l`alteration directe de muscovites et de biotites en halloysite" mise en

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Clay Minerals (1987) 22, 11-20
L ' A L T E R A T I O N D I R E C T E DE M U S C O V I T E S ET DE
B I O T I T E S E N H A L L O Y S I T E " MISE E N E V I D E N C E
PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A BALAYAGE
J. E S T E O U L E - C H O U X E T
C. B L A N C H E T
Equipe de S~dimentologie et de Palynologie, lnstitut de Gkologie, Campus de Beaulieu, Universit~ de Rennes L
35042 Rennes C~dex, France
(Received 7 October 1986)
RESUME
: L'alt6ration de biotites et de muscovites en halloysite a 6t6 mise en 6vidence par
l'6tude en MEB dans l'alt6ration de roches granitiques et de micaschistes. Cette transformation
d6bute par le d6veloppement d'un r6seau losangique ~ la surface des feuillets de micas. La
croissance par 6pitaxie de tubes d'halloysite est parfois accompagn~e par celle de cristaux de
goethite. Le MEB montre que l'halloysite se forme directement ~, partir du mica et qu'elle
apparait dans les tous premiers stades de l'alt/~ration, quelles que soient les conditions.
A B S T R A C T : Alteration of biotite and muscovite to halloysite is described in granitic rocks
and in mica-schists. The progressive change from mica to haUoysite is marked by the
development of a lozenge-like network. Epitaxic growth tubes of halloysite are sometimes
associated with goethite crystallization. SEM shows that halloysite is an initial mineral in the
transformation of biotite and of muscovite: this transformation takes place in different
environments and in the early stages of weathering.
L'alt~ration des micas a fait l'objet d'+tudes tr~s nombreuses et il n'est pas possible de
reprendre ici toutes les publications qui traitent de ce sujet. Cependant, il semble bien que la
transformation de biotite en halloysite n'ait 6t6 d6crite que par Eswaran & Heng (1976) et
mentionn6e par A b d o (1982); de plus si l'apparition directe de kaolinite ~ partir de muscovite
a 6t6 mise en ~vidence par Meunier (1980), la formation d'halloysite ~ partir de muscovite n'a
pas, fi notre connaissance, 6t~ signal~e.
Notre &ude porte sur l'alt6ration de micas des roches granitiques et des micaschistes de
Leuhan-Sca~r-Guiscriff (Finist6re) (Fig. I), qui avait particuli~rement retenu notre
attention lots d'un travail plus g6n~ral sur les formations superficielles de cette r6gion
(Blanchet, 1985).
Dans ce secteur, l'intensit6 de l'alt6ration est tr~s in+gale. Le leucogranite et l'aplite qui lui
est associ6e sont kaolinis6s aux environs de Guiscriff (ancienne carri6re de kaolin de
Kerhouriou (Nicolas 1958)) et au sud de Scafir (carri6re de Stang Blank). Dans le talus d'une
nouvelle route, de direction N o r d - S u d passant ~t l'Est de Le Saint, le m~me leucogranite
simplement ar6nis6 passe lat+ralement ~ une roche enti~rement kaolinis6e.
Les micaschistes sont fr6quemment transform~s en un mat~riau tr+s friable dans lequel
peuvent persister des fragments de roches qui s'effritent sous la simple pression des doigts. La
fraction fine (inf~rieure ~. 2/zm) y est souvent, sinon inexistante, du moins tr6s faible.
Nous pr6sentons ici uniquement les donn+es apport6es par l'+tude en microscopic
61ectronique ~t balayage de micas contenus dans des fragments de roches plus ou moins
alt6r6es et aussi de micas isol6s: en effet le MEB permet d'observer la pr6sence de certains
9 1987 The Mineralogical Society
J. Estkoule-Choux et C. Blanchet
12
-L.
SITUATION
'::3
~Leuhan. LeSaint
?
FIG. 1. Localisation de la r6gion +tudi~s.
min6raux qui, & a n t en trop petite quantit6 n ' a p p a r a i s s e n t pas aux rayons X, et de visualiser
les relations qui existent entre les m i n 6 r a u x de la roche m6re et les m i n ~ r a u x n~oform6s. Le
m i c r o s c o p e 61ectronique en transmission a ~t6 utilis~ en particulier pour confirmer la
pr6sence de l'halloysite.
ETUDE
AU
MEB
ET AU
MET
Les diffOrentes figures d'altbration des micas
Au M E B les micas se pr6sentent sous trois aspects.
Developpement d'un r~seau losangique. D a n s l'aplite encore tr~s c o m p a c t e , a p p a r e m m e n t
non alt6r6e, un r6seau losangique se d6veloppe ~ la surface de certains micas blancs (Fig.
2(1)). Ce r6seau tend ~. se r6soudre en tubes qui g a r d e n t l ' o r i e n t a t i o n initiale dans l'aplite
FIG. 2. Micrographies au MEB montrant le d~veloppement d'un r+seau losangique ~ la surface
de feuillets de micas. (1) Alt+ration de la surface d'un feuillet de mica blanc en un r6seau
losangique (~ch. Sca 1, aplite consid6r6e comme fra]che). (2) Alteration plus pouss6e de la
surface d'un feuillet de mica blanc montrant des r~seaux superposes form6s de tubes imparfaits
(6ch. Sca 13, aplite kaolinis+e). (3) Alt+ration de la surface d'un feuillet de biotite en un r+seau
losangique (6ch. Gui 9, micaschiste alt6r6 en aiguilles). (4) Alt6ration de la surface d'un feuillet
de mica en un r6seau losangique et formation de tubes fi partir des autres feuillets de ce mica vus
par la tranche (+ch. Gui 8, micaschiste peu alt+r6). (5) R6seau losangique soulign~ par des
cristaux de goethite en surface d'un feuillet d'un mica blanc (+ch Le St 8, leucogranite kaolinis6).
(6) Plaquettes hexagonales plus ou moins allong+es de kaolinite se d+veloppant suivant un r~seau
losangique, en surface d'un feuillet de mica blanc (+ch. de Plo~meur).
L'altkration de muscovite et de biotite en halloysite
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J. Estboule-Choux et C. Blanchet
kaolinis6e (Fig. 2(2)). Ces m~mes figures apparaissent sur certains micas d'un micaschiste de
Guiscriff (Fig. 2(3) et (4)). Parfois le r6seau n'est pas apparent, mais sa pr6sence est soulign6e
par l'orientation des cristaux de goethite qui s'alignent gtla surface du feuillet, suivant deux
directions nettes (Fig. 2(5)). Cette croissance orient6e a 6t6 mise en 6vidence 6galement sur
des micas blancs du leucogranite kaolinis6 de PloEmeur (Morbihan) off des hexagones de
kaolinite sont dispos6s suivant ces deux m~mes directions (Fig. 2(6)). En MET, il est possible
de retrouver cet arrangement losangique plus ou moins bien conserv6 et constitu6 par des
tubes d'halloysite (Fig. 4(1) et (2)).
Altkration massive en halloysite. Dans la m~me aplite encore 'fraiche', d'autres micas blancs
pr6sentent sur leur tranche d'abondants tubes d'halloysite dont l'axe d'enroulement est
orient6 dans le plan 00l des micas (Fig. 3(1)). Cette image correspond fi une 6tape plus
avanc6e de l'alt6ration des muscovites, car il est encore possible dans les cas favorables de
voir ~ partir du m~me feuillet, les tubes sortant de la tranche tandis que la surface montre un
r6seau losangique flou. Des muscovites extraites du leucogranite seulement ar6nis6 (Est de la
carri6re de Stang-Blank) pr6sentent tousles stades, entre un d6but de denticulation formant
une sorte de frange en bordure des feuillets jusqu'~ l'individualisation de tr6s nombreux tubes
d'halloysite qui peuvent recouvrir le feuillet sous-jacent (Fig. 3(2)). Le m~me type d'alt6ration
se trouve sur une biotite provenant de la m~me ar6ne (Fig. 3(3)).
Quelques muscovites extraites d'un micaschiste ont montr6 une disposition particuli6re de
l'halloysite : la surface du mica est microdivis6e en plaquettes d'allure hexagonale des bords
desquels sortent des tubes d'halloysite (Fig. 3(4)). Dans le m~me 6chantillon, l'observation
d'un fragment de roche a permis de voir la surface d'un feuillet de mica se desquamer en
particules ovo~des en m~me temps que de nombreux tubes d'halloysite semblent sortir du
feuillet sous-jacent (Fig. 3(5)). Sur le bord du mica, les particules ovoides se d&achent et il est
possible de voir qu'elles sont constitu6es par des rosettes de goethite dont les branches
seraient 'repli6es'. Dans ce cas precis, il n'est pas possible de dire si le mica alt6r6 est une
biotite ou une muscovite, l'6tat de d6sagr6gation de la roche ne permettant pas de faire un tri.
De nombreuses biotites de 2 m m de largeur en moyenne ont 6t6 extraites des micaschistes.
Ces biotites sont devenues mordor6es. Elles pr6sentent des degr6s d'alt6ration variables.
Certaines montrent seulement un 16ger 6cartement des feuillets, qui peuvent devenir ondul6s.
La formation d'halloysite a 6t6 observ6e dans deux 6chantillons sur 11 examin6s. Dans l'un
deux, les tubes d'halloysite se d6veloppent sur les bords des feuillets formant la paroi d'une
cavit6 laiss6e par la disparition d'une inclusion (Fig. 3(6)). Dans l'autre, les tubes d'halloysite
croissent 6galement ~ partir des bords des feuillets du mica et de la goethite cristallise sous
forme d'ovo~des (Fig. 5(6)).
FIG. 3. Micrographies au MEB mettant en 6vidence la formation d'halloysite /t partir de
feuillets de micas. (1) For~t de tubes d'halloysite se d+veloppent aux d~pens des feuillets d'une
muscovite (~ch. Sca 1, aplite consid6r6e comme fra~che). (2) Tubes d'halloysite masquant en
totalit+ les feuillets d'une muscovite (+ch. Sca 20, leucogranite ar6nis6). (3) Tubes d'halloysite
croissant sur les bords de plusieurs lamelles d'une biotite (+ch. Sca 20, leucogranite ar~nis6). (4)
Tubes d'halloysite se d+veloppent en bordures de plaquettes provenant de la microdivision de la
surface d'une muscovite (+ch. LCP 6, micaschiste alt+r6 en aiguilles). (5) Pellicule de goethite en
surface des feuillets de mica (pattie basse de la photo) se d+bitant en ovo~desen m~me temps que
des tubes d'halloysite se d~veloppent sur les bords des feuillets de ce m~me mica (+ch. LCP 6,
micaschiste alt+r+ en aiguilles). (6) Tubes d'halloysite d~velopp6s sur les bords des feuillets qui
forment la paroi d'une cavit~ laiss6e par la disparition d'une inclusion dans une biotite (+ch. Gui
18, micaschiste alt6rb en aiguilles).
L'altkration de muscovite et de biotite en halloysite
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J. Est~oule-Choux et C. Blanchet
Microdivision en plaquettes de kaolinite. Deux micas blancs extraits du leucogranite
kaolinis6 se microdivisent, en surface, en plaquettes d'allure hexagonale (Fig. 4(3) et (4)). Ce
m~me aspect a 6t6 observ6 sur les muscovites de l'aplite kaolinis6e et sur de grandes biotites
provenant d'un micaschiste (Fig. 4(5)). Ces plaquettes dans tous les cas 6tudi6s correspondent
~t de la kaolinite raise en 6vidence par diffraction X.
En MET, il est possible de voir dans les micas, les plaquettes hexagonales de kaolinite
allong6es suivant une direction et orient6es parfois en formant un dessin hexagonal. Elles
semblent d6couper 5. l'emporte-pi6ce le mica originel (Fig. 4(6)).
La morphologie des hydroxydes de fer
La goethite a 6t6 observ6e 5. la fois sur certains micas blancs et sur des micas noirs. Elle
forme des enduits continus ou discontinus 5. la surface des micas ou sur leurs bords (Fig. 5(1))
ou bien elle se prbsente sous forme d'aiguilles isol6es ou encore de cristaux m~cl6s 5. six
branches (Fig. 2(5)). Ces cristaux m~cl6s peuvent ~tre complexes, particuli6rement
abondants et semblent avoir localement cristallis6 5. partir d'amas ovoides plus ou moins nets
(Fig. 5(2) et (3)). Ces cristaux et ovoides de goethite sont parfois assembl6s 5. la mani6re de
brochettes ou sous forme de sph6res (Fig. 5(4)) analogues 5. celles d6crites par Eswaran et al.
(1979). En M E T les cristaux isol6s sont quelquefois dispos6s en r6seau hexagonal (Fig. 5(5),
fl6ches).
ESSAI D'INTERPRETATION,
DISCUSSION
Les observations faites montrent que les micas n'ont par au cours de l'alt6ration, darts une
roche donn6e, un comportement unique. D'autre part ils ne suivent pas une s6quence
semblable 5. celle d6crite par Jackson et al. (1952). (mica . vermiculite -~ intergrade
kaolinite) et ne donnent pas d'avantage un assemblage de plusieurs phases min6rales tel que
l'a montr6 Meunier (1980).
Dans l'aplite encore fraiche, certaines muscovites sont d6j~i alt6r6es en halloysite, tandis
que d'autres ont leurs feuillets lisses ou pr6sentent seulement en surface un r6seau losangique,
les plagioclases de cette m~me roche ne montrant quasiment aucune trace d'alt6ration.
Darts un 6chantillon d'ar6ne de leucogranite, les muscovites et les biotites sont alt6r6es en
halloysite. Mais il est possible aussi de rencontrer dans un gisement, des muscovites presque
enti6rement transform6es en halloysite alors que dans un autre, elles pr6senteront
uniquement une microdivision en plaquettes de kaolinite. A titre de comparaison, une 6tude
des biotites mordorbes d'une ar6ne dioritique (de P16venon) a mis en 6vidence le m6me
d6veloppement de tubes d'halloysite en bordure des feuillets.
FIG. 4. Micrographies au MET mettant en 6vidence le d~veloppement des tubes d'halloysite fi
partir de materiel micace. (1) Tubes d'halloysite constituant un arrangement losangique plus ou
moins bien conserv6 dans du mat6rial micac+ (6ch. LCP 6, micaschiste alt+r+en aiguilles). (2) id.
(bch. LCP 5, micaschiste alt6r6 en poudre). Micrographies au MEB et au MET montrant l'aspect
de quelques micas microdivis6s. (3) MEB: microdivision des feuillets d'un mica blanc en
plaquettes plus on moins hexagonales de kaolinite (+ch. Le St 6e, leucogranite kaolinis+). (4)
MEB: microdivision en plaquettes hexagonales de kaolinite d'un feuillet de mica blanc; la
kaolinite est associ~e ~ides cristaux de goethite (~ch. Le St 8, leucogranite kaolinis~). (5) MEB:
microdivision en plaquettes irr6guli6res d'un feuillet de biotite (6ch. Gui 6, micaschiste alt6r6 en
aiguilles). (6) MET: mica d6coup6 ~i 'l'emporte-pi6ce' suivant un dessin hexagonal qui
correspond ~i un mica microdivis6. (6ch. LCP 7, micaschiste alt6r6 en poudre).
L'alt~ration de muscovite et de biotite en halloysite
..........
j
,ii
...........
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J. Estboule-Choux et C. Blanchet
L'altbration de muscovite et de biotite en halloysite
19
D'autre part dans le cas de granite enti6rement kaolinis6 les muscovites r6siduelles peuvent
sembler relativement moins alt6r6es que dans les ar6nes. C'est ainsi qu'il n'est pas rare de voir
des muscovites dont la tranche montre seulement un aspect gauffr6, correspondant fi une
ouverture irr6guli6re des feuillets.
Les grandes biotites des micaschistes ont un comportement qui semble ind6pendant de
l'&at de d6sagr6gation de la roche : certaines sont alt6r6es uniquement en halloysite, d'autres
sont enti6rement recouvertes de goethite et enfin certaines montrent fi la fois des tubes
d'halloysite et des ovo~des de goethite.
L'ensemble de toutes ces observations peut 6tre r6sum6 par le sch6ma suivant:
/
microdivision~--------+plaquettes de kaolinite
~'~plaquettes
de kaolinite + goethite
aplaquettes
de kaolinite + tubes
d'halloysite sur les bords des plaquettes
muscovite-""~
bi~
halloysite
r6seau losangique j / 3 "
fmicr~176
~
i S la~~u;stittes de ka~
6seau l o s a n g i q u e / ' ~
~x.~
:;~lth~St~te + goethite
La formation de l'halloysite comme min6ral initial dans la transformation des micas n'a 6t6
signal6e que par Eswaran & Heng (1976)/t partir des biotites, mais,/t notre connaissance, elle
n'a jamais 6t6 mise en 6vidence/t partir de muscovite.
Eswaran & Heng (1976) Font d6crite dans des produits d'alt~ration de gneiss, form6s sous
climat tropical humide. En r6alit6, si nous l'avons rencontr6e dans des alt6rations de type
lat~ritique, sa presence dans des ar~nes ou m6me dans des roches/t peine alt6r6es, montre que
les conditions climatiques ne sont pas les seuls facteurs entrant en jeu. L'alt6ration se produit
de faqon tr6s irr6gulibre et rapide/t l'6chelle du gisement, de l'bchantillon et m6me du feuillet
de mica, I1 s'agit, en r6alit~, de micromilieux dont le chimisme serait ~ pr6ciser. Par ailleurs, il
FIO. 5. Micrographies au MEB et au MET de differents aspects de la goethite. (1) MEB : pellicule
pellicule de goethite se d6bitant en 6toiles fi 6 branches en surface d'un feuillet de biotite (6ch. Sca
2, leucogranite kaolinis6). (2) MEB: goethite en 6toilcs g six branches cristallis6e en surface d'un
feuillet de biotite (6ch. Gui 14, micaschiste alt6r6 en aiguilles). (3) MEB: goethite en 6toiles et en
ovo]des cristallis6e en surface d'un feuillet de biotite (6ch. Gui 14, micaschiste alt6r6 en
aiguilles); les &oiles correspondent fi la vue d'une extr~mit6 des ovo~des. (4) MEB: agrbgats
lin6aires de goethite en ~toiles et glom6rules de goethite aciculaire dans une cavit6 laiss6e vide
par le d6part d'une inclusion dans une biotite (~ch. Gui 13, micaschiste att~r~ en aiguilles). (5)
MET: deux aspects de la goethite: ovo~deset cristaux en lames s'arrangeant parfois en r6seau
hexagonal (fl+ches); la goethite est associ+e ~i des tubes d'halloysite dans du mat6rial micac6
(6ch. LCP 5, micaschiste alt+r6 en poudre). (6) MEB : ovo~desde goethite associ~s ~ des tubes
d'halloysite en surface d'un feuillet de biotite (6ch. Gui 18, micaschiste alt6r6 en aiguilles).
20
J. EstOoule-Choux et C. Blanchet
ne semble pas qu'il y air de r6gle g6n6rale quant ~ l'ordre d'alt6rabilit6 des micas noirs et des
micas blanes dans un m6me 6chantillon.
La goethite accompagne l'halloysite dans l'alt6ration de certaines biotites. Dans d'autres,
elle forme un v6ritable rev&ement rendant impossible toute observation. Dans le cas de la
muscovite, la pr6sence d'&oiles de goethite align6es 5~ la surface des feuillets peut ~tre
expliqu6e par une migration du fer ~ partir des micas noirs.
Enfin cette croissance 6pitaxique de l'halloysite et de la goethite sur les feuillets de micas, le
d6veloppement du r6seau losangique qui peut &re consid6r6 comme une premi6re &ape de
l'alt6ration, ne sont pas sans rappeler ce qui a d6j~t 6t6 observ6 lors de la transformation de
phyllites micac6es terrig6nes dans l a m e r c6nomanienne (Louail & Est6oule-Choux, 1984).
Milieu continental et milieu marin se rejoignent, la structure du min6ral originel influenqant
fortement l'orientation des produits secondaires (Gilkes & Suddhiprakarn, 1979, 1981).
CONCLUSION
Comme l'avaient d6j~t 6crit Seddoh & Robert (1972) l'utilisation du MEB permet d'observer
et de montrer les relations qui existent entre les micas et les min6raux secondaires qui en sont
issus. Les m6canismes de la transformation de la muscovite ou de la biotite en halloysite
restent fi d6finir. Cependant il nous semble int6ressant d'avoir mis en 6vidence la formation
d'halloysite ~ partir des micas, plus particuli6rement ~ partir de la muscovite, et ceci quelle
que soit l'intensit6 de l'alt6ration, puisqu'elle est d6jfi pr6sente d6s les tous premiers stades.
L'halloysite serait donc relativement fr6quente dans les produits d'alt6ration de roches
vari6es, mais la mise en 6vidence de ce min6ral, &ant donn6 sa faible quantit6, 6chappe aux
investigations aux rayons X. Enfin la goethite, qui a 6t6 6videmment observ6e souvent,
montre des morphologies tr6s diverses et une r6partition variable: elle cristallise tant6t~ la
surface des feuillets de biotites, tant6t en bordure, ou encore dans les espaces interlamellaires.
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