UNIVERSITE de MONTPELLIER II

UNIVERSITE DE MONTPELLIER II
FLST303 - Minéralogie
Session 2 - Juin 2009
Licence STE – Semestre 3
Durée : 2h
N° anonymat :
Épreuve de Minéralogie - FLST 303
Le sujet étant composé de deux parties, veuillez répondre sur deux
copies séparées.
Première Partie : Optique cristalline (7 pts)
Définissez les termes suivants * :
123456789-
réfringence
opacité
isotropie
biréfringence
extinction droite
biaxie
pléochroïsme inverse
axe optique
signe optique
Dîtes si un minéral peut être à la fois
10111213-
isotrope et pléochroïque
opaque et pléochroïque
à pléocchroïsme inverse et à extinction droite
biaxe et à extinction droite
Donnez le nom d’un minéral
1415161718-
opaque
isotrope
à pléochroïsme inverse
à extinction droite
à extinction oblique
A quels systèmes cristallins peuvent appartenir
19- les minéraux uniaxes
20- les minéraux pléochroïques
* Certaines de ces définitions seront plus claires si vous les illustrez à l’aide d’un schéma.
Deuxième partie : les sulfures (13 pts)
Important : Les réponses non justifiées ne seront pas prises en considération.
Les sulfures ont un grand intérêt économique car ce sont des minéraux qui incorporent des
éléments chimiques essentiels à l’activité économique. Le soufre s’associe ainsi à des éléments
chimiques tels que le fer, le zinc, le cuivre, le plomb ou encore l’argent. La formation de ces
sulfures est le plus souvent liée à de la circulation hydrothermale associée à des phénomènes
magmatiques.
I. Cristallochimie des sulfures (7pts)
I.1 Dans les questions qui suivent, vous pourrez utiliser les règles de Pauling pour soutenir vos
arguments. Quelles sont les hypothèses sur lesquelles se fondent les règles de Pauling ? (1pt)
I.2 Qu’appelle-t-on coordinence d’un ion ? Pour chacun des cations figurant dans le tableau de
données ci-dessous, dites quelles seront leurs coordinences respectives et la géométrie du site
qu’ils occuperont lorsqu’ils s’associeront avec le soufre. (1pt)
I.3 La galène, de formule chimique PbS, cristallise dans un réseau cubique de mode F (ou cubique
faces centrées), où tous les atomes de soufre occupent les nœuds du réseau de mode F et où les
atomes de plomb occupent le milieu des arêtes et le centre de la maille. Représenter cette maille
cubique en y plaçant les atomes de soufre et de plomb. Combien y a t-il d’atomes de soufre et de
plomb dans une maille élémentaire ? Quelle est la géométrie des sites occupés par le plomb ?
Sachant que la masse volumique de la galène est de 7600 kg.m-3, calculer le paramètre de maille
de la maille de la galène. (1,5pt)
I.4 Pourquoi dans la blende, de formule chimique ZnS, la disposition des atomes ne peut être la
même que dans la galène ? Sachant que la blende cristallise dans un réseau cubique de mode F
dans lequel les atomes de soufre occupent les nœuds du réseau de mode F, proposez une
position pour les atomes de zinc dans la maille cubique, et ce en accord avec la géométrie du site
trouvée à la question I.2 . (1pt)
I.5 Afin de respecter la neutralité électrique de la maille élémentaire de la blende, combien d’ions
Zn2+ doit-elle contenir ? (0,5pt)
I.6 La blende cristallise dans une hémiédrie du système cubique, où les axes d’ordre 4 deviennent
des axes inverses d’ordre 4, et où le centre de symétrie est absent. Déduisez de cela la position
des atomes de zinc dans la structure de la blende. (1 pt)
I.7 Il existe dans la nature de nombreux filons où cristallise de la galène argentifère. Comment
expliquez-vous cela? Peut-il exister de la blende argentifère ou encore de la pyrite argentifère ? La
blende peut-elle contenir du fer ? (1pt)
II. Cristallographie et faciès des cristaux cubiques. (6pts)
II.1 Quels sont les paramètres qui contrôlent le faciès des minéraux ? Discuter-les en termes de
distances entre les plans réticulaires (ou distances interréticulaires). (1pt)
II.2 On considère ici un minéral cristallisant dans l’holoédrie du système cubique de mode F ayant
pour paramètre de maille a. Qu’appelle-t-on plan réticulaire ? Est-ce que les plans (220) et (200)
sont des plans réticulaires dans le réseau cubique de mode F ? Schématisez pour cela la maille
élémentaire du réseau cubique de mode F en positionnant les nœuds du réseau. Calculez les
distances interréticulaires respectives des plans (200), (220) et (111) en fonction de a. Laquelle de
ses trois faces sera la plus développée dans les minéraux cubiques de mode F? (2pts)
II.3 Donnez la formule de symétrie de l’holoédrie du système cubique. Représentez ses éléments
de symétrie en projection stéréographique et donnez le degré de symétrie de ce système. Placez
en projection stéréographique les normales aux faces (200), (220) et (111) et répétez les par tous
les éléments de symétrie. Déduisez-en la géométrie du faciès d’un cristal cubique de mode F,
comme la blende ou la galène. (1,5pts)
II.4 Quels faciès vont présenter des minéraux cristallisant dans les réseaux cubiques de mode P et
de mode I ? (0,5pts)
II.5 La pyrite cristallise dans une hémiédrie du système cubique. Quelles observations
macroscopiques peuvent permettre de montrer que la pyrite n’a pas tous les éléments de symétrie
du système cubique ? (0,5pts)
II.6 Quelles propriétés physiques peuvent découler du fait qu’un cristal ne détient pas tous les
éléments de symétrie de l’holoédrie du système auquel il appartient ? Citer des exemples de
minéraux vus en cours ayant ces propriétés. (0,5pts)
Données sur les éléments chimiques :
Electronégativité de
l’élément
Rayon ionique R (Å)
Masse molaire
g.mol-1
Fe2+
1,8
Cu2+
1,9
Zn2+
1,6
Pb2+
1,8
Ag+
1,9
O23,5
S22,5
0,80
56
0,78
63
0,70
65
1,18
207
1,26
108
1,40
16
1,84
32
Nombre d’Avogadro NA= 6,02.1023 .
On donne les indications suivantes pour la géométrie des sites :
0,414 < Rcations/Ranions < 0,732 : sites octaédriques
0,225 < Rcations/Ranions < 0,414 : sites tétraédriques