Intro_min_petro - Géosciences Rennes

Introduc)on rapide à l’observa)on microscopique des minéraux et roches Pavel Pitra Géosciences Rennes Minéraux •  caractérisés (entre autres) par l’arrangement ordonné des atomes (un réseau cristallin) ⇒ structure interne géométrique et régulière Minéraux •  se forment par empillement de parallélépipèdes élémentaires tous iden)ques entre eux et caractéris)ques de l’espèce (⇒ maille cristalline) ⇒ 7 systèmes cristallins René J. Haüy : Traité de Cristallographie; 1822 Il y a 7 systèmes cristallographiques possibles a≠b≠c, α≠β≠γ α=β=γ=90°
triclinique Quadra)que ou tétragonal 4 a=b=c, α=β=γ≠90° Monoclinique 2 α=β=γ=90°
Orthorhombique 222 Rhomboédrique ou trigonal 3 Hexagonal 6 α=β=γ=90°
Cubique 43 α = β = 90°, γ = 120° les 7 systèmes cristallins •  possèdent différentes combinaisons caractéris)ques des éléments de symétrie –  centre –  axes de rota)on (ordre 2, 3, 4, 6) –  plans miroirs •  déterminent les propriétés de minéraux, y compris les propriétés op4ques propriétés op)ques •  interac)on ma)ère – lumière •  lumière –  par)e du spectre électromagné)que –  phénomène vibratoire (f = V / λ ) –  polychroma)que interac)on ma)ère – lumière •  rayon à l’interface entre 2 millieux –  réflexion (αincid = αrefl) –  réfrac4on (changement d’orienta*on et de vitesse du rayon) indice de réfrac)on •  caractérise l’éfficacité du millieu à changer la direc)on de la lumière (réfracter) n = Vvide/air / Vmillieu •  rela)on indice – vitesse de la lumière –  grand indice ⇒ pe)te vitesse •  ex. : eau 1.336, verre 1.53, grenat 1.77, diamant 2.42 •  indice ⇒ relief relief des minéraux •  observable qualita)vement au microscope •  lien direct avec l’indice de réfrac)on –  grand indice ⇒ fort relief •  quan)fiables : réfractomètre ou huiles couleur •  dépend de l’absorp4on de certaines longueurs d’onde –  couleur d’un objet = combinaison des couleurs primaires de la lumière non absorbées par l’objet (ex. noir absorbe tout, blanc reflète / transmet g) –  peut varier en fonc)on de l’orienta*on •  dépend de la couleur de la lumière –  ex: objet blanc sous le soleil est bleu en lum. bleue Lumière polarisée •  vibre dans une seule direc)on •  filtres polarisants (sinon aussi réflexion) microscope polarisant microscope polarisant •  pla)ne tournante •  2 polariseurs –  polariseur (E-­‐W) –  analyseur (N-­‐S) •  2 types d’observa)ons pour iden)fier les minéraux –  en lumière polarisée non analysée (LPNA) –  en lumière polarisée et analysée (LPA) Observa)ons en LPNA •  vérifica)on du microscope avant observa)on –  posi)on du condenseur –  ouverture du diaphragme –  objec)f bien engagé –  negeté des fils du ré)cule –  intensité lumineuse –  vérifier que POL et ANAL sont bien croisés (image noire) Observa)ons en LPNA • 
• 
• 
• 
• 
taille des minéraux forme des minéraux couleur + pléochroïsme relief clivages Forme (habitus) Couleur •  incolore (= blanc) / coloré / opaque •  peut varier en fonc)on de l’orienta*on = pléochroïsme –  normal (+ sombre // POL) –  inverse (+ clair // POL) relief des minéraux •  lien direct avec l’indice de réfrac)on, n –  grand indice ⇒ fort relief Clivages •  plans de division ± faciles ; qualité variable •  une ou plusieurs “ lignes sombres ” –  clivages
X – fractures Clivages •  orienta)on p/r aux direc)ons cristallograph. •  si plusieurs ⇒ mesurer l’angle Observa)ons en LPA •  teinte de polarisa4on •  angle d’ex4nc4on •  reconnaissance de macles •  + signe d’allongement Teinte de polarisa)on •  résultat de l’interac)on des ondes lumineuses qui interfèrent à la sor)e de l’analyseur (= couleurs d’interférence) •  teintes absentes = noir ⇒ minéral isotrope •  teintes gris, blanc ou différentes couleurs ⇒ minéral anisotrope ⇒ déterminer la biréfringence Minéraux isotropes •  mêmes propriétés dans toutes les direc)ons (même indice de réfrac)on, même couleur,…) •  ne changent pas la direc)on de vibra)on de la lumière polarisée ⇒ toujours noirs en LPA •  ma)ères amorphes (non cristallines) – p.ex. verre •  minéraux cubiques – p.ex. grenat, spinelle Minéraux anisotropes •  propriétés (indice de réfrac)on, couleur,…) varient selon les direc)ons ⇒ lumière se propage à des vitesses ≠ dans les ≠ direc)ons = indice de réfrac)on varie •  ellipsoïde des indices – indicatrice Ellipsoïde des indices •  en lame on en observe des sec)ons = ellipses •  leur forme varie en fonc)on de la sec)on ! Biréfringence •  un rayon de lumière incidente est divisé en deux rayons polarisés perpendiculairement (parallèles aux axes des ellipses) ⇒ biréfringence, δ = n’g -­‐ n’p Biréfringence •  les deux rayons vibrent dans des direc)ons différentes (perpendiculaires) ⇒ ne se propagent pas à la même vitesse ⇒ il existe un décalage entre eux à la sor)e (différence de marche, ∆) •  l’analyseur remet les deux rayons dans le même plan ⇒ interférence = certaines λ sont supprimées, d’autres accentuées ⇒ couleurs (teintes de polarisa)on) Teintes de polarisa)on •  correspondent à la différence de marche, ∆ •  dépendent de la biréfringence de la sec)on (forme de l’ellipse), δ = n’g -­‐ n’p (différence entre les deux indices ≈ différence des vitesses de propaga)on des deux ondes) •  et de l’épaisseur de l’échan)llon (lame), e Echelle de Michel-­‐Lévy •  rela)ons teintes de polarisa)on – biréfringence – épaisseur Δ = e δ Sørensen, 2013 Teintes de polarisa)on •  dépendent des sec4ons Ex)nc)on •  4 posi)ons, à 90° d’interval, où chaque minéral apparaît noir (éteint) Ex)nc)on •  4 posi)ons d’éclairement max., à 45° p/r à l’ex)nc)on: teintes de plus en plus intenses, mais ne changent pas de caractère Ex)nc)on •  droite •  oblique ⇒ mesurer l’angle d’ex)nc)on Observa)ons en LPA •  teinte de polarisa4on •  angle d’ex4nc4on •  reconnaissance de macles •  + signe d’allongement Macles •  associa)ons de deux ou plusieurs individus de même espèce dans un seul cristal, avec des orienta)ons ≠, mais symétriques ⇒ ex)nc)ons en alternance PÉTROLOGIE •  descrip)on et interpréta)on des roches •  texture = agencement rela)f des minéraux –  taille (pe)t / grand ; homogène / hétérogène) –  forme (automorphes ?; déformés ?; « roulés » ?) –  orienta)on préféren)elle ? •  minéralogie = quels minéraux 3 grandes familles de roches •  sédimentaires –  par dépôt de débris (⇒ strates) •  magma)ques –  par cristallisa)on d’un liquide (magma) •  métamorphiques –  par re-­‐cristallisa)on d’une roche existante Roches sédimentaires •  généralement par dépôt de débris ⇒ forma)on de « couches », strates ⇒ composé de grains + ou – gros, ou abîmés •  dominés par –  quartz –  calcite –  argiles Roches magma)ques •  par cristallisa)on d’un liquide (magma) ⇒ forma)on de cristaux souvent automorphes, sans orienta)on préféren)elle ⇒ texture, taille de grains dépend de la vitesse de refroidissement, donc profondeur Roches magma)ques •  minéralogie dépend de la compo. chimique •  minéraux clairs –  quartz, feldspaths •  minéraux foncés (ferro-­‐magnésiens) –  olivine, pyroxènes, amphiboles, mica noir (bio)te) Roches et minéraux magma)ques anorthitique (Ca)
K-feldspath
Plagioclase
Pyroxène
Quartz
albitique (Na)
{chimie}
granite
rhyolite
Olivine
Biotite
muscovite
intrusives (plutoniques)
extrusives (volcaniques)
{minéralogie}
Amphibole
granodiorite
dacite
diorite
andésite
gabbro
basalte
péridotite
komatiite
felsique
intermédiaire
mafique
ultramafique
acide
intermédiaire
basique
ultrabasique
80%
63
52
45
30%
SiO2
3%
9
16
26
30%
FeO+MgO
1%
K2O+Na2O
7%
couleur claire
4
couleur sombre
diagramme de Streckeisen •  basé sur la composi)on minéralogique: propor)ons rela)ves de minéraux clairs •  roches avec >10% de minéraux clairs –  quartz (Q) SiO2 –  feldspaths alcalins (A) (surtout orthose, KAlSi3O8) –  plagioclases (P) (albite NaAlSi3O8 – anorthite CaAl2Si2O8) –  feldspathoïdes (F) (leucite, nephéline, haüyne) diagramme de Streckeisen plutonique volcanique Roches métamorphiques •  par re-­‐cristallisa)on d’une roche existante –  forma)on de nouveaux minéraux, mais préserva)on de composi)on chimique ! •  changement de la forme de la roche –  changement de minéralogie (+ composi)on des min.) –  changement de texture (taille de grains, …) •  souvent en présence de déforma4on –  forma)on de structures (folia)on, schistosité) définies par l’orienta)on préféren)elle des minéraux Roches métamorphiques Minéraux métamorphiques •  forma)on de minéraux métamorphiques dépend: –  des condi)ons de pression et température •  de la profondeur •  du contexte géodynamique –  de la composi)on chimique de la roche ini)ale •  r. magma)ques ferromagnésiennes (→ r métabasiques) •  sédiments argileux (→ métapélites) •  sédiments carbonatés (→ marbres) Minéraux métamorphiques •  grande variété •  dans r. métabasiques –  chlorite, épidote, amphiboles, pyroxènes •  dans métapélites –  muscovite, chlorite, bio)te, –  grenat, stauro)de, disthène, sillimanite, andalousite, cordiérite