Min

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Dans les minéraux silicatés
Tétraèdre SiO4 rigide
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8 éléments chimiques à la base de la
composition de la croûte continentale

94 du volume de la croûte continentale est
constitué doxygène Si et O les plus abondants
SiO 74,3 en masse
silicates 95 en masse
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Composition moyenne de la Croûte
continentale Elément Poids ------------------
---------- Oxygène (O) 46.6 Silicium (Si) 27.7
(très important) Aluminium (Al) 8.1 Fer
(Fe) 5.0 Calcium (Ca) 3.6 Sodium
(Na) 2.8 Potassium (K) 2.6 Magnésium
(Mg) 2.1 total 98.5
1.5 poids pour tous les autres
éléments chimiques
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Organisation structurale classification des
silicates
3D
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Polymérisation des tétraèdres silicatés
neutralisation des charges des oxygènes
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Les principaux minéraux silicatés
a) Minéraux silico-alumineux
SiO2
Quartz
orthose
Feldspath K
KAlSi3O8
NaAlSi3O8
- CaAl2Si2O8
plagioclases
Albite
Anorthite
Muscovite (mica)
KAl3Si3O10 (OH) 2
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b) Minéraux ferro-magnésiens
K
Biotite (mica)
Amphiboles
NaAlSi2O6
(Ca, Mg, Fe)2Si2O6
Pyroxènes
(Mg, Fe) 2SiO4
Olivines
Grenats
Mg3Al2(SiO4)3
Grande importance des groupements hydroxyles
présence de fluides hydratés (croûte, manteau).
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(No Transcript)
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Modes de formation
Trois exemplesA) Cristallisation à partir de
silicates fondus
olivine dans roche volcanique (basalte)
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B) Cristallisation à partir de de fluides à
haute température
cristaux de quartz
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C) Transformation en argile dun feldspath altéré
par une solution (pluies, eau circulant)
les alcalins sont libérés dans la
solution, Réorganisation en carbonates et silice
dissoute Al, Si restent pour construire des
argiles
2 KAlSi3O82 (H CO32-) H2O Al2Si2O5(OH)4
2 KCO3 4(SiO2)d
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méthodes détudeLe microscope optique
polarisant
Lumière polarisée
Lumière naturelle
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Microscopie électronique à balayage échelle du mm
Précipités de carbonates bactériens atoll de
Kiritimati, Pacifique photo au microscope
électronique à balayage largeur de l'image 10
microns
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Microscopie électronique en transmission en
dessous du nm
Sections hexagonales de canaux dans un silicate
de métamorphisme les ronds représentent les
tétraèdres et non les atomes individuels.
19,2A
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• Tétraèdres isolés
• Aucun des tétraèdres SiO44- ne partage
  doxygène avec un autre tétraèdre SiO44- Ils
  ne partagent pas doxygène pontant
• b) Les oxygènes du tétraèdre sont partagés avec
  des polyèdres de plus grande taille (octaèdre,
  cube)
• c) Ces minéraux ne présentent pas de plan de
  clivage

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• Les olivines (Mg,Fe)2SiO4
• 2 pôles purs Forstérite (Mg) et fayalite (Fe)

Olivines du Pakistan
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Structure de lOlivine
Vue des différents sites M1 et M2 etdes sites
tétraédriques
Olivine rond bleu M1 rond jaune M2
Sites M1 // à laxe 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
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Les sites occupés par les éléments dans lolivine
_at_ Sites M1 et M2 contiennent Fe2, Mg2 et Ni2
Préférence du site M1 pour Fe2 et Ni2 _at_
Existence de solutions solides complètes pour Fe,
Mg et Mn car rayon équivalent _at_ Pour la
monticellite (CaMgSiO4) pas de solution solide
complète car Ca (1Å) Ca entre dans les sites M2
et Mg dans les sites M1
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Solution solide
Les olivines vont se former précocement lors du
refroidissement dun magma formes bien
développées. Termes magnésiens, prédits par le
diagramme déquilibre.
Cristaux précoces dans une lame mince de basalte
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Observation microscope polarisant
Lame mince en lumière polarisée
Constituants des roches basiques et ultrabasiques
du manteau
grains de cette roche (dunite) olivine
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Relation structure et propriétés
_at_ La densité du minéral augmente en fonction de
la teneur en fer. _at_ transition de phase olivine -
spinelle à HP,HT Compressibilité des Mgttétra
M2 gt M1 A 150 Kbars les deux sites sont à la
même taille et donc transition vers la phase
spinelle qui ne possède quun seul type de site
octaédrique séismes profonds Lorsque T et P
augmente encore passage à MgSiO3 MgO
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_at_ La couleur (de plus en plus foncée) Variation
en fonction de la Substitution de Mg2 par Fe2
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Existence naturelle
a)Les olivines premiers produits de
cristallisation (magmas riches en fer et Mg et
pauvres en silice) b)Les roches les plus riches
en olivines sont les dunites et les péridotites
(ol, px, gt) roches du manteau Présentes dans
les basaltes (fond des océans) Forstérites
matériau à pt de fusion élevé (1890C) minéraux
réfractaires (ex briques de four de
verrerie) Lors de laltération olivine
serpentines (amiantes)
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II) Les grenats
Minéraux du métamorphisme (Al octaédrique haute
pression), dans les schistes, parfois dans
quelques roches ignées en trace, granite et
péridotite
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Grenat ferrique Fe3 (andradite)
Les grenats présentent généralement des faces
bien développées.
Des éléments colorants (ions de transition) se
substituent au Mg2
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Les Familles de Grenats
Pyrope Mg3Al2Si3O12 Ouvarovite
Ca3Cr2Si3O12 Almandin Fe3Al2Si3O12
GrossulaireCa3Al2Si3O12 Spessartite
Mn3Al2Si3O12 Andradite Ca3Fe32Si3O12 Pyralspit
es - B Al Ougrandites - A Ca
A coordinence 8 B coordinence 6 A gros
cations divalents 2 ou monovalents 1 B
cations trivalents 3
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Grenat A23 B32 SiO43
Les différents sites
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Grenat A23 B32 SiO43
Grenat bleu Si pourpre A turquoise B
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Solutions solides complexes
Spessartine Manganèse
GrossulaireFer
Uvarovite chrome
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Gisements 1)Roches métamorphiques Pyralspites
dans Schistes Ougrandites dans carbonates 2)Roche
s ignées Dans péridotites
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_at_ Laltération des grenats donne des serpentines
du talc, de la chlorite et de lépidote. _at_ Dans
les grenats sédimentaires (grossulaire dominant,
andradite, ouvarovite) des groupements hydroxyles
peuvent se substituer aux tétra SiO4
hydrogrossulaires (8.5 H2O) Lorsque Ti4 entre
dans les sites B et Na dans les sites A de ces
grenats on obtient la mélanite ou grenat noir
(assez commun)
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Les grenats comme géomatériaux
Ils sont principalement utilisés comme
_at_abrasifs dans les industries du bois, du cuir
et du plastique _at_pour le décapage par sablage
_at_Pour la confection de papier abrasif, _at_Pour le
surfaçage du verre _at_Pour la filtration.
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III) Les silicates dalumine, Al2SiO5
Le disthène métamorphisme de haute pression
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Adaptation dune structure minérale à des
modifications de P-T différents polymorphes
Intérêt calage P-T des roches qui contiennent
ces phases.
Point triple vers 500C et 4 kbars (12 km env.)
Augmentation de la densité avec P
Augmentation du nombre de voisins de Al avec P
(4,5,6)
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Sillimanite Chaînes d'octaèdres Al Liés par
arêtes Tétraèdres de Si et Al (Basse pression)
Andalousite Chaînes d'octaèdres Al Liés par
arêtes Tétraèdres de Si et Al en coordinence 5
Disthène ou kyanite Deux octaèdres Al (6/6) Liés
par arêtes Tétraèdres de Si (Haute pression)
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IV) Le zircon
ZrSiO4 pouvant contenir du Hf en remplacement de
Zr
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Structure du zircon
_at_ Zircon souvent métamicte altération de la
structure sous effet dirradiation naturelle (U
ou Th présents en faible quantité dans la
structure) Structure désorganisée obtention
dun matériau localement vitreux avec une
réduction de densité de 16
_at_ Zr coordinence 8 (site cubique distordu)
entouré de six tétraèdres SiO4
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_at_ Minéral accessoire des roches magmatiques et
sédimentaires peu altérable, datation
possible des terrains dans lesquels il a été
enfoui
Utilisation du zircon
_at_ Utilisation industrielle source de Zr métal
(industrie nucléaire) _at_ ZrO2 matériau
réfractaire