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MINERAUX DES ROCHES. . Malgré la complexité et la diversité des matériaux de lécorce terrestre un examen très approfondie révèle une composition relativement.

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1 MINERAUX DES ROCHES

2 . Malgré la complexité et la diversité des matériaux de lécorce terrestre un examen très approfondie révèle une composition relativement simple. Plus de 100 éléments chimiques sont connus dont 80éléments sont stable. Composition de la croûte Croûte terrestre Eléments en traces inférieur à 1 % Eléments majeurs plus de 99% OxygèneO46.40 siliciumSi28.15 aluminiumAl8.23 ferFe5.63 calciumCa4.15 sodiumNa2.36 potassiumK2.09 magnésiumMg2.33 Les autres % Si Groupe de minéraux formé de Si et O constituent 95% du volume de la croûte terrestre. Zr P Cr Ni Cu Ag … Cette répartition est applicable à la croûte terrestre Le noyau est composé de Fe et Ni diffère de la croûte Lors de la formation de la terre les éléments ( Si O) léger ont migrés vers lextérieur, alors que les éléments denses se sont concentrés au centre de la terre

3 Dans la nature les éléments chimiques se sont combinés pour former le minéraux. Minéral Un solide inorganique Homogène Homogène Cristallisé Cristallisé Possédant une composition chimique propre Possédant une composition chimique propre Chaque minéral est défini par sa formule chimique Chaque minéral est défini par sa formule chimique et sa structure cristalline et sa structure cristalline

4 Structure cristalline Etat amorphe Se caractérise par la distribution anarchique des atomes : gaz, liquides, verre. Etat cristallin Réalisé uniquement dans les solides et se caractérise par une organisation régulière pratiquement parfaite de la matière selon un réseau tridimensionnel: quartz, halite…

5 MINERAUX DES ROCHES Halite: ClNa Cl Na Cube : 5A Maille = volume élémentaire dont les dimensions sont fixée par celle des atomes concernés

6 MINERAUX DES ROCHES Formes cristallines

7 MINERAUX DES ROCHES. Pour identifier les espèces minérales on utilise les critères suivants Formes des cristaux Couleur Couleur Eclat Eclat Dureté Dureté Densité Densité Couleur de la trace Couleur de la trace Clivage Clivage Effervescence avec HCl 1/10N Effervescence avec HCl 1/10N Propriétés optiques Propriétés optiques Autres Autres Couleur Formes cristalline

8 Eclat Dureté Echelle de Mohs

9 MINERAUX DES ROCHES Couleur de la trace Densité Clivages Effervescence

10 Propriétés optiques

11 MINERAUX DES ROCHES. Principaux groupes de minéraux ClasseAnions déterminantExemples Elément natif Oxydes et hydroxydesO²¯ et OH¯Hématite Fe2O3 Goethite Fe (OH)3 selsCL¯ F¯ Br¯ I¯Halite NaCl CarbonatesCO3¯¯Calcite CaCO3 Sulfures et sulfatesS ¯¯ SO4¯¯ Galène PbS Gypse SO4Ca silicatesSiO4¯¯Olivine Mg2, SiO4

12 MINERAUX DES ROCHES Silicates Tous les silicates possèdent une structure de base composée des ions Si et O²¯ Dans les minéraux les charges doivent être neutres. Il existe deux façons pour neutraliser les charges Lier les tétraèdres par leurs oxygènes Ajouter des ions positifs: Fe Mg K Ca..

13 MINERAUX DES ROCHES Nésosilicates Sorosilicates Cyclosilicates Inosilicates Phyllosilicates tectosilicate Familles des silicates olivine PyroxèneAmphibole Micas et Argiles Quartz et Feldspath Béryl Epidote Fe, Mg Fe, FeMg, Mg, Ca Fe, FeMg, Mg, Ca, K, Na, OH-

14 MINERAUX DES ROCHES Les carbonates Cest un groupe de minéraux quon retrouve fréquemment à la surface du globe. Les carbonates sont un des principaux constituants des roches sédimentaires Ils sont formés par des ions négatifs (CO3) ²¯ liés par des ions positifs Ca, Mg Fe.. ¯ La calcite Ca CO3, les ions (CO3)²¯ sont liés par des Ca²¯ pour former une structure rhomboédrique typique de ce minéral.

15 MINERAUX DES ROCHES. Comment se forment les minéraux Cristallisation dun liquide qui par refroidissement, passe de létat liquide à létat solide: leau, magma Précipitation chimique à partir dune solution sursatué par rapport à un minéral: agates, dépôts des cavernes minéraux évaporitiques Cristallisation de vapeurs : soufre autour des fumeroles Recristallisation par transformation de minéraux préexistants en nouveaux minéraux différents.

16 MINERAUX DES ROCHES Cristallisation par refroidissement dun magma Un bon nombre de minéraux de la croûte cristallisent à partir dun magma (roche fondue du manteau ) dont la température est >1200°C, tous les minéraux sont tous à létat liquide Si ce magma est introduit dans la croûte il va subir un abaissement de la pression et la température.et en se refroidissant les minéraux cristallisent lorsquils atteignent la température de solidification comme cette température de solidification nest pas la même pour tous les minéraux alors ils ne cristallisent pas tous en même temps et ainsi ils vont cristalliser à tour de rôle selon leur température de cristallisation à mesure ce magma se refroidit.

17 MINERAUX DES ROCHES

18 sédimentent et saccumulent à la bases de la chambre Au fur et à mesure que les minéraux cristallisent dans la chambre magmatique les cristaux sédimentent et saccumulent à la bases de la chambre Il se produit une ségrégation et les roches issues de la cristallisation du magmas auront des assemblages de minéraux différents en fonction de leur position dans la chambre magmatique ( bas, milieu, haut) Assemblage olivine et pyroxène Assemblage pyroxène et amphibole Assemblage amphibole biotite quartz Assemblage des minéraux plus froids Assemblage des minéraux plus froids

19 MINERAUX DES ROCHES. Assemblage ultramafique Assemblage mafique Olivine Pyroxène Plagioclase Amphibole Pyroxène

20 MINERAUX DES ROCHES Assemblage intermédiaire Assemblage felsique Amphibole Biotite Quartz Albite Muscovite Feldspath K Quartz

21 MINERAUX DES ROCHES. Il existe toute sorte de fluide et de solutions, qui circulent dans les roches de la croûte la croûte terrestre et à des profondeurs très importants Leur vitesse est très lent( mais il faut les placer dans le cadre des temps géologiques Les solutions circulent dans toutes les fractures et peuvent provenir à des zones profondes chaudes du manteau ou dexcès de vapeur deau dun magma ou bien deau piégées dans les bassins sédimentaires profonds. Ces solution sont sursaturées par rapport à certains sels ou minéraux, elles vont les précipiter et donneront naissance aux cristaux que lon trouve dans des veines: or argent plomb… Cristallisation par précipitation chimique à partir dune solution sursaturée par rapport à un minéral

22 MINERAUX DES ROCHES Agates et Géodes Le quartz (SiO2) a été précipité à partir de fluides sursaturés par rapport à la slice et circulant dans les formations rocheuses Le quartz précipitera sur les parois dune cavité pour former une première couche de cristaux Dautres se formeront et leur compostions peut varier doù les différentes couleurs Certaines agates montrent une cavité centrale car les processus de précipitation na pas été complétés jusquau remplissage total de la cavité

23 Formation des dépôts de caverne Ils sont creusées dans les roches calcaires sous leffet de la dissolution à grande échelle par les eaux de pluies qui sont naturellement acides car elles contiennent lacide carbonique H2CO3. En sinfiltrant dans les fractures elles sagrandissent progressivement finissent par créer tout un réseau de cavernes et galeries souterrains. Les cavernes

24 Stalactites stalagmites Draperies boucliers…sont composés de calcite, plus rarement laragonite et se forment par précipitation sur les murs et le plancher des cavernes à partir des eaux de ruissellement Les dépôts des cavernes

25 MINERAUX DES ROCHES. Leau qui sinfiltre de la surface à travers les fractures traverse les calcaires et devient une solution contenant CO2, Ca²¯, HCO3²¯ La pression du CO2 contenu dans la solution augmente au fur et à mesure que la solution progresse en profondeur (2.7 atmosphère /10m). Lorsque la solution arrive aux parois de la caverne sa pression passe subitement de plusieurs atmosphères a un atmosphère car la caverne communique avec lextérieur doù un dégazage du CO2 Ca² + 2HCO3¯ CaCO3 + CO2 + H2O Le dégazage provoque la réaction de la gauche vers la droite doù La précipitation de la calcite Comment se forment les dépôts des cavernes

26 MINERAUX DES ROCHES Minéraux de la séquence évaporitique Suite de minéraux qui précipitent quand sévapore leau de mer Evaporation la solution devient de plus en plus saline A la salinité normale de leau de de mer; elle est légèrement sursaturée par rapport au carbonate de calcium Ca CO3 ( Calcite et Aragonite). Ce dernier précipite naturellement et dépose une couche de cristaux de CaCO3 au fond du bocal. ………

27 …..

28 MINERAUX DES ROCHES. Dans la nature les minéraux la précipitation des minéraux évaporitiques se fait à grande échelle dans les lagunes et les sebkhas dans les régions où lévaporation est intense ( régions arides et désertiques) Le gros de lalimentation vient de la mer Lévaporation concentre la solution et les minéraux précipitent au plancher de la lagune Suite à un équilibre qui sétablira entre lalimentation de la lagune en eau de mer et lévaporation doù une salinité de leau demeure constante En fonction de cette salinité un minérale qui va précipité le plus souvent ça oscille entre Calcite et gypse. oscille entre calcite et gypse Lagunes

29 MINERAUX DES ROCHES Les sebkha une autre variante du système évaporitique où les minéraux cristallisent et croissent à lintérieur des sédiments Sebkhas Ce sont des grandes plaines en bordure de mer daltitude de quelques mètres au dessus de la mer. Elles sont alimentés par leau de mer.Lévaporation augmente la salinités des eaux souterraines qui précipitent les minéraux évaporitiques le système se stabilise au gypse avec parfois halite Les sebkhas se rencontre aussi loin de la mer partout où la nappe phréatique concentre des eaux salines et lévaporation Rose des sables Gains de sable cimentés par du gypse

30 MINERAUX DES ROCHES Dépôt de soufre par cristallisation vapeur dans les volcans actifs

31 MINERAUX DES ROCHES Cycle des roches

32 LES ROCHES MAGMATIQUES. Les roches magmatiques résultent de la solidification dun magma Magma est un liquide silicaté à température élevé qui peut contenir des minéraux en suspension et des gaz dissous. Il prend naissance à lintérieur du globe ( manteau, base de la croûte). Et monte vers la surface. Lorsque le magma atteint la surface il forme un volcan qui contient une cheminée à partir de laquelle du magma, des débris de roches solides et des gaz sont éjectés. Le magma qui arrive à la surface est appelé lave. Une lave peut sécouler comme un flot éjecté brutalement dans latmosphère Les volcans sont les endroits où lon peut observer directement et étudier les magmas Lave

33 LES ROCHES MAGMATIQUES. Magmas Ils sont caractérisé par une gamme de composition dont la silice (SiO2) est loxyde le plus important Ils sont caractérisés par des températures élevés Ils possèdent les propriétés de liquide, y compris la capacité de sécouler

34 ROCHES MAGMATIQUES. Magma Composition des magmas Eléments majeurs Si, Ai, Fe, Ca, Mn Mg, Na, K, H, O SiO2, Al2O3, FeO, CaO, MnO, MgO, Na2 O, K2O, H2O Eléments mineurs Moins de 0.1% Gaz 0.2 à 4% Entrent dans la constitution des Minéraux principaux ( minéraux de la suite de Bowen) Entrent dans la constitution de certains minéraux accessoires sous forme dimpuretés. CO2 et H2O (98%) N, Cl,, S Ar (>1%)

35 ROCHES MAGMATIQUES. Les types de magmas : En fonction de la teneur en silice Magmas basaltiques SiO2=50% SiO2=50% Magmas andésitiques SiO2=60% Magmas rhyolitiques SiO2 > 70% SiO2 > 70% Par solidification donne un basalte Basaltes émis par les volcans 80% Par solidification donne une andésite Andésites émises par les volcans 10% Par solidification donne une rhyolite Rhyolites émises par les volcans 10% Magmas ultrabasiques (SiO2 <45% qui donnent des Komatiites picrites Magmas carbonatitiques qui donnent des carbonatites

36 Les principaux paramètres physiques des magmas Les principaux paramètres physiques des magmas Température Viscosité Densité

37 Température des magmas (Liquides sans cristaux: liquidus) Magmas basaltiques 1000 à 1200°C Magmas basaltiques 1000 à 1200°C Magmas andésitiques 800 à 1000°C Magmas andésitiques 800 à 1000°C Magmas rhyolitiques 650 à 800°C Magmas rhyolitiques 650 à 800°C Les magmas basaltiques sont presque anhydres Les magmas rhyolitiques sont généralement riches en eau (2à4%)

38 Viscosité des magmas Paramètre physique qui représente la résistance à lécoulement dune substance La viscosité dépend de : - La température - Composition chimique: teneur en silice -Teneur en gaz dissous

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40 Densité des magmas Basaltes sont caractérisés: - températures élevées - viscosités faibles - relativement pauvres en silice - relativement riches en Fe et Mg (éléments denses) - magmas denses: d=2.6 à 3.2 Rhyolites sont caractérisées: -Températures faibles - Viscosités forte -riches en silice -pauvres en Fe et Mg (éléments denses) - magmas moins denses: d=2.2

41 Les magmas légers montent plus haut car ils sont moins denses que les roches solides et froides quils traversent Les basaltes ont une densité proche de celle de La croûte océanique et donc montent peu Les magmas denses Restent à lintérieur de la terre Les minéraux : ol px pl ca sont plus denses que le magmas majeurs et ont tendance à tomber au fond dune chambre magmatique Densité des magmas contrôle Montée des magmas Capacité de séparation des minéraux pendant sa cristallisation La genèse des roches magmatiques est contrôlée par deux processus fondamentaux: La cristallisation fractionnée et la fusion partielle

42 Cristalisation fractionnée la suite réactionnelle de Bowen La cristallisation des silicates dans un magma se fasse dans un ordre bien défini selon la suite réactionnelle de Bowen et produit 4 assemblages minéralogiques différents qui définissent à leur tour 4 types de roches magmatiques.

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44 Expériences de fusions de péridotites (secs)

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46 . Fusion partielle SOLIDUS SEC LIQUIDUS la fusion des roches se produit par - Rechauffement - Décompression - Ajout deau P cte T°C cte Cest le processus qui conduit à la formation des magmas Domaines thermdynamiques des roches

47 Au niveau de la structure de la terre, on trouve que deux zones présentant des roches en fusion: - Le noyau externe - La zone de faible vitesse de propagation dondes sisques (LVZ) Dans la LVZ que la courbe de fusion des péridotites est le plus proche du géotherme (courbe dévolution de température en fonction de profondeur !du globe). Donc se rapprochant des conditions de pression et de température de début de fusion de la péridotite. Doù un manteau légèrement plus mou.

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49 . Liquide magmatique formé Monte vers la surface percolation Chambre magmatique Base de la lithosphère Base de la croûte (sous le moho) Le magma monte à la surface grace à la différence de densité dorsales: proches de surface les zones de subduction: intermédiaire volcans des points chauds: très profond Viscosité du liquide détermine les modalités de segregation migration et accumulation de ce liquide dans la chambre magmatique

50 Augmentation progressive de la température dune roche formée dun assemblage de minéraux silicatés. Cet assemblage passe entièrement au partiellent de la phase solide à la phase liquide. Les premiers minéraux qui fondent sont les minéraux de lassemblage felsiques (Q, FdK, FdNa, muscovite). Dans la phase solide restante elle est composée dePL Bi, Amp, Px selon la composition de la roche Si ce magma est séparé puis cristallisé il donnera une rhyolite ou granite. Minéraux felsiques Minéraux mafiques SLUSH Si la température continue à augmenter Les minéraux de lassemblage intermédiaires fondent à leur tour et donnent un magma de compostion i,ntermédiaire si séparé et cristallisé donne andésite et diorite etc………

51 . Il se forme suite à une fusion partielle de péridotites du manteau sous les dorsales suite à la concentration de chaleur due à la convection Magmatisme des Dorsales

52 - On constate que le géotherme de la dorsales coupe entre 20 et 80 km de profondeur la courbe de solidus (zone de passage d'une péridotite solide à une péridotite partiellement fondue). Cela signifie que c'est dans cette zone du graphe que se situe la chambre magmatique, c'est à dire à faible profondeur.

53 . Les données sismiques révèlent lexistence dune chambre magmatique (zone ou les matériaux sont partiellement liquides) à laplomb des la dorsale sous la surface entre 20 et 30Km. Cette chambre magmatique contient du magma basaltique. A cause du mouvement ascendant dû à la convection, de la péridotite chaude appartenant à lasthénosphère (à environ 100 km de profondeur) remonte vers la surface à une vitesse de quelques cm/an. Elle subit donc une décompression à forte température. Les roches étant de mauvaises conductrices de la chaleur, elles se refroidissent très lentement => c'est une décompression à température constante. La baisse de pression à température constante entraîne la fusion de la péridotite.

54 Des expériences de fusion de la péridotite montrent que la péridotite ne fond pas entièrement tout de suite quand elle est chauffée. Il se produit d'abord une fusion partielle (une seule partie de la péridotite fond). Le liquide qui en résulte n'a pas la même composition chimique que la péridotite initiale, la composition du liquide dépendant du taux de fusion de la péridotite. Ces expériences ont également permit de montrer quune fusion partielle de la péridotite (taux voisin de 15%) permet dobtenir un magma basaltique (composition chimique voisine des basaltes). Ce taux de fusion est a tteint pour une pression de 1.5 Gpa et une température de 1300°C. Ce sont les conditions que l'on trouve à environ 50 – 100 km sous la dorsale. Le magma basaltique a donc pour origine une fusion partielle de la péridotite liée à une décompression adiabatique (baisse de pression à température constante).

55 Fusion partielle des péridotites du manteau (concentration de la chaleur par les courants de convection upwelling au niveau des dsorsales). MOHO I III III II

56 foliées litée s MOHO

57 Magmatisme des zones de subduction Pour aucune profondeur et température le géotherme des zones de subduction ne recoupe le solidus de la péridotite sèche et donc ne permet pas la fusion de cette denière. Cependant lapport deau abaisse la température de fusion partielle des péridotites Cependant lapport deau abaisse la température de fusion partielle des péridotites

58 Dans le cas de la péridotite hydratée, le géotherme des zones de subduction recoupe le solidus de cette roche la formation de magma est possible. Entre 80 et 180 km de profondeur, la température de 1000 °C suffit pour provoquer la fusion partielle de la péridotite hydratée. Les magmas ainsi produit sont fluides et moins denses, ces dernier montent vers la surface Certains arrivent à la surface où ils donnent naissance à un volcanisme explosif andésitique. Dans dautres zones, une grande partie de ces magmas cristallise en profondeur, donnant naissance à des plutons granodioritiques.

59 . Lorigine de leau, agent de la fusion partielle des péridotites du manteau provient des réactions métamorphiques qui affectent la croûte océanique et les minéraux silicatés et argileux des sédiment du prisme daccrêtion. Ces derniers libèrent leau qui passe dans la péridotite de la plaque chevauchante entraînant ainsi sa fusion partielle en profondeur, à laplomb de larc insulaire ou magmatique. Basalte et gabbros hydratés (croûte océanique)

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62 Le magma est généré à plus grande profondeur, serait lié à des instabilités thermiques (points chauds) prenant naissance à l'interface entre le noyau et le manteau inférieur

63 Le bloc diagramme A résume les principaux phénomènes géologiques susceptibles dêtre rencontrés dans une région magmatiquement actives. Lexpression du magmatisme en surface est minime en volume par rapport au magma sous-jacent qui lui donne naissance et qui formera les grands corps intrusives. En surface le magmatisme se traduit par des volcans qui peuvent produire des champs de lave dont certains sont isus de grandes fissures. Situations post magmatiques (érosion) La cristallisation du magma à lintérieur ou à la surface de la croûte terrestre produit des corps magmatiques variés traduisant des condition de mise en place diversifiées et les roches associées montrent des caractères spécifiques à chaque mode de gisement.

64 FIN DU CHAPITRE


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