Cours de mineralogie chap4 fin silicates

MINERALOGIE

PRINCIPAUX MINERAUX CONSTITUTIF DE L’ECORCE

TERRESTRE

Parmi tous les éléments connus à la surface de la terre (plus de 80,

si l’on omet les gaz rares et les éléments radioactifs des roches), les

seuls abondants sont:

Elément % en poids % en volumeO 46,6 93,8

Si 27,7 0,8

Al 8,1 0,5

Fe 5,0 0,4

Ca 3,6 1,0

Na 2,8 1,3

K 2,6 1,8

Mg 2,1 0,3

Constitution de la croute continentale

94% du volume de la croûte continentale est constitué d’oxygène

Si et Al sont les plus abondants (SIAL : nom de la croûte)

Si+O=74.3% en masse

Silicates = 95% en masse

Le silicium et l'oxygène comptent pour près les trois quarts

(75%) de l'ensemble des matériaux de l’écorce terrestre. Il n'est

donc pas surprenant qu'un groupe de minéraux composés

fondamentalement de Si et O avec un certain nombre d'autres

ions et nommé silicates, compose à lui seul 95% du volume de

la croûte terrestre.

Les minéraux sont stables dans les conditions précises de

température, de pression et de milieu chimique. Comprendre la

transformation d’un minéral en un autre est indispensable

lorsque l’on envisage les phénomènes d’altération des roches,

de granitisation, de métamorphisme, etc..

CLASSIFICATION DES MINÉRAUX

On connaît environs 20.000 espèces de minéraux, avec plus

de 1.000 variétés. Une centaine seulement sont regroupés en

une dizaine de groupes, les derniers sont rassemblés en deux

grandes familles:

Les silicates (avec silicium) : représentent eux seuls près de

90% du poids et du volume de l’écorce terrestre.

Les non silicates (pas de silicium)

PARTIE I.

LES SILICATES

Les minéraux silicatés possèdent une structure de base

composée des ions Si4+ et O2-. Le silicium a une coordinance

tétraèdrique par rapport à l’oxygène et la liaison Si-O est de

nature ionique est très forte.

L’oxygène et le silicium étant les éléments les plus abondants de

l’écorce terrestre, les silicates seront donc les minéraux les plus

répandus.

RAPPEL. MOTIF ELEMENTAIRE DE LA STRUCTURE DES

SILICATES: Le tétraèdre

•Composition chimique de SiO4 par convention [SiO4], [Si4+O42-]4-., le

Si4+ est entouré de 4 oxygènes O2- voisins qui l’entoure, on dit que le

silicium est en position tétra-coordonné et que sa coordinence par

rapport à l’oxygène est IV, on écrit SiIV ou [Si4+]IV, il y a donc 4

charges négatives à neutraliser soit par polymérisation de polyèdres

identiques, soit par combinaison avec un cation cations K+, Mg2+, etc....

Cette neutralité assure la stabilité électrique des minéraux: Electro-

neutralité. La liaison Si-O, est à prédominance ionique plus forte.

CLASSIFICATION DES SILICATES:

(structurale, enchaînement des tétraèdres SiO4).

Si on relie les centres des oxygènes, on obtient un volume qui

forme un tétraèdre, le tétraèdre de base. Le silicium occupe le

centre du tétraèdre. Le calcul des charges électriques montre

qu'un tétraèdre est chargé négativement : (SiO4)4-

La charge d'une structure minérale doit être neutre. Dans les

silicates, il y a deux façons de neutraliser les charges:

lier ensemble les tétraèdres par leurs oxygènes (liens tétraèdre

à tétraèdre), et/ou

insérer entre les tétraèdres des ions positifs, comme des fer,

des magnésium, ou des potassium (liens métalliques).

Polymérisation

C'est ainsi que la classification des silicates est établie

d'après l'agencement des tétraèdres (SiO4) les uns par

rapport aux autres. Selon la complexité croissante des

associations de tétraèdres on distingue les classes

suivantes .:

1. Nésosilicates: (SiO4)4-

2. Sorosilicates: (Si2O7)6-

3. Cyclosilicates: (Si6O18)12-

4. Inosilicates: (SiO3)2- et (Si4O11)

6-

5. Phyllosilicates: (Si4O10)4-

6. Tectosilicates: (SiO2)

Polymérisation

Type de silicate

Formule structurale

Arrangement

des tétraèdres

Rapport Si/O

Exemples de minéraux

Nésosilicates (SiO4)4- Isolés 1:4 Olivine (Mg,Fe)2SiO4

Sorosilicates (Si2O7)6- Doublets 2:7

Hémimorphite Zn4(Si2O7)(OH) 2.H2O

Cyclosilicates (Si6O18)12- Cycles 1:3 Béryl Be3Al2 (Si6O18)

Inosilicates

(SiO3)2- Chaînes (pyroxènes)

1:3Enstatite Mg2 (Si2O6)

(Si4O11)6- Rubans (amphiboles)

4:11 Trémolite Ca2Mg5(Si8O22)(OH)2

Phyllosilicates (Si4O10)4- Feuillets 2:5 Talc Mg3(Si4O10)(OH) 2

Tectosilicates (SiO2)Réseau tridimensionnel

1:2Quartz SiO2

Polymérisation des tétraèdres silicatés : un moyen de

neutraliser les charge des oxygènes

Cette organisation est la base de la classification des silicates

Nés

osi

lica

tes

Cyclosilicates

Ino. enChaîne simple

Ino. en chaîne double

PhylloSilicates

(SiO4)4- (Sin O3n)2n-

(Si2 O6)4- ((Si4 O11) OH)11-

(Si4O10(OH2))6-

Inosilicates

So

rosi

lica

tes

(Silicates en feuillet)

(Si2O7)6-

(SiO2)

TectoSilicates (Silicates en charpente)

La polymérisation est définie comme étant l'union de

plusieurs molécules d'un même composé pour former une

grosse molécule, exemples : ((SiO4)4-)n polymère de

(SiO4)4-.

Selon Ringwood, c'est le degré de polymérisation qui fixe

le comportement complexant ou non, et notamment le

rapport des anions O2-, (OH)- et F-, à celui des cations de

Si4+ et Al3+ :

1.1. Polymérisation des tétraèdres silicatés

(O2- + (OH)1- + F1-)

(Si4+ + Al3+)R =

Polymérisation faible, rapport R élevé : Magma riche en

anions O2-, (OH)-et F- et pauvre en cations de Si4+ et Al3+ : les

éléments mixtes se lient à l'oxygène en formant des complexes

avec l'oxygène.

Polymérisation forte, rapport R faible: Magma pauvre en

anions O2-, (OH)-et F- et riche en cations de Si4+ et Al3+ : les

éléments mixtes deviennent libres dans le magma.

Remarque : Plus la taille et/ou la charge de l'ion central est grande,

est moins le complexe aura tendance à substituer (SiO4)4-. Ces

complexes s'enrichissent lors de la cristallisation dans les liquides

résiduels, ils sont dits "Eléments incompatibles ou

hygromagmaphiles» pour traduire leur forte affinité pour le liquide

magmatique.

Minéraux silicatés

Tétraèdre (SiO4 )4 - : motif élémentaire des minéraux

silicatés

Site hexacoordonné

Site VI ou motif en octaèdreSite octacoordonné

Site VIII ou motif en cube

I. NÉSOSILICATES

1. Nésosilicates et Sub-nésosilicates (ou silicates à tétraèdres

indépendants)

a. Structure de base

Dans les nésosilicates, les tétraèdres (SiO4)4– sont isolés et ne

mettent en commun avec les tétraèdres voisins (SiO4)4– aucun

oxygène. Ils sont reliés entre eux par des cations de liaison tel

que Mg2+, Fe2+, Fe3+, Ca2+, Mn2+, Al3+, Ti4+, Th4+, Zr4+ ...., qui

isolent les différents groupes d'oxygènes assemblés en

tétraèdres. La composition de cette structure de base est donc

(SiO4)4–.

Ces cations assurent la neutralité électrique de l'ensemble.

Vue des différents sites M1 et

M2 etdes sites tétraédriques

Structure de l’Olivine

Sites M1 // à l’axe C, liés par arêtes

Sites M2 isolés entre eux liés par arêtes aux sites M1

Les sites M1 et M2 sont liés aux tétra par arêtes et

par sommets

Olivine rond bleu = M1

rond jaune= M2

b. Nésosilicates

On classe les nésosilicates d'après les dimensions des cations des liaisons :

- Petits cations : Be2+ (Béryllium), Li+, (lithium) et Zn2+ (Zinc) ;

- Cations moyens : Mg2+ (Magnésium), Fe2+ (Fer), Ca2+ Calcium),

Mn2+ (Manganèse), etc. ;

- Gros cations : Zr4+ (Zirconium) et Th4+ (Thorium).

- Nésosilicates petits cations

Les cations de petite taille comme Be2+ (Béryllium : 0.34A) et

Li+ (lithium : 0.68A) et Zn2+ (Zinc : 0.75A) entrent dans la

composition de :

** La phénacite (SiO4)Be2

** La willémite (SiAlO4)Li

** L'eukryptite (SiO4)Be2

Ces minéraux sont rares, la phénacite et l'eukryptite se rencontrent

associés aux pegmatitiques; alors que la willémite caractérisée par sa

fluorescence verte, n'est abondante que dans les gisements zincifères.

Fayalite Olivines (ss) Forstérite

(SiO4) Fe2 (SiO4) (Fe, Mg)2 (SiO4) Mg2

0% 10 % 90% 100%

- Nésosilicates à cations moyens:

Groupe des péridots (ou olivines) : cations de liaison Fe ou Mg

Ferro-ortonolite

Hortonolite

Hyalo-sidérite

Chysolite

Formule générale: (Fe,Mg)2SiO4

Par emplacement réciproque de Mg par Fe on a une série deminéraux isomorphes (sont des minéraux qui ont unecomposition intermédiaire entre deux composés dont lespropriétés physiques changent de façon continue d’un composé àl’autre), ces minéraux sont appelés péridots ou bien olivines.

L’olivine commune est facilement reconnaissable a son aspectgrenu, les grains étant généralement arrondis, la cassure dechaque grain est conchoïdale avec un éclat huileux, la couleur estjaune verdâtre à verte.La forstérite peut être incolore et transparente tandis que lesfayalites sont de couleur brune à noire.L’olivine se trouve dans les roches basiques c’est à dire (quantitéde silicium < 65%), gabbro, basaltes et les roches ultrabasiquescomme la péridotite qui constitue le manteau supérieur.L’altération classique se propage le long des fractures enSerpentine (chrysolite ou antigorite) dans les roches plutoniques.

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bâti structural homogène, d'où la forme constante : de dodécaèdre

rhomboïdal.

Troncature sur les

arrêtes et les sommets.

Cube

Groupe des grenats

Ils ont pour formule structurale générale : (SiO4)3 Y2 X3

12- 6+ 6+

Y = Cations petits, trivalents comme : Al3+, Fe3+, Cr3+, et Ti3+

X = Cations moyens bivalents : Fe2+, Mg2+, Mn2+ et Ca2+

Les différentes espèces des grenats sont :

Grenats alumineux (riches en Al)

(SiO4)3 Al2 Mg3 (1) : Pyrope (ou grenat magnésien)

(SiO4)3 Al2 Fe3 (2) : Almandin

(SiO4)3 Al2 Ca3 (3) : Grossulaire

(SiO4)3 Al2 Mn3 (4) : Spessartine

Grenats férrifères et chromifères

(SiO4)3 Fe2 Ca3 (5) : Andradite

(SiO4)3 Cr2 Ca3 (6) : Ouvarowite

Série non calcique : Pyralspite (1 + 2 + 4).

Il n'existe aucun composé

intermédiaire entre spessartine

et pyrope.

Par contre, Il y a tous les

composés intermédiaires entre

pyrope-almandin d'une part, et

almandin-spessartine d'autre

part.

(SiO4)3 Al2 Mn3

(SiO4)3 Al2 Mg3

(SiO4)3 Al2 Fe3

Ouvarovite

Grossulaire AndraditeCa3Al2[SiO4]3

Ca3Cr2 [SiO4] 3

Ca3Fe2[SiO4]3

-Série calcique

-X32+= Ca3

2+ : La série calcique varie par le Cr, Al et le Fe.

elle comprend les grenats de type

ouvarovite, grossulaire et

andradite.

Cette série est indépendante de la

première, avec comme particularité

la présence de calcium dont le

rayon ionique est de 1.01A, ce qui

va introduire de légère distorsion

dans le réseau du grenat. Ce qui

explique la particularité optique du

grenat (légèrement biréfringent).

Grenat ferrique(andradite)

Les grenats présentent

généralement des faces

bien développées

(SiO4)3Fe2Ca3

(SiO4)3Cr2Ca3 (6) Ouvarowite

caractéristiques en LPNA caractéristiques en LPA

Sections hexagonales ou pentagonales de

couleur rose pâle ou incolores.

Bordure et craquelures bien visibles. Fort relief

par rapport aux autres minéraux.

Teinte noire (=éteint) quelle que soit

l'orientation du cristal.

- On trouve la pyralspite dans les roches magmatiques (granite,

pegmatites, aplites), dans les roches métamorphiques (gneiss,

micaschistes, granulites, amphibolites).

- L'ougrandite est spécifique du métamorphisme de contact, des

séries calcaires (cipolin, cornéenne calcique, skarns) ; dans les

roches magmatiques alcalines (syénite, néphélinite, phonolite,

ijolite, granite et rhyolite).

** Gros cations : le zircon et la thorite

Dans le zircon, le cation de liaison est le zirconium (Zr).

Dans la thorite, le cation de liaison est le thorium (Th).

Lorsque le zircon contient l'uranium (U), ce dernier se désintègre

en donnant le Pb radiogénique, ce qui produit un rayonnement

radioactif; ce qui a pour conséquence de former des

haloradioactivités (zones circulaires noires dans le cas de la

biotite).

Le plomb radiogénique sert pour la datation géochronologique

(chronologie absolue).

Le zircon se trouve essentiellement dans les roches magmatiques

(granite, diorite, syénite néphélinique, pegmatite et carbonatite) ;

mais également dans les roches métamorphiques (gneiss) et les

roches sédimentaires d'origine détritique.

c. Sub-nésosilicatesNous avons ici affaire à trois silicates qui ont la même composition

chimique, mais qui diffèrent par leur caractère cristallographique (Les 3

polymorphes ):

Andalousite (orthorhombique)

Sillimanite (orthorhombique)

Disthène (triclinique

Silicates d'alumine

(SiO4) Al2O

Nous pouvons écrire cette formule SiO2Al2O3 , ce qui met en

évidence que, dans ces minéraux, une molécule de silicate

(tétraèdre) unie à une molécule d'alumine octaèdre.

L'andalousite se trouve dans les roches métamorphiques, formant

parfois de gros prismes en bâton de craie, bien visibles à l'oeil

nu.

La sillimanite est un minéral courant des roches

métamorphiques, elle se présente en prismes aciculaires (forme

d'aiguille), ou en bouquets de fibres microscopiques.

Le disthène est un minéral des roches métamorphiques, il se

présente en baguettes aplaties, à clivage parfait, d'une teinte

bleuâtre et nacrée.

Les trois polymorphes se partagent la presque totalité de l'espace:

PRESSION - TEMPERATURE.

Stabilité des silicates d’alumines

Université Abdelmalek

Esâadi– FST Tanger

D 3.23-3.27

D= 3.13-3.16

D = 3.53-3.67

Disthène ou

Cyanite

Pre

ssio

n (

Gpa)

Sillimanite

Andalousite

P-T stabilité des

polymorphes

(SiO4)Al2O


diagramme de phase pour Al2SiO5

D = 3.23-3.27

Pre

ssio

n

P-T stabilité des polymorphes

StaurotideChamps de stabilité

de la Staurotide

Disthène

Remarque

De ces silicates nous pouvons rapprocher :

- La staurotide : 2(SiO4) Al2O Fe(OH), ce minéral des roches

métamorphiques formant des prismes trapus, souvent se

présente en X ou en Y

- La topaze : SiO4 Al2O (F.OH)2 , ce minéral se trouve dans

certaines roches magmatiques évoluées et dans les pegmatites.

Il montre une forme de prismes cannelés.

- La chloritoïde : (Fe.Mg)2 Al4O2 (SiO4)2 (OH), ce minéral se

trouve dans les roches métamorphiques.

macle en croix latine macle en croix Saint-André

La staurotide

Les silicates d’alumines sont des minéraux typiques de

métamorphisme qui s’altèrent en produits micacés (damourite).

Le disthène : minéral indicateur de haute pression

Les silicates d ’alumine

Andalousite

LNLNLN

LPA LPALPA

Sillimanite Disthène

Minéraux Al2SiO5 en lames minces

Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger biréfringence

And Sil

II. LES SOROSILICATES

La formule de base: [Si2O7]6-

Il y a peu de représentant de ce groupe dans la nature

II. 2. LES SOROSILICATES VRAIS

Les mélilites

Sont des sorosillicates dont les compositions variant depuis un terme

magnésien Ca2Mg[Si2O7], jusqu’à un terme substitué alumineux

Ca2Al[SiAlO7]. Le groupe de la mélilite, c’est une série continue

isomorphe entre deux pôles.

(Structures en double tétraèdres)

II. LES SOROSILICATES

Akermanite Gehlénite

Sont des sorosillicates dont les compositions variant depuis un

terme magnésien Ca2Mg[Si2O7], jusqu’à un terme substitué

alumineux Ca2Al[SiAlO7]: Le groupe de la mélilite

Cristallisent dans le système quadratique, ce sont des minéraux

sous saturés en silice (roche basanite). les mélilites jouent le rôle

d’un feldspathoïde calcique.

Ca2Mg[Si2O7] Ca2Al[SiAlO7]

Intermédiaires

Terme magnésien(présent dans les cornéennes calciques)

Terme substitué alumineux(présent dans les R. Magmatiques les plus pauvres en SiO2)

Åkermanite : X = Ca, Y = Mg, Z = Si : Ca2MgSi2O7

Gehlénite : X = Ca, Y = Al, Z = (Al,Si) : Ca2Al[AlSiO7]

https://fr.wikipedia.org/wiki/Akermanite

https://fr.wikipedia.org/wiki/Gehl%C3%A9nite

Ils sont caractérisés par la présence de groupe de deux tétraèdres

(Si2O7)6- reliés par un oxygène commun Tétraèdres isolés (SiO4 )

4-

R3+Ca2Al2OSiO4Si2O7(OH)

• Pièmontites, R3+ est représentée par Fe3+.

• Zoïsites et clinozoïsites par Al3+. (orthorombique)

* Lawsonite, Ca Al2 (Si2O7) (H2O)

* Pumpellyite, (SiO4) (Si2O7)2 O(OH)3 (Al, Fe, Ti)5 Ca4 (Mg, Fe2+)

•Epidotes et leurs voisines

II. 2. LES SUBSOROSILICATES

Zoïsite, Ca2Al3(SiO4)(Si2O7)O(OH), orthorhombique.

Minéral de métamorphisme régional moyen des

calcaires argileux et des marnes.

Clinozoïsite,Ca2Al3(SiO4)(Si2O7)O(OH), monoclinique,

le remplacement de Fe3+ par Al3+ étant parfait et les

rayons ioniques semblables (Fe3+ est cependant un peu

plus petit que Al3+).

Epidote, Ca2Fe3+Al2(SiO4)(Si2O7)O(OH),

monoclinique. Le remplacement de Fe3+ par Al3+ fait

passer de façon continue à la clinozoïsite, tandis que la

substitution de Fe3+ par Mn3+ conduit à la piemontite.

III. CYCLOCYLICATES

Tétraèdres disposés en

anneaux

III. LES CYCLOSILICATES



[Si4O12]8- :

4 tétraèdres

= S. Quadratique

[Si6O18]12- :

6 tétraèdres

= Système Hexagonal

[Si3O9]6- :

3 tétraèdres

= S. Rhomboédrique

- 3 tétraèdres: [Si3O9]6-: = Système Rhomboédrique

- 4 tétraèdres [Si4O12]8- : = S. Quadratique

- 6 tétraèdres [Si6O18]12- : = Système Hexagonal

Cyclocylicates : (SinO3n)2n-

n peut être égale à 3, 4, ou 6

Dans cette famille les tétraèdres mettent deux sommets en

commun pour constituer des anneaux de 3, 4 ou 6 tétraèdres

isolées dans la structure, ils peuvent être réguliers ou non et

influencent donc la structure; ces groupes sont les suivants :

• (Si3O6)6- bentonite

• (Si4O12)8- axinite

• (Si6O18)12- tourmaline

•(Si3O6)6- bentonite Si4O12)

8- axinite •(Si6O18)

12- tourmaline


III. 1- Beryl: Be3Al2(Si6O18)

Dans le beryl les anneaux sont liés entre eux par les 3 cations, B+,

B2+, Al3+.avec des cations de liaison en plus.


III. 2. Cordiérite Al3(Mg,Fe)(Si5AlO8).

• Xénomorphe dans les roches métamorphiques tel la

cornéenne, le gneiss profonds: migmatite à cordiérite

• Automorphe dans certains microgranites, dans les

pegmatites et les granites à deux micas.

Cordiérite : (Si5

Al O18

) (Fe 2+ , Mg)2

(Fe 3+, Al)3

En faite c'est une série isomorphe entre le pôle férrifère et le pôle magnésien :

Fe (Fe, Mg) Mg


III. 3. Tourmaline Al3Y3Na[Si6O18(BO)3(OH,F)4]

Si Y=Mg T. magnésienne

Y= Fe T. ferreuse

Y= (Li,Al)T. alcaline(ces différents ions sont la cause de diverses couleurs dans le minéral )).

Chaînes ouvertes de tétraèdres

IV. INOSILICATES

inos = fibre


IV. INOSILICATES, inos = fibre

Avec une chaîne simple, dans laquelle le rapport Si:O= 1:3 et avec l’angle d’exfoliation de 87°,

de formule [(SiO3)2]4- ou [Si2O6]

4-, qu’on appelle: pyroxènes.

Avec double chaîne dans laquelle le rapport Si:O= 4:11 et avec l’angle d’exfoliation de 56°, de formule

[Si4O11]6- ou [Si8O22]

6-, qu’on appelle: amphiboles.

[SiO3]2- chaine simple [Si4O11]

4- Double chaine (ruban)

Pryoxènes pyroxènoïdes Amphiboles

Inosilicates

Liaison de chaînes simples par des ions métalliques

les pyroxènes : Autour d'une chaîne

simple, les positions disponibles pour les

ions fer et magnésium se trouvent en

périphérie et au sommet de la chaîne

Dans le cas des amphiboles, on a toujours

l'unité de base silicium-oxygène, mais ici

une certaine quantité d'atomes d'oxygène est

remplacée par des radicaux hydroxyles OH-

Le type de clivage indique l’organisation spatiale des polymères silicatés

Silicates en chaînesimple

Silicates en chaînedouble

Directions

des clivages Faces cristallines

Pyroxène

Amphibole


de formule simple:

[Si2O6]XY

La formule générale des pyroxènes peut s’écrire:

W1-P(X,Y)1+P(Si,Al)2O6 dans laquelle:

W = Ca Na : cations de grande taille.

X = Mg Fe2+ Mn Ni Li: cations de taille moyenne.

Y = Al, Fe3+ Cr, Ti: cations de petite taille.

IV. 1. Les Pyroxènes


- Si entre les chaînes, les cations sont des dimensions moyennes

(Mg2+ et Fe2+, etc.) la symétrie sera généralement

orthorhombique (orthopyroxènes) et rarement monocliniques

(cas de la clinoenstatite Mg2Si2O6 par exemple).

- Si au contraire les cations sont volumineux (Ca, Na) la

symétrie sera monoclinique (clinopyroxènes) .

Site Z Y X

Coordinence IV VI VIII

Tolérance du rayon

(géométrie) rayon typique

0.34 à 0.46

m:0.40

0.56 à 0.85

m:0.70

0.85 à 1.15

m:1.00

Petits ions

Si4+…………………….…………

Al3+………………………..……..0.40

0.49……………

0.51

Ions moyens

Fe2+ ………………………………

Fe3+………………….…………..

Mg2+……………………….…….

Ca2+………………………..…….

Na+………………….…………...

Ti4+…………….………………..

………..……….

……………………

……………………

……………………

……………………

…..….

0.74

0.64

0.66

0.99…………….

0.97…………….

0.68

1.03

1.01

Gros ions

K+………………….…………….

OH-…………..…………………..

O2-…………...………….………

……………………

……………………

……………

1.33

1.40

1.40


IV.1.1. Les orthopyroxènes (purement ferromagnésiennes)

C'est une série isomorphe qui s'étale entre:

- 1 pôle magnésien: Enstatite Mg2 [(SiO3)2]

- 1 pôle ferreux: Orthoferrosilite Fe2[(SiO3)2]

Fe2+ et Mg2+ qui peuvent se substituer en toute proportion

Mg2(S2O6)

Enstatite Bronzite Hypersthène Ferro-hyperstène Eulite Orthoferrosilite

(Mg,Fe)2(S2O6) Fe2(S2O6)

Pôle Mg Pôle Fe


-l’hypersthène (Mg,Fe)2(Si2O6),.

Le pléochroïsme nul pour l’enstatite

s’accentue en allant vers la ferrosillite,

l’extinction est droite.

Les orthopyroxènes magnésiennes s’altèrent en serpentine ou talc,

sous l’influence d’actions hydrothermales, l’ouralitisation

(transformation en amphibole).


- Y= Fe2+, Mg2+ et Al3+ cation moyen

- X= Ca2+ ou Na+ gros cation

ce sont les espèces les plus nombreuses.

IV.1. 2. Clinopyroxènes (ferro-magnèsiens et calciques)

Ce sont des séries isomorphes parfaites

Mg, Ca (Si 2 O6) Ca (Mg, Fe) (Si 2 O6) Mg, Fe (Si 2 O6)

Diopside Salite Ferro-salite Hédenbergite

A. Clinopyroxènes calco-ferromagnésiens

cette série comprend le diopside et l’hedembergite,


Diopside: CaMg(Si2O6),

Hedenbergite: CaFe(Si2O6),

c. Augite (Ca,Mg, Fe2+, Fe3+,Al,Ti) [(SiAl)2O6].

a. Clinopyroxènes calco-ferromagnésiens

cette série comprend le diopside et l’hedembergite,


Jadéite, NaAl(Si2O6),

Spodumène, LiAl(Si2O6),

b) Les clinopyroxènes alcalins

- Jadéite (X= Na, Y=Al3+)

- Spodumène (X= Li, Y= Al3+)

- Aegyrine (X= Na, Y= Fe3+)

Aegyrine, Na Fe3+(Si2O6), par suite du remplacement

Na Fe3+ Ca, Mg, Fe2+.

Clinopyroxène (augite)

• macle sur {100}

Le classement de l'ensemble des Pyroxènes s'effectue suivant le

principe d'un diagramme triangulaire dont les pôles sont occupés

par des minéraux contenants exclusivement :

- Soit du Mg (Enstatite)

- Soit du Fe (Ferrosilite)

- Soit du Ca (Wollastonite).

Diopside Hedenbergite

Wollastonite

Enstatite Ferrosilite

orthopyroxènes

Clinopyroxènes(augite)

pigeonite

Fe2[SI2O6]Mg2[SI2O6]

Ca Fe[SI2O6]Ca Mg[SI2O6]

Ca2[SI2O6]

Les pyroxènes : des cristaux trapus

Diopside : Ca Mg (Si2 O6 )

Augite (clinopyroxène, CPX), gabbro.

Elle a une biréfringence irrègulière bleu du 2ème ordre..

L.N LPA


Sont comme les pyroxènes des silicates à chaîne simple mais cette

chaîne présente une unité structurale différente : dans la

wollastonite l'unité structurale est formée de 3 tétraèdres.

Wollastonite (SiO3)Ca, sont des minéraux typiques du

métamorphisme des roches carbonatées.

Rhodonite (SiO3)Mn, minéraux typiques des roches

métasomatiques

LES PYROXENOIDES

Pyroxènoides

Wollastonite

Répétition 3-tet

Rhodonite

Répétition 5 tétraèdres

Pyroxène

Répétition 2-tet .

7.1 A12.5 A

5.2 A


Formule générale:

W0-1 X2 Y5 [Z8O22] (OH, F, Cl)2

W = Na K

X = Ca Na Mg Fe2+ (Mn Li)

Y = Mg Fe2+ Mn Al Fe3+ Ti

Z = Si Al

Les Amphiboles

Formule simplifiée: Si8O22(OH)2(XY)7.8


Les Amphiboles

Ces minéraux qui ressemblent aux Pyroxènes, pour leur

chimie, ont une structure caractérisée par des chaînes de

tétraèdres doubles.

Les deux files sont reliées par des ponts O. Dans chaque

file, comme chez les Pyroxènes, chaque tétraèdre a 2 O en

commun avec les tétraèdres voisins, mais 1 tétraèdre sur 2, a

en plus, 1 O en commun avec son correspondant sur l'autre

file.

Le radical est [Si4 O11]6- et entre les files se placent [OH] ou

de gros ions alcalins,

Ion

Positif

Double chaînes

Clivages 56 et 124 degré

Formule simplifiée:

Si8O22(OH)2(XY)7.8

Exemples:

Cummingtonite

La grunérite Fe7Si8O22(OH)2.

(Mg,Fe)7Si8O22(OH)2.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Fer

https://fr.wikipedia.org/wiki/Silicium

https://fr.wikipedia.org/wiki/Oxyg%C3%A8ne

https://fr.wikipedia.org/wiki/Hydroxyle

https://fr.wikipedia.org/wiki/Magn%C3%A9sium

https://fr.wikipedia.org/wiki/Fer


V.2.1. Orthoamphiboles:

de formule: (Mg2+,Fe2+)7[Si4O11(OH)]2, c’est une série isomorphe qui

va du pôle Mg au pôle Fe.

Anthophyllite : est essentiellement magnésienne,


V.2.2. Clinoamphiboles (monocliniques)

a) Série ferromagnésienne, X= Fe, Mg (30 à 100% du Fe).

Ca2Mg5Si8O22(OH)2

Ferroactinolite

Ca2Fe5Si8O22(OH)2

Anthophyllite

Fe7Si8O22(OH)2

Actinolite

Cummingtonite-grunerite

Orthoamphiboles

Clinoamphiboles

Trémolite

Cummingtonite

Mg7Si8O22(OH)2

grunerite

Une amiante : la trémolite


- Cummingtonite-grunerite:La cummingtonite (Mg,Fe2+)7[Si4O11(OH)]2 forme une série continue

avec la grunerite (Fe2+,Mg)7[Si4O11(OH)]2.

Cummingtonite grunerite


b) Série calcique, X= Ca

- Trémolite-actinote:

La trémolite (Ca,Mg)5[Si4O11(OH,F)]2 forme une série continue avec

l’actinote Ca2(Mg Fe2+)5[Si4O11(OH,F)]2,

Actinolite

les termes les plus riches en fer sont rares (ferroactinote), les

individus sont allongés, striés longitudinalement et souvent

courbés. Le clivage est excellent et les macles sont communes.

trémoliteTrémolite


Hornblende :

Hornblende avec 2 clivages 56-124º Hornblende maclé

Cristaux de Hornblende

Hornblende en lame mince

Gîtologie: c’est un minéral commun

des rochesmagmatiques ou méta-

morphiques tellesque granite, syénite,

diorite, gabbro, basalte, andésite, gneiss

ou schiste. C'est aussi le minéral

principal de l'amphibolite.

http://www.mindat.org/min-6683.html

http://www.mindat.org/min-6683.html

https://fr.wikipedia.org/wiki/Roche_magmatique

https://fr.wikipedia.org/wiki/Roche_m%C3%A9tamorphique

https://fr.wikipedia.org/wiki/Granite

https://fr.wikipedia.org/wiki/Sy%C3%A9nite

https://fr.wikipedia.org/wiki/Diorite

https://fr.wikipedia.org/wiki/Gabbro

https://fr.wikipedia.org/wiki/Basalte

https://fr.wikipedia.org/wiki/And%C3%A9site

https://fr.wikipedia.org/wiki/Gneiss

https://fr.wikipedia.org/wiki/Schiste

https://fr.wikipedia.org/wiki/Amphibolite


La Riebeckite, Na2(Fe32+Fe2

3+)[Si4O11(OH,F)]2

forme une série isomorphe avec le glaucophane

Fe32+, Fe2

3+ Mg, Al , les termes intermédiaires

sont appelés crossites.

c) La série sodique, X= Na

Formule générale Na2(X32+Y2

3+)[Si4O11(OH)]2

- Riebeckite-Arfredsonite:

L’Arfredsonite est une espèce assez différente de formule

Na2,5 Ca0,5 (Fe32+ ,Mg, Fe2

3+, Al) [Si4O11(OH,F)]2.

Les cristaux sont bien allongés et asbestiformes,

la Glaucophane, magnésienne, Monoclinique

[Si8 O22 (OH)2 Na2 Mg3 Al2]

Ce minéral se présente en prismes fins et allongés de

teinte bleu.glaucophane


Les amphiboles (surtout calciques) sont plus sensibles et s’altèrent

en chlorite, épidote et calcite. Sont des minéraux hydroxylés qui

supportent mal les hautes températures, à très haute température ils

donnent des pyroxènes et se dissous vers 800-1500ºC.

Les amphiboles peuvent provenir de la transformation des

pyroxènes par altération appelée ouralitisation.

Ils ont un domaine de stabilité plus réduit que celui des pyroxènes.

Dans les conditions plus sévères les amphiboles disparaissent .

Les amphiboles sodiques vont de pair avec les pyroxènes sodiques.

Intérêt des amphiboles

•Les amphiboles sont d ’excellents indicateurs de pression

Trémolite Pr. Peu intense Epizone

Trémolite très verte Pr. Moyenne Mésozone

Pargasite-Hastingsite Pr. forte Catazone

Tschermakite Pr. très forte Catazone


V. LES PHYLLOSILICATES

Se sont des silicates en feuillets.

Les tétraèdres ont en commun 3 O qui forment une face (base).

On réalise ainsi des couches de tétraèdres, disposés selon un

motif hexagonal, avec des pointes d'un même côté. La base de

la couche correspondant aux bases triangulaires est

électriquement neutre.

Structure : feuillets formés par la superposition de couches de

tétraèdres et de couches d'octaèdres.

Dans la famille des argiles, on observe dans les tétraèdres des

substitutions de l'atome Si4+ par Al, K, Na, Mg ou Fe.

Ainsi les minéraux argileux sont constitués par une trame

silicatée, qui s'étend d'une façon infinie dans un plan (001) et

qui est obtenue par la condensation latérale d'une infinité de

chaînes de type amphibole rubannée ou de type Pyroxène.

Ces plans se superposent et on abouti suivant les cas à des

motifs à 2 couches, 3 couches, 4 couches.

Cette organisation conduit à des cristaux qui sont tous aplatis

avec un clivage (001) parfait. Ils sont mous et nous montrent

des lamelles de clivages flexibles, voire même élastique,

comme dans les micas.

Cette structure en motif conduit à la composition des différents

types de Phyllites.

• Du grec phyllon = feuille : le radical est (Si4 O10)4- : réseau plan à maille

hexagonale. Formule structurale Si4 O10(OH)26- que complète :

une couche d'octaèdres de type brucite, Mg (OH)2,

ou de couche d'octaèdres type gibbsite, Al (OH)3.

•3 motifs d'association des couches tétraédriques (Te) et octaédriques (Oc)

•servent de base dans la construction du feuillet des phyllites :

[Si2O5]2- feuillets de tetraèdres Phyllosilicates

micas talc minéraux argileux serpentine


V. Les Phyllosilicates

[Si4O10(OH)2]4-

http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Phyllosilicates.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Phyllosilicates.jpg


Ce sont des silicates en feuillets.

Les tétraèdres ont en commun 3 O qui forment une face (base).

Structure : feuillets formés par la superposition de couches de

tétraèdres et de couches d'octaèdres.

Cette structure en motif conduit à la composition des différents types

de Phyllites.

Selon le type de couche, les phyllosilicates sont classés dans les

groupes suivants :


1. Phyllosilicates TOT:O ou 2 : 1 : 1

où la couche est formée de trois feuillets TOT et un autre

feuillet O isolé, l’épaisseur de la couche étant environ 14Å :

Groupe de chlorite (vert)

Formule générale: [(Si,Al)4O10(OH)2](Mg,Fe)3(OH)6.


2. Phyllosilicates TOT ou 2 : 1, trois couches

Où la couche est formée de deux feuillets T dans les deux

côtés d’un feuillet O, l’épaisseur de la couche étant environ

10Å :

Talc Si4O10(OH)2Mg3, minéral tendre

Pyrophyllite



- micas noirs, biotite (micas ferromagnésiens )

C’est une série isomorphe entre un pôle Mg (phlogopite) et un pôle

Fe (annite).

Les biotites intermédiaires [Si3AlO10(OH)2]K(Mg,Fe)3: sont des

minéraux de haute température. Elle s’altère en chlorite

(chloritisation).

- mica alumineux, (mica blanc = muscovite)

de formule générale [Si3AlO10(OH)2]KAl2, sont des minéraux de

basse température, et qui en s’altèrent pas.

c. Les micas


- Serpentine Si4O(Mg), sont des minéraux d’altération

hydrothermale de l’olivine.

- Kaolinite (argile), Minéral alumineux, C’est un produit

d'altération des Plagioclases.

3. Phyllosilicates TO ou 1 : 1,

Où la couche est formée d'un feuillet T et d'un feuillet O, l’épaisseur

de la couche étant environ 7Å :


- Serpentine Si4O(Mg), sont des minéraux d’altération

hydrothermale de l’olivine.

- Kaolinite (argile), Minéral alumineux, C’est un produit

d'altération des Plagioclases.

- Illite

- Montmorillonite

- Vermiculite

3. Phyllosilicates TO ou 1 : 1,

Où la couche est formée d'un feuillet T et d'un feuillet O, l’épaisseur

de la couche étant environ 7Å :

VI. LES TECTOSILICATES


VI. LES TECTOSILICATES (tectoneia= cadre)

Ce sont des silicates construits à l'aide de tétraèdres disposés en

édifices à trois dimensions.

En fait, les tétraèdres de base SiO4 que l'on retrouve dans tous les

silicates, sont ici soudés les uns aux autres par leurs quatre sommets.

Donc : chaque atome d'oxygène appartient à 2 tétraèdres voisins.

Formule structurale : SiO4/2 soit SiO2


On subdivise cette famille en cinq groupes, dont trois importantes.

1- Groupe de la silice: [SiO2]

La majeure partie de la silice est sous forme de quartz, dont il existe

diverses variétés, différent soit par leur réseau cristallin, soit par des

singularités morphologiques extérieures (impuretés par exemple).

a. Les polymorphes de la silice

Il existe plusieurs formes de silice avec une même composition

chimique.

D’après Swamy et

Saxena (1994) .

Stishovite

Coesite

- quartz

- quartz

Liquid

Tridymite

Cristobalite

600 1000 1400 1800 2200 2600

2

4

6

8

10

Pre

ssure

(G

Pa)

Temperature oC

Pre

ssio

n (

Gp

a)

Liquide

D’après Swamy et Saxena (1994) .


• Au dessous de 1710°, température de fusion de la silice,

ce n’est pas du quartz qui se forme, mais de la

cristobalite, minéral généralement isotrope, qu’on voit

parfois dans les verres ou des produits industriels, elle est instable au dessous de 1470°C. Elle est violettes avec des

ions Fe 3+ .

• De 870 à 1470°C la forme stable de la silice est la tridymite,

elle peut persister à basses températures, de sorte qu’elle

persiste dans certaines roches volcaniques.

• Au dessous de 870°C, la forme stable de la silice est le

quartz, c’est un minéral cristallisant en prisme hexagonaux,

habituellement transparent, très dur (rayant le verre et

l’acier) à cassures conchoïdales, extrèmement résistant aux

agents chimiques et physiques.


Les tétraèdres sont disposés en hélice suivant l’axe du cristal. Il y

a deux formes:- jusqu’à 573°C (rhomboédrique).

- de 573 à 870°C (hexagonale)

Le quartz est un mineral filonien (qui se trouve dans les filons) et se

trouve aussi dans les gîtes hydrothermaux.

En général dans les roches magmatiques il est

xénomorphe, et dans les cavités géodiques il est

automorphe, dans les roches il est incolore.

- Améthyste: quartz qui contient des inclusions des

oxydes Fer “Fe3+“ et apparaît violet.

- Quartz rose: Quartz qui contient des inclusions

de Mn ou de Fe3+ et apparaît rose.


-Qtz. Enfumé: quartz qui contient des inclusions

-de Al3+.

- Qtz. laiteux: quartz qui contient des fluides

-(liquide ou gaz).

Variétés macrocristalines de qtz

Quartz Enfumé

Quartz laiteux

Améthyste: Fe

citrine

Q.transparent

Quartz vert

Oeil de tigre

Qtz noir


Les polymorphes de haute pression

- Coesite, monoclinique.

- Stishovite, quadratique.

D’autres formes de la silice existent dans les roches sédimentaires

qu’on peut appeler :

Opale

- Calcédoine: silice anhydre fibreuse et donne des silex.

- Agate: dans les geôles forme un zonage concentrique

de différentes couleurs de calcédoine.

- Opale : silice hydratée pratiquement amorphe, la teneur

en H2O est comprise entre 6 et 10%.

ìopa,

Opale: SiO2.nH2O

Onyx

jaspe


2. Groupe des feldspaths

- [Si3AlO8]K : orthose (potassique)

- [Si3AlO8]Na : albite (sodique)

Felds. Plagioclases:

Calco-sodique- [Si3AlO8]Ca : anorthite (calcique)

On distingue classiquement dans les roches cristallines

(magmatiques et métamorphiques) 2 groupes de feldspath de

formule générale (SiO2)0- dans laquelle Al se Si, une valence est

ainsi libérée:

Les feldespaths constituent le ¾ de l’écorce terrestre.

Felds. Alcalins:

sodi-potassique

Les Feldspaths de ces deux groupes se comportent différemment

en fonction de la température de formation des roches; ainsi :

Feldspath

Al

Na

Si

O


- roches de haute température : effusives.

Les deux groupes de Feldspaths y sont représentés par 2 séries

continues, 2 solutions solides (on peut tous les représenter par le

diagramme triangulaire). La Sanidine est le Feldspath alcalin

des roches effusives acides, type Rhyolite qui ont atteint 1000°C.

- roches de basses températures : plutoniques.

Ce sont les roches de profondeur pour lesquels la classification est

plus réduite : ce sont les Feldspaths cristallins cristallisant à 650°C.


A Haute

temperature

Plagioclase (de l’albite .....Anorthite)

Felds. Alcalin

...... Sanidine (roches Rhyolite,

Trachyte, Phonolite)

...... Orthose (roches volcaniques

et plutoniques

A basse

temperaturePlagioclase (de l’albite .....Anorthite)

Orthose, microcline

Solution solide limité entre feldspaths alcalins

à basse température : formation de structures

caractéristiques (perthites)

Orthose

AnorthiteAlbite

serie bassa T

serie alta TSérie Haute

Température

Série basse

Température

An10-30 An30-50 An50-70 An70-90

Feldspaths Plagioclases

Felspaths Plagioclases

Felspaths instables

Felspaths instables

An100

Or100

Ab100


Les Feldspaths potassiques [Si3AlO9]K

L' Orthose, Monoclinique existe surtout dans les roches magmatiques

et se reconnaît microscopiquement à l'existence fréquente de la macle

de Carlsbad.

Ces 2 macles ayant des orientations orthogonales cela se traduit, en

lames minces observées au microscope, en lumière polarisée et

analysée, par un quadrillage chatoyant.

Le microcline, Triclinique est observable surtout dans les

roches métamorphiques, il présente une association de

deux macles: la macle de l'Albite et celle de la Péricline.


Toujours en lame mince, on peut également observer une structure

interne particulière à ces Feldspaths : les Perthites.

Ce sont des minéraux dont les composants ne se sont pas mélangés,

ou se sont dissociés, en raison de la formation à basse température.

Ces composants sont l'Orthose et l'Albite (solution solide). On

observe, au microscope, des sections d'Orthose qui présentent, en

leur sein, des bandes plus ou moins égales et plus ou moins

anastomosées d'Albite.

Cette série est complète dans les laves et les autres roches

cristallines. La modification de composition des Plagioclases se

traduit, dans des cristaux de différentes espèces, par une

modification de l'angle d'obliquittée de l'élipsoïde.


Les Plagioclases

Formule: [Si3O8Al]Na-Ca

Ces minéraux sont décrits comme une solution solide : c'est une

série isomorphe de l'Albite à l'Anorthite, fractionnée de façon

arbitraire:

- Albite(Ab) : 0 à 10% An

- Oligoclase : 10 à 30% An

- Andésine : 30 à 50% An

- Labrador a : 50 à 70% An

- Bytownite : 70 à 90% An

- Anorthite : 90 100% An.

Mineraux dans le Granite

Plagioclases:Feldspaths Potassiques

Inclusion

Et altération

Macles polysynthetiques

Plagioclase

L.P.A :

L.P.N.A :

Microstructure de:

- Perthite - anorthite intercroissement de Na-feldspath dans

K-feldspath

- Antiperthite: K-feldspth dans Na-Feldspath

Na-feldspathK-feldspath K-feldspath

Microcline

L.P.A :

quadrillage fin chatoyant subrectangulaire


Les Feldspathoïdes

Se sont des silicates proches des Feldspaths, mais qui contiennent

moins de Silice. De ce fait, la cohabitation de ces minéraux avec la

Silice libre (le quartz ) est impossible.

- La Néphéline

C'est le plus commun des feldspathoïdes et elle peut exister dans

toutes les roches sous-saturées.

Elle cristallise dans le système hexagonal.

Ce minéral est délicat à reconnaître en lames minces, ses caractères

optiques ressemblent trop à ceux des Plagioclases.


- La Leucite

Ce minéral ne se rencontre que dans les laves. On peut le placer en

équivalence avec l'Orthose.

La Leucite cristallise dans le système cubique.

-L' Haûyne

Elle cristallise dans le système cubique.

- L' Analcime

Ce minéral qui cristallise dans le système cubique, se

rencontre surtout dans les laves de type Basaltes.

Les es zéolites

Les zéolites peuvent échanger facilement leurs cations

Ca2+ 2 Na+ ou (Si, Na) (Al, Ca)

ce qui est à l'origine de très nombreuses variétés :

* Zéolites fibreuses type natrolite Na2( Si3Al O10)2H2O ;

* Zéolites lamellaires type heulandite (Ca, Na2) 2 ( Si7Al2O18) 6H2O ;

* Zéolites orthorhombique type laumonite CaSi4, Al2O124 H2O

* Zéolites cubique type analcime Na Si2AlO6 H2O

Zéolites fibreuses type natrolite

Zéolites lamellaires type heulandite

Résumé: Principaux minéraux silicatés

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Cours de mineralogie chap4 fin silicates