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MINERALOGIE
PRINCIPAUX MINERAUX CONSTITUTIF DE L’ECORCE
TERRESTRE
Parmi tous les éléments connus à la surface de la terre (plus de 80,
si l’on omet les gaz rares et les éléments radioactifs des roches), les
seuls abondants sont:
Elément % en poids % en volume
O 46,6 93,8
Si 27,7 0,8
Al 8,1 0,5
Fe 5,0 0,4
Ca 3,6 1,0
Na 2,8 1,3
K 2,6 1,8
Mg 2,1 0,3
Constitution de la croute continentale
94% du volume de la croûte continentale est constitué d’oxygène
Si et Al sont les plus abondants (SIAL : nom de la croûte)
Si+O=74.3% en masse
Silicates = 95% en masse
Le silicium et l'oxygène comptent pour près les trois quarts
(75%) de l'ensemble des matériaux de l’écorce terrestre. Il n'est
donc pas surprenant qu'un groupe de minéraux composés
fondamentalement de Si et O avec un certain nombre d'autres
ions et nommé silicates, compose à lui seul 95% du volume de
la croûte terrestre.
Les minéraux sont stables dans les conditions précises de
température, de pression et de milieu chimique. Comprendre la
transformation d’un minéral en un autre est indispensable
lorsque l’on envisage les phénomènes d’altération des roches,
de granitisation, de métamorphisme, etc..
CLASSIFICATION DES MINÉRAUX
On connaît environs 20.000 espèces de minéraux, avec plus
de 1.000 variétés. Une centaine seulement sont regroupés en
une dizaine de groupes, les derniers sont rassemblés en deux
grandes familles:
Les silicates (avec silicium) : représentent eux seuls près de
90% du poids et du volume de l’écorce terrestre.
Les non silicates (pas de silicium)
PARTIE I.
LES SILICATES
Les minéraux silicatés possèdent une structure de base
composée des ions Si4+ et O2-. Le silicium a une coordinance
tétraèdrique par rapport à l’oxygène et la liaison Si-O est de
nature ionique est très forte.
L’oxygène et le silicium étant les éléments les plus abondants de
l’écorce terrestre, les silicates seront donc les minéraux les plus
répandus.
RAPPEL. MOTIF ELEMENTAIRE DE LA STRUCTURE DES
SILICATES: Le tétraèdre
•Composition chimique de SiO4 par convention [SiO4], [Si4+O4
2-]4-., le
Si4+ est entouré de 4 oxygènes O2- voisins qui l’entoure, on dit que le
silicium est en position tétra-coordonné et que sa coordinence par
rapport à l’oxygène est IV, on écrit SiIV ou [Si4+]IV, il y a donc 4
charges négatives à neutraliser soit par polymérisation de polyèdres
identiques, soit par combinaison avec un cation cations K+, Mg2+, etc....
Cette neutralité assure la stabilité électrique des minéraux: Electro-
neutralité. La liaison Si-O, est à prédominance ionique plus forte.
CLASSIFICATION DES SILICATES:
(structurale, enchaînement des tétraèdres SiO4).
Si on relie les centres des oxygènes, on obtient un volume qui
forme un tétraèdre, le tétraèdre de base. Le silicium occupe le
centre du tétraèdre. Le calcul des charges électriques montre
qu'un tétraèdre est chargé négativement : (SiO4)4-
La charge d'une structure minérale doit être neutre. Dans les
silicates, il y a deux façons de neutraliser les charges:
lier ensemble les tétraèdres par leurs oxygènes (liens tétraèdre
à tétraèdre), et/ou
insérer entre les tétraèdres des ions positifs, comme des fer,
des magnésium, ou des potassium (liens métalliques).
Polymérisation
C'est ainsi que la classification des silicates est établie
d'après l'agencement des tétraèdres (SiO4) les uns par
rapport aux autres. Selon la complexité croissante des
associations de tétraèdres on distingue les classes
suivantes .:
1. Nésosilicates: (SiO4)4-
2. Sorosilicates: (Si2O7)6-
3. Cyclosilicates: (Si6O18)12-
4. Inosilicates: (SiO3)2- et (Si4O11)6-
5. Phyllosilicates: (Si4O10)4-
6. Tectosilicates: (SiO2)
Polymérisation
Type de
silicate
Formule
structurale
Arrangement
des tétraèdres
Rapport
Si/O
Exemples de minéraux
Nésosilicates (SiO4)4- Isolés 1:4 Olivine (Mg,Fe)2SiO4
Sorosilicates (Si2O7)6- Doublets
2:7
Hémimorphite
Zn4(Si2O7)(OH)2.H2O
Cyclosilicates (Si6O18)12- Cycles 1:3 Béryl Be3Al2 (Si6O18)
Inosilicates
(SiO3)2- Chaînes
(pyroxènes)
1:3
Enstatite Mg2 (Si2O6)
(Si4O11)6- Rubans
(amphiboles)
4:11 Trémolite
Ca2Mg5(Si8O22)(OH)2
Phyllosilicates (Si4O10)4- Feuillets 2:5 Talc Mg3(Si4O10)(OH) 2
Tectosilicates (SiO2)
Réseau
tridimensionnel
1:2
Quartz SiO2
Polymérisation des tétraèdres silicatés : un moyen de
neutraliser les charge des oxygènes
Cette organisation est la base de la classification des silicates
Nésosilicates
Cyclosilicates
Ino. en
Chaîne simple
Ino. en
chaîne double
PhylloSilicates
(SiO4)4- (Sin O3n)2n-
(Si2 O6)4- ((Si4 O11) OH)11-
(Si4O10(OH2))6-
Inosilicates
Sorosilicates
(Silicates en feuillet)
(Si2O7)6-
(SiO2)
TectoSilicates(Silicates en charpente)
La polymérisation est définie comme étant l'union de
plusieurs molécules d'un même composé pour former une
grosse molécule, exemples : ((SiO4)4-)n polymère de
(SiO4)4-.
Selon Ringwood, c'est le degré de polymérisation qui fixe
le comportement complexant ou non, et notamment le
rapport des anions O2-, (OH)- et F-, à celui des cations de
Si4+ et Al3+ :
1.1. Polymérisation des tétraèdres silicatés
(O2- + (OH)1- + F1-)
(Si4+ + Al3+)
R =
Polymérisation faible, rapport R élevé : Magma riche en
anions O2-, (OH)-et F- et pauvre en cations de Si4+ et Al3+ : les
éléments mixtes se lient à l'oxygène en formant des complexes
avec l'oxygène.
Polymérisation forte, rapport R faible: Magma pauvre en
anions O2-, (OH)-et F- et riche en cations de Si4+ et Al3+ : les
éléments mixtes deviennent libres dans le magma.
Remarque : Plus la taille et/ou la charge de l'ion central est grande,
est moins le complexe aura tendance à substituer (SiO4)4-. Ces
complexes s'enrichissent lors de la cristallisation dans les liquides
résiduels, ils sont dits "Eléments incompatibles ou
hygromagmaphiles» pour traduire leur forte affinité pour le liquide
magmatique.
Minéraux silicatés
Tétraèdre (SiO4 )4 - : motif élémentaire des minéraux
silicatés
Site hexacoordonné
Site VI ou motif en octaèdre
Site octacoordonné
Site VIII ou motif en cube
I. NÉSOSILICATES
1. Nésosilicates et Sub-nésosilicates (ou silicates à tétraèdres
indépendants)
a. Structure de base
Dans les nésosilicates, les tétraèdres (SiO4)4– sont isolés et ne
mettent en commun avec les tétraèdres voisins (SiO4)4– aucun
oxygène. Ils sont reliés entre eux par des cations de liaison tel
que Mg2+, Fe2+, Fe3+, Ca2+, Mn2+, Al3+, Ti4+, Th4+, Zr4+ ...., qui
isolent les différents groupes d'oxygènes assemblés en
tétraèdres. La composition de cette structure de base est donc
(SiO4)4–.
Ces cations assurent la neutralité électrique de l'ensemble.
Vue des différents sites M1 et
M2 etdes sites tétraédriques
Structure de l’Olivine
Sites M1 // à l’axe C, liés par arêtes
Sites M2 isolés entre eux liés par arêtes aux sites M1
Les sites M1 et M2 sont liés aux tétra par arêtes et
par sommets
Olivine rond bleu = M1
rond jaune= M2
b. Nésosilicates
On classe les nésosilicates d'après les dimensions des cations des liaisons :
- Petits cations : Be2+ (Béryllium), Li+, (lithium) et Zn2+ (Zinc) ;
- Cations moyens : Mg2+ (Magnésium), Fe2+ (Fer), Ca2+ Calcium),
Mn2+ (Manganèse), etc. ;
- Gros cations : Zr4+ (Zirconium) et Th4+ (Thorium).
- Nésosilicates petits cations
Les cations de petite taille comme Be2+ (Béryllium : 0.34A) et
Li+ (lithium : 0.68A) et Zn2+ (Zinc : 0.75A) entrent dans la
composition de :
** La phénacite (SiO4)Be2
** La willémite (SiAlO4)Li
** L'eukryptite (SiO4)Be2
Ces minéraux sont rares, la phénacite et l'eukryptite se rencontrent
associés aux pegmatitiques; alors que la willémite caractérisée par sa
fluorescence verte, n'est abondante que dans les gisements zincifères.
Fayalite Olivines (ss) Forstérite
(SiO4) Fe2 (SiO4) (Fe, Mg)2 (SiO4) Mg2
0% 10 % 90% 100%
- Nésosilicates à cations moyens:
Groupe des péridots (ou olivines) : cations de liaison Fe ou Mg
Ferro-ortonolite
Hortonolite
Hyalo-sidérite
Chysolite
Formule générale: (Fe,Mg)2SiO4
Par emplacement réciproque de Mg par Fe on a une série de
minéraux isomorphes (sont des minéraux qui ont une
composition intermédiaire entre deux composés dont les
propriétés physiques changent de façon continue d’un composé à
l’autre), ces minéraux sont appelés péridots ou bien olivines.
L’olivine commune est facilement reconnaissable a son aspect
grenu, les grains étant généralement arrondis, la cassure de
chaque grain est conchoïdale avec un éclat huileux, la couleur est
jaune verdâtre à verte.
La forstérite peut être incolore et transparente tandis que les
fayalites sont de couleur brune à noire.
L’olivine se trouve dans les roches basiques c’est à dire (quantité
de silicium < 65%), gabbro, basaltes et les roches ultrabasiques
comme la péridotite qui constitue le manteau supérieur.
L’altération classique se propage le long des fractures en
Serpentine (chrysolite ou antigorite) dans les roches plutoniques.
Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger
bâti structural homogène, d'où la forme constante : de dodécaèdre
rhomboïdal.
Troncature sur les
arrêtes et les sommets.
Cube
Groupe des grenats
Ils ont pour formule structurale générale : (SiO4)3 Y2 X3
12- 6+ 6+
Y = Cations petits, trivalents comme : Al3+, Fe3+, Cr3+, et Ti3+
X = Cations moyens bivalents : Fe2+, Mg2+, Mn2+ et Ca2+
Les différentes espèces des grenats sont :
Grenats alumineux (riches en Al)
(SiO4)3 Al2 Mg3 (1) : Pyrope (ou grenat magnésien)
(SiO4)3 Al2 Fe3 (2) : Almandin
(SiO4)3 Al2 Ca3 (3) : Grossulaire
(SiO4)3 Al2 Mn3 (4) : Spessartine
Grenats férrifères et chromifères
(SiO4)3 Fe2 Ca3 (5) : Andradite
(SiO4)3 Cr2 Ca3 (6) : Ouvarowite
Série non calcique : Pyralspite (1 + 2 + 4).
Il n'existe aucun composé
intermédiaire entre spessartine
et pyrope.
Par contre, Il y a tous les
composés intermédiaires entre
pyrope-almandin d'une part, et
almandin-spessartine d'autre
part.
(SiO4)3 Al2 Mn3
(SiO4)3 Al2 Mg3
(SiO4)3 Al2 Fe3
Ouvarovite
Grossulaire Andradite
Ca3Al2[SiO4]3
Ca3Cr2 [SiO4] 3
Ca3Fe2[SiO4]3
-Série calcique
-X3
2+= Ca3
2+ : La série calcique varie par le Cr, Al et le Fe.
elle comprend les grenats de type
ouvarovite, grossulaire et
andradite.
Cette série est indépendante de la
première, avec comme particularité
la présence de calcium dont le
rayon ionique est de 1.01A, ce qui
va introduire de légère distorsion
dans le réseau du grenat. Ce qui
explique la particularité optique du
grenat (légèrement biréfringent).
Grenat ferrique
(andradite)
Les grenats présentent
généralement des faces
bien développées
(SiO4)3Fe2Ca3
(SiO4)3Cr2Ca3 (6) Ouvarowite
caractéristiques en LPNA caractéristiques en LPA
Sections hexagonales ou pentagonales de
couleur rose pâle ou incolores.
Bordure et craquelures bien visibles. Fort relief
par rapport aux autres minéraux.
Teinte noire (=éteint) quelle que soit
l'orientation du cristal.
- On trouve la pyralspite dans les roches magmatiques (granite,
pegmatites, aplites), dans les roches métamorphiques (gneiss,
micaschistes, granulites, amphibolites).
- L'ougrandite est spécifique du métamorphisme de contact, des
séries calcaires (cipolin, cornéenne calcique, skarns) ; dans les
roches magmatiques alcalines (syénite, néphélinite, phonolite,
ijolite, granite et rhyolite).
** Gros cations : le zircon et la thorite
Dans le zircon, le cation de liaison est le zirconium (Zr).
Dans la thorite, le cation de liaison est le thorium (Th).
Lorsque le zircon contient l'uranium (U), ce dernier se désintègre
en donnant le Pb radiogénique, ce qui produit un rayonnement
radioactif; ce qui a pour conséquence de former des
haloradioactivités (zones circulaires noires dans le cas de la
biotite).
Le plomb radiogénique sert pour la datation géochronologique
(chronologie absolue).
Le zircon se trouve essentiellement dans les roches magmatiques
(granite, diorite, syénite néphélinique, pegmatite et carbonatite) ;
mais également dans les roches métamorphiques (gneiss) et les
roches sédimentaires d'origine détritique.
c. Sub-nésosilicates
Nous avons ici affaire à trois silicates qui ont la même composition
chimique, mais qui diffèrent par leur caractère cristallographique (Les 3
polymorphes ):
Andalousite (orthorhombique)
Sillimanite (orthorhombique)
Disthène (triclinique
Silicates d'alumine
(SiO4) Al2O
Nous pouvons écrire cette formule SiO2Al2O3 , ce qui met en
évidence que, dans ces minéraux, une molécule de silicate
(tétraèdre) unie à une molécule d'alumine octaèdre.
L'andalousite se trouve dans les roches métamorphiques, formant
parfois de gros prismes en bâton de craie, bien visibles à l'oeil
nu.
La sillimanite est un minéral courant des roches
métamorphiques, elle se présente en prismes aciculaires (forme
d'aiguille), ou en bouquets de fibres microscopiques.
Le disthène est un minéral des roches métamorphiques, il se
présente en baguettes aplaties, à clivage parfait, d'une teinte
bleuâtre et nacrée.
Les trois polymorphes se partagent la presque totalité de l'espace:
PRESSION - TEMPERATURE.
Stabilité des silicates d’alumines
Université Abdelmalek
Esâadi– FST Tanger
D 3.23-3.27
D= 3.13-3.16
D = 3.53-3.67
Disthène ou
Cyanite
Pression(Gpa)
Sillimanite
Andalousite
P-T stabilité des
polymorphes
(SiO4)Al2O
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diagramme de phase pour Al2SiO5
D = 3.23-3.27
Pression
P-T stabilité des polymorphes
StaurotideChamps de stabilité
de la Staurotide
Disthène
Remarque
De ces silicates nous pouvons rapprocher :
- La staurotide : 2(SiO4) Al2O Fe(OH), ce minéral des roches
métamorphiques formant des prismes trapus, souvent se
présente en X ou en Y
- La topaze : SiO4 Al2O (F.OH)2 , ce minéral se trouve dans
certaines roches magmatiques évoluées et dans les pegmatites.
Il montre une forme de prismes cannelés.
- La chloritoïde : (Fe.Mg)2 Al4O2 (SiO4)2 (OH), ce minéral se
trouve dans les roches métamorphiques.
macle en croix latine macle en croix Saint-André
La staurotide
Les silicates d’alumines sont des minéraux typiques de
métamorphisme qui s’altèrent en produits micacés (damourite).
Le disthène : minéral indicateur de haute pression
Les silicates d ’alumine
Andalousite
LNLNLN
LPA LPALPA
Sillimanite Disthène
Minéraux Al2SiO5 en lames minces
Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger biréfringence
And Sil
II. LES SOROSILICATES
La formule de base: [Si2O7]6-
Il y a peu de représentant de ce groupe dans la nature
II. 2. LES SOROSILICATES VRAIS
Les mélilites
Sont des sorosillicates dont les compositions variant depuis un terme
magnésien Ca2Mg[Si2O7], jusqu’à un terme substitué alumineux
Ca2Al[SiAlO7]. Le groupe de la mélilite, c’est une série continue
isomorphe entre deux pôles.
(Structures en double tétraèdres)
II. LES SOROSILICATES
Akermanite Gehlénite
Sont des sorosillicates dont les compositions variant depuis un
terme magnésien Ca2Mg[Si2O7], jusqu’à un terme substitué
alumineux Ca2Al[SiAlO7]: Le groupe de la mélilite
Cristallisent dans le système quadratique, ce sont des minéraux
sous saturés en silice (roche basanite). les mélilites jouent le rôle
d’un feldspathoïde calcique.
Ca2Mg[Si2O7] Ca2Al[SiAlO7]
Intermédiaires
Terme magnésien
(présent dans les cornéennes calciques)
Terme substitué alumineux
(présent dans les R. Magmatiques les plus pauvres en SiO2)
Åkermanite : X = Ca, Y = Mg, Z = Si : Ca2MgSi2O7
Gehlénite : X = Ca, Y = Al, Z = (Al,Si) : Ca2Al[AlSiO7]
Ils sont caractérisés par la présence de groupe de deux tétraèdres
(Si2O7)6- reliés par un oxygène commun Tétraèdres isolés (SiO4 )4-
R3+Ca2Al2OSiO4Si2O7(OH)
• Pièmontites, R3+ est représentée par Fe3+.
• Zoïsites et clinozoïsites par Al3+. (orthorombique)
* Lawsonite, Ca Al2 (Si2O7) (H2O)
* Pumpellyite, (SiO4) (Si2O7)2 O(OH)3 (Al, Fe, Ti)5 Ca4 (Mg, Fe2+)
•Epidotes et leurs voisines
II. 2. LES SUBSOROSILICATES
Zoïsite, Ca2Al3(SiO4)(Si2O7)O(OH), orthorhombique.
Minéral de métamorphisme régional moyen des
calcaires argileux et des marnes.
Clinozoïsite,Ca2Al3(SiO4)(Si2O7)O(OH), monoclinique,
le remplacement de Fe3+ par Al3+ étant parfait et les
rayons ioniques semblables (Fe3+ est cependant un peu
plus petit que Al3+).
Epidote, Ca2Fe3+Al2(SiO4)(Si2O7)O(OH),
monoclinique. Le remplacement de Fe3+ par Al3+ fait
passer de façon continue à la clinozoïsite, tandis que la
substitution de Fe3+ par Mn3+ conduit à la piemontite.
III. CYCLOCYLICATES
Tétraèdres
disposés en
anneaux
III. LES CYCLOSILICATES
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[Si4O12]8- :
4 tétraèdres
= S. Quadratique
[Si6O18]12- :
6 tétraèdres
= Système Hexagonal
[Si3O9]6- :
3 tétraèdres
= S. Rhomboédrique
- 3 tétraèdres: [Si3O9]6-: = Système Rhomboédrique
- 4 tétraèdres [Si4O12]8- : = S. Quadratique
- 6 tétraèdres [Si6O18]12- : = Système Hexagonal
Cyclocylicates : (SinO3n)2n-
n peut être égale à 3, 4, ou 6
Dans cette famille les tétraèdres mettent deux sommets en
commun pour constituer des anneaux de 3, 4 ou 6 tétraèdres
isolées dans la structure, ils peuvent être réguliers ou non et
influencent donc la structure; ces groupes sont les suivants :
• (Si3O6)6- bentonite
• (Si4O12)8- axinite
• (Si6O18)12- tourmaline
•(Si3O6)6- bentonite Si4O12)8- axinite
•(Si6O18)12- tourmaline
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III. 1- Beryl: Be3Al2(Si6O18)
Dans le beryl les anneaux sont liés entre eux par les 3 cations, B+,
B2+, Al3+.
avec des cations de liaison en plus.
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III. 2. Cordiérite Al3(Mg,Fe)(Si5AlO8).
• Xénomorphe dans les roches métamorphiques tel la
cornéenne, le gneiss profonds: migmatite à cordiérite
• Automorphe dans certains microgranites, dans les
pegmatites et les granites à deux micas.
Cordiérite : (Si
5
Al O
18
) (Fe 2+ , Mg)
2
(Fe3+, Al)
3
En faite c'est une série isomorphe entre le pôle férrifère et le pôle magnésien :
Fe (Fe, Mg) Mg
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III. 3. Tourmaline Al3Y3Na[Si6O18(BO)3(OH,F)4]
Si Y=Mg T. magnésienne
Y= Fe T. ferreuse
Y= (Li,Al)T. alcaline
(ces différents ions sont la cause de diverses couleurs dans le minéral )).
Chaînes ouvertes de tétraèdres
IV. INOSILICATES
inos = fibre
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IV. INOSILICATES, inos = fibre
Avec une chaîne simple, dans laquelle le rapport Si:O= 1:3
et avec l’angle d’exfoliation de 87°,
de formule [(SiO3)2]4- ou [Si2O6]4-, qu’on appelle: pyroxènes.
Avec double chaîne dans laquelle le rapport Si:O= 4:11
et avec l’angle d’exfoliation de 56°, de formule
[Si4O11]6- ou [Si8O22]6-, qu’on appelle: amphiboles.
[SiO3]2- chaine simple [Si4O11]4- Double chaine (ruban)
Pryoxènes pyroxènoïdes Amphiboles
Inosilicates
Liaison de chaînes simples par des ions métalliques
les pyroxènes : Autour d'une chaîne
simple, les positions disponibles pour les
ions fer et magnésium se trouvent en
périphérie et au sommet de la chaîne
Dans le cas des amphiboles, on a toujours
l'unité de base silicium-oxygène, mais ici
une certaine quantité d'atomes d'oxygène est
remplacée par des radicaux hydroxyles OH-
Le type de clivage indique l’organisation
spatiale des polymères silicatés
Silicates en chaîne
simple
Silicates en chaîne
double
Directions
des clivages Faces cristallines
Pyroxène
Amphibole
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de formule simple:
[Si2O6]XY
La formule générale des pyroxènes peut s’écrire:
W1-P(X,Y)1+P(Si,Al)2O6 dans laquelle:
W = Ca Na : cations de grande taille.
X = Mg Fe2+ Mn Ni Li: cations de taille moyenne.
Y = Al, Fe3+ Cr, Ti: cations de petite taille.
IV. 1. Les Pyroxènes
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- Si entre les chaînes, les cations sont des dimensions moyennes
(Mg2+ et Fe2+, etc.) la symétrie sera généralement
orthorhombique (orthopyroxènes) et rarement monocliniques
(cas de la clinoenstatite Mg2Si2O6 par exemple).
- Si au contraire les cations sont volumineux (Ca, Na) la
symétrie sera monoclinique (clinopyroxènes) .
Site Z Y X
Coordinence IV VI VIII
Tolérance du rayon
(géométrie) rayon typique
0.34 à 0.46
m:0.40
0.56 à 0.85
m:0.70
0.85 à 1.15
m:1.00
Petits ions
Si4+…………………….…………
Al3+………………………..……..
0.40
0.49……………
0.51
Ions moyens
Fe2+ ………………………………
Fe3+………………….…………..
Mg2+……………………….…….
Ca2+………………………..…….
Na+………………….…………...
Ti4+…………….………………..
………..……….
……………………
……………………
……………………
……………………
…..….
0.74
0.64
0.66
0.99…………….
0.97…………….
0.68
1.03
1.01
Gros ions
K+………………….…………….
OH-…………..…………………..
O2-…………...………….………
……………………
……………………
……………
1.33
1.40
1.40
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IV.1.1. Les orthopyroxènes (purement ferromagnésiennes)
C'est une série isomorphe qui s'étale entre:
- 1 pôle magnésien: Enstatite Mg2 [(SiO3)2]
- 1 pôle ferreux: Orthoferrosilite Fe2[(SiO3)2]
Fe2+ et Mg2+ qui peuvent se substituer en toute proportion
Mg2(S2O6)
Enstatite Bronzite Hypersthène Ferro-hyperstène Eulite Orthoferrosilite
(Mg,Fe)2(S2O6) Fe2(S2O6)
Pôle Mg Pôle Fe
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-l’hypersthène (Mg,Fe)2(Si2O6),.
Le pléochroïsme nul pour l’enstatite
s’accentue en allant vers la ferrosillite,
l’extinction est droite.
Les orthopyroxènes magnésiennes s’altèrent en serpentine ou talc,
sous l’influence d’actions hydrothermales, l’ouralitisation
(transformation en amphibole).
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- Y= Fe2+, Mg2+ et Al3+ cation moyen
- X= Ca2+ ou Na+ gros cation
ce sont les espèces les plus nombreuses.
IV.1. 2. Clinopyroxènes (ferro-magnèsiens et calciques)
Ce sont des séries isomorphes parfaites
Mg, Ca (Si 2 O6) Ca (Mg, Fe) (Si 2 O6) Mg, Fe (Si 2O6)
Diopside Salite Ferro-salite Hédenbergite
A. Clinopyroxènes calco-ferromagnésiens
cette série comprend le diopside et l’hedembergite,
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Diopside: CaMg(Si2O6),
Hedenbergite: CaFe(Si2O6),
c. Augite (Ca,Mg, Fe2+, Fe3+,Al,Ti) [(SiAl)2O6].
a. Clinopyroxènes calco-ferromagnésiens
cette série comprend le diopside et l’hedembergite,
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Jadéite, NaAl(Si2O6),
Spodumène, LiAl(Si2O6),
b) Les clinopyroxènes alcalins
- Jadéite (X= Na, Y=Al3+)
- Spodumène (X= Li, Y= Al3+)
- Aegyrine (X= Na, Y= Fe3+)
Aegyrine, Na Fe3+(Si2O6), par suite du remplacement
Na Fe3+ Ca, Mg, Fe2+.
Clinopyroxène (augite)
• macle sur {100}
Le classement de l'ensemble des Pyroxènes s'effectue suivant le
principe d'un diagramme triangulaire dont les pôles sont occupés
par des minéraux contenants exclusivement :
- Soit du Mg (Enstatite)
- Soit du Fe (Ferrosilite)
- Soit du Ca (Wollastonite).
Diopside Hedenbergite
Wollastonite
Enstatite Ferrosilite
orthopyroxènes
Clinopyroxènes
(augite)
pigeonite
Fe2[SI2O6]Mg2[SI2O6]
Ca Fe[SI2O6]Ca Mg[SI2O6]
Ca2[SI2O6]
Les pyroxènes : des cristaux trapus
Diopside : Ca Mg (Si2 O6 )
Augite (clinopyroxène, CPX), gabbro.
Elle a une biréfringence irrègulière bleu du 2ème ordre..
L.N LPA
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Sont comme les pyroxènes des silicates à chaîne simple mais cette
chaîne présente une unité structurale différente : dans la
wollastonite l'unité structurale est formée de 3 tétraèdres.
Wollastonite (SiO3)Ca, sont des minéraux typiques du
métamorphisme des roches carbonatées.
Rhodonite (SiO3)Mn, minéraux typiques des roches
métasomatiques
LES PYROXENOIDES
Pyroxènoides
Wollastonite
Répétition 3-tet
Rhodonite
Répétition 5 tétraèdres
Pyroxène
Répétition 2-tet .
7.1 A
12.5 A
5.2 A
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Formule générale:
W0-1 X2 Y5 [Z8O22] (OH, F, Cl)2
W = Na K
X = Ca Na Mg Fe2+ (Mn Li)
Y = Mg Fe2+ Mn Al Fe3+ Ti
Z = Si Al
Les Amphiboles
Formule simplifiée: Si8O22(OH)2(XY)7.8
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Les Amphiboles
Ces minéraux qui ressemblent aux Pyroxènes, pour leur
chimie, ont une structure caractérisée par des chaînes de
tétraèdres doubles.
Les deux files sont reliées par des ponts O. Dans chaque
file, comme chez les Pyroxènes, chaque tétraèdre a 2 O en
commun avec les tétraèdres voisins, mais 1 tétraèdre sur 2, a
en plus, 1 O en commun avec son correspondant sur l'autre
file.
Le radical est [Si4 O11]6- et entre les files se placent [OH] ou
de gros ions alcalins,
Ion
Positif
Double chaînes
Clivages 56 et 124 degré
Formule simplifiée:
Si8O22(OH)2(XY)7.8
Exemples:
Cummingtonite
La grunérite Fe7Si8O22(OH)2.
(Mg,Fe)7Si8O22(OH)2.
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V.2.1. Orthoamphiboles:
de formule: (Mg2+,Fe2+)
7[Si4O11(OH)]2, c’est une série isomorphe qui
va du pôle Mg au pôle Fe.
Anthophyllite : est essentiellement magnésienne,
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V.2.2. Clinoamphiboles (monocliniques)
a) Série ferromagnésienne, X= Fe, Mg (30 à 100% du Fe).
Ca2Mg5Si8O22(OH)2
Ferroactinolite
Ca2Fe5Si8O22(OH)2
Anthophyllite
Fe7Si8O22(OH)2
Actinolite
Cummingtonite-grunerite
Orthoamphiboles
Clinoamphiboles
Trémolite
Cummingtonite
Mg7Si8O22(OH)2
grunerite
Une amiante : la trémolite
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- Cummingtonite-grunerite:
La cummingtonite (Mg,Fe2+)7[Si4O11(OH)]2 forme une série continue
avec la grunerite (Fe2+,Mg)7[Si4O11(OH)]2.
Cummingtonite grunerite
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b) Série calcique, X= Ca
- Trémolite-actinote:
La trémolite (Ca,Mg)5[Si4O11(OH,F)]2 forme une série continue avec
l’actinote Ca2(Mg Fe2+)5[Si4O11(OH,F)]2,
Actinolite
les termes les plus riches en fer sont rares (ferroactinote), les
individus sont allongés, striés longitudinalement et souvent
courbés. Le clivage est excellent et les macles sont communes.
trémolite
Trémolite
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Hornblende :
Hornblende avec 2 clivages 56-124º Hornblende maclé
Cristaux de Hornblende
Hornblende en lame mince
Gîtologie: c’est un minéral commun
des rochesmagmatiques ou méta-
morphiques tellesque granite, syénite,
diorite, gabbro, basalte, andésite, gneiss
ou schiste. C'est aussi le minéral
principal de l'amphibolite.
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La Riebeckite, Na2(Fe3
2+Fe2
3+)[Si4O11(OH,F)]2
forme une série isomorphe avec le glaucophane
Fe3
2+, Fe2
3+ Mg, Al , les termes intermédiaires
sont appelés crossites.
c) La série sodique, X= Na
Formule générale Na2(X3
2+Y2
3+)[Si4O11(OH)]2
- Riebeckite-Arfredsonite:
L’Arfredsonite est une espèce assez différente de formule
Na2,5 Ca0,5 (Fe3
2+ ,Mg, Fe2
3+, Al) [Si4O11(OH,F)]2.
Les cristaux sont bien allongés et asbestiformes,
la Glaucophane, magnésienne, Monoclinique
[Si8 O22 (OH)2 Na2 Mg3 Al2]
Ce minéral se présente en prismes fins et allongés de
teinte bleu. glaucophane
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Les amphiboles (surtout calciques) sont plus sensibles et s’altèrent
en chlorite, épidote et calcite. Sont des minéraux hydroxylés qui
supportent mal les hautes températures, à très haute température ils
donnent des pyroxènes et se dissous vers 800-1500ºC.
Les amphiboles peuvent provenir de la transformation des
pyroxènes par altération appelée ouralitisation.
Ils ont un domaine de stabilité plus réduit que celui des pyroxènes.
Dans les conditions plus sévères les amphiboles disparaissent .
Les amphiboles sodiques vont de pair avec les pyroxènes sodiques.
Intérêt des amphiboles
•Les amphiboles sont d ’excellents indicateurs de pression
Trémolite Pr. Peu intense Epizone
Trémolite très verte Pr. Moyenne Mésozone
Pargasite-Hastingsite Pr. forte Catazone
Tschermakite Pr. très forte Catazone
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V. LES PHYLLOSILICATES
Se sont des silicates en feuillets.
Les tétraèdres ont en commun 3 O qui forment une face (base).
On réalise ainsi des couches de tétraèdres, disposés selon un
motif hexagonal, avec des pointes d'un même côté. La base de
la couche correspondant aux bases triangulaires est
électriquement neutre.
Structure : feuillets formés par la superposition de couches de
tétraèdres et de couches d'octaèdres.
Dans la famille des argiles, on observe dans les tétraèdres des
substitutions de l'atome Si4+ par Al, K, Na, Mg ou Fe.
Ainsi les minéraux argileux sont constitués par une trame
silicatée, qui s'étend d'une façon infinie dans un plan (001) et
qui est obtenue par la condensation latérale d'une infinité de
chaînes de type amphibole rubannée ou de type Pyroxène.
Ces plans se superposent et on abouti suivant les cas à des
motifs à 2 couches, 3 couches, 4 couches.
Cette organisation conduit à des cristaux qui sont tous aplatis
avec un clivage (001) parfait. Ils sont mous et nous montrent
des lamelles de clivages flexibles, voire même élastique,
comme dans les micas.
Cette structure en motif conduit à la composition des différents
types de Phyllites.
• Du grec phyllon = feuille : le radical est (Si4 O10)4- : réseau plan à maille
hexagonale. Formule structurale Si4 O10(OH)2
6- que complète :
 une couche d'octaèdres de type brucite, Mg (OH)2,
 ou de couche d'octaèdres type gibbsite, Al (OH)3.
•3 motifs d'association des couches tétraédriques (Te) et octaédriques (Oc)
•servent de base dans la construction du feuillet des phyllites :
[Si2O5]2- feuillets de tetraèdres Phyllosilicates
micas talc minéraux argileux serpentine
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V. Les Phyllosilicates
[Si4O10(OH)2]4-
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Ce sont des silicates en feuillets.
Les tétraèdres ont en commun 3 O qui forment une face (base).
Structure : feuillets formés par la superposition de couches de
tétraèdres et de couches d'octaèdres.
Cette structure en motif conduit à la composition des différents types
de Phyllites.
Selon le type de couche, les phyllosilicates sont classés dans les
groupes suivants :
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1. Phyllosilicates TOT:O ou 2 : 1 : 1
où la couche est formée de trois feuillets TOT et un autre
feuillet O isolé, l’épaisseur de la couche étant environ 14Å :
Groupe de chlorite (vert)
Formule générale: [(Si,Al)4O10(OH)2](Mg,Fe)3(OH)6.
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2. Phyllosilicates TOT ou 2 : 1, trois couches
Où la couche est formée de deux feuillets T dans les deux
côtés d’un feuillet O, l’épaisseur de la couche étant environ
10Å :
Talc Si4O10(OH)2Mg3, minéral tendre
Pyrophyllite
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- micas noirs, biotite (micas ferromagnésiens )
C’est une série isomorphe entre un pôle Mg (phlogopite) et un pôle
Fe (annite).
Les biotites intermédiaires [Si3AlO10(OH)2]K(Mg,Fe)3: sont des
minéraux de haute température. Elle s’altère en chlorite
(chloritisation).
- mica alumineux, (mica blanc = muscovite)
de formule générale [Si3AlO10(OH)2]KAl2, sont des minéraux de
basse température, et qui en s’altèrent pas.
c. Les micas
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- Serpentine Si4O(Mg), sont des minéraux d’altération
hydrothermale de l’olivine.
- Kaolinite (argile), Minéral alumineux, C’est un produit
d'altération des Plagioclases.
3. Phyllosilicates TO ou 1 : 1,
Où la couche est formée d'un feuillet T et d'un feuillet O, l’épaisseur
de la couche étant environ 7Å :
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- Serpentine Si4O(Mg), sont des minéraux d’altération
hydrothermale de l’olivine.
- Kaolinite (argile), Minéral alumineux, C’est un produit
d'altération des Plagioclases.
- Illite
- Montmorillonite
- Vermiculite
3. Phyllosilicates TO ou 1 : 1,
Où la couche est formée d'un feuillet T et d'un feuillet O, l’épaisseur
de la couche étant environ 7Å :
VI. LES TECTOSILICATES
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VI. LES TECTOSILICATES (tectoneia= cadre)
Ce sont des silicates construits à l'aide de tétraèdres disposés en
édifices à trois dimensions.
En fait, les tétraèdres de base SiO4 que l'on retrouve dans tous les
silicates, sont ici soudés les uns aux autres par leurs quatre sommets.
Donc : chaque atome d'oxygène appartient à 2 tétraèdres voisins.
Formule structurale : SiO4/2 soit SiO2
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On subdivise cette famille en cinq groupes, dont trois importantes.
1- Groupe de la silice: [SiO2]
La majeure partie de la silice est sous forme de quartz, dont il existe
diverses variétés, différent soit par leur réseau cristallin, soit par des
singularités morphologiques extérieures (impuretés par exemple).
a. Les polymorphes de la silice
Il existe plusieurs formes de silice avec une même composition
chimique.
D’après Swamy et
Saxena (1994) .
Stishovite
Coesite
- quartz
- quartz
Liquid
Tridymite
Cristobalite
600 1000 1400 1800 2200 2600
2
4
6
8
10
Pressure(GPa)
Temperature oC
Pression(Gpa)
Liquide
D’après Swamy et Saxena (1994) .
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• Au dessous de 1710°, température de fusion de la silice,
ce n’est pas du quartz qui se forme, mais de la
cristobalite, minéral généralement isotrope, qu’on voit
parfois dans les verres ou des produits industriels, elle est
instable au dessous de 1470°C. Elle est violettes avec des
ions Fe 3+ .
• De 870 à 1470°C la forme stable de la silice est la tridymite,
elle peut persister à basses températures, de sorte qu’elle
persiste dans certaines roches volcaniques.
• Au dessous de 870°C, la forme stable de la silice est le
quartz, c’est un minéral cristallisant en prisme hexagonaux,
habituellement transparent, très dur (rayant le verre et
l’acier) à cassures conchoïdales, extrèmement résistant aux
agents chimiques et physiques.
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Les tétraèdres sont disposés en hélice suivant l’axe du cristal. Il y
a deux formes:
-  jusqu’à 573°C (rhomboédrique).
-  de 573 à 870°C (hexagonale)
Le quartz est un mineral filonien (qui se trouve dans les filons) et se
trouve aussi dans les gîtes hydrothermaux.
En général dans les roches magmatiques il est
xénomorphe, et dans les cavités géodiques il est
automorphe, dans les roches il est incolore.
- Améthyste: quartz qui contient des inclusions des
oxydes Fer “Fe3+“ et apparaît violet.
- Quartz rose: Quartz qui contient des inclusions
de Mn ou de Fe3+ et apparaît rose.
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-Qtz. Enfumé: quartz qui contient des inclusions
-de Al3+.
- Qtz. laiteux: quartz qui contient des fluides
-(liquide ou gaz).
Variétés macrocristalines de qtz
Quartz Enfumé
Quartz laiteux
Améthyste: Fe
citrine
Q.transparent
Quartz vert
Oeil de tigre
Qtz noir
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Les polymorphes de haute pression
- Coesite, monoclinique.
- Stishovite, quadratique.
D’autres formes de la silice existent dans les roches sédimentaires
qu’on peut appeler :
Opale
- Calcédoine: silice anhydre fibreuse et donne des silex.
- Agate: dans les geôles forme un zonage concentrique
de différentes couleurs de calcédoine.
- Opale : silice hydratée pratiquement amorphe, la teneur
en H2O est comprise entre 6 et 10%.
ìopa,
Opale: SiO2.nH2O
Onyx
jaspe
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2. Groupe des feldspaths
- [Si3AlO8]K : orthose (potassique)
- [Si3AlO8]Na : albite (sodique)
Felds. Plagioclases:
Calco-sodique
- [Si3AlO8]Ca : anorthite (calcique)
On distingue classiquement dans les roches cristallines
(magmatiques et métamorphiques) 2 groupes de feldspath de
formule générale (SiO2)0- dans laquelle Al se Si, une valence est
ainsi libérée:
Les feldespaths constituent le ¾ de l’écorce terrestre.
Felds. Alcalins:
sodi-potassique
Les Feldspaths de ces deux groupes se comportent différemment
en fonction de la température de formation des roches; ainsi :
Feldspath
Al
Na
Si
O
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- roches de haute température : effusives.
Les deux groupes de Feldspaths y sont représentés par 2 séries
continues, 2 solutions solides (on peut tous les représenter par le
diagramme triangulaire). La Sanidine est le Feldspath alcalin
des roches effusives acides, type Rhyolite qui ont atteint
1000°C.
- roches de basses températures : plutoniques.
Ce sont les roches de profondeur pour lesquels la classification est
plus réduite : ce sont les Feldspaths cristallins cristallisant à
650°C.
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A Haute
temperature
Plagioclase (de l’albite .....Anorthite)
Felds. Alcalin
...... Sanidine (roches Rhyolite,
Trachyte, Phonolite)
...... Orthose (roches volcaniques
et plutoniques
A basse
temperature Plagioclase (de l’albite .....Anorthite)
Orthose, microcline
Solution solide limité entre feldspaths alcalins
à basse température : formation de structures
caractéristiques (perthites)
Orthose
AnorthiteAlbite
serie bassa T
serie alta TSérie Haute
Température
Série basse
Température
An10-30 An30-50 An50-70 An70-90
Feldspaths Plagioclases
Felspaths Plagioclases
Felspaths instables
Felspaths instables
An100
Or100
Ab100
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Les Feldspaths potassiques [Si3AlO9]K
L' Orthose, Monoclinique existe surtout dans les roches magmatiques
et se reconnaît microscopiquement à l'existence fréquente de la macle
de Carlsbad.
Ces 2 macles ayant des orientations orthogonales cela se traduit, en
lames minces observées au microscope, en lumière polarisée et
analysée, par un quadrillage chatoyant.
Le microcline, Triclinique est observable surtout dans les
roches métamorphiques, il présente une association de
deux macles: la macle de l'Albite et celle de la Péricline.
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Toujours en lame mince, on peut également observer une structure
interne particulière à ces Feldspaths : les Perthites.
Ce sont des minéraux dont les composants ne se sont pas mélangés,
ou se sont dissociés, en raison de la formation à basse température.
Ces composants sont l'Orthose et l'Albite (solution solide). On
observe, au microscope, des sections d'Orthose qui présentent, en
leur sein, des bandes plus ou moins égales et plus ou moins
anastomosées d'Albite.
Cette série est complète dans les laves et les autres roches
cristallines. La modification de composition des Plagioclases se
traduit, dans des cristaux de différentes espèces, par une
modification de l'angle d'obliquittée  de l'élipsoïde.
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Les Plagioclases
Formule: [Si3O8Al]Na-Ca
Ces minéraux sont décrits comme une solution solide : c'est une
série isomorphe de l'Albite à l'Anorthite, fractionnée de façon
arbitraire:
- Albite(Ab) : 0 à 10% An
- Oligoclase : 10 à 30% An
- Andésine : 30 à 50% An
- Labrador a : 50 à 70% An
- Bytownite : 70 à 90% An
- Anorthite : 90 100% An.
Mineraux dans le Granite
Plagioclases:
Feldspaths Potassiques
Inclusion
Et altération
Macles polysynthetiques
Plagioclase
L.P.A :
L.P.N.A :
Microstructure de:
- Perthite - anorthite intercroissement de Na-feldspath dans
K-feldspath
- Antiperthite: K-feldspth dans Na-Feldspath
Na-feldspath
K-feldspath K-feldspath
Microcline
L.P.A :
quadrillage fin chatoyant subrectangulaire
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Les Feldspathoïdes
Se sont des silicates proches des Feldspaths, mais qui contiennent
moins de Silice. De ce fait, la cohabitation de ces minéraux avec la
Silice libre (le quartz ) est impossible.
- La Néphéline
C'est le plus commun des feldspathoïdes et elle peut exister dans
toutes les roches sous-saturées.
Elle cristallise dans le système hexagonal.
Ce minéral est délicat à reconnaître en lames minces, ses caractères
optiques ressemblent trop à ceux des Plagioclases.
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- La Leucite
Ce minéral ne se rencontre que dans les laves. On peut le placer en
équivalence avec l'Orthose.
La Leucite cristallise dans le système cubique.
-L' Haûyne
Elle cristallise dans le système cubique.
- L' Analcime
Ce minéral qui cristallise dans le système cubique, se
rencontre surtout dans les laves de type Basaltes.
Les es zéolites
Les zéolites peuvent échanger facilement leurs cations
Ca2+ 2 Na+ ou (Si, Na) (Al, Ca)
ce qui est à l'origine de très nombreuses variétés :
* Zéolites fibreuses type natrolite Na2( Si3Al O10)2H2O ;
* Zéolites lamellaires type heulandite (Ca, Na2) 2 ( Si7Al2O18) 6H2O ;
* Zéolites orthorhombique type laumonite CaSi4, Al2O124 H2O
* Zéolites cubique type analcime Na Si2AlO6 H2O
Zéolites fibreuses type natrolite
Zéolites lamellaires type heulandite
Résumé: Principaux minéraux silicatés

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Cours de mineralogie chap4 fin silicates

  • 1. MINERALOGIE PRINCIPAUX MINERAUX CONSTITUTIF DE L’ECORCE TERRESTRE Parmi tous les éléments connus à la surface de la terre (plus de 80, si l’on omet les gaz rares et les éléments radioactifs des roches), les seuls abondants sont: Elément % en poids % en volume O 46,6 93,8 Si 27,7 0,8 Al 8,1 0,5 Fe 5,0 0,4 Ca 3,6 1,0 Na 2,8 1,3 K 2,6 1,8 Mg 2,1 0,3
  • 2. Constitution de la croute continentale 94% du volume de la croûte continentale est constitué d’oxygène Si et Al sont les plus abondants (SIAL : nom de la croûte) Si+O=74.3% en masse Silicates = 95% en masse
  • 3. Le silicium et l'oxygène comptent pour près les trois quarts (75%) de l'ensemble des matériaux de l’écorce terrestre. Il n'est donc pas surprenant qu'un groupe de minéraux composés fondamentalement de Si et O avec un certain nombre d'autres ions et nommé silicates, compose à lui seul 95% du volume de la croûte terrestre. Les minéraux sont stables dans les conditions précises de température, de pression et de milieu chimique. Comprendre la transformation d’un minéral en un autre est indispensable lorsque l’on envisage les phénomènes d’altération des roches, de granitisation, de métamorphisme, etc..
  • 4. CLASSIFICATION DES MINÉRAUX On connaît environs 20.000 espèces de minéraux, avec plus de 1.000 variétés. Une centaine seulement sont regroupés en une dizaine de groupes, les derniers sont rassemblés en deux grandes familles: Les silicates (avec silicium) : représentent eux seuls près de 90% du poids et du volume de l’écorce terrestre. Les non silicates (pas de silicium)
  • 6. Les minéraux silicatés possèdent une structure de base composée des ions Si4+ et O2-. Le silicium a une coordinance tétraèdrique par rapport à l’oxygène et la liaison Si-O est de nature ionique est très forte. L’oxygène et le silicium étant les éléments les plus abondants de l’écorce terrestre, les silicates seront donc les minéraux les plus répandus. RAPPEL. MOTIF ELEMENTAIRE DE LA STRUCTURE DES SILICATES: Le tétraèdre
  • 7. •Composition chimique de SiO4 par convention [SiO4], [Si4+O4 2-]4-., le Si4+ est entouré de 4 oxygènes O2- voisins qui l’entoure, on dit que le silicium est en position tétra-coordonné et que sa coordinence par rapport à l’oxygène est IV, on écrit SiIV ou [Si4+]IV, il y a donc 4 charges négatives à neutraliser soit par polymérisation de polyèdres identiques, soit par combinaison avec un cation cations K+, Mg2+, etc.... Cette neutralité assure la stabilité électrique des minéraux: Electro- neutralité. La liaison Si-O, est à prédominance ionique plus forte.
  • 8. CLASSIFICATION DES SILICATES: (structurale, enchaînement des tétraèdres SiO4). Si on relie les centres des oxygènes, on obtient un volume qui forme un tétraèdre, le tétraèdre de base. Le silicium occupe le centre du tétraèdre. Le calcul des charges électriques montre qu'un tétraèdre est chargé négativement : (SiO4)4- La charge d'une structure minérale doit être neutre. Dans les silicates, il y a deux façons de neutraliser les charges: lier ensemble les tétraèdres par leurs oxygènes (liens tétraèdre à tétraèdre), et/ou insérer entre les tétraèdres des ions positifs, comme des fer, des magnésium, ou des potassium (liens métalliques).
  • 9. Polymérisation C'est ainsi que la classification des silicates est établie d'après l'agencement des tétraèdres (SiO4) les uns par rapport aux autres. Selon la complexité croissante des associations de tétraèdres on distingue les classes suivantes .: 1. Nésosilicates: (SiO4)4- 2. Sorosilicates: (Si2O7)6- 3. Cyclosilicates: (Si6O18)12- 4. Inosilicates: (SiO3)2- et (Si4O11)6- 5. Phyllosilicates: (Si4O10)4- 6. Tectosilicates: (SiO2)
  • 10. Polymérisation Type de silicate Formule structurale Arrangement des tétraèdres Rapport Si/O Exemples de minéraux Nésosilicates (SiO4)4- Isolés 1:4 Olivine (Mg,Fe)2SiO4 Sorosilicates (Si2O7)6- Doublets 2:7 Hémimorphite Zn4(Si2O7)(OH)2.H2O Cyclosilicates (Si6O18)12- Cycles 1:3 Béryl Be3Al2 (Si6O18) Inosilicates (SiO3)2- Chaînes (pyroxènes) 1:3 Enstatite Mg2 (Si2O6) (Si4O11)6- Rubans (amphiboles) 4:11 Trémolite Ca2Mg5(Si8O22)(OH)2 Phyllosilicates (Si4O10)4- Feuillets 2:5 Talc Mg3(Si4O10)(OH) 2 Tectosilicates (SiO2) Réseau tridimensionnel 1:2 Quartz SiO2
  • 11. Polymérisation des tétraèdres silicatés : un moyen de neutraliser les charge des oxygènes Cette organisation est la base de la classification des silicates
  • 12. Nésosilicates Cyclosilicates Ino. en Chaîne simple Ino. en chaîne double PhylloSilicates (SiO4)4- (Sin O3n)2n- (Si2 O6)4- ((Si4 O11) OH)11- (Si4O10(OH2))6- Inosilicates Sorosilicates (Silicates en feuillet) (Si2O7)6- (SiO2) TectoSilicates(Silicates en charpente)
  • 13. La polymérisation est définie comme étant l'union de plusieurs molécules d'un même composé pour former une grosse molécule, exemples : ((SiO4)4-)n polymère de (SiO4)4-. Selon Ringwood, c'est le degré de polymérisation qui fixe le comportement complexant ou non, et notamment le rapport des anions O2-, (OH)- et F-, à celui des cations de Si4+ et Al3+ : 1.1. Polymérisation des tétraèdres silicatés (O2- + (OH)1- + F1-) (Si4+ + Al3+) R =
  • 14. Polymérisation faible, rapport R élevé : Magma riche en anions O2-, (OH)-et F- et pauvre en cations de Si4+ et Al3+ : les éléments mixtes se lient à l'oxygène en formant des complexes avec l'oxygène. Polymérisation forte, rapport R faible: Magma pauvre en anions O2-, (OH)-et F- et riche en cations de Si4+ et Al3+ : les éléments mixtes deviennent libres dans le magma. Remarque : Plus la taille et/ou la charge de l'ion central est grande, est moins le complexe aura tendance à substituer (SiO4)4-. Ces complexes s'enrichissent lors de la cristallisation dans les liquides résiduels, ils sont dits "Eléments incompatibles ou hygromagmaphiles» pour traduire leur forte affinité pour le liquide magmatique.
  • 15. Minéraux silicatés Tétraèdre (SiO4 )4 - : motif élémentaire des minéraux silicatés
  • 16. Site hexacoordonné Site VI ou motif en octaèdre Site octacoordonné Site VIII ou motif en cube
  • 18. 1. Nésosilicates et Sub-nésosilicates (ou silicates à tétraèdres indépendants) a. Structure de base Dans les nésosilicates, les tétraèdres (SiO4)4– sont isolés et ne mettent en commun avec les tétraèdres voisins (SiO4)4– aucun oxygène. Ils sont reliés entre eux par des cations de liaison tel que Mg2+, Fe2+, Fe3+, Ca2+, Mn2+, Al3+, Ti4+, Th4+, Zr4+ ...., qui isolent les différents groupes d'oxygènes assemblés en tétraèdres. La composition de cette structure de base est donc (SiO4)4–. Ces cations assurent la neutralité électrique de l'ensemble.
  • 19. Vue des différents sites M1 et M2 etdes sites tétraédriques Structure de l’Olivine Sites M1 // à l’axe C, liés par arêtes Sites M2 isolés entre eux liés par arêtes aux sites M1 Les sites M1 et M2 sont liés aux tétra par arêtes et par sommets Olivine rond bleu = M1 rond jaune= M2
  • 20. b. Nésosilicates On classe les nésosilicates d'après les dimensions des cations des liaisons : - Petits cations : Be2+ (Béryllium), Li+, (lithium) et Zn2+ (Zinc) ; - Cations moyens : Mg2+ (Magnésium), Fe2+ (Fer), Ca2+ Calcium), Mn2+ (Manganèse), etc. ; - Gros cations : Zr4+ (Zirconium) et Th4+ (Thorium). - Nésosilicates petits cations Les cations de petite taille comme Be2+ (Béryllium : 0.34A) et Li+ (lithium : 0.68A) et Zn2+ (Zinc : 0.75A) entrent dans la composition de : ** La phénacite (SiO4)Be2 ** La willémite (SiAlO4)Li ** L'eukryptite (SiO4)Be2 Ces minéraux sont rares, la phénacite et l'eukryptite se rencontrent associés aux pegmatitiques; alors que la willémite caractérisée par sa fluorescence verte, n'est abondante que dans les gisements zincifères.
  • 21. Fayalite Olivines (ss) Forstérite (SiO4) Fe2 (SiO4) (Fe, Mg)2 (SiO4) Mg2 0% 10 % 90% 100% - Nésosilicates à cations moyens: Groupe des péridots (ou olivines) : cations de liaison Fe ou Mg Ferro-ortonolite Hortonolite Hyalo-sidérite Chysolite Formule générale: (Fe,Mg)2SiO4
  • 22. Par emplacement réciproque de Mg par Fe on a une série de minéraux isomorphes (sont des minéraux qui ont une composition intermédiaire entre deux composés dont les propriétés physiques changent de façon continue d’un composé à l’autre), ces minéraux sont appelés péridots ou bien olivines. L’olivine commune est facilement reconnaissable a son aspect grenu, les grains étant généralement arrondis, la cassure de chaque grain est conchoïdale avec un éclat huileux, la couleur est jaune verdâtre à verte. La forstérite peut être incolore et transparente tandis que les fayalites sont de couleur brune à noire. L’olivine se trouve dans les roches basiques c’est à dire (quantité de silicium < 65%), gabbro, basaltes et les roches ultrabasiques comme la péridotite qui constitue le manteau supérieur. L’altération classique se propage le long des fractures en Serpentine (chrysolite ou antigorite) dans les roches plutoniques.
  • 23. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger bâti structural homogène, d'où la forme constante : de dodécaèdre rhomboïdal. Troncature sur les arrêtes et les sommets. Cube Groupe des grenats
  • 24. Ils ont pour formule structurale générale : (SiO4)3 Y2 X3 12- 6+ 6+ Y = Cations petits, trivalents comme : Al3+, Fe3+, Cr3+, et Ti3+ X = Cations moyens bivalents : Fe2+, Mg2+, Mn2+ et Ca2+ Les différentes espèces des grenats sont : Grenats alumineux (riches en Al) (SiO4)3 Al2 Mg3 (1) : Pyrope (ou grenat magnésien) (SiO4)3 Al2 Fe3 (2) : Almandin (SiO4)3 Al2 Ca3 (3) : Grossulaire (SiO4)3 Al2 Mn3 (4) : Spessartine Grenats férrifères et chromifères (SiO4)3 Fe2 Ca3 (5) : Andradite (SiO4)3 Cr2 Ca3 (6) : Ouvarowite Série non calcique : Pyralspite (1 + 2 + 4).
  • 25. Il n'existe aucun composé intermédiaire entre spessartine et pyrope. Par contre, Il y a tous les composés intermédiaires entre pyrope-almandin d'une part, et almandin-spessartine d'autre part. (SiO4)3 Al2 Mn3 (SiO4)3 Al2 Mg3 (SiO4)3 Al2 Fe3
  • 26. Ouvarovite Grossulaire Andradite Ca3Al2[SiO4]3 Ca3Cr2 [SiO4] 3 Ca3Fe2[SiO4]3 -Série calcique -X3 2+= Ca3 2+ : La série calcique varie par le Cr, Al et le Fe. elle comprend les grenats de type ouvarovite, grossulaire et andradite. Cette série est indépendante de la première, avec comme particularité la présence de calcium dont le rayon ionique est de 1.01A, ce qui va introduire de légère distorsion dans le réseau du grenat. Ce qui explique la particularité optique du grenat (légèrement biréfringent).
  • 27. Grenat ferrique (andradite) Les grenats présentent généralement des faces bien développées (SiO4)3Fe2Ca3
  • 29. caractéristiques en LPNA caractéristiques en LPA Sections hexagonales ou pentagonales de couleur rose pâle ou incolores. Bordure et craquelures bien visibles. Fort relief par rapport aux autres minéraux. Teinte noire (=éteint) quelle que soit l'orientation du cristal.
  • 30. - On trouve la pyralspite dans les roches magmatiques (granite, pegmatites, aplites), dans les roches métamorphiques (gneiss, micaschistes, granulites, amphibolites). - L'ougrandite est spécifique du métamorphisme de contact, des séries calcaires (cipolin, cornéenne calcique, skarns) ; dans les roches magmatiques alcalines (syénite, néphélinite, phonolite, ijolite, granite et rhyolite). ** Gros cations : le zircon et la thorite
  • 31. Dans le zircon, le cation de liaison est le zirconium (Zr). Dans la thorite, le cation de liaison est le thorium (Th). Lorsque le zircon contient l'uranium (U), ce dernier se désintègre en donnant le Pb radiogénique, ce qui produit un rayonnement radioactif; ce qui a pour conséquence de former des haloradioactivités (zones circulaires noires dans le cas de la biotite). Le plomb radiogénique sert pour la datation géochronologique (chronologie absolue). Le zircon se trouve essentiellement dans les roches magmatiques (granite, diorite, syénite néphélinique, pegmatite et carbonatite) ; mais également dans les roches métamorphiques (gneiss) et les roches sédimentaires d'origine détritique.
  • 32. c. Sub-nésosilicates Nous avons ici affaire à trois silicates qui ont la même composition chimique, mais qui diffèrent par leur caractère cristallographique (Les 3 polymorphes ): Andalousite (orthorhombique) Sillimanite (orthorhombique) Disthène (triclinique Silicates d'alumine (SiO4) Al2O Nous pouvons écrire cette formule SiO2Al2O3 , ce qui met en évidence que, dans ces minéraux, une molécule de silicate (tétraèdre) unie à une molécule d'alumine octaèdre.
  • 33. L'andalousite se trouve dans les roches métamorphiques, formant parfois de gros prismes en bâton de craie, bien visibles à l'oeil nu. La sillimanite est un minéral courant des roches métamorphiques, elle se présente en prismes aciculaires (forme d'aiguille), ou en bouquets de fibres microscopiques. Le disthène est un minéral des roches métamorphiques, il se présente en baguettes aplaties, à clivage parfait, d'une teinte bleuâtre et nacrée.
  • 34. Les trois polymorphes se partagent la presque totalité de l'espace: PRESSION - TEMPERATURE. Stabilité des silicates d’alumines Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger D 3.23-3.27 D= 3.13-3.16 D = 3.53-3.67 Disthène ou Cyanite Pression(Gpa) Sillimanite Andalousite P-T stabilité des polymorphes (SiO4)Al2O
  • 35. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger diagramme de phase pour Al2SiO5 D = 3.23-3.27 Pression P-T stabilité des polymorphes StaurotideChamps de stabilité de la Staurotide Disthène
  • 36. Remarque De ces silicates nous pouvons rapprocher : - La staurotide : 2(SiO4) Al2O Fe(OH), ce minéral des roches métamorphiques formant des prismes trapus, souvent se présente en X ou en Y - La topaze : SiO4 Al2O (F.OH)2 , ce minéral se trouve dans certaines roches magmatiques évoluées et dans les pegmatites. Il montre une forme de prismes cannelés. - La chloritoïde : (Fe.Mg)2 Al4O2 (SiO4)2 (OH), ce minéral se trouve dans les roches métamorphiques.
  • 37. macle en croix latine macle en croix Saint-André La staurotide Les silicates d’alumines sont des minéraux typiques de métamorphisme qui s’altèrent en produits micacés (damourite).
  • 38. Le disthène : minéral indicateur de haute pression Les silicates d ’alumine
  • 39. Andalousite LNLNLN LPA LPALPA Sillimanite Disthène Minéraux Al2SiO5 en lames minces Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger biréfringence And Sil
  • 41. La formule de base: [Si2O7]6- Il y a peu de représentant de ce groupe dans la nature II. 2. LES SOROSILICATES VRAIS Les mélilites Sont des sorosillicates dont les compositions variant depuis un terme magnésien Ca2Mg[Si2O7], jusqu’à un terme substitué alumineux Ca2Al[SiAlO7]. Le groupe de la mélilite, c’est une série continue isomorphe entre deux pôles. (Structures en double tétraèdres) II. LES SOROSILICATES
  • 42. Akermanite Gehlénite Sont des sorosillicates dont les compositions variant depuis un terme magnésien Ca2Mg[Si2O7], jusqu’à un terme substitué alumineux Ca2Al[SiAlO7]: Le groupe de la mélilite Cristallisent dans le système quadratique, ce sont des minéraux sous saturés en silice (roche basanite). les mélilites jouent le rôle d’un feldspathoïde calcique. Ca2Mg[Si2O7] Ca2Al[SiAlO7] Intermédiaires Terme magnésien (présent dans les cornéennes calciques) Terme substitué alumineux (présent dans les R. Magmatiques les plus pauvres en SiO2) Åkermanite : X = Ca, Y = Mg, Z = Si : Ca2MgSi2O7 Gehlénite : X = Ca, Y = Al, Z = (Al,Si) : Ca2Al[AlSiO7]
  • 43. Ils sont caractérisés par la présence de groupe de deux tétraèdres (Si2O7)6- reliés par un oxygène commun Tétraèdres isolés (SiO4 )4- R3+Ca2Al2OSiO4Si2O7(OH) • Pièmontites, R3+ est représentée par Fe3+. • Zoïsites et clinozoïsites par Al3+. (orthorombique) * Lawsonite, Ca Al2 (Si2O7) (H2O) * Pumpellyite, (SiO4) (Si2O7)2 O(OH)3 (Al, Fe, Ti)5 Ca4 (Mg, Fe2+) •Epidotes et leurs voisines II. 2. LES SUBSOROSILICATES
  • 44. Zoïsite, Ca2Al3(SiO4)(Si2O7)O(OH), orthorhombique. Minéral de métamorphisme régional moyen des calcaires argileux et des marnes. Clinozoïsite,Ca2Al3(SiO4)(Si2O7)O(OH), monoclinique, le remplacement de Fe3+ par Al3+ étant parfait et les rayons ioniques semblables (Fe3+ est cependant un peu plus petit que Al3+). Epidote, Ca2Fe3+Al2(SiO4)(Si2O7)O(OH), monoclinique. Le remplacement de Fe3+ par Al3+ fait passer de façon continue à la clinozoïsite, tandis que la substitution de Fe3+ par Mn3+ conduit à la piemontite.
  • 48. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger [Si4O12]8- : 4 tétraèdres = S. Quadratique [Si6O18]12- : 6 tétraèdres = Système Hexagonal [Si3O9]6- : 3 tétraèdres = S. Rhomboédrique - 3 tétraèdres: [Si3O9]6-: = Système Rhomboédrique - 4 tétraèdres [Si4O12]8- : = S. Quadratique - 6 tétraèdres [Si6O18]12- : = Système Hexagonal Cyclocylicates : (SinO3n)2n- n peut être égale à 3, 4, ou 6
  • 49. Dans cette famille les tétraèdres mettent deux sommets en commun pour constituer des anneaux de 3, 4 ou 6 tétraèdres isolées dans la structure, ils peuvent être réguliers ou non et influencent donc la structure; ces groupes sont les suivants : • (Si3O6)6- bentonite • (Si4O12)8- axinite • (Si6O18)12- tourmaline •(Si3O6)6- bentonite Si4O12)8- axinite •(Si6O18)12- tourmaline
  • 50. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger III. 1- Beryl: Be3Al2(Si6O18) Dans le beryl les anneaux sont liés entre eux par les 3 cations, B+, B2+, Al3+. avec des cations de liaison en plus.
  • 51. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger III. 2. Cordiérite Al3(Mg,Fe)(Si5AlO8). • Xénomorphe dans les roches métamorphiques tel la cornéenne, le gneiss profonds: migmatite à cordiérite • Automorphe dans certains microgranites, dans les pegmatites et les granites à deux micas. Cordiérite : (Si 5 Al O 18 ) (Fe 2+ , Mg) 2 (Fe3+, Al) 3 En faite c'est une série isomorphe entre le pôle férrifère et le pôle magnésien : Fe (Fe, Mg) Mg
  • 52. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger III. 3. Tourmaline Al3Y3Na[Si6O18(BO)3(OH,F)4] Si Y=Mg T. magnésienne Y= Fe T. ferreuse Y= (Li,Al)T. alcaline (ces différents ions sont la cause de diverses couleurs dans le minéral )).
  • 53. Chaînes ouvertes de tétraèdres IV. INOSILICATES inos = fibre
  • 54. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger IV. INOSILICATES, inos = fibre Avec une chaîne simple, dans laquelle le rapport Si:O= 1:3 et avec l’angle d’exfoliation de 87°, de formule [(SiO3)2]4- ou [Si2O6]4-, qu’on appelle: pyroxènes. Avec double chaîne dans laquelle le rapport Si:O= 4:11 et avec l’angle d’exfoliation de 56°, de formule [Si4O11]6- ou [Si8O22]6-, qu’on appelle: amphiboles.
  • 55. [SiO3]2- chaine simple [Si4O11]4- Double chaine (ruban) Pryoxènes pyroxènoïdes Amphiboles Inosilicates
  • 56. Liaison de chaînes simples par des ions métalliques les pyroxènes : Autour d'une chaîne simple, les positions disponibles pour les ions fer et magnésium se trouvent en périphérie et au sommet de la chaîne Dans le cas des amphiboles, on a toujours l'unité de base silicium-oxygène, mais ici une certaine quantité d'atomes d'oxygène est remplacée par des radicaux hydroxyles OH-
  • 57. Le type de clivage indique l’organisation spatiale des polymères silicatés Silicates en chaîne simple Silicates en chaîne double Directions des clivages Faces cristallines Pyroxène Amphibole
  • 58. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger de formule simple: [Si2O6]XY La formule générale des pyroxènes peut s’écrire: W1-P(X,Y)1+P(Si,Al)2O6 dans laquelle: W = Ca Na : cations de grande taille. X = Mg Fe2+ Mn Ni Li: cations de taille moyenne. Y = Al, Fe3+ Cr, Ti: cations de petite taille. IV. 1. Les Pyroxènes
  • 59. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger - Si entre les chaînes, les cations sont des dimensions moyennes (Mg2+ et Fe2+, etc.) la symétrie sera généralement orthorhombique (orthopyroxènes) et rarement monocliniques (cas de la clinoenstatite Mg2Si2O6 par exemple). - Si au contraire les cations sont volumineux (Ca, Na) la symétrie sera monoclinique (clinopyroxènes) .
  • 60. Site Z Y X Coordinence IV VI VIII Tolérance du rayon (géométrie) rayon typique 0.34 à 0.46 m:0.40 0.56 à 0.85 m:0.70 0.85 à 1.15 m:1.00 Petits ions Si4+…………………….………… Al3+………………………..…….. 0.40 0.49…………… 0.51 Ions moyens Fe2+ ……………………………… Fe3+………………….………….. Mg2+……………………….……. Ca2+………………………..……. Na+………………….…………... Ti4+…………….……………….. ………..………. …………………… …………………… …………………… …………………… …..…. 0.74 0.64 0.66 0.99……………. 0.97……………. 0.68 1.03 1.01 Gros ions K+………………….……………. OH-…………..………………….. O2-…………...………….……… …………………… …………………… …………… 1.33 1.40 1.40
  • 61. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger IV.1.1. Les orthopyroxènes (purement ferromagnésiennes) C'est une série isomorphe qui s'étale entre: - 1 pôle magnésien: Enstatite Mg2 [(SiO3)2] - 1 pôle ferreux: Orthoferrosilite Fe2[(SiO3)2] Fe2+ et Mg2+ qui peuvent se substituer en toute proportion Mg2(S2O6) Enstatite Bronzite Hypersthène Ferro-hyperstène Eulite Orthoferrosilite (Mg,Fe)2(S2O6) Fe2(S2O6) Pôle Mg Pôle Fe
  • 62. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger -l’hypersthène (Mg,Fe)2(Si2O6),. Le pléochroïsme nul pour l’enstatite s’accentue en allant vers la ferrosillite, l’extinction est droite. Les orthopyroxènes magnésiennes s’altèrent en serpentine ou talc, sous l’influence d’actions hydrothermales, l’ouralitisation (transformation en amphibole).
  • 63.
  • 64. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger - Y= Fe2+, Mg2+ et Al3+ cation moyen - X= Ca2+ ou Na+ gros cation ce sont les espèces les plus nombreuses. IV.1. 2. Clinopyroxènes (ferro-magnèsiens et calciques) Ce sont des séries isomorphes parfaites Mg, Ca (Si 2 O6) Ca (Mg, Fe) (Si 2 O6) Mg, Fe (Si 2O6) Diopside Salite Ferro-salite Hédenbergite A. Clinopyroxènes calco-ferromagnésiens cette série comprend le diopside et l’hedembergite,
  • 65. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Diopside: CaMg(Si2O6), Hedenbergite: CaFe(Si2O6), c. Augite (Ca,Mg, Fe2+, Fe3+,Al,Ti) [(SiAl)2O6]. a. Clinopyroxènes calco-ferromagnésiens cette série comprend le diopside et l’hedembergite,
  • 66. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Jadéite, NaAl(Si2O6), Spodumène, LiAl(Si2O6), b) Les clinopyroxènes alcalins - Jadéite (X= Na, Y=Al3+) - Spodumène (X= Li, Y= Al3+) - Aegyrine (X= Na, Y= Fe3+) Aegyrine, Na Fe3+(Si2O6), par suite du remplacement Na Fe3+ Ca, Mg, Fe2+.
  • 68. Le classement de l'ensemble des Pyroxènes s'effectue suivant le principe d'un diagramme triangulaire dont les pôles sont occupés par des minéraux contenants exclusivement : - Soit du Mg (Enstatite) - Soit du Fe (Ferrosilite) - Soit du Ca (Wollastonite). Diopside Hedenbergite Wollastonite Enstatite Ferrosilite orthopyroxènes Clinopyroxènes (augite) pigeonite Fe2[SI2O6]Mg2[SI2O6] Ca Fe[SI2O6]Ca Mg[SI2O6] Ca2[SI2O6]
  • 69. Les pyroxènes : des cristaux trapus Diopside : Ca Mg (Si2 O6 )
  • 70. Augite (clinopyroxène, CPX), gabbro. Elle a une biréfringence irrègulière bleu du 2ème ordre.. L.N LPA
  • 71. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Sont comme les pyroxènes des silicates à chaîne simple mais cette chaîne présente une unité structurale différente : dans la wollastonite l'unité structurale est formée de 3 tétraèdres. Wollastonite (SiO3)Ca, sont des minéraux typiques du métamorphisme des roches carbonatées. Rhodonite (SiO3)Mn, minéraux typiques des roches métasomatiques LES PYROXENOIDES
  • 72. Pyroxènoides Wollastonite Répétition 3-tet Rhodonite Répétition 5 tétraèdres Pyroxène Répétition 2-tet . 7.1 A 12.5 A 5.2 A
  • 73. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Formule générale: W0-1 X2 Y5 [Z8O22] (OH, F, Cl)2 W = Na K X = Ca Na Mg Fe2+ (Mn Li) Y = Mg Fe2+ Mn Al Fe3+ Ti Z = Si Al Les Amphiboles Formule simplifiée: Si8O22(OH)2(XY)7.8
  • 74. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Les Amphiboles Ces minéraux qui ressemblent aux Pyroxènes, pour leur chimie, ont une structure caractérisée par des chaînes de tétraèdres doubles. Les deux files sont reliées par des ponts O. Dans chaque file, comme chez les Pyroxènes, chaque tétraèdre a 2 O en commun avec les tétraèdres voisins, mais 1 tétraèdre sur 2, a en plus, 1 O en commun avec son correspondant sur l'autre file. Le radical est [Si4 O11]6- et entre les files se placent [OH] ou de gros ions alcalins,
  • 75. Ion Positif Double chaînes Clivages 56 et 124 degré Formule simplifiée: Si8O22(OH)2(XY)7.8 Exemples: Cummingtonite La grunérite Fe7Si8O22(OH)2. (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2.
  • 76. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger V.2.1. Orthoamphiboles: de formule: (Mg2+,Fe2+) 7[Si4O11(OH)]2, c’est une série isomorphe qui va du pôle Mg au pôle Fe. Anthophyllite : est essentiellement magnésienne,
  • 77. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger V.2.2. Clinoamphiboles (monocliniques) a) Série ferromagnésienne, X= Fe, Mg (30 à 100% du Fe). Ca2Mg5Si8O22(OH)2 Ferroactinolite Ca2Fe5Si8O22(OH)2 Anthophyllite Fe7Si8O22(OH)2 Actinolite Cummingtonite-grunerite Orthoamphiboles Clinoamphiboles Trémolite Cummingtonite Mg7Si8O22(OH)2 grunerite Une amiante : la trémolite
  • 78. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger - Cummingtonite-grunerite: La cummingtonite (Mg,Fe2+)7[Si4O11(OH)]2 forme une série continue avec la grunerite (Fe2+,Mg)7[Si4O11(OH)]2. Cummingtonite grunerite
  • 79. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger b) Série calcique, X= Ca - Trémolite-actinote: La trémolite (Ca,Mg)5[Si4O11(OH,F)]2 forme une série continue avec l’actinote Ca2(Mg Fe2+)5[Si4O11(OH,F)]2, Actinolite les termes les plus riches en fer sont rares (ferroactinote), les individus sont allongés, striés longitudinalement et souvent courbés. Le clivage est excellent et les macles sont communes. trémolite Trémolite
  • 80. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Hornblende : Hornblende avec 2 clivages 56-124º Hornblende maclé Cristaux de Hornblende Hornblende en lame mince Gîtologie: c’est un minéral commun des rochesmagmatiques ou méta- morphiques tellesque granite, syénite, diorite, gabbro, basalte, andésite, gneiss ou schiste. C'est aussi le minéral principal de l'amphibolite.
  • 81. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger La Riebeckite, Na2(Fe3 2+Fe2 3+)[Si4O11(OH,F)]2 forme une série isomorphe avec le glaucophane Fe3 2+, Fe2 3+ Mg, Al , les termes intermédiaires sont appelés crossites. c) La série sodique, X= Na Formule générale Na2(X3 2+Y2 3+)[Si4O11(OH)]2 - Riebeckite-Arfredsonite: L’Arfredsonite est une espèce assez différente de formule Na2,5 Ca0,5 (Fe3 2+ ,Mg, Fe2 3+, Al) [Si4O11(OH,F)]2. Les cristaux sont bien allongés et asbestiformes, la Glaucophane, magnésienne, Monoclinique [Si8 O22 (OH)2 Na2 Mg3 Al2] Ce minéral se présente en prismes fins et allongés de teinte bleu. glaucophane
  • 82. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Les amphiboles (surtout calciques) sont plus sensibles et s’altèrent en chlorite, épidote et calcite. Sont des minéraux hydroxylés qui supportent mal les hautes températures, à très haute température ils donnent des pyroxènes et se dissous vers 800-1500ºC. Les amphiboles peuvent provenir de la transformation des pyroxènes par altération appelée ouralitisation. Ils ont un domaine de stabilité plus réduit que celui des pyroxènes. Dans les conditions plus sévères les amphiboles disparaissent . Les amphiboles sodiques vont de pair avec les pyroxènes sodiques.
  • 83. Intérêt des amphiboles •Les amphiboles sont d ’excellents indicateurs de pression Trémolite Pr. Peu intense Epizone Trémolite très verte Pr. Moyenne Mésozone Pargasite-Hastingsite Pr. forte Catazone Tschermakite Pr. très forte Catazone
  • 84. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger V. LES PHYLLOSILICATES
  • 85. Se sont des silicates en feuillets. Les tétraèdres ont en commun 3 O qui forment une face (base). On réalise ainsi des couches de tétraèdres, disposés selon un motif hexagonal, avec des pointes d'un même côté. La base de la couche correspondant aux bases triangulaires est électriquement neutre. Structure : feuillets formés par la superposition de couches de tétraèdres et de couches d'octaèdres. Dans la famille des argiles, on observe dans les tétraèdres des substitutions de l'atome Si4+ par Al, K, Na, Mg ou Fe. Ainsi les minéraux argileux sont constitués par une trame silicatée, qui s'étend d'une façon infinie dans un plan (001) et qui est obtenue par la condensation latérale d'une infinité de chaînes de type amphibole rubannée ou de type Pyroxène.
  • 86. Ces plans se superposent et on abouti suivant les cas à des motifs à 2 couches, 3 couches, 4 couches. Cette organisation conduit à des cristaux qui sont tous aplatis avec un clivage (001) parfait. Ils sont mous et nous montrent des lamelles de clivages flexibles, voire même élastique, comme dans les micas. Cette structure en motif conduit à la composition des différents types de Phyllites.
  • 87. • Du grec phyllon = feuille : le radical est (Si4 O10)4- : réseau plan à maille hexagonale. Formule structurale Si4 O10(OH)2 6- que complète :  une couche d'octaèdres de type brucite, Mg (OH)2,  ou de couche d'octaèdres type gibbsite, Al (OH)3. •3 motifs d'association des couches tétraédriques (Te) et octaédriques (Oc) •servent de base dans la construction du feuillet des phyllites :
  • 88. [Si2O5]2- feuillets de tetraèdres Phyllosilicates micas talc minéraux argileux serpentine Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger V. Les Phyllosilicates
  • 90. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Ce sont des silicates en feuillets. Les tétraèdres ont en commun 3 O qui forment une face (base). Structure : feuillets formés par la superposition de couches de tétraèdres et de couches d'octaèdres. Cette structure en motif conduit à la composition des différents types de Phyllites. Selon le type de couche, les phyllosilicates sont classés dans les groupes suivants :
  • 91. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger 1. Phyllosilicates TOT:O ou 2 : 1 : 1 où la couche est formée de trois feuillets TOT et un autre feuillet O isolé, l’épaisseur de la couche étant environ 14Å : Groupe de chlorite (vert) Formule générale: [(Si,Al)4O10(OH)2](Mg,Fe)3(OH)6.
  • 92. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger 2. Phyllosilicates TOT ou 2 : 1, trois couches Où la couche est formée de deux feuillets T dans les deux côtés d’un feuillet O, l’épaisseur de la couche étant environ 10Å : Talc Si4O10(OH)2Mg3, minéral tendre Pyrophyllite
  • 94. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger - micas noirs, biotite (micas ferromagnésiens ) C’est une série isomorphe entre un pôle Mg (phlogopite) et un pôle Fe (annite). Les biotites intermédiaires [Si3AlO10(OH)2]K(Mg,Fe)3: sont des minéraux de haute température. Elle s’altère en chlorite (chloritisation). - mica alumineux, (mica blanc = muscovite) de formule générale [Si3AlO10(OH)2]KAl2, sont des minéraux de basse température, et qui en s’altèrent pas. c. Les micas
  • 95. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger - Serpentine Si4O(Mg), sont des minéraux d’altération hydrothermale de l’olivine. - Kaolinite (argile), Minéral alumineux, C’est un produit d'altération des Plagioclases. 3. Phyllosilicates TO ou 1 : 1, Où la couche est formée d'un feuillet T et d'un feuillet O, l’épaisseur de la couche étant environ 7Å :
  • 96. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger - Serpentine Si4O(Mg), sont des minéraux d’altération hydrothermale de l’olivine. - Kaolinite (argile), Minéral alumineux, C’est un produit d'altération des Plagioclases. - Illite - Montmorillonite - Vermiculite 3. Phyllosilicates TO ou 1 : 1, Où la couche est formée d'un feuillet T et d'un feuillet O, l’épaisseur de la couche étant environ 7Å :
  • 98. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger VI. LES TECTOSILICATES (tectoneia= cadre) Ce sont des silicates construits à l'aide de tétraèdres disposés en édifices à trois dimensions. En fait, les tétraèdres de base SiO4 que l'on retrouve dans tous les silicates, sont ici soudés les uns aux autres par leurs quatre sommets. Donc : chaque atome d'oxygène appartient à 2 tétraèdres voisins. Formule structurale : SiO4/2 soit SiO2
  • 99. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger On subdivise cette famille en cinq groupes, dont trois importantes. 1- Groupe de la silice: [SiO2] La majeure partie de la silice est sous forme de quartz, dont il existe diverses variétés, différent soit par leur réseau cristallin, soit par des singularités morphologiques extérieures (impuretés par exemple). a. Les polymorphes de la silice Il existe plusieurs formes de silice avec une même composition chimique.
  • 100. D’après Swamy et Saxena (1994) . Stishovite Coesite - quartz - quartz Liquid Tridymite Cristobalite 600 1000 1400 1800 2200 2600 2 4 6 8 10 Pressure(GPa) Temperature oC Pression(Gpa) Liquide D’après Swamy et Saxena (1994) .
  • 101. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger • Au dessous de 1710°, température de fusion de la silice, ce n’est pas du quartz qui se forme, mais de la cristobalite, minéral généralement isotrope, qu’on voit parfois dans les verres ou des produits industriels, elle est instable au dessous de 1470°C. Elle est violettes avec des ions Fe 3+ . • De 870 à 1470°C la forme stable de la silice est la tridymite, elle peut persister à basses températures, de sorte qu’elle persiste dans certaines roches volcaniques. • Au dessous de 870°C, la forme stable de la silice est le quartz, c’est un minéral cristallisant en prisme hexagonaux, habituellement transparent, très dur (rayant le verre et l’acier) à cassures conchoïdales, extrèmement résistant aux agents chimiques et physiques.
  • 102. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Les tétraèdres sont disposés en hélice suivant l’axe du cristal. Il y a deux formes: -  jusqu’à 573°C (rhomboédrique). -  de 573 à 870°C (hexagonale) Le quartz est un mineral filonien (qui se trouve dans les filons) et se trouve aussi dans les gîtes hydrothermaux. En général dans les roches magmatiques il est xénomorphe, et dans les cavités géodiques il est automorphe, dans les roches il est incolore. - Améthyste: quartz qui contient des inclusions des oxydes Fer “Fe3+“ et apparaît violet. - Quartz rose: Quartz qui contient des inclusions de Mn ou de Fe3+ et apparaît rose.
  • 103. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger -Qtz. Enfumé: quartz qui contient des inclusions -de Al3+. - Qtz. laiteux: quartz qui contient des fluides -(liquide ou gaz).
  • 104. Variétés macrocristalines de qtz Quartz Enfumé Quartz laiteux Améthyste: Fe citrine Q.transparent Quartz vert Oeil de tigre Qtz noir
  • 105. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Les polymorphes de haute pression - Coesite, monoclinique. - Stishovite, quadratique. D’autres formes de la silice existent dans les roches sédimentaires qu’on peut appeler : Opale - Calcédoine: silice anhydre fibreuse et donne des silex. - Agate: dans les geôles forme un zonage concentrique de différentes couleurs de calcédoine. - Opale : silice hydratée pratiquement amorphe, la teneur en H2O est comprise entre 6 et 10%.
  • 107. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger 2. Groupe des feldspaths - [Si3AlO8]K : orthose (potassique) - [Si3AlO8]Na : albite (sodique) Felds. Plagioclases: Calco-sodique - [Si3AlO8]Ca : anorthite (calcique) On distingue classiquement dans les roches cristallines (magmatiques et métamorphiques) 2 groupes de feldspath de formule générale (SiO2)0- dans laquelle Al se Si, une valence est ainsi libérée: Les feldespaths constituent le ¾ de l’écorce terrestre. Felds. Alcalins: sodi-potassique Les Feldspaths de ces deux groupes se comportent différemment en fonction de la température de formation des roches; ainsi :
  • 109. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger - roches de haute température : effusives. Les deux groupes de Feldspaths y sont représentés par 2 séries continues, 2 solutions solides (on peut tous les représenter par le diagramme triangulaire). La Sanidine est le Feldspath alcalin des roches effusives acides, type Rhyolite qui ont atteint 1000°C. - roches de basses températures : plutoniques. Ce sont les roches de profondeur pour lesquels la classification est plus réduite : ce sont les Feldspaths cristallins cristallisant à 650°C.
  • 110. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger A Haute temperature Plagioclase (de l’albite .....Anorthite) Felds. Alcalin ...... Sanidine (roches Rhyolite, Trachyte, Phonolite) ...... Orthose (roches volcaniques et plutoniques A basse temperature Plagioclase (de l’albite .....Anorthite) Orthose, microcline
  • 111. Solution solide limité entre feldspaths alcalins à basse température : formation de structures caractéristiques (perthites) Orthose AnorthiteAlbite
  • 112. serie bassa T serie alta TSérie Haute Température Série basse Température An10-30 An30-50 An50-70 An70-90 Feldspaths Plagioclases Felspaths Plagioclases Felspaths instables Felspaths instables An100 Or100 Ab100
  • 113. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Les Feldspaths potassiques [Si3AlO9]K L' Orthose, Monoclinique existe surtout dans les roches magmatiques et se reconnaît microscopiquement à l'existence fréquente de la macle de Carlsbad. Ces 2 macles ayant des orientations orthogonales cela se traduit, en lames minces observées au microscope, en lumière polarisée et analysée, par un quadrillage chatoyant. Le microcline, Triclinique est observable surtout dans les roches métamorphiques, il présente une association de deux macles: la macle de l'Albite et celle de la Péricline.
  • 114. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Toujours en lame mince, on peut également observer une structure interne particulière à ces Feldspaths : les Perthites. Ce sont des minéraux dont les composants ne se sont pas mélangés, ou se sont dissociés, en raison de la formation à basse température. Ces composants sont l'Orthose et l'Albite (solution solide). On observe, au microscope, des sections d'Orthose qui présentent, en leur sein, des bandes plus ou moins égales et plus ou moins anastomosées d'Albite. Cette série est complète dans les laves et les autres roches cristallines. La modification de composition des Plagioclases se traduit, dans des cristaux de différentes espèces, par une modification de l'angle d'obliquittée  de l'élipsoïde.
  • 115. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Les Plagioclases Formule: [Si3O8Al]Na-Ca Ces minéraux sont décrits comme une solution solide : c'est une série isomorphe de l'Albite à l'Anorthite, fractionnée de façon arbitraire: - Albite(Ab) : 0 à 10% An - Oligoclase : 10 à 30% An - Andésine : 30 à 50% An - Labrador a : 50 à 70% An - Bytownite : 70 à 90% An - Anorthite : 90 100% An.
  • 116. Mineraux dans le Granite
  • 119. Microstructure de: - Perthite - anorthite intercroissement de Na-feldspath dans K-feldspath - Antiperthite: K-feldspth dans Na-Feldspath Na-feldspath K-feldspath K-feldspath
  • 120. Microcline L.P.A : quadrillage fin chatoyant subrectangulaire
  • 121. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger Les Feldspathoïdes Se sont des silicates proches des Feldspaths, mais qui contiennent moins de Silice. De ce fait, la cohabitation de ces minéraux avec la Silice libre (le quartz ) est impossible. - La Néphéline C'est le plus commun des feldspathoïdes et elle peut exister dans toutes les roches sous-saturées. Elle cristallise dans le système hexagonal. Ce minéral est délicat à reconnaître en lames minces, ses caractères optiques ressemblent trop à ceux des Plagioclases.
  • 122. Université Abdelmalek Esâadi– FST Tanger - La Leucite Ce minéral ne se rencontre que dans les laves. On peut le placer en équivalence avec l'Orthose. La Leucite cristallise dans le système cubique. -L' Haûyne Elle cristallise dans le système cubique. - L' Analcime Ce minéral qui cristallise dans le système cubique, se rencontre surtout dans les laves de type Basaltes.
  • 123. Les es zéolites Les zéolites peuvent échanger facilement leurs cations Ca2+ 2 Na+ ou (Si, Na) (Al, Ca) ce qui est à l'origine de très nombreuses variétés : * Zéolites fibreuses type natrolite Na2( Si3Al O10)2H2O ; * Zéolites lamellaires type heulandite (Ca, Na2) 2 ( Si7Al2O18) 6H2O ; * Zéolites orthorhombique type laumonite CaSi4, Al2O124 H2O * Zéolites cubique type analcime Na Si2AlO6 H2O