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Minéralogie-Pétrographie - introduction - minéralogie des silicates - classification des roches magmatiques -classification des roches métamorphiques Yves Géraud, 1 rue Blessig Pvala Psiska, 1 rue Blessig Hubert Whitechurch, 5 rue Descartes EOST-IPGS Introduction : Les silicates sont des minéraux dont la structure est formée par de Si et O, ils composent les roches magmatiques et métamorphiques. Pourquoi s’intéresser à ces phases ? 1.- Si et O sont les principaux éléments de la croûte et du manteau 2.- Les roches magmatiques et métamorphiques sont deux étapes importantes du cycle des roches Composition des enveloppes terrestres Fe Mg Ca Si Al Al Na, K, Ti, Mn, H, C 0 Croûte océanique Si Fe Ca K Na O C N, Ca, K, Si, Mg, S, Al, P, Cl Mg, Ti, Mn, H, C Biosphère O Croûte continentale H Mg Fe Al Si Ca, Na, Ti,C , Mn O Manteau supérieur Mg Si Fe Ca Al Na, Cr, Ti, Mn, K, P O Manteau inférieur Co, S, Si, O Ni Fe Noyau externe Ni Fe Noyau interne Le cycle des roches : Un recyclage de la matière Le cycle des roches : un exemple géodynamique La minéralogie des silicates Rappels : - Matière cristallisée = matière organisée - Systèmes de cristallisation - Opérateurs de symétrie 1.- l ’arrangement de la matière dans les minéraux 2.- l ’élément de base : le trétraèdre 3.- la classification des silicates La minéralogie des silicates- rappel- matière organisée La matière dans les minéraux a une organisation tri-périodique La minéralogie des silicates- rappel- matière organisée La matière est organisée autour de 7 systèmes cristallins : La minéralogie des silicates- rappel- matière organisée Trois opérateurs de symétrie : 1.- Le centre transforme un point en son symétrique par rapport au centre C A A’ 2.- Le plan de symétrie transforme un point en son symétrique par effet »miroir » A A’ M La minéralogie des silicates- rappel- matière organisée Trois opérateurs de symétrie : 3.- les axes Ordre 2 2 1 - une rotation de 2π/2 permet de reproduire la figure - lors d ’une rotation de 2π la figure est reproduite 2fois La minéralogie des silicates- rappel- matière organisée Trois opérateurs de symétrie : 3.- les axes, quatre types d’axe, Ordre 2 Ordre 3 Ordre 4 Ordre 6 Rotation de 2 π/3 Rotation de 2 π/4 Rotation de 2 π/6 Ou reproduction de 3 fois Ou reproduction de 4 fois Ou reproduction de 6 fois le motif le motif le motif Système Triclinique Un Centre Monoclinique 1C, 1 A2, 1M, Orthorhombique 1C, 3 A2, 3M, Quadratique 1C, 4A2, 1 A4, 5M, Cubique 1C, 6A2, 4A3, 3A4, 9M, Hexagonal 1C, 6A2, 1 A6, 7M, Rhomboédrique 1C, 3A2, 1A3, 1M. Liaison cationique (van der veld) mais aussi effet de géométrie Rapport entre le rayon des anions et du cation : Les rapports de rayons ioniques permettent de définir différents assemblages Pour la silice et l ’oxygène : structure en tétraèdre Le tétraèdre de silice Différents types de représentation 4 anions O 1 cation Si + Classification des silicates Elle est basée sur le degré de polymérisation des tétraèdres ou le nombre d ’oxygène mis en commun par chaque tétraèdre avec ses voisins Nésosilicates : degré 0, les tétraèdres sont isolés Aucun oxygène n ’est partagé avec les autres tétraèdres Sorosilicates : degré 1, Un oxygène mis en commun les tétraèdres sont associés par paires Un oxygène mis en commun Inosilicates: degré 2 , 2 oxygènes mis en communs par tétraèdre on distingue les structures en chaînes Et les structures en rubans 2 oxygènes mis en communs par tétraèdre Groupement hydroxyle (OH-) Cyclosilicates degré de polymérisation 2, 2 oxygènes mis en commun mais structure en boucle Boucle à 3 tétraèdres Boucle à 6 tétraèdres Boucle à 4 tétraèdres Axe A3 Axe A4 Axe A3 ou A6 Phyllosilicates degré de polymérisation 3 Structure planaire Chaque tétraèdre met en commun trois oxygènes Tectosilicates degré de polymérisation 4 Chaque tétraèdre met en commun quatre oxygènes Structure en 3D Minéralogie : propriétés physiques Des critères d ’identification - densité -couleur -dureté Des critères d ’identification : propriétés physiques - la densité Mesurée par pesée hydrostatique d = Ma /(Ma - Me ) Ma : masse à l ’air, Me :masse à l ’eau Mesurée par liqueur dense (CLERICI) La densité des minéraux varie entre 1 et 22 Les minéraux les plus courants ont une densité comprise entre 2 et 3,5 Légers Carbonates Nitrates Sulfates Phosphates silicates Lourds Oxydes Sulfures Métaux natifs Minéralogie : propriétés physiques La densité Elle dépend du poids atomique Exemple: à réseau identique Forsterite (Mg2SiO4) d 3,27 ( Mg : 24,3) Fayalite (Fe2Si04) d : 4,32 ( Fe : 56) Elle dépend de la compacité du réseau Exemple les carbonates calcite-aragonite CaCO3 (Ca : 40) Rhomboédrique, Calcite, d : 2,71 Orthorhombique, Aragonite, d : 2,90 aragonite Calcite Exemple de polymorphisme : minéraux ayant la même composition chimique mais des systèmes de cristallisation différents, le carbonate de calcium, CaCO3 Minéralogie : Eclats, couleurs Eclat métallique : fort pouvoir réflecteur Eclat pierreux : faible pouvoir reflecteur Couleur : élément de diagnose peu fiable Couleur idiomatique : liée à la composition chimique et à la structure Cr : rouge Crocoïte ( PbCrO4) vert Grenat Ouvarovite Ca3Cr2(SiO4)3 Fe : vert Olivine (Mg, Fe)2 Si04 jaune Grenat almandin Fe3Al2(SiO4)3 Goethite FeOOH Mn rose Rhodocrocite MnCO3 rouge Grenat Spessartite Mn3Al2(Si04)3 Cu bleu Azurite Cu3(CO3)2(OH)2 vert Dioptase Cu6(Si6O18)-6H2O Malachite Cu3CO3(OH)2 rouge Cuprite Cu2O Minéralogie : Eclats, couleurs Couleurs allochromatiques Minéraux colorés par des causes étrangères - impuretés chromophores : dopages Cr 3+ Fe 3+ dans le Corindon (Al03) = Rubis rouge dans le Béryl (Al2Be(Si6O18) = émeraude vert dans le Béryl = Aigue Marine - défauts électroniques Substitutions hétérovalentes Quartz enfumés - inclusions Micro-minéraux inclus Goethite = rouge Chlorite = vert Exolution = irisation Inclusions fluides = aspect laiteux Minéralogie : La dureté, échelle de Mohs Dureté 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Minéral Talc, friable sous l'ongle Gypse, rayable avec l'ongle Calcite, rayable avec une pièce en cuivre Fluorite, rayable (légèrement) avec un couteau Apatite, rayable au couteau Orthose, rayable à la lime, par le sable Quartz, raye une vitre Topaze, rayable par le carbure de tungstène Corindon, rayable au carbure de silicium Diamant, rayable avec un autre diamant Composition chimique Structure cristalline Mg3Si4O10(OH)2 monoclinique CaSO4·2H2O monoclinique CaCO3 rhomboédrique CaF2 cubique Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-) hexagonale KAlSi3O8 monoclinique SiO2 rhomboédrique Al2SiO4(OH-,F-)2 orthorhombique Al2O3 rhomboédrique C cubique
