1. PRINCIPAUX MINERAUX ROCHES MAGMATIQUES2. CHARACTERISTIQUES OPTIQUES DES MINERAUX AU MICROSCOPE POLARISANT

3. DIAGRAMMES DE PHASE4. SERIE THOLEITIQUE (INTRUSIVE – EFFUSIVE)5. DIAGRAMMES DE PHASE (CC1)6. DIAGRAMMES DE PHASE

7. SERIE CALCOALCALINE - EFFUSIVE (CC2)8. CRISTALLISATION FRACTIONNEE ET FUSION PARTIELLE9. SERIE CALCOALCALINE - INTRUSIVE

10. SERIE ALCALINE – (INTRUSIVE – EFFUSIVE) (CC3)11. ROCHES MANTELLIQUES12. EXAMEN TP-TD

JUIN : EXAMEN ECRIT (COURS) + ORAL

PROGRAMME TP-TD LT205

CC + examen TP (18 Mai) : 40Écrit (29 Mai – 2 Juin) : 40Oral (7 Juin – 9 Juin) : 20 obligatoire

STRUCTURE DU GLOBE

Graine

Noyau externe(liquide)

Manteau inférieur

Manteau supérieur

Croûte (1vol% du Globe)

700 km

2900 km

5100 km

ProfondeurMoho

6370 km

<5-90 km

Gutenberg

(Manteau 83vol%)

25GPa

130GPa

300GPa

2.4GPa

Croute : 1kb = 3.7km5-50°C = 1km

(1GPa = 10 kbar)

(Noyau 16vol%)

Lehman4300°C

3700°C

1000°C

COMPOSITION MOYENNE DES ENVELOPPES

NOYAU MANTEAU(Pyrolite)

CROUTE OCEANIQUE

45.1 50.1

16.4

6.3

2.8

7.1

12.6

2.7

0.5

MnO 0.3el% 0.15 0.22 0.14

Cr2O3 0.9el% 0.4 0.025 0.004

0.014

1.30

0.13

3.3

8.0

Fe2O3 - - 2.6

NiO 5.2el% 0.2 0.002

TiO2 - 0.2 0.75

P2O5 0.35el% 0.02 0.25

38.1

3.1

0.4

K2O - 0.03 2.9

CROUTE CONTINENTALE

SiO2 - 62.0

Al2O3 - 15.6

FeO 85el% 3.9

MgO - 3.2

CaO - 5.7

Na2O - 3.1

Éléments majeurs > 1% en poids. Mineurs 1-0.1% Traces <0.1%

PHASES DES ROCHES MAGMATIQUES

I. ELEMENTSII. SULFURESIII. HALOGENURESIV. OXIDESV. NITRATES (no! Très solubles!)VI. SULFATESVII. PHOSPHATESVIII. SILICATESIX. CARBONATESX. VERRESXI. FLUIDES SiO4

4-

Obsidienne arc-en-ciel

MagmaSystème multi-phase et multi-composant

(Cristaux + liquide + fluide)

ANALYSE CHIMIQUE

Poudre de l’échantillon

Techniques:

• X-Ray fluorescence spectroscopy (XRF)• Atomic Absorption Spectrometry (AAS)• Inductively Coupled Mass Spectrometry (ICPMS)

ELEMENTS MAJEURS

OXYDEQuantité dans les

roches magmatiques les plus communes

SiO2 Jusqu’à 80 wt%

Al2O3 <22 wt%

TiO2, Fe2O3, FeO, MnO, MgO,CaO

<30 wt%

Na2O <8 wt%

K2O <8 wt%

H2O+ <7

P2O5 < 0.15 wt%

CO2 <0.5

Les chaines volcaniques des Andes (Equateur)

Mt. St. Helens (USA)

ROCHES RARES: LES CARBONATITES

Oldoinyo Lengai (Tanzanie)natrocarbonatite

hornitos

Coulée de lave peu visqueuse

Mg-carbonatite Ca-carbonatite

SiO2 <0.1 2.16

TiO2 0.003 0.143

Al2O3 0.05 0.13

Fe2O3 9.3 4.22

MnO 2.17 0.812

MgO 14.8 1.13

CaO 28.8 47.1

Na2O 0.03 0.65

K2O 0.01 0.06

P2O5 0.08 0.329

CO2 43.5 40.7

F 0.505 0.140

SO3 0.51 1.86

Tot 99.7 99.4

PROPRIETES PHYSIQUES DIAGNOSTIQUES

Morphologie (Forme)CouleurEclat, transparenceClivageMacleDureté, trace

DensitéSolubilitéLuminescence (tribo-thermo-photo)RadioactivitéIndices de réfraction (MICROSCOPE)

Plagioclase andesine

PROPRIETES MACROSCOPIQUES 1.-FORME

La forme des cristaux dépend de l’interaction entre:

Taux de refroidissement (automorphes, squelettiques, dendritiques)Croissance libre (cristaux automorphes ou idiomorphes ou euhédriques)Croissance contrariée (cristaux xenomorphes ou anhédriques)Corrosion et recristallisation (réactions: surfaces de resorption)Déformations mécaniques chaudes (ductiles-distorsions du réseau)Rupture mécanique à froid (fragiles-tectonique: cassures)

Automorphes: forme géométrique simple réglementée par le degré desymétrie de leur réseau cristallin

ISOMETRIQUE (Cube – sphère)

Leucite (KAlSi2O6)

ALLONGES DANS 2 SENSTABULAIRE, LAMELLAIRE, DISCOIDALE

Mica « Lepidolite » ((K, Cs, Rb) (Li,Al)3(Si,Al)4O10(OH,F)2)

ALLONGE DANS UN SENS - PRISMATIQUE

Pyroxène Aegirine (NaFeSi2O6)

ALLONGE DANS UN SENS - ACICULAIRE

Calcite (CaCO3)

FORME des AGGREGATS - FIBREUSE

Riebeckite var. crocidolite « asbeste bleu »Amphibole, Na2Fe3

2+Fe23+Si8O22(OH)2

FORME des AGGREGATS - GRANULAIRE

Calcite (CaCO3) compacte

FORME des AGGREGATS- MAMMELLONNAIRE

Calcite (CaCO3)

Surfaces de croissance au contact magma-encaissantIntrusion basaltique de Skaergaard, est Groenland

FORME des AGGREGATS - DENDRITIQUE

Psilomelane, oxyde de Mn, Na, K, Ca etc;

Remplacement d’anorthosite dendritique au contact entremagma et encaissant, intrusion basaltique de Skaergaard

PROPRIETES MACROSCOPIQUES 2. - COULEUR

Achromatique (incolore; ex. quartz)Idiochromatique (coloré; absorption par les éléments constituants

ex. Fe dans les pyroxènes, olivines, amphiboles)Alochromatique (couleur due aux impuretés et aux inclusions

ex. quartz vert: inclusions de chlorite)Pseudochromatique (couleurs d’interférence due à fractures, macles

ex. Opale, Labradorite)

citrineaméthyste morioncristal deroche Visible: 350nm (violet)-750nm (rouge)

Métaux de transition: Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn [Ar(3d1-10 4s1-2)]

Métaux de transition

Co3+

3d 4s

Les énergies des orbitaux sont assez proches pour permettre des transitions électroniques stimuléspar la radiation du spectre solaire ( radiation de faible énergie).

La présence d’électrons non appariés est déterminante pour consentir les transitions électroniques

TRANSFERT DE CHARGE DE INTERVALENCE

EUCLASE [BeAlSiO4OH]

Définition : transfert d’un électron entre deux ions dans sitesadjacents occupés par couples Fe-Fe, Fe-Ti, Mn-Ti

Ex: Fe2+ (site1) + Fe3+ (site2) = Fe3+ (site1)+Fe2+(site2)

Bleu: Fe2+ - Fe3+ (absorption partie rouge du spectre vers 680 nm)

Forte polarisation des couleurs dans la direction des chaînes Fe-Fe

Exemples:PYROXENES (acmite) [NaFeSi2O6]VIVIANITE [Fe(PO4)2.8H2O]

impuretés (Fe,Ti,Mn)

KYANITE [Al2SiO5] TOURMALINE (dravite) [NaMgAl6(BO3)3(Si6O18)(OH)4]TOURMALINE (elbaite) [Na(Li,Al)3Al6(BO3)3(Si6O18)(OH)4]

Ti [Ar(3d2 4s2)]

PROPRIETES MACROSCOPIQUES 3. - ECLAT

Produit par la lumière réfléchie par le minéral

Métallique, c'est un éclat fort bien marqué sur les faces cristallines et les plans de clivage. Caractérise surtout les minéraux opaques (ex: Pyrite)

Semi-métallique, c'est l'éclat de certains minéraux transparents ou semi-transparents. (ex: Cuprite)

Adamantin, c'est l'éclat fort des minéraux translucides à transparents (ex: diamant)

Vitreux, éclat qui rappelle le verre (ex: Quartz)

Gras, comme celui du Talc

Nacré, caractéristique des minéraux transparents à semi-transparents ayant un bon clivage en feuillets.(ex: Gypse)

Soyeux, typique des minéraux fibreux. (ex: certaines calcédoines)

Mat, éclat faible de minéraux surtout terreux.(ex: Kaolin)

PROPRIETES MACROSCOPIQUES 4. – CLIVAGE

Propriété de certains minéraux de se casser suivant des directions déterminées.Il est lié à la structure interne du cristal et est constant pour un minéral donné;

On estime la qualité du clivage suivant 5 niveaux:

Excellent, le minéral se clive en fines lamelles dans un sens. (ex: Muscovite)

Très bon, le minéral se clive en formes régulières délimitées. (ex: Galène en cubes)

Bon, les plans de clivage ne sont pas parfaitement droits (ex: Feldspaths)

Imparfait, on ne voit pas bien le clivage, les surfaces de clivage sont irrégulières. (ex:Apatite)

Très imparfait, il n'y a pas réellement de clivage (ex: Pyrite)

PROPRIETES MACROSCOPIQUES 5. - MACLE

ABCABCABC | CBACBACBA | ABCABCABC | CBACBACBA

Cristaux formés par deux ou plusieurs individus orientés selon des opérations de symétrie (loi) bien définies.

La macle se forme pendant la croissance ou par transformationd’un cristal préexistant sous l’effet des variations de pression

(macle de déformation) et/ou de température

Contact (=réflexion) : Baveno, Manebach (feldspaths alcalin) Albite (polysynthétique)Japonaise (quartz)

Compénétration : Carlsbad (feldspaths alcalins)Brazil, Dauphine (quartz)

Rotation : ex. Aragonite, staurolite, rutile

EXEMPLE : MACLES DES FELDSPATHS ALCALINS

[001]

(001)

(0-21)Baveno

Carlsbad

Manebach

PROPRIETES MACROSCOPIQUES 6. - DURETE

Minéraux Formule Echelle de MohsMg3Si4O10(OH)2 1

2345678910

CaSO4 .2(H2O)CaCO3

CaF2

Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)KAlSi3O8

SiO2

Al2SiO4(F,OH)2

Al2O3

C

Rayé par….Talc (silicate) OngleGypse (sulfate) OngleCalcite (carbonate) CuivreFluorite (halogénure) CouteauApatite (phosphate) CouteauOrthose (silicate) CouteauQuartz (silicate) Raye le verreTopaze (silicate) Raye le verreCorindon (oxyde) Raye le verreDiamant (élément) Raye le verre

Resistance d’un matériel a être rayé, abrasé ou pénétré (Echelle de Mohs-1822)

POLYMORPHES DE LA SILICE (SiO2)Tectosilicates

T°(C)

P (GPa)

1470 1728870574

stishovite

coesite

quartz βquartz α

Tridimite βCristobalite β

SiO2liquide

Phase Densité Réfraction

Stishovite 4.35 1.81

Coesite 3.01 1.59

Cristobalite β 2.20 1.48

Tridimite β 2.22 1.47

Quartz β 2.53 1.54

Quartz α 2.65 1.55

1GPa=10kbar

CRISTOBALITE

SYSTÈME CRYSTALLIN : β=cubique 4/m3-2/m; α= quadratique 422FORME : pseudo-octaèdre, agrégats sphériques avec fibres radiales COULEUR: incolore, griseECLAT : vitreuxDURETE : 6.5MACLES : type spinelleCLIVAGE : absentGISEMENT : roches volcaniques dans la mesostase et les bulles (post-volcanique)

TRIDIMITE

SYSTÈME CRYSTALLIN : β=hexagonal 6/m2/m2/m; α= monoclinique 2/mFORME : pseudo-hexagonal , aplati, agrégats sphériques COULEUR: incolore, blanche; transparentECLAT : vitreuxDURETE : 7MACLES : noCLIVAGE : [0001] et [1010] imparfaitGISEMENT : cavités dans roches volcaniques

QUARTZ

SYSTÈME CRYSTALLIN : β=hexagonal 622; α=trigonal 32FORME : bipyramidale (avec prisme entre les pyramides)COULEUR: incolore, blanc, brun, violet, jaune, gris, noir ECLAT : vitreux gras, CASSURE conchoïdaleDURETE : 7MACLES : ouiCLIVAGE : [0110] imparfaitGISEMENT : roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires

Tectosilicates

FELDSPATHS (Ax Al1+x Si3-x O8)

Anorthite CaAl2Si2O8Albite NaAlSi3O8

Plagioclases

Orthose KAlSi3O8

Feld

spath

s alca

lins

Domaine d’immiscibilité

Compositions non observées

Tectosilicates

PLAGIOCLASE HT (Ca-Na; Tricl.) PLAGIOCLASE LT (Ca-Na; Tricl.)

SANIDINE (K,Na; Or100-40) ORTHOSE (K,Na; Or100-85),

ANORTOCLASE (Na,K; Or40-10) MICROCLINE (K; Or100-95), PERTITES

ADULAIRE (Or90, 1%Ba. Hydrothermale)

LA SERIE DES FELDSPATHS

PERTITES

ANORTHOCLASE SANIDINE

ALBITE ORTHOSE Monocl

MICROCLINETricl.

ADULAIRE

ALBITE K-FELDSPATH

T

Monocltricl

ALBITE ANORTHITE

PeristeriteBoggild

Huttenlocher

PLAGIOCLASES (Haute Température)

SYSTÈME CRYSTALLIN : triclinique 1-FORME : de prismatique à tabulaire à aplati, avec section presque carrée; striéCOULEUR: blanche, gris-blanc ECLAT : vitreux, nacréCASSURE : conchoïdale, inégale DURETE : 6 (anorthite) – 7 (albite)MACLES : type albiteCLIVAGE : presque orthogonale, [001] parfait et [010] bonGISEMENT : roches magmatiques effusive (de basiques à acides) et pegmatitiques

Tectosilicates

Macle albite (010)

PLAGIOCLASES (Faible Température)

Labradorite (réseau de diffraction à l’échelle micrométrique)

Tectosilicates

FELDSPATHS ALCALINS (Haute Température)-1

Trachyte du Mt. Dore

Sanidine

SYSTÈME CRYSTALLIN : monoclinique C 2/mFORME : de prismatique à tabulaireCOULEUR: blanche, grise, jaunâtre ECLAT : vitreux CASSURE : inégale DURETE : 6MACLES : type Carlsbad, Baveno et ManebachCLIVAGE : presque orthogonale, [001] parfait et [010] bonGISEMENT : roches volcaniques acides

Tectosilicates

FELDSPATHS ALCALINS (Haute Température)-2

Anorthoclase

Mt. Erebus

Tectosilicates

SYSTÈME CRYSTALLIN : monoclinique C 2/mFORME : de prismatique à tabulaireCOULEUR: blanche, grise, jaunâtre ECLAT : vitreux CASSURE : inégale DURETE : 6MACLES : type Carlsbad, Baveno et ManebachCLIVAGE : presque orthogonale, [001] parfait et [010] bonGISEMENT : roches volcaniques acides

FELDSPATHS ALCALINS (Moyenne Température)

Tectosilicates

SYSTÈME CRYSTALLIN : monoclinique C 2/mFORME : de prismatique à tabulaireCOULEUR: blanche, grise, jaunâtre ECLAT : vitreux CASSURE : inégale DURETE : 6MACLES : type Carlsbad, Baveno et ManebachCLIVAGE : presque orthogonale, [001] parfait et [010] bonGISEMENT : roches magmatiques intrusives acides

FELDSPATHS ALCALINS (Faible Température)

Microcline perthitique, var. Amazonite

Tectosilicates

SYSTÈME CRYSTALLIN : triclinique C1-FORME : de prismatique à tabulaireCOULEUR: blanche, jaune, rouge, vertECLAT : vitreux CASSURE : inégale DURETE : 6MACLES : types albite-pericline et Carlsbad CLIVAGE : presque orthogonal, [001] parfait et [010] bonGISEMENT : roches alcalines intrusive profondes et

roches pegmatitiques

Clivage et macle89°30’

Origine:SecondaireIntroduction de Pb Par des fluides hydrotermaux percolant dans les fractures du microcline(phase hydrotermale)

Albite

Couleur: Verte, bleue

Amazonite

Environnement: pegmatites

MICROCLINE var. AMAZONITE

Éclat: soyeuxSection à losange

Environnement: hydrothermal,

a) remplissage de fractures et failles (+qtz+sericite+epidote, pyrite+Au, etc)

b) remplacement de phases de haute T(adularisation)

Faible T (<350 °C)

ADULAIRE (« Moonstone-Piedra de Luna »)

FELDSPATHOIDES

Leucite : KAlSi2O6

Tectosilicates

Group de la Sodalite : (Na,K,Ca)8(AlSiO4)6(S,SO4,Cl2,H2O)

Sodalite, noseane, hauyne, lazurite

Magmas sous-saturés en silice

SYSTÈME CRYSTALLIN : tetragonale pseudocubique 4/mFORME : prismatique hexagonalCOULEUR: incolore, blanche, translucideECLAT : vitreuxCASSURE : conchoïdale DURETE : 6MACLES : CLIVAGE : ouiGISEMENT : roches magmatiques alcalinesDENSITÉ’: 2.47

FELDSPATHOIDES

Néphéline-Kalsilite : (Na,K)AlSiO4

Tectosilicates

Magmas sous-saturés en silice

SYSTÈME CRYSTALLIN : hexagonal P63FORME : prismatique hexagonalCOULEUR: blanche, de transparent à opaque-translucideECLAT : vitreux, gras CASSURE : sub-conchoïdale, inégale DURETE : 5.5-6MACLES : possiblesCLIVAGE : ouiGISEMENT : roches magmatiques alcalinesDENSITÉ’: 2.55-2.66

OLIVINE (M2SiO4) M: Mg, Fe, Mnnesosilicates

SYSTÈME CRYSTALLIN : orthorhombique 2/m 2/m 2/mFORME : prismatique, granulaire, contour hexagonalCOULEUR: jaune-vert-brun ECLAT : vitreux CASSURE : conchoïdaleDURETE : 6,5-7MACLES : rare selon {011} {012} et {031}CLIVAGE : imparfait selon {110} et {010} à 90°GISEMENT : roches magmatiques, métamorphiques

PYROXENES (M2Si2O6)

OrthopyroxènesClinopyroxènes

EnstatiteMg2Si2O6

Ferrosilite

DiopsideCaMgSiO3

HedenbergiteCaFeSiO6

WollastoniteCa2Si2O6

Augites

pigeonites

Domainesans pyroxène

inosilicates

Fe2Si2O6

Enstatite en100-88; Bronzite en88-70; Iperstene en70-50; Fe-iperstene en50-30; Eulite en30-12; Ferrosilite en12-0

(Wo,En,Fs)

JadeiteNaAlSi2O6

AcmiteNaFeSi2O6

80

20

Onfacite Aegirin-augite

Jadeite Aegirine

Spodumene: LiAl(Si2O6)

CLINO-PYROXENES

Augite

Cr-Diopside

SYSTÈME CRYSTALLIN : monoclinique C 2/cFORME : prismatique, sections carrées ou avec 8 facesCOULEUR: blanche (Ca), verte ou noire (Fe), violet (Li)ECLAT : vitreuxCASSURE : conchoïdale, inégaleDURETE : 5-6MACLES : polysynthétique selon {001}CLIVAGE : parfait. Clivage basal à ca.90°, {110} GISEMENT : magmatiques, métamorphiques

AMPHIBOLES

Mg Si O (OH)7 8 22 2 Fe Si O (OH)7 8 22 2

Pôle virtuelCa Si O (OH)7 8 22 2

Anthophyllite

Cummingtonite Grunériteclinoamphiboles

Ferro-Actinote Ca2Fe5Si8O22(OH)2

Trémolite

Ca2Mg5Si8O22(OH)2

inosilicates

0

0.5

1.0

8 7.5 6.5 5.5

edenite pargasite

tremolite hornblende tschermakite

Si

actinotes

(Na+Ka)A

CLINO-AMPHIBOLES

SYSTÈME CRYSTALLIN : monoclinique C 2/cFORME : prismatique, sections à losangeCOULEUR: verte (Fe), noire ECLAT : vitreux, fibreuxCASSURE : selon le clivageDURETE : 5-6MACLES : polysynthétique selon {001}CLIVAGE : parfait. Clivage basal à ca.90°, {110} GISEMENT : magmatiques, métamorphiques

MICAS (XY3Z4O10V2)

Phlogopite : KMg3(AlSi3O10)(OH)2

Annite : KFe3(AlSi3O10)(OH)2

Muscovite : KAl2(AlSi3O10)(OH)2

Phyllosilicates

SYSTÈME CRYSTALLIN : monoclinique C 2/mFORME : lamellaireCOULEUR: blanche, grise, verte, noire, rose ECLAT : nacré, vitreux, soyeux DURETE : 3-2MACLES : non CLIVAGE : parfait {001}GISEMENT : roches magmatiques et métamorphiques

MICAS

LEPIDOLITE (pegmatites, greisens)

MUSCOVITE

PHLOGOPITE