, le zircon Zr [SiO4], le grenat, la sphéne,…
Les Péridots ou olivines : nésosilicates ferromagnésiens constituent une
série isomorphe avec miscibilité à toute température entre deux pôles
principaux :
- Pôle magnésien = forstérite de formule structurale Mg2[SiO4],
- Pôle ferreux = fayalite de formule structurale Fe2[SiO4].
L‟olivine est un mélange parfait, en toutes proportions des deux pôles,
forstérite (notée Fo) et fayalite (notée Fa).
(Mg, Fe2+) Mg2[SiO4] <================> Fe2[SiO4]
(100% Fo ; 0% Fa) (100% Fa ; 0% Fo)
Minéralogie
La formule structurale générale d‟une olivine s'écrit [SiO4] 2(Fe, Mg).
La formule moléculaire d‟un minéral correspond au nombre d‟oxydes
majeures présent dans sa composition, les principaux oxydes majeurs
(éléments majeurs) sont : SiO2, Al2O3, FeO, Fe2O3, MgO, CaO, TiO2,
MnO, Na2O, K2O, P2O5.
Les pourcentages en poids d'oxydes majeurs peuvent se calculent sur la
base de la formule moléculaire.
Les teneurs en poids d‟oxydes se donnent en pourcentages.
La somme des pourcentages doit être égale à 100%.
Exemple : de la forstérite : la formule structurale est Mg2[SiO4], la formule
moléculaire est 2MgO SiO2. Les oxydes dans se cas sont SiO2 et
MgO.
Calcul des pourcentages en oxydes de la forstérite :
2MgOSiO2. Les oxydes dans se cas sont SiO2 et MgO.
Les poids moléculaires de ses oxydes sont:
SiO2 = 60 et 2MgO = 80 ;
Minéralogie
SiO2 + 2MgO = 140.
Pourcentage de SiO2 = (60 /140) x 100 = 42,85%.
Pourcentage de MgO = (80 /140) x 100 = 57,15%.
La somme des pourcentages en poids des différents oxydes d'un minéral
doit être égale à 100%.
Dans l'exemple précédent : 42,85% + 57,15% = 100%.
D‟habitude on ne connait pas les formules moléculaires des minéraux.
L‟analyse chimique d‟un minéral se donne en pourcentages (%) de
poids d‟oxydes. Connaissant les pourcentages(%) de ses derniers on
détermine les rapports atomiques.
Les rapports atomiques sont obtenus en divisant les pourcentages(%) en
poids d'oxydes majeurs par les poids moléculaires.
Eléments
majeurs
% en poids d’oxydes (obtenus par analyse chimique)
Poids
moléculaire
Rapports
atomiques
SiO2 42.85 60 0,714
MgO 57 ,15 80 1,428
Les valeurs des rapports atomiques du tableau ci-dessous, montrent qu'il
y a deux fois plus de MgO que de SiO2 dans la forstérite. Donc La
formule est [SiO2]2MgO.
Si SiO2 Al Al2O3 2[(SiO3AlO8)Na] 6 Si2 Al2O3 Na2O Na Na2O
L’olivine magnésienne ne coexiste jamais avec le Quartz dans une
même roche.
La cristallisation de Quartz (SiO4) nécessite un excès de silice dans la
roche, or en présence d‟olivine à forstérite l‟excès du Quartz réagit
avec celle-ci pour former de l'Orthopyroxène selon la réaction :
2(Mg,Fe)[SiO4] + SiO2 2(Fe,Mg)[Si2O6]
Minéralogie
Olivine Silice Orthopyroxène
L‟olivine est le minéral des roches ultrabasiques péridotites mantelliques
et cumulat ultrabasiques. Les olivines constituent moins de 10%
certaines roches basiques (basalte à olivine et gabbro à olivine),
l‟olivine existe dans certaines roches métamorphiques dans les
calcaires métamorphiques à olivine (skarns à olivine).
Dans la nature Il existe d‟autres formes d‟olivines, mais peu fréquentes
dans la nature, c‟est le cas par exemple de :
Ca2SiO4 : Larnite (olivine calcique)
CaMgSiO4 : Monticellite
Les silicates d’alumines Al2O3 :
Sont la sillimanite, l‟andalousite et le disthène (cyanite), sont des minéraux
polymorphes de composition [SiO4]Al2O , ils différent par le système
cristallin et le signe d‟ellipsoïde, se sont des minéraux métamorphiques
formés dans les conditions physiques différentes. C‟est des minéraux
index de métamorphisme, indicateurs de l‟intensité du métamorphisme.
L‟andalousite cristallise à moyenne température.
La sllimanite est stable à haute température.
Le disthène indique les hautes pressions.
On peut passer d‟un minéral à l‟autre par le changement des conditions de
cristallisation :
Le disthène est triclinique biaxe négatif (U-).
La sillimanite est orthorhombique biaxe positif (U+).
L‟andalousite est orthorhombique biaxe négatif (U-).
Minéralogie
Les grenats :
Sont des nésosilicates de formule chimique générale Y2X3 [SiO4].
Y : cation bivalent et X : cation trivalent.
Les grenats cristallisent dans le système cubique ; on les subdivise en
deux principaux groupes qui sont :
- Les grenats almandins avec Y = Al3+
Almandin X = Fe2+
Pyrope X = Mg2+
Grossulaire X = Ca2+
Spessartite X = Mn2+
- Les grenats ferrifères avec Y = Fe3+
Andradite X = Ca2+
Les grenats se rencontrent dans les roches métamorphiques, micaschiste,
gneiss, granite et skarn à grenats, on peut trouver les grenats dans les
granites d‟anatexies crustales (granite provient de la fusion de la croute
Minéralogie
terrestre), on les rencontre aussi dans certaines péridotites du manteau
(péridotite à grenat).
Silicates à deux tétraèdres ou sorosilicates :
Ils sont formés sur la base de deux tétraèdres qui mettent en commun un
seul oxygène.
L'unité structurale de base s'écrit [Si2O7]6-, sa configuration structurale se
compose de deux tétraèdre réunis par un sommet.
Configuration structurale de l'unité de base des sorosilicates.
On connaît peu de sorosilicates dans la nature.
Exemple :
La lawsonite CaAl2(OH)2[Si2O7]H2O, minéral de métamorphisme de haute
pression.
Les mélilites Ca2Mg[Si2O7] et Ca2 Al[(Al,Si)2O7]. Minéraux rares de
certaines roches basiques et ultrabasiques.
Silicates à tétraèdres en anneau cyclosilicates :
Les tétraèdres se regroupent par 3 ; 4 ou 6 pour former des chaînes
fermées.
L'unité structurale de base s'écrit [SinO3n]2n-; n=3,4 ou 6. Pas de symétrie
d'ordre 5 dans les minéraux, n n‟est jamais être égale 5.
Minéralogie
Configurations des unités de bases des cyclosilicates
Les minéraux de cette classe sont rares on citera comme exemples :
- Le béryl de formule 3Be2+2Al3+ [SiO6O18]; système hexagonal.
- La cordiérite de formule Al3(Mg,Fe)2[Si5AlO18]. Minéral du système
orthorhombique, se rencontre dans les roches métamorphiques de la
séquence pélitique.
Silicates à tétraèdres en chaînes inosilicates :
Ils se composent de plusieurs tétraèdres disposés d‟une manière linéaire,
chaque tétraèdre est lié à ses voisins par 2 oxygènes.
Association de tétraèdres formant des chaînes simples ou des chaînes
doubles.
En subdivision : inosilicates en chaînes simples et inosilicates en chaînes
doubles :
* inosilicates en chaînes simples :
Les tétraèdres en chaîne linéaire sont liés par deux oxygènes et conserve
donc deux valences libres.
L'unité de base des chaînes dépend de la période de la chaîne.
Chaîne simple à période double. Unité de base = [Si2O6]4-.
Minéralogie
Chaîne simple à période triple. Unité de base = [Si3O9]6-
.
Exemple d´inosilicates en chaînes simples à double période : les
Pyroxènes
Les pyroxènes sont des minéraux courants des roches magmatiques
ultrabasiques et basiques. Ils se rencontrent aussi dans les granulites
et les éclogites qui sont des faciès métamorphiques de la séquence
basique.
Les pyroxènes se subdivisent en Orthopyroxènes (Opx) et en
Clinopyroxènes (Cpx).
Les Orthopyroxènes (Opx) sont appelés aussi pyroxènes
orthorhombiques à cause leur système de cristallisation qui est
orthorhombique (extinction droite en L.P.A). Ils se composent d'un
mélange de deux pôles, l'un magnésien 2Mg[Si2O6] appelé enstatite et
l'autre ferreux 2Fe[Si2O6] nommé orthoferrosilite. La formule générale
s'écrit, 2(Fe, Mg)[Si2O6].
Les Clinopyroxènes (Cpx) ou pyroxènes monocliniques cristallisent dans
le système monoclinique, ils ont une extinction oblique en L.P.A au
microscope et ont comme formule générale Ca (Mg, Fe)[Si2O6].
Les quantités de Ca permettent de subdiviser les Clinopyroxènes en
plusieurs séries :
-La série du diopside contient 45% à 50% de Ca. Elle s'étale entre le pôle
magnésien calcique qui est le diopside de formule (Ca, Mg)[Si2O6] et
le pôle ferreux calcique correspondant à l'hedenbergite de formule
(Ca,Fe)[Si2O6].
-La série de l'augite contient 15% à 45% de Ca.
-La série de la pigeonite se compose de 5% à 15% de Ca.
Minéralogie
-La série de la clinoenstatite contient moins de 5% de Ca. Elle s'étale
entre deux pôles; le pôle magnésien de composition 2Mg [Si2O6] qui
est la clinoenstatite est le pôle ferreux de formule 2Fe [Si2O6]
correspondant à la ferrosilite.
Pour les inosilicates chaine simple à période triple :
On site la wollastonite Ca3 [SiO9], ou pyroxène calcique du système
triclinique, il se rencontre dans les roches métamorphique carbonatés
et siliceuses, cas des skarns à wollastonites.
3CaCO3 + 3SiO2 3(CaSiO3)
*Inosilicates en chaîne double :
Deux chaînes simples se soudent en une structure en ruban. L'unité de
base se compose de 4 tétraèdres; elle s'écrit [Si4O11]6-.
Wollastonite
Minéralogie
Structure et configuration structurale de l'unité de base.
Les structures en hexagone dans le ruban permettent l‟insertion de
radicaux (OH)- qui accroît la valence de l'ensemble. L'unité de base
sera donc [Si4O11(OH)]7-.
Ce sont des minéraux des minéraux hydratés (présence de H2O) leur
cristallisation nécessite la présence de l‟eau (H2O).
Exemple d‟inosilicates en chaîne double :
Les Amphiboles, elles possèdent le plus souvent des formules chimiques
très complexes à cause des phénomènes de substitution. On citera
comme exemples :
L'anthophyllite Mg7 ([Si4O11 (OH)])2
La trémolite Ca2 Mg5([Si4O11 (OH)])2
L'actinote Ca2(Fe,Mg) ([Si4O11 (OH)])2
La hornblende Na Ca (Mg,Fe,Al)5 ([(Si,Al)4O11 (OH)])2
Le glaucophane Na2(Mg,Fe)3 Al2 ([(Si,Al)4O11 (OH)])2
Les amphiboles sont des minéraux essentiels des roches magmatiques
intermédiaires et acides, on peut les trouver dans les diorites,
Quartziques et granites. Dans les roches métamorphiques les
amphiboles caractérisent les faciès de schiste vert, les amphibolites à
hornblende et des schistes bleus (glaucophane).
Silicates à tétraèdres en feuillets phyllosilicates :
Les tétraèdres des phyllosilicates soudés les uns aux autres par trois de
leurs sommets forment un réseau plan (feuillet) à maille hexagonale.
Minéralogie
Les espaces en hexagone permettent l'incorporation des radicaux
(OH)-.
Les feuillets s‟empilent les uns sur les autres et sont solidaires par des
feuillets intermédiaires où s'associent (OH)- et cations.
Configuration structurale et composition de l’unité de base des phyllosilicates.
Exemples de phyllosilicates :
Le talc [Si4O10(OH)2] Mg3
La muscovite [Si3 AlIVO10(OH, F)2] 2AlVIK
La biotite [Si3 AlIVO10(OH, F)2] K(Fe, Mg)3
Les tectosilicates:
Dans la structure des tectosilicates chaque tétraèdre est lié à ses voisins
par quatre oxygènes. Il n y a pas de valence libre. L'unité de base est
[SiO2].
Minéralogie
Les minéraux de tectosilicate sont : le Quartz, les feldspaths et les
feldspathoïdes.
Le Quartz tectosilicate composé à 100% de silice SiO2, il existe 6
polymorphes de silice dont la cristallisation dépend de la température
et de la pression.
Relations de stabilité des polymorphes de la silice, SiO2. (La pression est
exprimée en kilobars = 1000 bars où 1 bar = 0,987 atmosphère (Klein et
Hurlbut, 1993).
La coésite et la stishovite stables à très hautes pressions. La stishovite se
rencontre uniquement dans les cratères d'impacts engendrés par des
météorites. La coésite se rencontre dans le manteau.
Le Quartz cristallise dans le système rhomboédrique à des températures
T < 573oC, on l‟appel Quartz α d‟origine diagénétique ou métamorphique.
Le Quartz β cristallise dans le système hexagonal à des températures
comprises entre 573oC et 870oC, 573oC < T < 870oC.il est d‟origine
magmatique, on le rencontre dans les roches magmatiques sursaturés
en silice ou excédentaire en silice (SiO2) comme les diorites
Quartzique, granite, rhyolite.
Minéralogie
Le passage du quartz α au quartz β se fait par distorsion de la structure
impliquant une rotation des tétraèdres et une diminution de symétrie ;
passage de la symétrie hexagonale à la symétrie rhomboédrique.
Passage du quartz α au quartz β se fait par distorsion de la structure.
Les substitutions en proportions variables de Si4+ par Al3+ dans les
édifices tétraédriques créent des valences libres.
([SiO2]) x 4 s‟écrit [Si4O8] Une substitution de Si par Al crée une valence
libre, l‟unité de base et [Si3AlO8]1-. Une substitution de 2 Si par 2Al
crée deux valences libres, l‟unité de base et [Si2Al2O8]2-.
([SiO2]) x 3 s‟écrit [Si3O6], Après substitution de Si par Al On obtient
[Si2AlO6]1-.
([SiO2]) x 2 s‟écrit [Si2O4], Après substitution de Si par Al On obtient
[SiAlO4]1-.
Les feldspaths :
Il existe 3 principaux types de feldspaths :
Le pôle sodique = albite (ab) [Si3AlO8]Na.
Formule moléculaire : 6SiO2Al2O3Na2O.
Le pôle potassique [Si3AlO8]K (neutralisation se fait par K), il existe sous
forme d‟orthose, sanidine et microcline.
Le pôle calcique = anorthite (an) [Si2Al2O8]Ca2+.
Minéralogie
En général la composition d‟un feldspath se donne en pourcentage
d‟albite(%), d‟anorthite(%), et d‟orthose(%).
Les feldspaths se subdivisent en feldspath alcalin et en plagioclase :
Les feldspaths alcalins sont l‟albite et les feldspaths potassiques.
Les plagioclases sont des mélanges solides (solution solide) composé
d‟albite et d‟anorthite miscibles (ne se mélange pas) à toute
température car Ca2+ et Na+ se substituent facilement et à toutes les
températures.
Le plagioclase se compose de X% d‟anorthite et (1-X)% d‟albite.
Les feldspaths alcalins sont pauvres en composant anorthite (-5%
anorthite).
Les feldspaths potassiques et l‟Albite ne forment de solutions solides
miscibles qu‟a haute température, à moyennes et à basses
températures, les composants sodiques et potassiques sont miscibles
à moyenne et à basse température, il se forme 1 cristal appelé perthite
dans lequel l‟albite forme des exolutions dans la partie potassique (FK).
Le mélange de l‟albite et le feldspath potassique à haute température est
parfait ce qui donne un minéral appelé la sanidine homogène à un
simple macle, mais à moyenne et à basse température on obtient la
perthite, l‟albite se sépare avec l‟anorthite et à basse température on
obtient le microcline.
Sanidine Orthose microcline
Macles des feldspaths potassiques
(vues microscopiques en lumière polarisée et analysée)
Haute température
Moyenne température Basse température
Macle en quadrillage fin Macle simple Orthose pérthetique à macle simple
Exolution D’albite FK
Minéralogie
Les plagioclases sont des feldspaths calcosodiques très pauvre en
composants potassiques (moins de 5% d‟or) ils se composent d‟un
mélange parfait d‟albite et d‟anorthite en toute proportion.
[Si3AlO8] Na [Si2Al2O8] Ca (Ab) (An)
Ils ont une formule général XAn(100-X)Ab.
Il existe 6 types de plagioclases, ils sont subdivisés en fonction de leurs
teneures d‟anorthite (An) :
Na+ Albite contient 0% à 10% An. Roches magmatiques acides Oligoclase contient 10% à 30% An. Andésine contient 30% à 50% An. Labrador contient 50% à 70% An. Roches magmatiques intermédiaires Bytownite contient 70% à 90% An. Roches magmatiques basiques Anorthite contient 90% à 100% An. Roches magmatiques ultrabasique Ca+
Minéralogie
Composition des feldspaths à différentes température
Les feldspaths se reconnaissent grâce à leurs macles en microscope
(L.P.A).
Les plagioclases montrent des macles polysynthétiques.
Minéralogie
Macle polysynthétique (a) et zoning des plagioclases vus au microscope (L.P.A).
Les plagioclases se trouvent au niveau des roches magmatiques basiques
et intermédiaires et acides, et son basicité varie selon la teneur en
silice de la roche.
Dans les roches magmatiques on peut trouver le gneiss, l‟Amphibole et les
granulites.
Diagramme d’équilibre de phases des plagioclases
Les feldspathoïdes :
Sont des tectosilicates de structure et de composition voisine de celle des
feldspaths, les feldspathoïdes se différent d ces derniers par un déficit
relative en silice et par un système cristallin plus riche en éléments des
symétrie.ils se rencontrent dans les roches magmatiques sous saturés
Minéralogie
en silice (déficitaire en silice) leur cristallisation nécessite pour
neutralisé un cation (Na+, K+) moins de silice que les feldspaths.
Exemple de feldspathoïdes :
La néphéline ([Si4AlO4])4Na3K cristallise dans le système hexagonal il est
uniaxe négatif (U-) au microscope, il a les même caractères que le
Quartz dans le microscope en L.P. ou en L.P.A., on les distinguent par
le signe de l‟ellipsoïde, le Quartz est (U+) et la néphéline est (U-).
La neutralisation d‟un Na+ ou K+ nécessite dans la cas de la néphéline la
participation d‟un seul cation Si4+ alors qu‟il nécessite dans le cas de
l‟albite ou l‟orthose [Si3AlO8]Na+ ou [Si3AlO8]K l‟intervention de 3 Si4+.
La leucite [Si2AlO6]K cristallise dans le système quadratique
pseudocubique et qui présente en L.P.A. des macles polysynthétiques
complexes.
Section de leucite vue au microscope en lumière polarisée analysée
Remarque : Le Quartz et les feldspathoïdes ne coexistent jamais
dans une même roche magmatique.
Minéralogie
Silicates ferromagnésiens : Olivine, Pyroxène, Amphibole, Biotite,
Feldspath alcalin et Plagioclase.
►Ordre de cristallisation des minéraux dans une roche magmatique :
