Les minéraux silicatés en chaînes

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1 Les minéraux silicatés en chaînes
Les inosilicates

2 Deux grandes familles I) Les pyroxènes: les tétraèdres SiO4 sont joints Par sommets et forment des chaînes simples II) Les amphiboles: les chaînes simples sont jointes Entre elles: chaînes doubles Les deux familles présentent de grandes similarités Au niveau de leur propriétés physiques et chimiques Les pyroxènes peuvent réagir avec un fluide du métamorphisme pour donner des amphiboles Les amphiboles sont des minéraux hydroxylés

3 Les pyroxènes: chaînes simples
Diopside CaMgSi2O6 Les pyroxènes des cristaux trapus Coloration faible, très peu de Fe2+

4 Chaque tétraèdre partage deux de ses quatre
Oxygènes avec ses voisins dans La chaîne - Unité Si2O6 ou SiO3 Diopside bleu = Si pourpre = M1 (Mg) jaune = M2 (Ca)

5 Quatre types de sites pour les cations
Gros sites M2 qui sont soit octaédriques (6) soit Cubiques (8) qui accueillent de gros cations (Ca2+, Na+) ou des cations de tailles moyennes (Fe2+ Mg2+,Mn2+) b) Des petits sites M1 qui sont octaédriques qui accueillent les cations de tailles moyennes et des Cations de petites tailles (Al3+, Fe3+, Ti4+) Les substitutions Al, Si dans les tétraèdres sont Peu fréquentes

6 Les orthopyroxènes (OPX)
Sites M2 octaédriques avec des cations de tailles moyennes (Fe2+, Mg2+, Mn2+) Structure cristallographique orthorhombique Les clinopyroxènes (CPX) Sites M2 cubiques accueillent des gros Cations (Ca2+, Na+) Structure cristallographique monoclinique

7 Mode d’enchaînement des polyèdres
Les sites M2 sont Entre les bases des Tétaèdres et les sites M1 entre les oxygènes apicaux a sin Sites M1 b Diopside bleu = Si pourpre = M1 (Mg) jaune = M2 (Ca)

8 90° Clivage: plan de cassure autour des unités I, sites M2 fragiles - Cassures peu nettes

9 maille monoclinique = clinopyroxènes
La chaine tétraédrique au-dessus des sites M1 est décalée par rapport à celle située dessous maille monoclinique = clinopyroxènes

10 maille orthorhombique =
c (-) M1 I alternés maille orthorhombique = Orthopyroxenes (+) M2 a (+) M1 (-) M2

11 CaSiO3 CaMgSi2O6 CaFeSi2O6 Les sites M2 (8) Contiennent Le Ca Mg2Si2O6
Diopside Hedenbergite Wollastonite Enstatite Ferrosilite orthopyroxenes clinopyroxenes pigeonite CaSiO3 CaMgSi2O6 CaFeSi2O6 Les sites M2 (8) Contiennent Le Ca Mg2Si2O6 Fe en M2 (6) plus gros que M1 Fe2Si2O6

12 Le clinopyroxène calcique le plus répandu est
L’AUGITE: Ca (Mg, Fe)Si2O6 Il peut contenir un peu d’Al en substitution de Si Les clinopyroxènes sodiques font des solutions solides Jadéite NaAlSi2O6 - Aegyrine NaFeSi2O6 Un pyroxène contient du Li: Le spodumène : LiAlSi2O6 Les cpx calciques font également des solutions solides avec les cpx sodiques

13 Jadeite Aegirine NaAlSi2O6 NaFe3+Si2O6 0.8 aegirine- augite Ca / (Ca + Na) Omphacite Spodumene: LiAlSi2O6 (Ca, Na)(Mg, Fe2+, Fe3+,Al)Si2O6 CaAl2SiO6 0.2 Augite Diopside-Hedenbergite Ca(Mg,Fe)Si2O6

14 Gisements Dans les roches magmatiques
Plus commun = augite, pigeonite et opx associés aux plagioclases, aux olivines et aux hornblendes Dans les roches métamorphiques Le diopside est présent dans les roches carbonatées Dans les roches volcaniques métamorphisées essentiellement augite et diopside Les px sont peu stables et se transforment rapidement en argile à la surface

15 Les amphiboles: chaines doubles

16 Enchaînements de chaînes doubles // à l’axe c
Unité Si4O11 Les sites s’empilent comme dans les pyroxènes Cette géométrie produit 5 types de sites différents 3 sites octaédriques M1, M2, M3 entre les oxygènes apicaux des tétraèdres 2 sites de grandes tailles (6 ou 8) M4 et un site de coordinence 10 A entre les bases des tétraèdres

17 Exemple de la hornblende
(Ca, Na)2-3 (Mg, Fe, Al)5 [(Si,Al)8O22] (OH)2 a sin Hornblende bleu foncé= Si, Al pourpre = M1 rose = M2 Bleu clair = M3 (tout Mg, Fe) jaune = M4 (Ca) boule pourpre = A (Na) boules turquoise = H

18 Sites octaédriques M1, M2, M3
Même architecture I plus larges (double chaines) Hornblende bleu foncé = Si, Al pourpre = M1 rose = M2 bleu = M3 (tout Mg, Fe)

19 Même orientation = clinoamphiboles alternance = orthoamphiboles
(+) (+) Même orientation = clinoamphiboles alternance = orthoamphiboles (+) a sin (+) (+) Hornblende vue (001) bleu foncé= Si, Al pourpre = M1 rose = M2 Bleu clair = M3 (tout Mg, Fe) jaune = M4 (Ca) boule pourpre = A (Na) boules turquoise = H

20 M4 est cubique = clinoamphibole (Ca et Na)
Hornblende vue (001) bleu foncé= Si, Al pourpre = M1 rose = M2 Bleu clair = M3 (tout Mg, Fe) jaune = M4 (Ca) boule pourpre = A (Na) boules turquoise = H M4 est cubique = clinoamphibole (Ca et Na) M4 est octaédrique = orthoamphibole (Fe, Mg)

21 OH La présence des OH diminue la stabilité thermique A HT décomposition en px

22 Clivages à 120°

23 Quelques exemples d’amphiboles
Les clinoamphiboles sont les plus répandues Ca2Mg5Si8O22(OH)2 - Ca2Fe5Si8O22(OH)2 Trémolite Actinote La grunérite Fe7Si8O22(OH)2 donne une amphibole fibreuse : l’amiante brun ou amosite La hornblende est une amphibole sodique Na2Fe3Fe2Si8O22 qui peut être asbestiforme Amiante bleu ou crocidolite

24 Ca-Mg-Fe Amphibole “quadrilatère” (analogie avec pyroxènes)
Tremolite Ferroactinote Actinote Ca2Fe5Si8O22(OH)2 Ca2Mg5Si8O22(OH)2 Clinoamphiboles Cummingtonite-grunerite Anthophyllite Mg7Si8O22(OH)2 Fe7Si8O22(OH)2 Orthoamphiboles

25 Gisements Roches magmatiques basiques et U-basiques
Peu présentes car faible proportion d’eau dans ces magmas Roches métamorphiques Ce sont des minéraux de ce types de roches On trouve un faciès amphibolite dans le métamorphisme régional

26 Récapitulatif inosilicates
+ + + + + + a + + + + + + + + + + + + - - - - - Clinopyroxene - Clinoamphibole + + a + + + + - - - - - - Orthopyroxene Orthoamphibole Pyroxenes et amphiboles sont très similaires: chaines de tétraèdres SiO4 chaines connectées sous forme de I-beams par les octaèdres M Formes calciques=monocliniques avec décalages T-O-T dans la même direction Pauvres en Ca = formes orthorhombiques avec décalages alternants

27 Les silicates à tétraèdres en feuillets
Les phyllosilicates Micas et argiles

28 SiO4 tétrahèdres polymérisés en feuillets 2-D : [Si2O5]
Oxygènes apicaux liés aux autres constituents

29 Couches octaédriques analogues à celles des hydroxydes
Brucite: Mg(OH)2 Couches avec Mg octaédrique entouré de (OH) Grand espacement le long de c avec liaisons H faibles c

30 a1 Gibbsite: Al(OH)3 Couches avec Al octaédrique entouré de (OH) Charge de Al3+ : seuls les 2/3 des sites sont occupés (équilibre des charges) Couches brucitiques=trioctaédriques couches gibbsitiques=dioctaédriques

31 Couches tétraédriques liées aux couches octaédriques
Groupes (OH) localisés au centre des anneaux T (pas de O apical)

32 Kaolinite (minéral argileux): Al2 [Si2O5] (OH)4
Jaune = (OH) T O - T O - T O Kaolinite (minéral argileux): Al2 [Si2O5] (OH)4 Couches T et dioctaédriques (Al3+) (OH) au centre des anneaux à 6T et à la base des couches octaédriques Liaisons H entre les groupes T-O

33 Serpentine (variété fibreuse = amiante chrysotile): Mg3 [Si2O5] (OH)4
Jaune = (OH) T O - T O - T O Serpentine (variété fibreuse = amiante chrysotile): Mg3 [Si2O5] (OH)4 Couches T et trioctaédriques (Mg2+) (OH) au centre des anneaux T et à la base des couches octaédriques Liaisons H entre les groupes T-O

34 Serpentine Couches octaédriques un peu plus grandes que les couches tétraédriques = enroulement autour des couches T-O Antigorite = feuillets maintenus par des segments alternés de courbure opposée Chrysotile = tubes

35 Serpentine S = serpentine T = talc Les tubes de chrysotile montrent l’origine des phyllosilicates asbestiformes

36 Le chrysotile

37 Pyrophyllite: Al2 [Si4O10] (OH)2
Jaune = (OH) T O T - T O T - T O T H Pyrophyllite: Al2 [Si4O10] (OH)2 Couche T – Couche dioctaédrique (Al3+) - Couche T (OH) au centre des anneaux T  Liaisons H entre les groupes T-O

38 Talc: Mg3 [Si4O10] (OH)2 T O T - T O T - T O T Jaune = (OH) H
Couche T – couche trioctaédrique (Mg2+) - Couche T (OH) au centre des anneaux T H Liaisons H entre les groupes T-O

39 Comme les amphiboles, les micas sont hydroxylés
KAl3Si3O10 (OH) 2 Muscovite AlSi3O10(OH) 2 K (Mg, Fe)3 Biotite

40 Muscovite: K Al2 [Si3AlO10] (OH)2 (subst couplée K - AlIV)
T O T K T O T K T O T Muscovite: K Al2 [Si3AlO10] (OH)2 (subst couplée K - AlIV) Couche T – Couche dioctaédrique (Al3+) - Couche T (OH) au centre des anneaux T  K entre T - O – T: liaison plus forte

41 Phlogopite: K Mg3 [Si3AlO10] (OH)2
T O T K T O T K T O T Phlogopite: K Mg3 [Si3AlO10] (OH)2 Couche T - couche triocaédrique (Mg2+) - couche T- couche K (OH) au centre des anneaux T  K entre T - O – T: liaison plus forte

42 Modes d’enchaînements
Entre les couches T-O-T Complexe sphère externe Complexe sphère interne

43 Phyllosilicates Les Structures