Les tectosilicates: Connexion 3D des tétraèdres

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1 Les tectosilicates: Connexion 3D des tétraèdres
# Les tétraèdres partagent leurs quatre sommets entre eux et forment un réseau peu dense et ouvert # Minéraux très polymérisés # Cas de la silice: Si aucun atome ne se substitue au Si : formule stoechiométrique SiO2 La neutralité du minéral est respectée # Si Al3+ se substitue à Si4+ des cations intersticiels sont nécessaires pour compenser la charge # Les grandes cavités disponibles (arrangement des tétraèdres) Permettent l’introduction de gros cations (K+, Ca2+…)

2 # Les minéraux basés sur un réseau alumino-silicaté sont les plus
abondants pour la croûte terrestre # Les feldspaths représentent 65% en volume # Réponse structurale aux changements de composition, température et pression # A haute température, structure très ouverte avec des enchainements tétraédriques très symétriques

3 Tous les tétraèdres sont polymérisés formule = SiO2.
La silice Tous les tétraèdres sont polymérisés formule = SiO2. Formes contrastées: cristaux formés dans des filons hydrothermaux

4 refroidissement du granite
cristaux de quartz en remplissage des derniers vides persistant lors du refroidissement du granite

5 Les polymorphes de la silice
Différentes formes sur Terre Domaines de stabilité en température Le quartz est le plus commun des polymorphes Il est stable jusqu’à 857°C avec deux polymorphes de basse température (alpha - 573°C- beta) Vient ensuite la forme tridymite stable entre 857°C Et 1470°C La forme de haute température est la cristobalite stable entre 1470°C et 1713°C le point de fusion

6 Les changemenst de structure des formes
Quartz - tridymite - cristobalite sont de type reconstructifs soit une Rupture et reconstruction des liaisons Si-O Le passage de la forme alpha à la forme beta du quartz est dite displacive Pas de rupture des liaisons mais modification des angles Si-O-Si La forme beta est la plus symétrique, le quartz alpha est le plus répandu Les variétés les plus pures sont incolores et transparentes

7 II) Domaines de stabilité en pression
La coesite est une forme de haute pression stable dans les Conditions de la base de la croûte (>20Kbars) La stishovite est stable dans les conditions du manteau (>75kbars) Minéral dans lequel Si est trouvé en coordinence 6 III) Environnements de basse température ou sur le fond des océans La silice est trouvée sous la forme amorphe ou sous une forme Partiellement cristallisée (opale, calcédoine)

8 La structure des polymorphes hautes températures
Les tétra sont joints par sommets et forment des couches. Pointes alternées = anneaux de structure hexagonale Tridymite : ABABAB… Cristobalite : ABCABCABC… Empilements hexagonaux non compacts La structure des polymorphes hautes pressions Les anneaux à 6 tétra dans le quartz passent à 4 tétra dans la coesite La stishovite présente des octaèdres partageant des arêtes

9 Récapitulatif: diagramme pression et témperature

10 Forme macroscopiques du quartz
Si le quartz est laiteux = impuretés sous forme de bulles de gaz ou de liquide (CO2, H2O, NaCl) ou sous forme d’inclusions d’autres minéraux: Rutile = cheveux de Vénus (TiO2) Dumortiérite (rose) = quartz rose

11 La silice dans les environnements marins
Accumulation de débris de coquilles siliceuses (diatomées et radiolaires) Dépôt de silice amorphe de type opale Recristallisation pour donner les Cherts (dépôts de quartz très finement Cristallisés) La série Kalsilite - néphéline Lorsque Si est remplacé par Al, des cations intersticiels se placent dans la structure pour équilibrer les charges Contrôle de la structure du minéral par la charge des cations (distorsion) La kalsilite (KAlSiO4) et la néphéline (K, Na)AlSiO4 la moitié des Si est Remplacée par Al K ou Na occupent les canaux de la structure

12 Les Alumino-silicates à tétraèdres en
réseau 3D: les feldspaths - substitution couplée: 1Si = 1Al+alcalin 2Si = 1Al+alc.terreux Haute température feldspaths alcalins: Na-K - feldspaths calco-sodiques: plagioclases

13 Feldspaths en lame mince.
Echantillons macroscopiques bien développés (dans des filons de pegmatites). Cristaux de microcline orthose

14 Solution solide limitée entre feldspaths alcalins à basse température: formation de structures caractéristiques (perthites). Solution solide dans les plagioclases

15 Les feldspaths potassiques KAlSi3O8:
3 formes en fonction de la température Sanidine dans roches volcaniques Microcline à basse température Orthose à moyenne température (granites).

16 Haute température Feldspath solution solide K-Na Roche volcanique: trempe Haute T Milieu de formation Feldspath à zones Na et K distinctes Feldspath solution solide K-Na Roche plutonique: refroidissement lent

17 Basse température Feldspath Na Feldspath K Milieu de formation Roche filonienne Roches volcaniques: 1 type de cristaux, homogènes Roches plutoniques: 1 type de cristaux, 2 phases Na et K coexistent dans le même cristal: perthites Roches filoniennes: 2 types de cristaux Na et K

18 Quelques minéraux non silicatés

19 Apatite L'apatite = Ca3(PO4)2 minéral accessoire des roches magmatiques alcalines (granites, syénites, pegmatites et laves équivalentes), des carbonatites et des calcaires métamorphiques. On la trouve en grains ou en agrégats dans ces roches. L'apatite appartient au système hexagonal, de couleur blanche, verte, bleu violacé ou incolore,à éclat vitreux ou résineux. En proportions importantes, dans les roches sédimentaires phosphatées Le fluor prédomine en général (variété fluorapatite)

20 Apatite = principal minerai de phosphore
Exploitation des gisements sédimentaires A la base de l'industrie des engrais simples ou composés en association avec l'azote et la potasse (superphosphates, mélange, pour engrais, de phosphate monocalcique et de sulfate de chaux). Elle est accessoirement utilisée pour l'alimentation du bétail (phosphate bicalcique), comme acide phosphorique dans les détergents (polyphosphates) et pour la fabrication du phosphore pur. Les principaux producteurs sont les États-Unis, le Maroc, la Chine, ainsi que la Tunisie, la Jordanie, l'Afrique du Sud, le Brésil, le Togo, Israël, le Sénégal et la Syrie.

21 La bauxite La bauxite (des Baux-de-Provence) est une roche sédimentaire ou résiduelle, qui est le minerai presque exclusif de l'aluminium (plus de 95 %). Il s'agit d'une roche d'aspect et de composition complexes

22 Formations bauxitiques, très variées:
hydroxydes d'aluminium (bœhmite [Al2O3, H2O]) gibbsite [Al(OH)3] diaspore – polymorphe de la bœhmite des silicates d'alumine (kaolinite), des oxydes et des hydroxydes de fer (hématite, goethite), accessoirement de titane, chacun en proportion variable. La bauxite = altération complexe à partir de roches mères (syénites, basaltes, roches métamorphiques) par évolution pédologique sous couvert végétal en pays tropical ou de terra-rossa sur un substratum calcaire.

23 Economie de la Bauxite En France, les gisements reposent sur un substratum carbonaté et karstifié d'âge secondaire. Les dissolutions karstiques après la diagenèse de la bauxite, entraînent des soutirages et des remaniements mécaniques et chimiques du minerai. La bauxite est calcinée pour obtenir l'alumine (Al2O3), qui est elle-même traitée par électrolyse pour obtenir le métal.

24 La France =pionnière de l'industrie minière et métallurgique de Al après les
découvertes de la fin du XIXe siècle, le groupe Pechiney-Ugine-Kuhlman (PUK),rôle mondial important dans l'histoire de l'aluminium et dans la métallurgie de l'aluminium. Les productions mondiales de minerai ont atteint des records de 114,2 millions de tonnes de bauxite et de 19,7 millions de tonnes de métal en 1993 cette croissance s'est maintenue en 1995: 19,7 millions de tonnes de métal. Cette croissance = nouveaux pays gros producteurs, comme l’Australie (42,6 millions de tonnes de bauxite en 1995) et le Brésil (9 millions de tonnes en 1995), aux développements en Guinée (16,5 millions de tonnes en 1994) et aux producteurs «traditionnels»: Jamaïque, Russie, Surinam, etc. Cet essor mondial s'accompagne en revanche du déclin rapide de la production minière en France métropolitaine, qui s'est arrêtée en 1991

25 La calcite Appartenant au système rhomboédrique, la calcite est incolore et transparente quand elle est pure (spath d'Islande montrant à l'œil nu le phénomène de double réfraction), mais elle est le plus souvent blanche et à éclat vitreux. Les formes cristallines sont nombreuses, les plus fréquentes dans les géodes étant le rhomboèdre et le scalénoèdre. Les clivages parfaits font apparaître les faces brillantes.

26 La calcite fait effervescence (dégagement de CO2) avec l'acide
chlorhydrique dilué à froid. Se substituant à l'aragonite dans le test des organismes marins pendant la diagenèse, ses cristaux microscopiques forment l'essentiel des roches sédimentaires carbonatées (craie, calcaires, marnes) Elle est le composant principal des roches métamorphiques qui en dérivent (cipolin, marbres). On la rencontre aussi, plus accessoirement, en masses blanches ou diversement colorées dans les concrétions karstiques et dans les filons hydrothermaux résultant de la dissolution de carbonates et de leur recristallisation, et dans les carbonatites.

27 L'aragonite De même formule et de même couleur que la calcite, l'aragonite appartient cependant au système orthorhombique. Elle se présente en petits prismes ou plus communément en aiguilles et en fibres; elle fait effervescence sous l'action de l'acide chlorhydrique; métastable à la température normale, elle se transforme en calcite. La dolomite (Ca,Mg) (CO3)2 Également de même couleur et du système orthorhombique, la dolomite n'est pas effervescente (sauf, faiblement, après broyage en poudre). Elle est fréquente dans diverses roches sédimentaires (calcaires dolomitiques, dolomies, évaporites) et dans les roches métamorphiques dérivées, ainsi que dans les filons hydrothermaux. La variété ankérite, où Fe se substitue partiellement à Mg, est jaunâtre à brunâtre.

28 Utilisations, économie
Outre les granulats employés dans les bâtiments et les travaux publics, les utilisations des carbonates sont nombreuses dans l'industrie: sidérurgie, chimie, réfractaires, ciments, charges dans l'agriculture et l'agro-alimentaire. Le langage industriel appelle carbonates pour charges des produits de haute qualité qui sont obtenus par broyage (par ordre de blancheur croissante) de craies, calcaires et marbres de grande pureté. Ces produits, à forte valeur ajoutée, sont utilisés dans les secteurs des plastiques, du papier, des peintures, des adhésifs, du caoutchouc et de la pharmacie. L'Europe de l'Ouest occupe le deuxième rang mondial, après les États-Unis, quant à la production de carbonates pour charges.

29 La France, qui possède des ressources très importantes, en
produit 2,2 à 2,5 Mt/an. Des charges carbonatées sont également fabriquées artificiellement par précipitation chimique. Des pays (comme les États-Unis) mieux dotés en gisements de kaolin qu'en gisements de carbonates emploient moins de carbonates pour charges dans leur papier que les pays européens. La dolomite, dont la dureté est de 3,5 à 4, est par ailleurs trop abrasive pour certains usages, comme la fabrication du papier.