Minéralogie-Pétrographie

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1 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

2 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

3 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

4 Le cycle des roches : Un recyclage de la matière

5 Le cycle des roches : un exemple géodynamique

6 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

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

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

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12 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

13 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

14 La minéralogie des silicates- rappel- matière organisée
Trois opérateurs de symétrie : 3.- les axes, quatre types d’axe, Ordre 2 Ordre Ordre 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

15 Système Triclinique Un Centre

16 Monoclinique 1C, 1 A2, 1M,

17 Orthorhombique 1C, 3 A2, 3M,

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

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

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

21 Rhomboédrique 1C, 3A2, 1A3, 1M.

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

23 Les rapports de rayons ioniques permettent de définir différents assemblages

24 Pour la silice et l ’oxygène : structure en tétraèdre

25 4 anions O - Le tétraèdre de silice 1 cation Si +
Différents types de représentation

26 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

27 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-)

28 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

29 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

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

31 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

32 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

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

34 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

35 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

36 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