Le document traite de la classification et de la composition des minéraux et des roches, en mettant l'accent sur les silicates qui constituent 99% de l'écorce terrestre. Il décrit aussi les procédés de formation des roches sédimentaires et magmatiques ainsi que leurs textures. Enfin, il explique les mécanismes d'altération et de transport des matériaux géologiques.

1. Les minéraux
Éléments
chimiques polyèdres (cristaux) minéral Roche
assemblages anarchiques ( non périodiques) état amorphe
l’association peut être périodique ÉTAT CRISTALLIN
corps simple: Cu, C, S.
Le minéral corps composés: Quartz, Calcite CaCO3.
mélange: albite Na (Al Si3, O8) Anorthite Ca (Al2 Si2 O8).
LES MATÉRIAUX DE L’ÉCORCE TERRESTRE

2. ÉTAT CRISTALLIN ÉTAT AMORPHE

3. Un cristal est un solide né de l’agencement (arrangement) géométrique périodique
d’un ensemble d’atomes ou d’ions donnés unis par différents types de liaisons
chimiques.
On classifie les cristaux selon la nature des interactions entre les constituants
élémentaires :
Cristaux métalliques.
Cristaux ioniques.
Cristaux covalents.
Cristaux moléculaires

4. liaison ionique : correspond à l’attraction
électrostatique entre ions de charge différente
Exp : Na+ et Cl
La liaison covalente : des atomes voisins
mettent en commun des paires d’électrons
de leurs couches périphériques. Exp : liaison
entre atome de carbone dans le diamant
La liaison métallique : mise en commun
d’électrons libres, liaison plus au moins
forte.
La liaison de Van Der Walls : liaison de
faible énergie entre atome neutre.
Exp :gaz rares.

5. La maille élémentaire peut être assimilée à un petit volume de matières
cristallines dont la forme géométrique résulte de l’arrangement des atomes
contenus dans la maille. Les trois axes définissent ainsi une charpente
tridimensionnelle appelée réseau cristallin

6. 7 mailles élémentaires
CUBIQUE
QUADRATIQUE
rutile
HEXAGONAL
apatite
Halite: NaCl

7. Monoclinique
Albite
azurite
aragonite
tourmaline
= 90

8. CUBIQUE
HEXAGONAL
TRICLINIQUE
ORTHOROMBIQUE
QUADRATIQUE
MONOCLINIQUE
RHOMBOHEDRIQUE

9. Échangesioniques
Les substitutions d'ions dans les minéraux sont en grande partie contrôlées par la taille et la charge des
ions
minéraux stables ( température, pression , chimique) instables
- La substitution totale entre deux ions est
possible s’ils sont de même charge et que
leurs rayons ionique ne doivent différer de
plus de 15 % par rapport au plus petit rayon
- lorsque deux ions ont la même charge, celui
qui a le plus petit rayon est incorporé de
Préférence si la différence des rayons
n’excède pas 15 % du plus petit rayon
d’entre eux
-Lorsque deux ions ont le même rayon
ionique mais des charges différentes, c’est
celui qui a la plus grande charge qui est
incorporé de préférence
On peut substituer (Fe) au (Mg), ou (Na) au (Ca),
mais on pourra difficilement substituer du (K) ou de (O) à l (Al).

10. Composition et classification structurale des principaux
minéraux des roches
Minéraux les plus fréquents sont les silicates appelés aussi aluminosilicates de fer,
calcium, sodium, potassium.
représentent à eux seuls 99% du poids et du volume de l’écorce terrestre.
Puis suivent les oxydes de fer, calcium, sodium, potassium.
Les minéraux sont ainsi répartis en deux grandes familles :
les silicates
les non silicates.

11. Les silicates
Tous les silicates possèdent une structure de base composée des ions Si4+ et O2-
Suivant la manière d’association des tétraèdres six grandes familles sont
notées
Dans un cristal les polyèdres de coordination mettent le plus souvent leurs
sommets en commun rarement leurs arrêts et jamais leurs face

12. Tétraèdres isolés Nésosilicates
SiO4
Zircon Zr 4+,
soit par deux cations bivalents comme le Mg ou le Fe.
Mg 2+ Mg2 SiO4 Forstérite
Fe2+ Fe 2 SiO4 fayalite
Des minéraux peuvent donc présenter la même
forme sans toujours avoir une seule et unique
formule chimique. Ce sont des minéraux isomorphes.

13. Tétraèdres en paires ou Sorosilicates
Deux tétraèdres mettent en commun un oxygène
appelé oxygène de coordination.
Formule générale Si2 O7
6-
Les tétraèdres en anneaux ou cyclosilicates
Trois, quatre ou six tétraèdres peuvent se grouper en
anneau fermé chacun d’eux est lié par ses 2 voisins par
un oxygène de coordination.
Formule générale ( Si6 O18) 12-

14. Les tétraèdres en chaînes ou inosilicates
Dans le cas des inosilicates en chaînes simples, les arrêts des tétraèdres
sont disposés linéairement. Formule générale (SiO3) 2- , (Si2 O6) 4- Pyroxènes.
Deux chaînes identiques aux précédentes peuvent se souder et donner des
inosilicates en chaîne double. Formule générale [Si4O11]6-
Au centre de chaque hexagone formé par les tétraèdres s’insère un
groupement
OH-
[Si4O11](OH)7- .amphiboles

16. Tétraèdres en feuillets ou Phyllosilicates
Deux chaînes doubles peuvent s’associer et constituer un feuillet plan très grand à
maille hexagonale.
Formule générale [ Si4 O10]4- [(OH)]2-. Micas ( Muscovite , Biotite )

18. Tétraèdres associés dans les 3 dimensions : famille des Tectosilicates
Chaque tétraèdre est lié à ses 4 voisins par 4 oxygènes.
Tous les oxygènes étant de coordination il y a aucune valence libre.
La formule de l’unité la plus simple est [Si O2]0-
Exemple :
Le Quartz SiO2
Les Feldspaths alcalins ou Orthoclases Exemple : Orthose K( Al Si2 O8)
Les Feldspaths calco-sodiques ou plagioclases.

19. On distingue neuf classes de minéraux :
-Classe I : Éléments natifs
-Classe II : Sulfures
-Classe III : Halogénures
-Classe IV : Oxydes
-Classe V : hydroxydes
-Classe VI : Carbonates
-Classe VII : Sulfates
-Classe VIII : Phosphates
-Classe IX : Silicates
La classification des minéraux correspond à une répartition des
espèces minérales basées notamment sur la composition chimique
des minéraux

20. • Les minéraux non silicates
- les carbonates
Les carbonates sont caractérisés par le groupement Anionite (CO3)2-.
- les sulfates :
Ils sont caractérisés par l’anion SO42-. gypse : Ca SO4, 2H2O
Anhydrite Ca SO4, Barytine Ba SO4.
- les sulfures :
Pyrite Fe S2, Galène PbS.
- les phosphates :
l’apatite Ca5(PO4) 3(Cl, F,OH) est le phosphate de calcium le plus répandu.
- Oxydes et hydroxydes :
la Magnétite Fe3 O4, l’hématite Fe2 O3, l’Ilménite Fe Ti O3, Corindon Al2 O3.
- Halogénures :
les chlorures : alite Na Cl
Les Fluorures : fluorite Ca F2
- les éléments natifs :
Or (Au), Argent (Ag), Cuivre (Cu).

31. Table des systèmes cristallins et quelques exemples
de minéraux avec leur forme caractéristique

32. LES ROCHES
Roches endogènes Roches exogènes
Qui se sont formées ou proviennent
de l’intérieur de la croûte terrestre
Qui se sont formées à la surface
de l’écorce terrestre
2 grands ensembles de roches
Métamorphiques
Magmatiques
Volcaniques Plutoniques
Roches résiduelles
Roches sédimentaires

33. MODE DE FORMATIONS DES ROCHES

34. LES ROCHES EXOGÈNES
Roches exogènes
Roches sédimentaires
Les roches exogènes ne représentent que 5%
du volume des roches de la croûte terrestre
mais couvrent 75% de sa surface.
Roches résiduelles

35. LES ROCHES EXOGÈNES
Roches sédimentaires
1
2
3
3
4
4)diagenèse

36. Roches sédimentaires

37. LES ROCHES EXOGÈNES
1 Météorisation: (mobilisation des roches) = processus de transformation des
roches cohérentes qui les rendent transportables (mobilisables) par les agents de
transport
Désagrégation (=altération) mécanique
-Thermoclastie (forte variation de température )

38. - Cryoclastie (alternance gel-dégel )

39. Altération chimique
modifications chimiques et minéralogique des roches par les eaux atmosphériques
Dissolution
CaCO3 + H2CO3 -> Ca2+ + 2(HCO3)-
Hydrolyse

40. Altération Biologique
plantes (racines), animaux (oursins)

41. 2
2: Transport des produits

42. Par gravité : glissement et éboulement
Glissement de terrain
en structure monoclinale
Glissement de terrain dans des matériaux sédimentaires
peu consolidés ou des niveaux altérés
éboulis

43. - Par les eaux courantes :
charriage sur le fond (particules + grosses et + denses),
saltation (bonds successif à la base de l’écoulement)
suspension (particules fines et les moins denses)

44. -Par le vent : reptation , saltation et suspension (particules
de taille < à 2 mm comme sables et poussières)
.

45. déflation : enlèvement par un vent violent des particules fines provoquant ainsi une
érosion différentielle.
abrasion : érosion due aux frottements de matériaux transportés exemple :vent
chargé de sable qui heurte une roche  usure et perte de matière
Reg
3
3

47. 3: La sédimentation
 détritiques : particules sédimentaires se déposent dans différents types de
milieux (continental, Lac, marin).
Ces dépôts vont en général présenter des structures sédimentaires caractéristiques
du mode de transport et / ou du milieu de dépôt.
 chimique : précipitation d’éléments dissous fortement concentrés dans les eaux.
 Biologique : accumulation de tests d’organismes ou de matières organiques

48. 4

49. compaction et dissolution (due à une augmentation de la pression en
profondeur
Cimentation (précipitation de minéraux dans les pores –réduction de la porosité
4: La diagenèse
Phénomènes physiques , biochimiques et chimiques qui vont transformer la structure et
la composition des sédiments , ceci dans des conditions de stabilité des minéraux
formés en surface et aboutir à la formation de roches cohérentes.
Elles se produit dans certaines conditions de température (< 25 0°C) et de pression
(lié à la profondeur , en général < à 250 m) qui vont varié selon les propriétés
géochimiques des constituants.

50. Classification des R. Sédimentaires
Eléments
figurés
Phase
de liaison
Roches détritiques constituées de particules (éléments figurés) issues de l'altération de roches
préexistantes (fragments de roche ou de minéraux). Ces particules peuvent être liées entre elles par
une phase de liaison
Les roches détritiques

51. III. Roches sédimentaires détritiques
Classe Taille
Rudite > 2mm
Arénite 2mm - 63μm
Lutite < 63μm
Roches
meubles
Roches
consolidées
Blocs
Galets
Graviers
Conglomérats
Sables Grès
Silts
Argiles
Pélite
Classification selon la taille des éléments figurés (quelle que soit leur nature)
et sur la présence ou non d’un ciment
3 tailles

52. Pélite
Argiles
(meubles)
consolidation
Sable
Grès
• Poudingues : élément figurés arrondis
• Brèches : éléments figurés anguleux
Conglomérats

53. Les roches d’origine chimique ou biochimique
Ce sont des roches élaborées essentiellement à partir de solutions qui dans certaines
conditions précipitent sous l’action de facteurs physiques (diminution des pressions,
augmentation de température) ou biochimiques ( influence de l’activité chlorophylienne
Silex
Halite
Roches
chimiques

54. Craie et coccolithophoridés
Lumachelle
Calcaire à polypiers
et polypiers
Falun
Roches sédimentaires biochimiques

55. Roches sédimentaires Biologiques
Carbonifère
Tourbe
Lignite
Charbon
Pétrole

56. Les roches résiduelles
Dans les régions tropicales humides, l’altération des roches est plus poussée :
elle aboutit à la séparation des cations dont certains sont concentrés sur place et
les autres mis en solution. Cette transformation se fait en deux stades : la formation
d’argiles latéritiques et celle de latérites. Par altération encore plus poussée, on obtient
la décomposition totale de la kaolinite en hydroxyde d’alumine et de fer et la mise en
solution de la silice. Suivant la prédominance de l’alumine et du fer , on obtient de la
bauxite ou de la latérite.
Dans les régions subtropicales, le fer est transporté et s’accumule dans les niveaux
inférieurs, concentré et durci ; il se forme un niveau ferrugineux très dur appelé cuirasse
latéritique.
La Bauxite

57. RESIDUS
ROCHES
RESIDUELLES
ROCHES PREEXISTANTES
ALTERATION CHIMIQUE
(Dissolution, Hydrolyse, …)
IONS
(mis en solution)
Transport et
précipitation
Transport et
utilisation par
des organismes
ROCHES SEDIMENTAIRES
ROCHES
BIOCHIMIQUES
ROCHES
CHIMIQUES
DESAGREGATION MECANIQUE
(Cryoclastie, …)
DEBRIS
(particules solides)
Transport
et dépôt
ROCHES
DETRITIQUES
DIAGENESE
Pas de
transport
Évolution sur
place
ROCHES EXOGENES
Cimentation
Classification des roches exogènes
+ roches biologiques
(obtenues par depot de
particules)

58. ROCHES ENDOGÈNES
Roches magmatiques :formées par la cristallisation d’un bain
silicaté fondu à haute température appelé magma.
Roches métamorphiques :qui résultent de la transformation de roches préexistantes
par suite d’une augmentation de température et de pression.
Les Roches magmatiques
Les roches magmatiques sont formées par cristallisation à partir d’un magma
[ bain Silicaté fondu contenant des ébauches de cristaux et des matières volatiles
(CO2, H2O, H2SO4)]
Ce sont des roches ignées (roches nées avec ou par le feu)
magma juvénile né de la fusion partielle des roches initiales du manteau supérieur
magma polygénétique ou magma d’anatexie : résulte de la fusion de roches de la
croûte terrestre

59. Après sa formation, le magma (T° de 700 à 1300°C ) monte à travers les couches de
l’écorce terrestre et cristallise au cours du refroidissement.
montée lente refroidissement lent et une cristallisation progressive roches entièrement cristallisées
roches plutoniques ( Granite)
Une montée rapide refroidissement brutale en surface cristallisation partielle roches volcaniques
( le Basalte)
R. hypovolcanique (subvolcanique ou filonienne) roche de profondeur faible ou moyenne
Composition chimique
Silice(Si O2), en alcalin (Na2 O et K2 O) et en ferromagnésiens ( Fe O, Mg O).
Suivant la teneur en Silice
roches acides teneur en Silice supérieure à 60 % Granites.
roches intermédiaires Entre 60 % et 55 % de Si O2 Diorite
roches basiques Entre 55 % et 45 % de Si O2 Gabbro, basaltes.
roches ultrabasiques moins de 45 % de Si O2 Péridotites
Composition minéralogique
Composition chimique du magma
Conditions de cristallisation

60. minéraux cardinaux  Quartz, feldspaths alcalins, plagioclases, feldspathoïdes.
Leur rôle est primordiale dans la classification minéraux blancs
minéraux essentiels  le micas, les amphiboles, les pyroxènes, les olivines.
(présence indispensable à la classification) minéraux noirs
minéraux accessoires  Magnétite, Ilménite, Hématite, chromite, Zircon,
Corindon etc.…( rôle subordonné dans la classification )
minéraux accidentels  Topaze, Béryl, Cassitérite. ( Minéraux rares)
TEXTURE DES ROCHES MAGMATIQUES
C’est le mode d’agencement des minéraux tels qu’on le voit macroscopiquement ou
microscopiquement. Elle est très importante pour la classification des roches
magmatiques.
Quatre textures principales :
Texture grenue : tous les minéraux sont cristallisées, visibles à l’œil nu et ont une
grosseur voisine. Elle caractérise les roches plutoniques
Texture microgrenue : tous les minéraux sont cristallisés mais il y a des cristaux de
deux grosseurs, les uns relativement grands (phénocristaux) et les autres à grains
beaucoup plus fin forment un fond ou pâte ou mésostase. Cette texture caractérise
les roches hypovolcaniques.

61. T Grenue
T Microgrenue

62. Texture vitreuse
le verre domine sur les rares microlites.
Cristallisation extrêmement rapide(contact de l'eau de
mer, …)
Exemple : Obsidienne
Texture microlitique
Texture microlitique : tout n’est pas cristallisé, il y a une fraction de verre. Les cristaux sont
petits, nombreux et allongés en forme de bâtonnets (microlites).

63. Détermination d'une roche :
1 – teneur en minéraux blancs
• 40% Quartz
• 10% Feld. Plagioclases
• 50% Feld. Alcalins
2 – texture
• Grenue
GRANITE
GABBROS
Basaltes
SYENITES
Trachytes
DIORITES
Andésites
GRANODIORITES
Dacites
Classification des roches magmatiques (diagramme de Streckeisen)
Quartz
Feldspath
Alcalins
Feldspath
Plagioclases
40
80
100 %
100 %
60
20
100 %
80
40
GRANITES
Rhyolites
Plutonique
grenue
Volcanique
microlithique
40 %
10%
50 %
Roches magmatiques

65. Ordre de cristallisation des minéraux ( série de Bowen)
une série réactionnelle discontinue
Minéraux ferromagnésiens cristallisent successivement les péridots, les pyroxènes,
amphiboles, Micas noirs ou Biotite, mica-blanc ou Muscovite et quartz lorsque le
Silice est en excès
Dans la nature un magma de composition similaire aurait généré.
-En profondeur successivement : Péridotites, Gabbro, Diorite, Syénite et granite
-En surface successivement : Basalte, andésite, Trachyte.
Avec les plagioclases série continue [anorthite (Ca) albite (Na) ]

67. R plutonique
Rvolcanique
mm composition minéralogique
Rpluto=Rvolca

69. Le métamorphisme et les roches métamorphiques
transformation minéralogique structurale et parfois chimique d’une roche solide soumise
à des conditions de température et de pression différentes de celles dans lesquelles elle
s'est formée.
La composition chimique , minéralogique et la structure d’une roche
métamorphique dépendent de la nature de la roche initiale
une roche magmatique  roche orthométamorphique
une roche sédimentaire  roche paramétamorphique
une roche métamorphique  roche polymétamorphique
• température  déstabilisation des minéraux originels  apparition de
nouveaux minéraux adaptés aux nouvelles conditions.
• pression  des déformations subies par la roche et qui tendent à modifier sa
structure.

71. FACTEURS DU MÉTAMORPHISME
La température
L’augmentation peut être liée :
-enfouillissement des roches dans l’écorce terrestre à des profondeurs où la
Température est élevée.
-au mouvement de compartiments rocheux l’un contre l’autre qui produit de la
chaleur dans et autour de la zone de friction.
-localement une intrusion magmatique provoque au contact des roches
encaissantes une plus ou moins forte élévation de température qui peut-être à
l’origine d’un métamorphisme de contact.

73. Quartzite

74. La pression
Pression structure de la roche
- Lithostatique : pression qu’exerce l’écorce terrestre sur l’ensemble des
matériaux. Elle s’accroît au fur et à mesure que l’empilement des roches augmente
- orientée responsable des déformations des roches
.
Types de métamorphisme
- métamorphisme d’enfouissement
- métamorphisme de contact : la température est le facteur principal
- métamorphisme général ou régional
Température intervient dans les transformations minérales
faciès schiste vert (Température faible à moyenne)
faciès amphibolite ( Température élevée)

76. Température élevée – pression faible donne faciès cornéennes
Température faible – Pression faible : donne faciès schistes vertes (micas schistes).
Température élevée – Pression élevée : donne faciès Amphibolite
(amphibolite, Gneiss, pyroxénites)
Température faible – pression élevée : donne faciès schistes bleues (amphiboles bleues)
Pression très élevées : donne faciès éclogite (roche à quartz, grenats, pyroxènes)