Minéralogie-Pétrographie - introduction - minéralogie des silicates - classification des roches magmatiques -classification des roches métamorphiques Yves Géraud, 1 rue Blessig Pvala Psiska, 1 rue Blessig Hubert Whitechurch, 5 rue Descartes EOST-IPGS

Introduction : Les silicates sont des minéraux dont la structure est formée par de Si et O, ils composent les roches magmatiques et métamorphiques. Pourquoi s’intéresser à ces phases ? 1.- Si et O sont les principaux éléments de la croûte et du manteau 2.- Les roches magmatiques et métamorphiques sont deux étapes importantes du cycle des roches

Composition des enveloppes terrestres Fe Mg Al Fe Ca N, Ca, K, Si, Mg, S, Al, P, Cl H Ca Al K Si Na, K, Ti, Mn, H, C Si Na Mg, Ti, Mn, H, C Biosphère O Croûte océanique Mg Croûte continentale Fe Si Al Ca, Na, Ti,C , Mn O Manteau supérieur Mg Fe Ca Al Si Na, Cr, Ti, Mn, K, P O Manteau inférieur Ni Co, S, Si, O Fe Noyau externe Ni Fe Noyau interne

Le cycle des roches : Un recyclage de la matière

Le cycle des roches : un exemple géodynamique

La minéralogie des silicates Rappels : - Matière cristallisée = matière organisée - Systèmes de cristallisation - Opérateurs de symétrie 1.- l ’arrangement de la matière dans les minéraux 2.- l ’élément de base : le trétraèdre 3.- la classification des silicates

La minéralogie des silicates- rappel- matière organisée La matière dans les minéraux a une organisation tri-périodique

La minéralogie des silicates- rappel- matière organisée La matière est organisée autour de 7 systèmes cristallins :

La minéralogie des silicates- rappel- matière organisée Trois opérateurs de symétrie : 1.- Le centre transforme un point en son symétrique par rapport au centre C A A ’ 2.- Le plan de symétrie transforme un point en son symétrique par effet »miroir » A A ’ M

La minéralogie des silicates- rappel- matière organisée Trois opérateurs de symétrie : 3.- les axes Ordre 2 1 2 - une rotation de 2π/2 permet de reproduire la figure - lors d ’une rotation de 2π la figure est reproduite 2fois

La minéralogie des silicates- rappel- matière organisée Trois opérateurs de symétrie : 3.- les axes, quatre types d’axe, Ordre 2 Ordre 3 Ordre 4 Ordre 6 Rotation de 2 π/3 Ou reproduction de 3 fois le motif Rotation de 2 π/4 Ou reproduction de 4 fois le motif Rotation de 2 π/6 Ou reproduction de 6 fois le motif

Système Triclinique Un Centre

Monoclinique 1C, 1 A2, 1M,

Orthorhombique 1C, 3 A2, 3M,

Quadratique 1C, 4A2, 1 A4, 5M,

Cubique 1C, 6A2, 4A3, 3A4, 9M,

Hexagonal 1C, 6A2, 1 A6, 7M,

Rhomboédrique 1C, 3A2, 1A3, 1M.

Liaison cationique (van der veld) mais aussi effet de géométrie Rapport entre le rayon des anions et du cation :

Les rapports de rayons ioniques permettent de définir différents assemblages

Pour la silice et l ’oxygène : structure en tétraèdre

4 anions O - Le tétraèdre de silice 1 cation Si + Différents types de représentation

Classification des silicates Elle est basée sur le degré de polymérisation des tétraèdres ou le nombre d ’oxygène mis en commun par chaque tétraèdre avec ses voisins Nésosilicates : degré 0, les tétraèdres sont isolés Aucun oxygène n ’est partagé avec les autres tétraèdres Sorosilicates : degré 1, Un oxygène mis en commun les tétraèdres sont associés par paires Un oxygène mis en commun

Inosilicates: degré 2 , 2 oxygènes mis en communs par tétraèdre on distingue les structures en chaînes Et les structures en rubans 2 oxygènes mis en communs par tétraèdre Groupement hydroxyle (OH-)

Cyclosilicates degré de polymérisation 2, 2 oxygènes mis en commun mais structure en boucle Boucle à 3 tétraèdres Boucle à 6 tétraèdres Boucle à 4 tétraèdres Axe A3 Axe A4 Axe A3 ou A6

Phyllosilicates degré de polymérisation 3 Structure planaire Chaque tétraèdre met en commun trois oxygènes Tectosilicates degré de polymérisation 4 Chaque tétraèdre met en commun quatre oxygènes Structure en 3D

Minéralogie : propriétés physiques Des critères d ’identification - densité -couleur -dureté

Légers Lourds - la densité Mesurée par pesée hydrostatique Des critères d ’identification : propriétés physiques - la densité Mesurée par pesée hydrostatique d = Ma /(Ma - Me ) Ma : masse à l ’air, Me :masse à l ’eau Mesurée par liqueur dense (CLERICI) La densité des minéraux varie entre 1 et 22 Les minéraux les plus courants ont une densité comprise entre 2 et 3,5 Légers Carbonates Nitrates Sulfates Phosphates silicates Lourds Oxydes Sulfures Métaux natifs

Minéralogie : propriétés physiques La densité Elle dépend du poids atomique Exemple: à réseau identique Forsterite (Mg2SiO4) d 3,27 ( Mg : 24,3) Fayalite (Fe2Si04) d : 4,32 ( Fe : 56) Elle dépend de la compacité du réseau Exemple les carbonates calcite-aragonite CaCO3 (Ca : 40) Rhomboédrique, Calcite, d : 2,71 Orthorhombique, Aragonite, d : 2,90

aragonite Calcite Exemple de polymorphisme : minéraux ayant la même composition chimique mais des systèmes de cristallisation différents, le carbonate de calcium, CaCO3

Minéralogie : Eclats, couleurs Eclat métallique : fort pouvoir réflecteur Eclat pierreux : faible pouvoir reflecteur Couleur : élément de diagnose peu fiable Couleur idiomatique : liée à la composition chimique et à la structure Cr : rouge Crocoïte ( PbCrO4) vert Grenat Ouvarovite Ca3Cr2(SiO4)3 Fe : vert Olivine (Mg, Fe)2 Si04 jaune Grenat almandin Fe3Al2(SiO4)3 Goethite FeOOH Mn rose Rhodocrocite MnCO3 rouge Grenat Spessartite Mn3Al2(Si04)3 Cu bleu Azurite Cu3(CO3)2(OH)2 vert Dioptase Cu6(Si6O18)-6H2O Malachite Cu3CO3(OH)2 rouge Cuprite Cu2O

Minéralogie : Eclats, couleurs Couleurs allochromatiques Minéraux colorés par des causes étrangères - impuretés chromophores : dopages Cr 3+ dans le Corindon (Al03) = Rubis rouge dans le Béryl (Al2Be(Si6O18) = émeraude vert Fe 3+ dans le Béryl = Aigue Marine - défauts électroniques Substitutions hétérovalentes Quartz enfumés - inclusions Micro-minéraux inclus Goethite = rouge Chlorite = vert Exolution = irisation Inclusions fluides = aspect laiteux

Minéralogie : La dureté, échelle de Mohs Dureté Minéral Composition chimique Structure cristalline 1 Talc, friable sous l'ongle Mg3Si4O10(OH)2 monoclinique 2 Gypse, rayable avec l'ongle CaSO4·2H2O monoclinique 3 Calcite, rayable avec une pièce en cuivre CaCO3 rhomboédrique 4 Fluorite, rayable (légèrement) avec un couteau CaF2 cubique 5 Apatite, rayable au couteau Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-) hexagonale 6 Orthose, rayable à la lime, par le sable KAlSi3O8 monoclinique 7 Quartz, raye une vitre SiO2 rhomboédrique 8 Topaze, rayable par le carbure de tungstène Al2SiO4(OH-,F-)2 orthorhombique 9 Corindon, rayable au carbure de silicium Al2O3 rhomboédrique 10 Diamant, rayable avec un autre diamant C cubique