Minéralogie et Cristallographie B. Grobéty

Minéralogie et Cristallographie Minéralogie: étude des solides cristallins formés naturellement = minéraux Cristallographie: étude des solides cristallins Les deux sont liés à: - géométrie macroscopique (morphologie) des cristaux - formation microscopique des cristaux - propriétés chimiques des cristaux - propriétés physiques des cristaux Représentation polyhérale de la structure du grenat Spectre d’absorption optique d’un grenat grossulaire Gemme de grenat grossulaire

Références Le cours sera principalement donné avec des présentations PowerPoint, disponibles sur Moodle. Livres A. Putnis An Introduction to Mineral Sciences Cambridge University Press, 1992 ISBN: 0-521-42947-1 C. Klein Mineral Science John Wiley and Sons Ltd, 2002 ISBN: 0-471-25177-1 Adresse Moodle: http://moodle.unifr.ch

Organisation du cours Enseignant: Bernard Grobéty Bureau No. 3.304 Tel. 8936 e-mail: bernard.grobety@unifr.ch Heure et lieu: Cours: Lundi 1515 - 1700 Auditoire 2ème étage

En quoi est-ce que la Minéralogie/Cristallographie sont importantes? - Terre, planètes intérieures: 60 - 70 Vol% solide, constituées de minéraux - Les processus affectant la surface et l‘intérieur de la Terre dépendent des propriétés des solides les constituants. - 70 - 80 éléments utilisés par les humains sont extraits des minéraux. - Les propriétés des minéraux (et de tous les autres matériaux) dépendent entre autres de développement microscopique (=structures du cristal) des phases constituantes. - D‘importantes technologies utilisées par la société moderne sont basées sur des propriétés spécifiques des solides: - Technologies de l‘information: propriétés optiques du ruby, propriétés piézoélectriques du quartz (téléphonie, machines électroniques). - Ordinateurs: propriétés électriques du silice et dioxide de silice (=quartz) (processeurs), Propriétés magnétiques des ferrites (mémoire) - Production d‘énergie: propriétés radioactives de l‘oxide d‘uranium - Biologie: structure et fonction des molécules biologiques (protéines,enzymes, etc.) sont obtenues à partir de versions „solidifiées“ de ces molécules.

Programme de la première partie (WS) 1. Introduction 2. Symétrie - Symétrie dans la vie de tous les jours et l’art - Opérations de symétrie - Groupes ponctuels 3. Morphologie cristalline - Morphologie, habitus - Axes cristallins - Indices de Miller - Formes - Zones 4. Projection stéréographique 5. Groupes ponctuels - Groupes ponctuels monocliniques - Groupes ponctuels tétragonaux - Groupes ponctuels cubiques Liaisons ioniques - Modèles atomiques - Ionisation - liaisons ioniques Modèle de Pauling - Coordination - Lois de Pauling - Halite, fluorite et structures en perovskite 8. Arrangements périodiques - Translations, cellule élémentaire - Miroirs glissants - Groupes planaires 9. Groupes spatiaux - Axes de rotation - Groupes spatiaux - Notation Hermann-Maugin - Structure de halite et andalusite 10. Thermodynamique des minéraux - Enthalpie - Entropie - Energie libre de Gibbs 11. Défauts ponctuels et diffusion - Défauts ponctuels - Diffusion - Solutions solides

Programme de la deuxième partie (SS) 12. Méthodes analytiques - Techniques de diffraction - Méthodes spectroscopiques - Microsopie des électrons 13. Couleur des minéraux - Couleur - Crystal field splitting - Couleur du ruby - Transfert d’électron 14. Radioactivité - Désintégration alpha - Fission spontanée - Métamictisation - Traces de fission - Loi de désintégration 15. Défauts linéaires et planaires - Dislocation coin et vis - Défauts linéaires et déformation - Macles - Défauts d’empilement - Limites antiphases 16. Polytypisme et polysomatisme - Structures en phyllosilicate - Structures en inosilicate - Polytypes de mica - Biopyriboles 17. Réactions des minéraux - Transitions de phases displacives - Transitions de phases reconstructives - Transitions ordre - désordre - Exsolution - Réactions hétérogènes

Les minéraux sont les composants “élémentaires” des roches marbre Lame mince: le marbre est constitué de cristaux de calcite Roche Métamorphique monominérale Les minéraux sont les composants “élémentaires” des roches Lame mince: le granit est constitué de différents minéraux granit Roche Ignée polyminérale

Minéralogie/Cristallographie: domaines liés Des notions de minéralogie/cristallographie sont nécessaires en: Pétrographie Pétrologie Pétrologie expérimentale Sédimentpétrographie Géologie Sédimentologie Stratigraphie Paléontologie Chimie des solides spectroscopie Cristallographie des protéines Science des matériaux: Métallurgie, Céramique Domaines particuliers en minéralogie: Minéralogie des minerais Biominéralogie Systématique des minéraux Physique des minéraux: minéralogie optique Spectroscopie des minéraux Physique (des minéraux) à hautes pression et température Minéralogie technique (appliquée) Matériaux de réfraction

Principes du comportement des minéraux Domaine de stabilité (T, P, fO2, pH2O, pCO2, etc.) Minéral stable content! Composition chimique (quels éléments sont présents) Structure du cristal (comment ils sont arrangés) Propriétés physiques et chimiques: comportement mécanique, optique, électrique, etc. Transformation de phase! (changement dans la structure et/ou dans la manière dont les éléments sont distribués dans la structure) Changement dans les propriétés physiques (e.g. Changement dans les propriétés élastiques change la vitesse des ondes sismiques). Microstructure (enregistre l’histoire des transformations de phase – montre les conditions que la roches a expérimentées)