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Polycopier de Travaux pratiques – Géodynamique Interne – S2- SVI / STU

UNIVERSITE SIDI MOHAMED BEN ABDELLAH FACULTE POLYDISCIPLINAIRE DE TAZA

DEPARTEMENT B-C-G FILIERE STU

MODULE : GEODYNAMIQUE INTERNE

Semestre S2 Filières SVI / STU

Polycopié de Travaux pratiques

Reconnaissance et détermination macroscopique des minéraux et des roches magmatiques et

métamorphiques


Reconnaissance et détermination macroscopique des minéraux Quelques définitions :

Un CRISTAL est un solide macroscopiquement homogène, ordonné à l’échelle atomique et défini par une composition chimique donnée. Un phénocristal est un cristal de taille exceptionnelle, mais la plupart des cristaux qu'on observe sont composés de plusieurs cristaux accolés (ou cristallites). Un MINERAL est un cristal existant dans la nature, caractérisé fréquemment à l’œil par des faces géométriques régulières s’il a pu croître dans son milieu naturel.

Un MINERAI peut est un minéral ou un ensemble rocheux contenant un ou des minéraux utiles à l’Homme. En pratique le terme s’applique surtout aux minerais métalliques. Le SYSTEME CRISTALLIN : L'étude des cristaux permet de visualiser des plans, axes et centres de symétrie… L'étude des divers éléments de symétrie a débouché sur la mise en évidence de 7 types fondamentaux de symétrie d'orientation : les 7 systèmes cristallins, liés à 14 types de réseaux cristallins (les "réseaux de Bravais "). Ces systèmes sont caractérisés par le rapport des longueurs des trois vecteurs "a, b, c," et des trois axes "x, y, z," et des trois angles "α, β, γ," que forment entre eux ces axes, les indices de Miller sont des coordonnées des vecteurs dans cette base. Les 7 systèmes cristallins :

le système cubique : 3 types de réseau (primitif, centré et toutes faces centrées).

Spessartite

le système quadratique : 2 types de réseau (primitif et centré).

Rutile

le système hexagonal : 1 type de réseau (primitif).

Apatite


le système rhomboédrique ou trigonal : 1 type de réseau (primitif).

Tourmaline

le système Orthorhombique : 4 types de réseau (primitif, centré, toutes faces centrées et base centrée).

Aragonite

le système monoclinique : 2 types de réseau (primitif et base centrée).

Azurite

le système triclinique : 1 type de réseau (primitif).

Albite

CRITERE DE RECONNAISSANCE DES MINERAUX Tout minéral possède des propriétés physiques et chimiques qui permettent de le distinguer des autres. Ces propriétés sont utiles dans la reconnaissance et l’identification des minéraux. Les principales propriétés physiques des minéraux sont : la morphologie, la dureté, la cassure, le clivage, la couleur, la trace, la transparence, l’éclat, la densité, la solubilité, la luminescence, le magnétisme, la conductivité électrique et la radioactivité

1. Habitus : L’habitus est la forme cristalline dominante d'un minéral, c'est-à-dire le mode d'association le plus fréquent de ses faces cristallines. En règle générale il y a soit des faces planes (cristaux xénomorphes, idiomorphes ou automorphes), soit des agrégats. On peut donc définir un cristal par sa forme propre : cubique, prismatique, aciculaire, fibreuse, en tablettes… ou par l’agencement d’un agrégat : granuleux, filamenteux, oolithique, dendritique, botryoïdal (= concrétionné)… Par exemple, le diamant et la pyrite cristallisent tous deux dans le système cubique. Cependant, le diamant se présente habituellement sous la forme (habitus) d'octaèdres brillants, alors que la pyrite forme généralement des cubes aux faces striées, moins souvent des octaèdres.



2. La dureté La dureté d'un minéral correspond à sa résistance à se laisser rayer. Cette propriété est variable d'un minéral à l'autre. Le diamant est très dur mais le talc est mou. Les minéralogistes ont une échelle relative de dureté, l'échelle de Mohs, qui utilise dix minéraux communs, classés du plus tendre au plus dur.

3. La densité (voir Annexe 1)

La densité d'un minéral, est une constante physique, c'est le rapport qui existe entre le poids d'un minéral et celui de son volume d'eau, à une température déterminée. Pour calculer la densité d'un minéral, on mesure son poids dans l'air (Mair); On mesure son poids lorsqu’il est immergé dans une colonne d'eau distillée (Meau). D = Mair / (Mair - Meau). La densité varie de 1 à 20 selon une échelle de densité:

- Minéraux légers (1 - 2); - Moyennement lourds (2 - 4); - Lourds (4 - 6); - Très lourds (6 - 20).

4. La cassure :

On distingue d'après différents ouvrages jusqu'à 6 types de cassure différents. La seule cassure vraiment utilisée est facile à repérer est la cassure conchoïdale (ou en forme de coquille), c'est la cassure typique du verre, mais aussi du quartz, silex, obsidienne.


5. Le clivage

Le clivage correspond à des plans de faiblesse dans la structure cristalline des minéraux qui vont se défaire, se briser facilement le long des plans parallèles de moindre résistance. Par exemple, les micas (Muscovite) se débitent en feuilles grâce à leur clivage selon un plan unique. Il peut y avoir jusqu'à 4 plans de clivage dans un cristal (fluorite par exemple)

6. La transparence : C’est la propriété des minéraux de laisser passer la lumière. Il existe cinq degrés de transparence :

- Transparent: on peut lire à travers une couche épaisse; - Semi-transparent: lecture non nette; - Translucide: la lumière traverse le minéral; - Non transparent: le minéral ne laisse pas passer la lumière sauf en couche très mince; - Opaque: le minéral ne laisse jamais traverser la lumière.

Degré de transparence de lame de même épaisseur d’un cristal transparent (a), d’un cristal semi-transparent (b), d’un cristal translucide (c) et d’un minéral opaque.

7. La couleur : Elle fait partie des caractères de détermination les plus importants mais n’est pas toujours absolument fiable. En effet, la fluorite par exemple peut être incolore, blanche, bleue, verte, jaune, violette, etc. Chez certains minéraux, ces différences de coloration déterminent des variétés différentes ; par exemple le quartz, le cristal de roche, l’améthyste, la citrine, le quartz enfumé sont tous la même espèce minérale de formule SiO2 ; de même le corindon (Al2O3) lorsqu’il est bleu est appelé saphir et lorsqu’il est rouge il est appelé rubis.


Attention, la couleur doit être observée sur des cassures fraîches car l’altération d’un minéral peut modifier cette caractéristique.

8. L'éclat L'éclat des minéraux, c'est l'aspect qu'offre leur surface lorsqu'elle réfléchit la lumière. Il dépend de la lumière, la rugosité de la surface, etc. On distingue deux grandes catégories et différents types d’éclat:

a) l'éclat métallique, l'aspect métallisé des surfaces cristallines, brillant comme celui des métaux;

b) l'éclat non métallique que l'on décrit par des termes comme: - vitreux (comme le verre, caractéristique des minéraux transparents); - gras (comme si la surface était enduite d'huile ou de graisse, lié à l’inégalité de surface); - adamantin (qui réfléchit la lumière comme le diamant); - résineux (comme la résine); - soyeux (comme la soie, relatif aux minéraux fibreux); - mat (minéraux d’apparence terreuse); - nacré (caractéristique des minéraux semi-transparents).

Des cubes de pyrite métalliques associés à du quartz non-métallique.


9. Le goût et odeur Le sel gemme NaCl (halite) se reconnaît évidemment à son goût salé alors que la Sylvine KCl à une saveur légèrement amère.

10. La Solubilité Certains minéraux peuvent être solubles dans l’eau et d’autres dans l’acide. Cette caractéristique peut être intéressante pour identifier certains minéraux. Par exemple : l’halite se dissout dans l’eau froide, le gypse dans l’eau chaude, la calcite dans l’acide chlorhydrique (HCl) à froid.

11. La macle : Occasionnellement, des cristaux de même espèce et de même forme peuvent croître groupés selon des lois de symétrie définies, formant alors des macles, constituées de 2, 3, ou de multiples individus.

Activités pratiques

PROPRIETES DES MINERAUX

Minéral 1 Minéral 2 Minéral 3

FORME

DURETE

CLIVAGE/CASSURE

DENSITE

COULEUR

ECLAT

SAVEUR

ODEUR

ACTION DE HCL

NOM DU MINERAL

OBSERVATIONS


Annexe 1 : Liste des minéraux par densité

1/

• Glace à 0 °C 0,918

• Calomel 1,5

• Salmiac 1,5 à 2 2/

• Laumonthite 2

• Opale 2

• Sylvite 2

• Chrysocolle 2,1

• Halite 2,1

• Stilbite 2,1

• Chabasite 2,1 à 2,2

• Graphite 2,1 à 2,2

• Sodalite 2,1 2,3

• Thomsonite 2,1 à 2,4

• Soufre 2,1 à 2,7

• Heulandite 2,2

• Analcime 2,2 à 2,3

• Natrolite 2,2 à 2,3

• Scolécite 2,2 à 2,4

• Kaolin 2,26

• Chalcanthite 2,3

• Gypse 2,3

• Tridymite 2,3

• Apophyllite 2,3 à 2,4

• Garniérite 2,3 à 2,8

• Leucite 2,5

• Whewellite 2,5

• Bertrandite 2,5 à 2,6

• Microcline 2,5 à 2,6

• Néphéline 2,5 à 2,6

• Orthose 2,5 à 2,6

• Aigue-marine 2,6

• Albite 2,6

• Améthyste 2,6

• Bauxite 2,6

• Calcedoine 2,6

• Quartz 2,6

• Sanidine 2,6

• Séricite 2,6

• Variscite 2,6

• Cordiérite 2,6 à 2,7

• Feldspath 2,6 à 2,8

• Turquoise 2,6 à 2,8

• Alunite 2,7

• Beryl 2,7

• Calcite 2,7

• Émeraude 2,7

• Héliodore 2,7

• Turquoise 2,7

• Vivianite 2,7

• Talc 2,7 à 2,8

• Dolomite 2,8

• Anhydrite 2,9

• Cyanotrichite 2,9

• Muscovite 2,9

• Wavellite 2 à 3

• Prehnite 2,6 à 3

• Micas 2,71 à 3,19

• Lépidolite 2,8 à 2,9

• Muscovite 2,8 à 3

• Biotite 2,8 à 3,2

3/

• Anhydrite 3 • Ankérite 3 • Aragonite 3 • Danburite 3 • Magnésite 3 • Dravite 3 à 3,1 • Actinote 3 à 3,2 • Elbaïte 3 à 3,2 • Annabergite 3 à 3,2 • Érythrite 3 à 3,2 • Atacamite 3 à 3,8 • Tourmaline 3,1 • Andalousite 3,1 à 3,2 • Autunite 3,1 à 3,2 • Ludlamite 3,1 à 3,2 • Schorl 3,1 à 3,3 • Scorodite 3,1 à 3,3 • Apatite 3,2 • Fluorite 3,2 • Spodumène 3,2 • Torbernite 3,2 • Axinite 3,2 à 3,3 • Sillimanite 3,2 à 3,3 • Augite 3,2 à 3,4 • Diopside 3,2 à 3,4 • Hornblende 3,2 à 3,4 • Zoïsite 3,2 à 3,4 • Olivine 3,2 à 3,6 • Dioptase 3,3 • Goyazite 3,3 • Pyroxène 3,3 • Épidote 3,3 à 3,5 • Hémimorphite 3,4 • Vésuvianite 3,4 • Sphène 3,4 à 3,5 • Diamant 3,5 • Orpiment 3,5 • Rhodochrosite 3,5 • Réalgar 3,5 à 3,6 • Topaze 3,5 à 3,6 • Kyanite 3,53 - 3,65 • Rhodonite 3,6 • Disthène 3,6 à 3,7 • Grossulaire 3,6 à 3,9 • Rhodolite 3,65 à 3,80 • Chrysobéryl 3,7 • Rhodocrosite 3,7 • Staurotide 3,7 • Strontianite 3,7 • Azurite 3,8 • Sidérite 3,8 à 3,9 • Ouvarovite 3,9 • Allanite 3 à 4,2 • Malachite 3,5 à 4 • Sphalérite 3,5 à 4 • Spinelle 3,6 à 4

4/

• Célestite 4 • Corindon 4 • Ilvaïte 4 • Rubis 4 • Saphir 4 • Malachite 4 • Olivénite 4 à 4,4 • Smithsonite 4 à 4,4 • Goethite 4,2 • Psilomélane 4,2 • Rutile 4,2 à 4,4 • Zircon 4,2 à 4,9 • Almandin 4,3 • Manganite 4,3 • Pyrochlore 4,3 • Chalcopyrite 4,3 • Adamite 4,3 à 4,5 • Barytine 4,3 à 4,6 • Smithsonite 4,4 • Barite 4,5 • Enargite 4,5 • Chromite 4,5 • Pyrrhotine 4,5 à 4,6 • Chromite 4,5 à 4,8 • Thorite 4,6 • Covellite 4,6 • Stibine 4,6 • Ilménite 4,6 à 4,7 • Molybdénite 4,6 à 4,7 • Kermésite 4,7 • Pyrrhotite 4,7 • Cumengéite 4,7 • Pyrolusite 4,8 • Pentlandite 4,8 • Marcasite 4,9 • Chalcostibite 4,9 à 5 • Tennantite 4,6 à 5,1 • Tetraédrite 4,9 à 5,1 • Bastanaésite 4,9 à 5,2 5/

• Boléite 5 • Pyrite 5 • Bornite 5,1 • Monazite 5,1 • Hématite 5,2 • Magnétite 5,2 • Linarite 5,3 • Milléeite 5,5 • Arsenic natif 5,6 à 5,8 • Proustite 5,6 • Chalcocite 5,7 • Zincite 5,7 • Bournonite 5,8 • Pyrargyrite 5,8

6/

• Arsénopyrite 6 • Scheelite 6 • Tenorite 6 • Crocoïte 6 à 6,1 • Cérusite 6 à 6,5 • Cuprite 6,1 • Scheelite 6,1 • Semseyite 6,1 • Boulangérite 6,2 • Cobaltite 6,2 • Colombite 6,2 • Stephanite 6,2 • Anglésite 6,3 • Aurichalcite 6,3 • Anglésite 6,4 • Cérusite 6,5 • Clhorargyrite 6,5 • Antimoine natif 6,5 à 6,7 • Leadhilite 6,6 • Bismuthinite 6,8 • Wulfénite 6,8 • Vanadite 6,9 • Pyrpmorphite 6,5 à 7,1 7/

• Cassitérite 7 • Mimétite 7,1 à 7,2 • Argentite 7,2 à 7,4 • Fer natif 7,3 à 7,8 • Wolframite 7,4 • Galène 7,4 à 7,6 • Niccolite 7,5 • Stolzite 7,9 à 8,3 8/

• Cinabre 8,0 • Sylvanite 8,1 • Cuivre 8,9 9/

• Calaverite 9,0 • Uraninite 9,4 • Bismuth natif 9,8 10 & +/

• Argent natif 10 à 11 • Mercure 13,5 • Or natif 16 à 19 • Platine natif 19 à 21


Reconnaissance et détermination macroscopique des roches magmatiques et métamorphiques

1. Quelques définitions : Un sédiment est un ensemble de particules en suspension dans l'eau, l'atmosphère ou la glace et qui a fini par se déposer sous l'effet de la gravité, souvent en couches ou strates successives. Un sédiment est caractérisé par sa nature (composition physicochimique), son origine, sa granulométrie, les espèces qu’il contient.

La consolidation des sédiments est à l'origine de la formation des couches sédimentaires rocheuses

Les roches sont des matériaux naturels généralement solides et formés, essentiellement ou en totalité, par un assemblage de minéraux, comportant parfois des fossiles La roche présente une grande diversité d'aspects décrits comme suit :

• souvent dure et cohérente : marbre, granite, caillou, galet… ;

• friable ou inconsistante : la craie et le talc pressés sous les doigts ;

• plastique : l'argile humidifiée ;

• meuble : exemple le sable qui coule dans le sablier ;

• perméable (le calcaire) ou imperméable (l'argile).

La Matrice : est une fraction fines qui entoure les grains (<20-30 µm),

La Porosité : est un espace entre les grains non comblé,

Le Ciment est un ensemble de cristaux remplissant la porosité postérieur à la formation de la roche. Important : Les grains se déposent en premier. La cimentation est un processus post-dépôt.

La Couche ou strate géologique correspond à un ensemble sédimentaire plus ou moins homogène compris entre deux surfaces approximativement parallèles. Ces surfaces correspondent à des discontinuités, de rapides variations pétrographiques (faciès) permettant de définir un ensemble des terrains voisins

Classification des roches :

Les roches sont classées selon leur composition, leur origine ou la modalité de leur formation ; d'abord en trois grandes catégories : les roches sédimentaires, les roches magmatiques (on dit aussi roches ignées, cristallines ou endogènes), et les roches métamorphiques.


Les ROCHES MAGMATIQUES (aussi qualifiées d'ignées ou d'éruptives) formées par la solidification de magmas, dont :

- les roches volcaniques ou extrusives ou effusives, refroidies brutalement en surface après une éruption volcanique. Exemple : Basalte,

- les roches plutoniques ou intrusives qui se sont refroidies en profondeur, lentement et sans dégazage dans la chambre magmatique. Exemple : Granite

- les roches filoniennes ou hypoabyssales (hypabyssales), intermédiaires entre les roches extrusives et intrusives, et ayant subi un dégazage partiel… ;

Classification des Roches Magmatiques Basée sur : Identification de la texture : * Roche plutonique (texture grenue) * Roche volcanique (texture microlitique)

- Texture grenue Gros cristaux visibles à l’oeil nu et tous jointifs � Cristallisation lente, en profondeur � Roches plutoniques - Texture microlithique Microlithes : Petits cristaux noyés dans une "pâte" (verre amorphe) � Cristallisation rapide, en surface � Roches volcaniques - Texture vitreuse On ne distingue pas de minéraux cristallisés: verre amorphe. � Cristallisation extrêmement rapide (contact de l'eau de mer, …) � Roches volcaniques


Classification des Roches Magmatiques Basée sur : La composition chimique : Pour les roches incomplètement cristallisées, une classification minéralogique peut être difficile voire erronée. Il est alors plus simple de réaliser une classification chimique, indépendamment des minéraux dont ils proviennent.

- Pour les éléments majeurs, c'est le pourcentage massique de l'oxyde d'un élément donné qui est utilisé. Par exemple, pour Si, l'oxyde SiO2 est utilisé dans la classification.

- Pour les éléments traces, c'est la quantité en parties pour million (ppm) qui fait référence.

La « teneur » en SiO2 donne une idée du caractère « acide » ou « basique » d'une roche magmatique :

- une roche acide est saturée en silice avec 66% ou plus en poids de silice SiO2,

- une roche intermédiaire contient entre 52% et 66% en poids de silice ;

- une roche basique est sous-saturée en silice avec une teneur entre 45% et 52% en poids de SiO2, d'où l'absence de cristaux de quartz en général ;

- une roche ultrabasique ou ultramafique contient moins de 45% en poids de silice, elle est de fait très riche en fer, magnésium et calcium.

Les ROCHES METAMORPHIQUES ou cristallophylliennes formées par la recristallisation de roches sédimentaires sous l'action de la température et de la pression qui croissent avec la profondeur dans la croûte terrestre ou au contact d'autres roches. Les deux types de métamorphisme

- Le métamorphisme de contact: recristallisation seule au contact d'une intrusion – pas d'orientation de la roche (pas de contrainte)

- Le métamorphisme général: – recristallisation sous la contrainte (zones actives de la tectonique des plaques) – orientation de la roche (schistosité, foliation)

Exemple de roches métamorphiques

Schiste : est une roche feuilletée sans cristaux qui se débite facilement en lames de quelques millimètres d'épaisseur.

- Type de métamorphisme : régional, épizone

- Roche préexistante : argile

Gneiss : se forme à moyenne basse température.

- Type de métamorphisme : Régional mésozone

- Roche préexistante : Granite

Quartzite : se forme à haute température

- Type de métamorphisme : Métamorphisme de contact

- Roche préexistante : Grès

Marbre : se forme à haute température et pression faible à moyenne

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