Etude sur les phosphates de fer et manganèse de lapegmatite No1 de Palermo,New Hampshire, Etats-Unis  Mémoire présenté par...
Plan de l’exposé   Introduction   Pegmatites granitiques   Phosphates des pegmatites granitiques   Pegmatite No.1 de P...
Introduction   Les pegmatites granitiques de la classe à éléments rares constituent l’environnement    géologique le plus...
1. Les pegmatites granitiques            Composition chimique et minéralisation   La composition chimique proche de celle...
Classification des pegmatites                 granitiquesLes modes de classification des pegmatites sont aussi vastes qued...
Classification des pegmatites granitiques du Congo et   du Rwanda-Burundi, modifié de Varlamoff (1954)
Classification des pegmatites granitiques selon             Guinsburg et al. (1979)
Les quatre classes de pegmatites granitiques             selon Černý (1991a)
Classification des pegmatites de la classe à éléments rares, selon                              Černý (1991a)La classe des...
Structure généralisée d’une pegmatitegranitique zonale (selon Černý, 1982)
2. Phosphates des pegmatites         granitiques   Les paragenèses des phosphates   Les phosphates primaires   Les phos...
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Les phosphates secondaires   La grande diversité des espèces est attribuée :        a) aux états très mélangés de valence...
Un schéma classique deparagenèses desphosphatespegmatitiques.La ligne rouge à environ200°C indique la stabilitédes molécul...
Structure et cristallochimie des      phosphates de pegmatites   La structure des phosphates pegmatitiques est assez    c...
Structure en feuilletsdes phosphates :(a) [M(TO4)Φ3] ;(b) [M2(TO4)2Φ5] ;(c)-(f) [M(TO4)Φ2] ;(g) [M2(TO4)2Φ7] ;(h) [M(TO4)Φ...
Structure en charpentes des phosphates: (a)-(f), tous ont    stéchiométrie [M(TO4)Φ]. (Selon Hawthorne, 1998)
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Les pegmatites granitiques au nord de New England
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La géologie   de la pegmatite   No.1
La zonation          Séquence des          assemblages          minéralogiques depuis          le mur au centre des       ...
Séquence des assemblages minéralogiques depuis le mur aucentre des pegmatites granitiques selon Norton (1983), comparée   ...
La zonation de la pegmatite No.1           de PalermoZone            Largeur Taille des    Lithologie      Commentaires   ...
Zone         Largeur   Taille des       Lithologie     Commentaires                       grains                          ...
La description minéralogique   Nonante-huit minéraux ont été identifiés    dans la pegmatite No.1 de Palermo,   Le minér...
Les sulfuresLes minéraux desulfures sont peuabondants. Ils seforment avec latriphylite, dans la zonedu noyau marginal. Lap...
Les oxydes   Les oxydes de Fe-Mn se    sont trouvés dans une    certaine quantité comme    produits finals d’altération  ...
Les carbonates   La sidérite et la malachite    se présentent,    principalement dans les    cosses de phosphates, au    ...
Les silicates   Les silicates composent un volume vaste de la pegmatite    No.1 de Palermo:     L’almandin, le schorl, l...
La bertrandite(cristal transparent)avec le quartz. 25xmicro photo, la tailleréelle de vue 3.5mm. Localité:Palermo No. 1.Co...
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Paragenèses des phosphates   La température varie de 700°C-50°C   Trois étapes successives:     1.   La cristallisation ...
La cristallisation primaire   Température: 700°C-600°C   Localisation: dans le noyau pegmatitique, ce qui indique    qu’...
L’altération métasomatique   Température: 600°C-350°C   L’appauvrissement de la    triphylite en lithium et    l’enrichi...
L’attaque hydrothermale et la            rémobilisation   Température: 350°C-50°C,   Les solutions aqueuses dérivées du ...
Etats d’oxydation   Les états d’oxydation varient avec les    conditions changeantes de température:     1.   Oxydation p...
Description minéralogique des             phosphates   La pegmatite No. 1 de Palermo a produit, jusqu’aujourd’hui, la    ...
Minéraux dephosphates de lapegmatite No. 1 dePalermo (sansfluoroapatite etphosphatesuranifères), selonSegeler et al.(1981)...
Les principaux assemblages minéralogiques de             phosphates non Fe-Mn sont :    Aluminium: la bjarebyite, la braz...
Phosphates d’aluminiumLa FOGGITECaAl(PO4)(OH)2●H2OHydrothermale/orthorhombiqueLa structure de lafoggite à l’axe aaccompagn...
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Un cristal desamuelsoniteprovenant de lapegmatite No.1 dePalermo, où cephosphate a étédécouvert pour lapremière fois.La ta...
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Une structure hypothétique de type X2+8Al6[Ca4(PO4)12] (OH)6, analogue avec la structure desamuelsonite, montrant les liai...
La whitlockite                 Ca9(Mg,Fe)2+ H(PO4)7                    Hydrothermale/trigonaleCristal tabulaire dewhitlock...
Phosphates de Fe-Mn   Généralités   La cristallochimie et l’arrangement    polyédrique   Le pléochroïsme et la couleur...
Généralités   Les minéraux de phosphates cristallisent dans le noyau    pegmatitique ou autour de ce noyau,   Les phosph...
Phosphates de Fe (ferreux-ferrique) et            Mn (di-trivalent)Ferreuxarrojadite               KNa5 (Fe2+,Mn2+,Mg,Ca)1...
Ferriquebermanite                    Mn2+(Mn,Fe)3+2[PO4]2(OH)2 ● 4H2Ocacoxenite                   Fe3+9[PO4]4(OH)15 ● 18H2...
La cristallochimie etl’arrangement polyédrique
Le bouquet-h (h-cluster) et son voisinage polyédrique dans une structure type des phosphates de Fe-Mn. Le tétraèdre [PO4]3...
Le pléochroïsme et la couleur   Un dispositif remarquable des phosphates de Fe-Mn en général, est la    dépendance de cou...
Les gnomo-grammesmontrant la relation entreles plans de clivage, lesaxes des cristaux, lebouquet-h et l’absorptionmaximale...
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Disertacioni i DEA i mbrojtur ne Universitetin e Liege Belgjike) ne lidhje me "Fosfatet e Fe-Mn te pegmatitit granitik Palermo, ne shtetin New Hampshire, USA"

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  1. 1. Etude sur les phosphates de fer et manganèse de lapegmatite No1 de Palermo,New Hampshire, Etats-Unis Mémoire présenté par Ibrahim HAJDARI, ingénieur de géologie, Pour l’obtention du Diplôme d’Etudes Approfondies en Sciences (option Sciences géologiques) Année académique 2003-2004 Promoteur: Prof. A.-M. Fransolet
  2. 2. Plan de l’exposé Introduction Pegmatites granitiques Phosphates des pegmatites granitiques Pegmatite No.1 de Palermo, New Hampshire a) géologie et zonation b) description minéralogique c) paragenèses minérales Phosphates d’Al, de Ca, d’U, de Be et de Zn Phosphates de Fe et de Mn a) mode de cristallisation et paragenèses b) cristallochimie Nouvelles recherches sur la pegmatite No.2 de Palermo Conclusions
  3. 3. Introduction Les pegmatites granitiques de la classe à éléments rares constituent l’environnement géologique le plus commun de minéraux phosphatés où ils cristallisent à tous les stades de la genèse pegmatitique, Les pegmatites connues : la région de New England, les Black Hills de Dakota du sud, quelques pegmatites en Californie méridionale (Etats-Unis), nombreuses pegmatites brésiliennes, les pegmatites au Portugal, les occurrences en Bavière (les pegmatites de Hagendorf Süd et Hühnerkobel), à la Suède nordique, à Viitaniemi en Finlande, la pegmatite de Buranga au Rwanda (Afrique centrale), etc... La pegmatite No1 de Palermo, près de North Groton, New Hampshire, est caractéristique pour ses nombreux phosphates de fer et manganèse et a été pendant longtemps objet des recherches permanentes, Une collection de milliers d’échantillons dans cette pegmatite assemblés par G. Bjareby, J. V. Smith, P. B. Moore, A. R. Kampf, R. W. Whitmore et actuellement par J. Nizamoff, A. U. Falster et W. B. Simmons, dans la pegmatite No2, ainsi que de nombreux échantillons de Palermo présents au Laboratoire de Minéralogie de l’Université de Liège, procurent une occasion unique à létude plus détaillée, Ce travail comprend l’état de connaissances actuelles sur la célèbre pegmatite No1 de Palermo, avec une description détaillée des phosphates de Fe-Mn et, dans le dernier chapitre, quelques mots sur la pegmatite No2, en vue de nouvelles recherches.
  4. 4. 1. Les pegmatites granitiques Composition chimique et minéralisation La composition chimique proche de celle d’un granite: plus faible teneur en CaO, un rapport Na2O/K2O variable, une plus forte teneur en Al2O3 (Černý, 1982) ainsi qu’un enrichissement considérable en éléments rares tels que Li, Rb, Cs, Be, Ga, Sc, Y, REE, Sn, Nb, Ta, U, Th, Hf et Zr et en OH, H2O, F, B et P (Černý, 1991a); Les pegmatites moins évoluées, dites stériles, ne contiennent que du quartz, du feldspath potassique, de l’albite et éventuellement de la muscovite et/ou de la biotite. Les pegmatites les plus évoluées, telles que les pegmatites à éléments rares, peuvent comporter pas moins d’une centaine de phases minérales; Dans la masse de la pegmatite, le quartz, les feldspaths et les micas représentent en général 90% de tous les minéraux présents, chacune des autres phases minérales n’atteignant que rarement 1%, malgré une concentration locale parfois spectaculaire; Les minéraux des pegmatites granitiques sont en majorité des silicates, des phosphates et des oxydes. Mais, la classe des phosphates, en terme de variété, domine les assemblages minéralogiques suite à l’abondance des phosphates non primaires générés par une grande variété de processus d’altération;
  5. 5. Classification des pegmatites granitiquesLes modes de classification des pegmatites sont aussi vastes quediversifiés. Nombreux auteurs ont proposé différents types declassifications basées tout d’abord sur les minéraux typiques etaccessoires de la pegmatite, les conditions P-T de sa mise en place,et plus récemment, sur base de sa géochimie. Pour ne pasprendre en considération chaque type de classification, seuls lestypes principaux et mieux adaptés au sujet seront étudiés ici: Classification de Varlamoff, 1954; Classification des pegmatites granitiques selon Guinsburg et al. (1979); Les quatre classes de pegmatites granitiques selon Černý, 1991 a; Classification des pegmatites de la classe à éléments rares, selon Černý, 1991a;
  6. 6. Classification des pegmatites granitiques du Congo et du Rwanda-Burundi, modifié de Varlamoff (1954)
  7. 7. Classification des pegmatites granitiques selon Guinsburg et al. (1979)
  8. 8. Les quatre classes de pegmatites granitiques selon Černý (1991a)
  9. 9. Classification des pegmatites de la classe à éléments rares, selon Černý (1991a)La classe despegmatites àéléments rares peutégalement êtresubdivisée en troisfamillespétrogénétiquespossédant descompositionsgéochimiquesdistinctes : LCT (Li-Cs-Ta), NYF (Nb-Y-F) et Mixte LCT + NYF, en fonction de la source du bain pegmatitique initial(Černý, 1991a et Černý,1992)
  10. 10. Structure généralisée d’une pegmatitegranitique zonale (selon Černý, 1982)
  11. 11. 2. Phosphates des pegmatites granitiques Les paragenèses des phosphates Les phosphates primaires Les phosphates secondaires La structure et cristallochimie
  12. 12. Les paragenèses des phosphates Les phosphates sont confinés aux pegmatites granitiques souvent bien réparties en zones où le premier groupe de minéraux de la phase primaire cristallise vers ou dans le noyau de la pegmatite: la triphylite/lithiophilite, le sarcopside, la graftonite, la zwiesilite etc.(phosphates de Fe-Mn); l’amblygonite/montebrasite, la scorzalite/lazulite etc. (phosphates d’Al). Quand les solutions hydrothermales, dans les phases finales de consolidation du noyau, attaquent le milieu, les minéraux fraîchement cristallisés s’altèrent d’où l’apparition des phosphates secondaires. Une autre origine des phosphates secondaires est le transport et laccumulation des métaux de transition et des anions des phosphates loin de la source avec une autre cristallisation sur place. Ces phases cristallisent habituellement le long des fissures et des surfaces jointes dans la pegmatite (mine de Foote, près de Kings Mountain, Caroline du nord).
  13. 13. Les paragenèses des phosphates de pegmatite, divisés enprimaires (cristallisation directe), métasomatiques (remplacement) et phases hydrothermales (recristallisation), selon Moore, 1973
  14. 14. Un schéma classique deparagenèses desphosphates pegmatitiques.Les taches noires montrentles séquences danslesquelles les minérauxapparaissent. La ligneinterrompue à 200°Cindique la stabilité desmolécules d’eau às’attacher aux cations desmétaux en transition.Le grand nombre desespèces à droite decette ligne est trèsRemarquable. (Selon Moore,1973)
  15. 15. Les phosphates primaires La composition granitique: feldspath, quartz et mica en tenant compte sur la composition des accessoires qui peuvent inclure lexcès Li2O, K2O, Na2O, CaO, Al2O3, [PO4]3-, (OH)-. La combinaison de ces derniers et leur quantité déterminent la phase accessoire primaire; Certains "excès", dehors le domaine compositionnel : feldspath- quartz-muscovite, sont rares ou non observés dans les systèmes naturel : Na2O isolé, K2O isolé, CaO isolé, Al2O3 isolé, ou Fe2O3, CaO+Fe2O3 etc... De tels excès seraient trop réactives et auraient plutôt été éliminés par la réaction avec du silicium et/ou de l’aluminium rencontrés à la source; Compositions accessoires communes, comme [PO4]³-+(Fe,Mn)O; Li2O+ Al2O3; CaO+(OH)-+[PO4]³-; Li2O+(Fe,Mn)O+[PO4]3- et mènent à la phase primaire accessoire: la graftonite, le spodumène, lapatite, la triphylite-lithiophilite respectivement; Mais, dans les pegmatites les phases accessoires, par rapport aux phases granitiques, ne constituent qu’une petite fraction du corps pegmatitique. Par exemple, l’excès [PO4]3-+Li2O+Al2O3 (Fe,Mn)O+CaO mèneraient à la cristallisation de la triphylite jusque le (Fe,Mn)O est épuisé, et puis la cristallisation de lamblygonite jusquà ce que Li2O soit épuisé et finalement suivent
  16. 16. Phosphates primaires: subdivision I, cristallisation directeEspèces Formule Caractéristiques StatutTriphylite Li(Fe,Mn)2+[PO4] bleu grisâtre cLithiophilite Li(Mn,Fe)2+[PO4] brun, clivage rectangul. l, cSarcopside (Fe,Mg)2+3 [PO4]2 lamellaire, avec graftonite l, oGraftonite (Ca,Fe)2+(Fe,Mn)22+ [PO4]2 rose, souvent lamellaire l, cBéusite (Ca,Mn)2+(Fe,Mn)2+2[PO4]2 rouge brunâtre, lamel. l, uAmblygonite LiAl(F,OH) [PO4] blanc, clivage parfait l, cMontebrasite LiAl(OH,F) [PO4] blanc, clivage parfait l, cTriplite (Mn,Fe)22+ (F,OH) [PO4] brun rougeâtre, bon clivage l, cZwiesilite (Fe,Mn)22+(F,OH)[PO4] brun rougeâtre, bon clivage l, cWyllieite (Na,Ca)2(Fe,Mn)22+ (Al,Mg)[PO4] vert foncé tl, oArrojadite KNa5(Fe2+,Mn2+,Mg,Ca)14 Al[PO4]12(OH) vert olive l, o 2+ 2+
  17. 17. Phosphates primaires: subdivision II, les échanges métasomatiquesEspèces Formule Caractéristiques StatutAlluaudite NaCa(Fe,Mn)2+2(PO4)3 NaCa(Mn3+ Fe2+)2(PO4)3 noir à verdâtre l, cNatrophilite Na(Mn,Fe)2+[PO4] incolore à pâle jaunâtre tl, rLazulite (Mg,Fe)2+Al2(OH)2[PO4]2 bleu nodulaire l, rScorzalite (Fe,Mg)2+Al2(OH)2[PO4]2 bleu foncé nodulaire l, uTriploidite (Mn,Fe)2+2(OH)[PO4] orange rougeâtre,bon cliv.l, uWolféite (Fe,Mn)2+2(OH)[PO4] rouge-brun, bon clivage l, cHétérosite (Fe,Mn)3+[PO4] pourpre, selon triphylite a, cPurpurite (Mn,Fe)3+[PO4] très pourpre,selon lithioph.l, cGriphite Na4Ca2(Mn,Fe)2+8(Al,Fe)3+4 [PO4]12brun, résineux tl, c
  18. 18. Les phosphates secondaires La majorité des phosphates secondaires dérivent de la série triphylite-lithiophilite qui est très réactive en présence de leau. Avec lamblygonite-montebrasite comme phosphate primaire, il ny a aucune possibilité doxydation et par conséquent nous obtenons juste un échange anionique et cationique avec le fluide, mais le déplacement du Li et laddition des autres alcalins et des cations alcalinoterreux, forment quelques aluminophosphates tels que la lacroixite NaAl(OH,F)[PO4], la morinite NaCaAl(F,OH)3(H2O)[PO4], la bertossaïte CaLi2Al4(OH,F)4[PO4]2 et lapatite omniprésente (Groat et al., 1990). Puisque les molécules de (H2O)°, sont assez instables à la température au-dessus de 250°C et puisque ces molécules participent en coordination avec des métaux, on peut dire que les réactions menant à la formation de plusieurs composés dans ce groupe ont probablement eu lieu au-dessous de 250°C (Mysen et al., 1981). Ils consistent à un noyau composé des cations des métaux en transition (tels que Fe2+, Fe3+, Mn2+, etc..) auxquels s’attachent les atomes doxygène provenant des molécules deau (H2O)°, des groupes hydroxyles (OH)- et des anions de phosphate aux sommets d’octaèdre [(PO4)³-].
  19. 19. Les phosphates secondaires La grande diversité des espèces est attribuée : a) aux états très mélangés de valence des métaux, b) aux différentes possibilités des ligands à se concentrer autour des métaux, c) aux différentes manières auxquelles les octaèdres peuvent condenser pour former des faisceaux, par exemple, avec la diminution de la température de cristallisation, c’est le degré de condensation octaédrique qui également diminue. Les conditions d’oxydation sont importantes dans la formation de plusieurs composés de ces phases. On a généralement observé que le cation de (Fe2+) sest oxydé à (Fe3+) plus aisément et facilement que (Mn2+) à (Mn3+) : ce que plusieurs espèces l’indiquent par la présence de (Fe 3+) et (Mn2+) dans le même cristal.
  20. 20. Un schéma classique deparagenèses desphosphatespegmatitiques.La ligne rouge à environ200°C indique la stabilitédes molécules d’eau às’attacher aux cationsdes métaux en transition.Le grand nombre desespèces à droite de cetteligne ou dans le rectanglevert est trèsremarquable. (SelonFisher, 1958 et modifiépar Moore, 1973)
  21. 21. Structure et cristallochimie des phosphates de pegmatites La structure des phosphates pegmatitiques est assez complexe. L’arrangement des polyèdres consiste à une stéchiométrie de type [Mn(TO4)nΦn], où : M =cations en coordination octaédrique ; T =cations en coordination tétraédrique et Φ =anion non spécifié. Les types de structure de phosphates se présentent en feuillets et en charpentes
  22. 22. Structure en feuilletsdes phosphates :(a) [M(TO4)Φ3] ;(b) [M2(TO4)2Φ5] ;(c)-(f) [M(TO4)Φ2] ;(g) [M2(TO4)2Φ7] ;(h) [M(TO4)Φ];(i) [M(TO4)2Φ2];(Selon Hawthorne,1998)
  23. 23. Structure en charpentes des phosphates: (a)-(f), tous ont stéchiométrie [M(TO4)Φ]. (Selon Hawthorne, 1998)
  24. 24. 3. La pegmatite No.1 de Palermo Les pegmatites granitiques au nord de New England La mine de Palermo La géologie et zonation La description minéralogique
  25. 25. Les pegmatites granitiques au nord de New England
  26. 26. Les pegmatites granitiques au nord de New England Les pegmatites extraites en New England sont concentrées dans les régions indiquées par le terme de la géologie économique "district" (Cameron et autres, 1949). Černý (1982, 1991b) a préconisé un nouveau vocabulaire qui décrit des populations de pegmatites en termes petrogénétique. Lunité fondamentale est le groupe de pegmatites qui comporte plusieurs corps pegmatitiques ayant une relation spatiale et cogénétique entre eux. Wise et Francis (1992) avaient utilisé les séries pour se référer à ces corps pegmatitiques mais qui nont pas été encore démontrées pour être cogénétique ou au moins nont pas été dune manière concluante associées aux intrusions granitiques bien spécifiées. Un champ de pegmatite inclut un ou plusieurs groupes de pegmatites (ou séries) qui se sont consolidées dans un environnement géologique commun. Les groupes de pegmatites dans un champ pegmatitique ont le même type des sources granitiques et approximativement les mêmes âges. Les champs pegmatitiques (autrefois districts) en New England forment une subprovince discrète dans la province de pegmatite appalachienne (Francis et al., 1993).
  27. 27. La minéralogie de quelques pegmatites dans le champ pegmatitique de Groton, New Hampshire. Noms des mines et l’énumération par Cameron et autres (1954) ; 1. Charles Davis (24), 2. Craylip (26), 3. Fletcher (25), 4. Hacket (20), 5. Nancy No.1 (23), 6. Nancy No.2 (24), 7. Palermo No.1 (27), 8. Palermo No.2 (28), 9. Palermo No.3 (29), 10. Pike’s Ledge (31), 11. Rice (30), 12. Union (19), 13. Valencia (21).X = présent, A = abondant, C = commun, U = non commun, R = rare, ? = incertain
  28. 28. La mine de Palermo North Groton ● PalermoLa carte de New Hampshire. Palermo se situe à la partie centrale du pays
  29. 29. La géologie de la pegmatite No.1
  30. 30. La zonation Séquence des assemblages minéralogiques depuis le mur au centre des pegmatites granitiques selon Cameron et al. (1949), comparée à la séquence générale de London (1996).
  31. 31. Séquence des assemblages minéralogiques depuis le mur aucentre des pegmatites granitiques selon Norton (1983), comparée à la séquence de Cameron et al. (1949)
  32. 32. La zonation de la pegmatite No.1 de PalermoZone Largeur Taille des Lithologie Commentaires grainsLimite Très fin 40-50%quartz La biotite incorporée dans < 10 cm (<< 2 cm) 30-40%musc. les roches murale 10-20% plagi.Mur Médium 50%plagioc. Zone de micas (déjà < 70 cm (3-8 cm) 35% quartz extraits) riche en biotite en 15% muscov. schorlPremière Médium à 45% plagioc. La biotite et muscoviteintermédiaire <8m grossier 25% quartz (extraction actuelle) (8-12 cm) 25% perthite 5% muscovite Chacun des troisSeconde < 12 m Médium à 35% quartz composants majeursintermédiaire grossier peuvent participer à 75%. 35% plagioc. Cette zone a été extraite 30% perthite pour la perthite avant 1942. La suite…
  33. 33. Zone Largeur Taille des Lithologie Commentaires grains Lalbite apparaît commeTroisième agrégat de la cleavelanditeintermédia 30% plagioc. d’une dimension de 10 m x 5ire (noyau m au contact avec la muscovite < 10 m Fin à grossier 25% quartzmarginal) jaune à verdâtre. Le béryl 25% perthite apparaît en grands cristaux le 25% muscov. long du noyau. Les cristaux géants de triphylite sont caractéristiques, tandis que luraninite est présente dans les masses de muscovite. Les cristaux subédriques de Très grossier 60% quartz perthite atteignent la dimension 3 m x 1 m. L’albiteNoyau < 25 m (> 12 cm) 40% perthite se présente dans la perthite, en forme d’aguilles. Les veines hydrothermales contiennent cristaux de quartz et phosphates.
  34. 34. La description minéralogique Nonante-huit minéraux ont été identifiés dans la pegmatite No.1 de Palermo, Le minéral primaire le plus important du point de vue minéralogique est la triphylite. De grands cristaux atteignant plusieurs mètres dans la longueur sont trouvés autour du bord externe du noyau , Sulfures, oxydes, carbonates, silicates et phosphates.
  35. 35. Les sulfuresLes minéraux desulfures sont peuabondants. Ils seforment avec latriphylite, dans la zonedu noyau marginal. Lapyrrhotite étaitabondante dans lesveinules riches entriphylite, qui estprésente en forme decristaux géants. Toutela pyrite semble êtresecondaire. Lessulfures identifiés:l’arsénopyrite, labornite, la chalcopyrite, La triphylite massive avec de la pyrrhotite.la galène, la löllengite, La taille déchantillon : 28 x 37 mm.la pyrite, le réalgar et Localité: Palermo No. 1. Collection de Dionne.la sphalérite.
  36. 36. Les oxydes Les oxydes de Fe-Mn se sont trouvés dans une certaine quantité comme produits finals d’altération de la triphylite où les phosphates ont déjà été extraits auparavant. Quelques oxydes d’uranium et de columbite y se trouvent en quantité mineure, dans les zones intermédiaires, Les oxydes identifiés: la béta-uranophane, la birnessite, la columbite, la goethite, l’hématite, Petits cristaux ronds de rockbridgeite l’hollandite, la magnétite, sur la masse rougeâtre de hématite. la pyrolusite, la todorokite, 50x micro photo, la taille de vue 1.75 mm. l’uraninite et la Localité: Palermo No. 1. Collection de Dionne. vandendriesscheite.
  37. 37. Les carbonates La sidérite et la malachite se présentent, principalement dans les cosses de phosphates, au noyau de la pegmatite, en tant que minéraux secondaires. La malachite est rare, alors que la sidérite est très commune, dans certains cas, remplaçant entièrement des cristaux de triphylite. Une concentration élevée de CO2, dans des phases hydrothermales tardives, Cristal tabulaire de hagendorfite dans la sidérite. est impliquée de La taille de cristal 1.5 mm. labondance de sidérite, Localité: Palermo No. 1. qui représente le Collection et photo: Jason B. Smith. carbonate principal de la pegmatite.
  38. 38. Les silicates Les silicates composent un volume vaste de la pegmatite No.1 de Palermo:  L’almandin, le schorl, la biotite et l’oligoclase sont confinés aux parties extérieures de la pegmatite,  Lalbite est trouvée dans toutes les zones intermédiaires, et combinée avec le microcline, forme, dans le noyau, les grands cristaux de perthite,  Le zircon a été noté près de cosses de phosphates et près de minéraux secondaires d’uranium,  La bertrandite est consolidée comme altération du béryl, tandis que luranophane se présente comme altération de l’uraninite .
  39. 39. La bertrandite(cristal transparent)avec le quartz. 25xmicro photo, la tailleréelle de vue 3.5mm. Localité:Palermo No. 1.Collection de Dionne.
  40. 40. Les phosphates de pegmatite No.1 de Palermo Paragenèses des phosphates Description minéralogique des phosphates Phosphates non Fe-Mn:  Phosphates d’Al,  Phosphates de Ca,  Phosphates de Be,  Phosphates de Zn et  Phosphates d’U.
  41. 41. Paragenèses des phosphates La température varie de 700°C-50°C Trois étapes successives: 1. La cristallisation primaire, 2. L’altération métasomatique, 3. L’attaque hydrothermale et la remobilisation. Les processus de substitutions qui suivent ces trois phases ne représentent que des effets chimiques et d’oxydation.
  42. 42. La cristallisation primaire Température: 700°C-600°C Localisation: dans le noyau pegmatitique, ce qui indique qu’ils ont été formés avant la consolidation de la partie majeure du noyau, Les minéraux cristallisés sont sans eau (la triphylite, la graftonite, le sarcopside etc), bien que quelques uns contiennent le (OH)-: l’augelite, la montébrasite, la wolfeite etc) La prédominance du fer sur manganèse dans la triphylite, Li(Fe0,76Mn0,19Mg0,05)PO4, indique une prédominance semblable déjà existante dans le magma de pegmatite; (cette prédominance est observée dans la plupart des phosphates secondaires contenant les deux éléments).
  43. 43. L’altération métasomatique Température: 600°C-350°C L’appauvrissement de la triphylite en lithium et l’enrichissement en sodium, calcium et aluminium, Les températures étaient toujours trop hautes pour permettre lincorporation de leau dans la structure de phosphates, Les minéraux typiques La scorzalite bleue massive. métasomatiques se La taille des cristaux: 8 mm (selon largeur). présentent en forme des Localité: Palermo No. 1. Collecté en 1987. masses granulaires montrant Photo Peter Cristofono. peu ou pas de forme de cristal (par exemple la scorzalite)
  44. 44. L’attaque hydrothermale et la rémobilisation Température: 350°C-50°C, Les solutions aqueuses dérivées du noyau attaquent les phosphates primaires et métasomatiques, en remobilisant leurs ions métalliques et ceux de phosphate, Ces ions métalliques ont été également transportés loin du noyau de pegmatite, formant des cristaux dans des veines hydrothermales et incorporant parfois des ions additionnels, tels que Be2+(provenant du béryl omniprésent), Les phosphates formés au-dessous de 250°C contiennent souvent de leau libre. La quantité de l’eau accroît avec la décroissance de température dans des phases tardives de cristallisation, Les cristaux apparaissent en micro dimensions.
  45. 45. Etats d’oxydation Les états d’oxydation varient avec les conditions changeantes de température: 1. Oxydation partielle: tout le fer est divalent; 2. Oxydation pleine: tout le fer est trivalent; 3. Oxydation extrême: tout le manganèse est trivalent.
  46. 46. Description minéralogique des phosphates La pegmatite No. 1 de Palermo a produit, jusqu’aujourd’hui, la plus grande variété despèces minérales de phosphate que nimporte quelle autre pegmatite dans le monde. On a pu vérifié un total de 69 minéraux de phosphates, parmi lesquels, onze nouvelles espèces, découvertes pour la première fois ici: 1. La bjarebyite: (Ba,Sr)(Mn,Fe,Mg)2Al2(PO4)3(OH)2 2. La foggite: CaAlPO4(OH)2 ● H2O 3. La goedkenite: (Sr,Ca)2Al(PO4)2(OH) 4. La palermoïte: (Li,Na)2(Sr,Ca)Al4(PO4)4(OH)4 5. La samuelsonite: (Ca,Ba)9(Mn,Fe)4Al2(PO4)10(OH)2 6. La schoonerite: ZnMnFe3(PO4)3(OH)2 ● 9H2O 7. La whitlockite: Ca18(Mg,Fe)2(H2,Ca)(PO4)14 8. La whitmoreite: (Fe,Mn)Fe2(PO4)2(OH)2 ● 4H2O 9. La wolfeite: (Fe,Mn)2PO4(OH) 10.La xanthoxénite: Ca4Fe2(PO4)4(OH)2 ● 3H2O
  47. 47. Minéraux dephosphates de lapegmatite No. 1 dePalermo (sansfluoroapatite etphosphatesuranifères), selonSegeler et al.(1981).Légende :* minéraux pour lapremière foisdécouverts danscette pegmatite ;P = primaire,M = métasomatique,H = hydrothermale,C = commun,U = non commun,R = rare.Oxydation :■ = Fe2+,■■ = Fe2+/3+,■■■ = Fe3+ (Mn2+),■■■■ = Mn2+/3+,■■■■■ = Mn3+.
  48. 48. Les principaux assemblages minéralogiques de phosphates non Fe-Mn sont : Aluminium: la bjarebyite, la brazilianite, la childrenite/eosphorite, la gatumbaite, la goedkénite, la gordonite, la goyazite, la foggite, la montebrasite, la palermoïte, la paravauxite, la samuelsonite, la scorzalite, la wardite; Calcium: la carbonate-hydroxyle apatite, la fluorapatite, la whitlockite; Béryllium: l’hydroxyle-herdérite, la moraésite, la roschérite; Zinc: la phosphophyllite, l’hopeite ; Urane: l’autunite/meta-autunite, la torbernite/metatorbernite ;
  49. 49. Phosphates d’aluminiumLa FOGGITECaAl(PO4)(OH)2●H2OHydrothermale/orthorhombiqueLa structure de lafoggite à l’axe aaccompagnée avecle diagramme desymétrie. Seulsles polyèdres(-1/2<x<1/2)sont montrés.
  50. 50. La foggite selon axe c. Le diagramme des polyèdres ne montre que lamoitié de la maille le long b. Les molécules d’eau désordonnées, OW (1)et OW (2) se localise dans les canaux spacieux. Les liaisons Ca(1) — Oet Ca(2)— O sont montrées aussi. Selon Moore, Kampf et Araki (1975)
  51. 51. La foggite, nouveau phosphate de Palermo, Petits cristaux de goedkenite sur les en ronds agrégats cristallins. terminaisons des prismes de palermoite. La taille de vue 2.2 mm. 60x micro photo, taille de vue 1.5 mm. Les cristaux de série childrenite-eosphorite. Des rosettes en forme sphérique composées 50x micro photo, la taille de vue 1.75 mm. de blancs cristaux minces et plats de goyazite.Localité: Palermo No. 1. Collection de Dionne. 50x micro photo, la taille de vue 1.75 mm.
  52. 52. Phosphates de calcium La Samuelsonite (Ca,Ba)Ca8(Fe,Mn)2+4Al2[PO4]10(OH)2Hydrothermale/monocliniqueParamètres de la maille:a=18,495(6) Å,b=6,805(4) Å,c=14,000(8) Å,β=112°75’,groupe spatial C2/m, Z=2,ρ=3,355 g cm3.Deux cristaux desamuelsonitemontrant les formes :c{001}, a{100}, d{101},f{-101}, j{-201}, e{012},t{-211}, et r{-112}. A,projection plane ; B,projection clinographique
  53. 53. Un cristal desamuelsoniteprovenant de lapegmatite No.1 dePalermo, où cephosphate a étédécouvert pour lapremière fois.La taille de cristal,selon largeur:2.2 mm. Photo etcollection ThomasWitzke.
  54. 54. La structure desamuelsonite selonl’axe b, montre uneanalogie avec lastructure d’apatite.Les polyèdresM(1)–O et Al–O sontombrés. Les liaisonsX(1)–O, X(2)–O,M(2)–O, Ca(1)–O, etCa(2)–O sontmontrées avec deslignes minces, cellesP–O lignes grasses etles liaisons Ca(3)–O,lignes très grasses.
  55. 55. Une structure hypothétique de type X2+8Al6[Ca4(PO4)12] (OH)6, analogue avec la structure desamuelsonite, montrant les liaisons Ca–O, celles adjacentesP–O ainsi que les polyèdres Al–O. La maille élémentaire est basée sur le groupe spatial P63/m.
  56. 56. La whitlockite Ca9(Mg,Fe)2+ H(PO4)7 Hydrothermale/trigonaleCristal tabulaire dewhitlockite, transparentet vitreux. Ce minéral dephosphate, trouvé àPalermo, a, pour lapremière fois, été décritpar Frondel (1949). 60xmicro photo, la taille devue 1.5 mm. Localité:Palermo No. 1.Collection de Dionne.
  57. 57. Phosphates de Fe-Mn Généralités La cristallochimie et l’arrangement polyédrique Le pléochroïsme et la couleur Description minéralogique
  58. 58. Généralités Les minéraux de phosphates cristallisent dans le noyau pegmatitique ou autour de ce noyau, Les phosphates provenant du noyau marginal de la pegmatite montrent une gamme riche d’altérations comme résultat dattaque hydrothermale rétrograde due par les solutions aqueuses, formées pendant lévolution de la pegmatite. Ces zones se caractérisent par la présence énorme de la triphylite, plutôt pure, avec des quantités variables de sulfures (la pyrite, la pyrrhotite, la sphalérite et occasionnellement la galène), ainsi que des masses intensivement oxydées et poreuses (Cameron, 1954; Segeler et al., 1981; Kampf, 1982), Les zones riches en triphylite, se remplacent successivement par de nouvelles associations, telles que triphylite-ludlamite-vivianite, triphylite-sidérite, triphylite-hydroxylapatite et whitlockite, etc... Ces nouvelles phases altérées, seront fréquemment, elles mêmes aussi, remplacées par d’autres assemblages oxydés, comme résultat d’attaque des fluides pegmatitiques (Nizamoff et al., 2002).
  59. 59. Phosphates de Fe (ferreux-ferrique) et Mn (di-trivalent)Ferreuxarrojadite KNa5 (Fe2+,Mn2+,Mg,Ca)14Al[PO4]12 (OH)hureaulite (Mn,Fe)2+5 [PO4] [PO3(OH)]2 ● 4H2Oludlamite Fe2+3 [PO4]2 ● 4H2Omesselite/fairfieldite Ca2(Fe,Mn)2+ [PO4]2 ● 2H2O(meta)vivianite (Fe2+3[PO4] ● 8H2O); Fe2+3 [PO4]2●8H2Ophosphoferrite (Fe,Mn)2+3 [PO4]2 ● 3H2Osarcopside/graftonite (Fe,Mg)2+3 [PO4]2triphylite Li(Fe,Mn)2+ [PO4]wolfeite (Fe,Mn)2+2 [PO4] (OH)
  60. 60. Ferriquebermanite Mn2+(Mn,Fe)3+2[PO4]2(OH)2 ● 4H2Ocacoxenite Fe3+9[PO4]4(OH)15 ● 18H2Oferrisicklerite/hétérosite Li1-x(Fe,Mn)[PO4]hagendorfite (Na,Mn,Ca)2(Mn,Fe)2+(Fe2+,Mg,Fe3+)2[PO4]3jahnsite CaMn2+(Fe,Mg)2+2Fe3+2[PO4]4(OH)2●8H2Okryzhanovskite (Fe,Mn)3+3[PO4]2(OH,H2O)3leucophosphite KFe3+2[PO4]2(OH) ● 2H2Omitridatite Ca2Fe3+3[PO4]3O2 ● 3H2Ophosphosidérite Fe3+[PO4] ● 2H2O(pseudo)laueite Mn2+Fe3+2[PO4]2(OH)2 ● 8H2Ostewartite Mn2+Fe3+2[PO4]2(OH)2 ● 8H2Ostrengite Fe3+[PO4] ● 2H2Otavorite LiFe3+ [PO4](OH)xanthoxenite Ca4Fe3+2[PO4]4(OH)2 ● 3H2O Ferreux-Ferriquebarbosalite (Fe,Mn)2+Fe3+2[PO4]2(OH)2beraunite Fe2+Fe3+5[PO4]4(OH)5 ● 6H2Odufrenite CaFe2+Fe3+10 [PO4](OH)12 ● 4H2Orockbridgeite (Fe,Mn)2+Fe3+4[PO4]3(OH)5schoonerite ZnMn2+Fe2+ Fe3+[PO ] (OH) ● 9H O
  61. 61. La cristallochimie etl’arrangement polyédrique
  62. 62. Le bouquet-h (h-cluster) et son voisinage polyédrique dans une structure type des phosphates de Fe-Mn. Le tétraèdre [PO4]3-, montré comme arrête P–O, partage ces sommets avec les bouquets qui se trouvent au dessus et audessous. Les axes normaux au plan de diagramme, l’axe 5,1 Å et l’axe 13,8 Å,restent invariables dans ce type de structure, tandis que l’axe en direction des arrêtes est variable
  63. 63. Le pléochroïsme et la couleur Un dispositif remarquable des phosphates de Fe-Mn en général, est la dépendance de couleur de l’état de valence du fer (Moore, 1970). Les composés ferreux pâles, sont colorés en vert et rose et ils sont faiblement pléochroïques. Les composés ferriques sont différemment colorés : jaunes, bruns, rouges et roses et aussi faiblement pléochroïques. Cependant, les composés impliquant le fer ferreux et ferrique à la fois, sont extrêmement pléochroïques et sombres : en couleur noir verdâtre Les pôles ferriques oxydés des phosphates ferreux-ferriques sont surtout oranges, jaunes ou bruns et faiblement pléochroïques. Il est bien connu que les états mélangés de valence d’un atome particulier dans le même cristal, contribuent souvent aux couleurs foncées. Dans les phosphates de fer, où le rapport Fe3+/Fe2+ est beaucoup plus haut de 0,05, les cristaux peuvent être de fortement absorbants à presque opaques (Moore, 1970; Keller & von Knorring, 1989) le rapport entre les couleurs pléochroïques, les positions axiales et lorientation du bouquet-h, pour la dufrenite, la beraunite et la rockbridgeite. Cette figure montre que dans la dufrenite et la beraunite, la direction de vibration de la couleur vert foncé est orientée environ de 40° à 45° déclinée de laxe du bouquet-h. Dans la rockbridgeite, où les plans miroirs rapportent deux axes non parallèles de bouquet-h, les directions de vibration coplanaires à ces axes varient de vert bleuâtre à vert foncé bleuâtre.
  64. 64. Les gnomo-grammesmontrant la relation entreles plans de clivage, lesaxes des cristaux, lebouquet-h et l’absorptionmaximale pour troisminéraux de phosphatesFe-Mn :berauniteFe2+Fe3+5[PO4]4(OH)5●6H2OdufreniteCaFe2+Fe3+10[PO4](OH)12●4H2Orockbridgeite(Fe,Mn)2+Fe3+4[PO4]3(OH)5

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