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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.