LES NESOSILICATES ET LES SUBNESOSILICATES
On classe ces silicates à tétraèdres isolés en 2 sous groupes : Les nésosilicates vrais Les subnésosilicates qui comportent des polyèdres anioniques supplémentaires
I) les nésosilicates vrais Ils sont classés en fonction de la taille des cations qui relient les tétraèdres entre eux en :
-Nésosilicates à petits cations : la phénacite (SiO4) Be2
-Nésosilicates à cations moyens : l’olivine (SiO4) (FeMg)2 les grenats (SiO4)3(Al, Fe,Cr)2(Ca,Fe,Mg,Mn)3
-Nésosilicates à gros cations : le zircon (SiO4) Zr Seuls les nésosilicates à cations moyens les subnésosilicates seront étudiés.
1) Groupe des péridots
Les péridots sont des minéraux ferromagnésiens formant une solution solide continue entre un pôle Mg qui est la forstérite de formule (SiO4) Mg2 et un pôle Fe qui est la fayalite de formule (SiO4) Fe2 le terme intermédiaire étant l’olivine : (SiO4)(FeMg)2 , minéral bien connu en pétrographie. L’olivine cristallise dans le système orthorhombique (mmm). Elle est rarement automorphe et se présente souvent en masse grenue nodulaire. Elle est de couleur jaune vert à vert olive, de dureté comprise entre 6.5 et 7 et de densité comprise entre 3.25 et 4. Au microscope l’olivine présente une réfringence et une biréfringence moyenne à forte, cette dernière croit avec la teneur en fer. Gisement : l’olivine est un minéral fréquent dans les roches magmatiques basiques (basaltes et gabbros) et ultrabasiques péridotites (dunites).
La forstérite, rare dans les roches magmatiques est plutôt un minéral des roches métamorphiques qui apparait lorsque des sédiments placés dans des conditions de pression et de température élevées se transforment en calcaire cristallin d’après la réaction suivante :
Dolomite + Quartz → forstérite +calcite + CO2
2(Ca,Mg)CO3 + SiO2 → (SiO4)Mg2 +2CaCO3 +2CO2
La fayalite est un péridot qui cristallise dans les milieux très différenciés enrichis à la fois en Fe et en Na. La fayalite se rencontre dans quelques phonolites, trachytes et leurs équivalents grenus. Altération : les olivines sont souvent transformées soit en serpentine ou en iddingsite de couleur rougeâtre correspondant à un mélange d’oxydes de fer, Mg et de goethite (FeO,OH). Les agents d’altération sont soient des gaz tardi-magmatiques soient des liquides.
2) Groupe des grenats Ils forment des solutions solides complexes de formule générale :
(SiO4)3 Y 3+ X 2+ Avec Y3+= Al3+, Fe3+, Cr3+ Et X2+= Fe2+, Mg2+, Ca2+, Mn2+
Les noms des différentes espèces sont regroupés dans le tableau suivant :
Al3+ Fe3+ Cr3+ Fe2+ Almandin Mg2+
Pyrope Hanleite Ca2+ Grossulaire Andradite Ouvarovite Mn2+ Spessartine Caldérite
Les grenats alumineux et l’andradite sont les plus répandus. Les grenats cristallisent tous dans le système cubique holoèdre m3m. Ils sont fréquemment automorphes et présentent un faciès isométrique constitué par la forme rhombododécaèdre (110) Ils peuvent également se présenter en grains arrondis. Leur couleur, leurs indices de réfraction, leur dureté et leur densité varient avec leur composition.
Espèces Couleurs Dureté Densité Almandin Rose à rouge-brun 7 4.25 Pyrope grenat 7 à 7.5 3.51 Grossulaire Incolore, rosâtre à vert-jaune 6.5 3.53 Spessartine Jaune à rouge- brun 7 à 7.5 4.18 Andradite Vert à brun -noir 7 3.75 Ouvarovite Vert émeraude 7 3.77
Tous les grenats ont un éclat vitreux, ils sont transparents à translucides.
Gisement : Les grenats sont des minéraux communs des roches métamorphiques et certaines roches magmatiques. Ainsi on trouve : L’almandin dans les gneiss et les micaschistes. Le pyrope dans les péridotites et les kimberlites. Le grossulaire dans les skarns. La spessartine dans les granites et les pegmatites granitiques. L’andradite dans les roches du métamorphisme de contact. L’ouvarovite dans les serpentinites chromifères.
2)Les subnésosilicates Ce sont des silicates d’alumine correspondant aux minéraux du métamorphisme, il s’agit de l’andalousite, de la sillimanite et du disthène. Ce sont des minéraux polymorphes répondant à la composition globale : SiAl2O5
a)Andalousite Elle cristallise dans le système orthorhombique holoèdre mmm. Très fréquemment automorphe : cristaux prismatique pseudoquadratique allongés selon Oz et combinant les formes (110), (100),(010) et (001). L’andalousite peut également se présenter en agrégats radiés. Elle renferme souvent des inclusions charbonneuses à la limites des secteurs (110), c’est la variété chiastolite.
Couleur : blanc sale, gris à marron clair. Elle possède un clivage 010 très facile. Elle est translucide à éclat gras. Elle présente une cassure irrégulière. Dureté =7.5 et densité : 3.1 à3.2. Gisement : l’andalousite est un minéral du métamorphisme de contact entre le granite et les schistes pour donner des cornéennes. C’est aussi un minéral du métamorphisme général ou régional, où elle représente un minéral typique des pressions modérées à basses (< 5 Kbars) on la trouve alors dans les gneiss. L’andalousite s’altère en muscovite et séricite.
b)Disthène Il cristallise dans le système triclinique holoèdre (1). Ils possèdent 2 clivages, un clivage 100 facile et un clivage 010 plus difficile. Le disthène est fréquemment automorphe et il présente alors un faciès prismatique allongé selon (001) et aplati selon (100). Il se présente souvent en agrégats radiés. Couleur : incolore à bleu ciel ou brunâtre. Le disthène est transparent à translucide et présente un éclat gras sur les clivages. Dureté : 4 à 7 , densité : 3.5 à 3.7 c’est la variété la plus dense des silicates d’alumine. Gisement : le disthène est un minéral que l’on trouve presque exclusivement dans les gneiss et les micaschistes où il coexiste avec le grenat. Le disthène s’altère en muscovite.
c)Sillimanite Elle cristallise dans le système orthorhombique holoèdre mmm, et présente des clivages 010 très facile. La sillimanite est rarement automorphe, elle présente un faciès aciculaire à fibreux allongé selon Oz avec les formes (010) et (110) quelquefois visible. Elle peut aussi se présenter en agrégats capillaires flexueux. Couleur : blanchâtre à brun clair. Elle est transparente à translucide avec un éclat gras et une cassure esquilleuse. Dureté 6 à 7, densité=3.3. Gisement : La sillimanite est un minéral du métamorphisme général de la catazone (haute température supérieure à 550°C et haute pression). Elle est présente dans les gneiss à sillimanite. Pas d’altération connue.
Les sorosilicates et les cyclosilicates
I) les sorosilicates
Ce sont des silicates (Si2O7) isolés. On distingue : - Les sorosilicates vrais : groupe des mélilites - Les subsorosilicates : groupe des épidotes et de l’idocrase - Les subsorosilicates à ions d’oxygènes supplémentaires : groupe de la lawsonite Seules les subsorosilicates avec le groupe des épidotes feront l’objet de notre étude.
A) les épidotes
les minéraux de ce groupe présentent à la fois des fonctions (Si2O7) et (SiO4) ainsi que des ions oxygènes supplémentaires non liés au silicium. On distingue :
la zoïsite (Si2O7) (SiO4) O (OH) Al3Ca2 elle se présente sous 2 formes : orthorhombique et monoclinique (clinozoïsite)
la pistachite (Si2O7) (SiO4) (OH) Ca2 Fe Al2O C’est une épidote qui renferme 10% de molécule de Fe2O3, elle cristallise dans le système monoclinique.
La piémontite
(Si2O7) (SiO4) O (OH) (Al, Fe
3+ , Fe
2+ , Mn 2+ )3(Ca, Ce, La, Y 3+ )2 C’est une variété qui contient du manganèse et qui cristallise dans le système monoclinique.
L’allanite ou orthite
(Si2O7) (SiO4) O (OH) (Fe 3+ , Fe 2+ ) 3(Ca, Ce, La, )2 Al2O (OH)
En général les épidotes se présentent sous forme de cristaux prismatiques pouvant atteindre une trentaine de cm, parfois aciculaires, avec aplatissement fréquent. Elles peuvent se présenter en groupes fibro-radiés ou en masses grenue.
Couleur : vert bouteille à vert pistache tirant vers le jaune ou le noir. La piémontite est de couleur brun violacé Cassure irrégulière, parfois lamellaire. Clivage parallèle à l’allongement. Translucide à opaque, avec un éclat vitreux. Dureté comprise entre 6 et 7, et de densité = 3,4 Gisement : les épidotes se rencontrent dans les roches de faible métamorphisme régional. L’allanite se trouve dans les roches éruptives acides : granites, granodiorites et pegmatites. Produit d’altération hydrothermale des silicates alumino-calciques (feldspath, hornblende)
II) les cyclosilicates
Comme nous l’avons dit en introduction les cyclosilicates se distinguent par les traits particuliers à savoir que les mailles cristallines contiennent des groupes isolés de tétraèdres
SiO4 associés en anneaux, c'est-à-dire caractérisés par les radicaux complexes :
(Si4O12) et (Si6O18). Nous distinguons 2 groupes : Un groupe à 4 tétraèdres associés en anneaux : l’axinite Un groupe à 6 tétraèdres associés en anneaux : le béryl, la tourmaline et la cordiérite. Les minéraux du 2ième groupe sont les plus importants.
1) le groupe du béryl C’est le minéral le plus répandu des minéraux renfermant du beryllium.
Le béryl de formule (Si6O18) Be3 Al2 cristallise dans le système hexagonal. Le béryl a un faciès prismatique. Il se rencontre généralement sous forme de cristaux isolés, quelque fois groupés en druses. Couleur : variée : souvent blanc verdâtre, jaune vert, bleu clair, vert vif, quelque fois rose. Suivant la couleur on distingue : - l’émeraude : béryl de couleur vert vif. Les variétés translucides sans fissures sont des
gemmes très recherchés (coloration due au Cr 3+ ).
- L’aigue marine : variété de béryl transparent de couleur bleue. Densité : entre 2,6 et 2,9.
Dureté : comprise entre 7,5 et 8. Gisement : minéral commun des pegmatites, des granites et des syénites néphéliniques. Le béryl peut prendre naissance par métasomatose dans un contexte métamorphique (ex des émeraudes de Sibérie), soit sédimentaire (ex des émeraudes de Colombie). Gisement important au Brésil, en Inde et en Afrique du Sud. Le béryl est utilisé en industrie aéronautique car le Be est un des métaux les plus légers. Il est par ailleurs utilisé en médecine comme sels de Be.
mis sur blog Chalal Y.2017
2) Le groupe de la tourmaline
Sa formule est la suivante :[ (Si6O18) (BO3)3 (OH, F) 4 ]Al6 Y3 Na. Dans laquelle Y= Mg, Fe, Mn, Li, Al Quand Y= Mg, la tourmaline est dite magnésienne, c’est la dravite de couleur jaune brun. Quand Y= (Fe, Mn) la tourmaline est dite ferreuse, c’est le schörl de couleur noire. Quand Y= (Al, Li), il s’agit d’une tourmaline alcaline, l’elbaïte de couleur rose ou bleue. La couleur de la tourmaline est donc fonction de sa composition chimique. La tourmaline cristallise dans le système rhomboédrique, elle se présente sous forme de longs cristaux striés suivant l’allongement(faciès columnaire) à section triangulaire souvent courbe. Elle peut se présente en agrégats aciculaires ou fibreux Cassure conchoïdale, pas de clivage Transparente à opaque, et à éclat vitreux Densité comprise entre 2,9 et 3,2. Dureté =7à 7,5 Gisement : la tourmaline est un minéral typique des milieux pneumatolitiques. On la rencontre : Dans les pegmatites où elle coexista avec le quartz et l’orthose et avec la muscovite. Dans les granites et les greisens avec la cassitérite, la topaze et la wolframite. Dans les gisements aurifères de haute température. Dans les schistes cristallins.
3) Le groupe de la cordiérite
De formule : (Si5AlO18) (Mg, Fe)2 Al3 elle cristallise dans le système orthorhombique, de structure cristalline comparable à celle du béryl avec des ions aluminium à la place du Be. Les cristaux sont rares, elle se présente en grains ou en masse compacte
Couleur : elle peut être incolore mais souvent colorée : gris, bleu, bleu violet, rarement en blanc jaunâtre ou en brun. Son éclat est vitreux, transparente à translucide Cassure irrégulière à conchoïdale. Clivage net suivant 010 Dureté entre 7 et 7,5 Densité entre 2,60 et 2,66 La cordiérite s’altère en pinite Gisement : la cordiérite est fréquente dans les roches du métamorphisme général(les gneiss, les granulites, les migmatites) dans les roches du métamorphisme de contact (schistes et cornéennes) mais également dans les roches ignées (pegmatites et granites d’anatexie).
LES INOSILICATES
RAPPEL Ce sont des silicates à tétraèdres associés en chaîne qui peut être simple, tel est le cas des Pyroxènes de formule générale (Si2O6)4-, ou chaîne double cas des amphiboles de formule générale (Si4O11)6- OH.
I) LES PYROXENES Dans les pyroxènes, les chaînes sont allongés suivant l’axe c et leur période est de 2 tétraèdres d’où leur formule (Si2O6)4- . La formule générale des pyroxènes s’écrit de la façon suivante :
W (1-p) (X,Y)1+p (Si,Al)2 O6 0 <p<1
Dans laquelle : W= Ca ou Na cations de grande taille X = Fe2+, Mg, Mn, Li, Ni cations de taille moyenne Y = Fe3+, Al, Ti cations de petite taille Les chaînes de tétraèdres sont reliées entre elles latéralement par les cations Ca, Na, Mg, Fe, Al etc. Ces cations occupent 2 sortes de sites différents : M1 et M2. Les sites M1, situés entre les petites bases de 2 trapèzes, sont octaédriques. Tandis que les sites M2, sont situés entre les grandes bases et ont une coordination comprise entre VI et VIII Et donc moins régulière que la précédente. La symétrie des pyroxènes dépendra en fait de la taille des cations qui occupent ce site M2. Si les cations présents dans ce site M2 sont de dimension moyenne (Fe, Mg..) la symétrie sera généralement orthorhombique, et il s’agira d’ orthopyroxènes. Si au contraire les cations présents dans le site M2 sont volumineux (Ca, Na) la symétrie sera monoclinique et il s’agira de clinopyroxènes. La substitution de Si par Al dans les tétraèdres est généralement très faible.
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classification des pyroxènes
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CARACTERES GENERAUX DES PYROXENES Les pyroxènes se distinguent surtout par leur forme et leur clivage. Forme : les pyroxènes sont généralement trapus, cependant les faciès allongés souvent aciculaires sont d’autant plus fréquent que la teneur en Na est plus élevée. Clivages : ils sont caractéristiques suivant 110. L es traces de ces clivages font entre elles un angle voisin de 90°. Par ailleurs ces clivages sont grossiers et discontinus.
A) LES ORTHOPYROXENES (OPX) Les OPX forment une solution solide depuis un terme magnésien l’enstatite de formule Si2O6 Mg2 jusqu’ au terme ferrifère l’orthferrosillite de formule Si2O6 Fe2. Le termes intermédiaire le plus commun est : l’hypersthène
Les cristaux nets d’OPX sont rares. Le plus souvent ces pyroxènes se présentent en masses fibreuses, lamellaires ou compactes. Couleur : les termes magnésiens sont de couleur claire, gris, vert pâle, blanc jaunâtre, parfois brun clair. Au microscope, ils sont pratiquement incolores en LN. Les termes extrêmes ferrifères sont noirs verdâtres ou brunâtres. Ce sont les termes intermédiaires que l’on rencontre le plus souvent dans les roches. La dureté est comprise entre 5 et 6 et la densité varie de 3.1 à 3.5 Altération : les OPX s’altèrent en serpentine ou en talc pour les termes magnésiens. Gisement : Les OPX sont fréquents dans les roches basiques et ultrabasiques (gabbros, norites, pyroxénolites, péridotites). Ils sont plus rares dans les roches métamorphiques. Ils sont associés à l’olivine, la serpentine et la magnétite.
B) LES CLINOPYROXENES (CPX) Dans les CPX le site W sera occupé par Ca ou Na (gros cations). Les pyroxènes sont alors calciques ou sodiques et ils cristallisent dans le système monoclinique.
1) Les pyroxènes monocliniques calciques Ces pyroxènes contiennent toujours un peu de Fe et de Mg et sont de ce fait classés en fonction des valeurs relatives en Ca, Mg, et Fe dans le diagramme triangulaire de POLDERVAART et HESS (1951). On distingue ainsi : Le diopside Si2O6 CaMg, L’hédenbergite Si2O6 CaFe L’augite Si2O6 Ca (Fe, Mg, Al, Ti) La pigeonite a)L’augite L’augite est le minéral le plus répandu, elle peut être ferrique, titanifère et même contenir un peu de sodium (Na) , on dit alors qu’il s’agit de l’augite aegyrinique. Généralement bien cristallisé en prismes trapus de sections octogonales. Sa couleur est variable du brun vert à noir. Cassure conchoïdale. Clivages nets. Translucide à opaque. Eclat vitreux. Les augites d’origine volcanique montrent souvent en LM une mâcle en sablier. Le diallage est une variété d’augite avec un clivage supplémentaire 110. Dureté = 5 à 6 et Densité = 3 à 3,6 Gisement : l’augite est le minéral le plus fréquent dans les roches basiques plutoniques (gabbros) et volcaniques (dolérites et basaltes), mais également dans les roches ultrabasiques (péridotites) Altération : l’augite s’altère en ouralite. L’ouralitisation est la transformation des pyroxènes en hornblende verte en association avec la pistachite et la chlorite quand le degré d’altération est poussé.
2)Les pyroxènes monocliniques sodiques On distingue : la jadéïte Si2O6 Na Al et L’aegyrine Si2O6 Na Fe. Cependant la plus répandue est l’aegyrine. a)L’aegyrine Elle se présente en cristaux allongés, en aiguilles forme aciculaire, parfois striée ou cannelée. Couleur : noir verdâtre Transparente à opaque, éclat vitreux Dureté = 7 et densité = Gisement : l’aegyrine est un minéral présent dans les granites alcalins et dans les syénites néphéliniques.
II) LES AMPHIBOLES
Les amphiboles présentent des structures en chaîne double (rubans) de tétraèdres SiO4. L’unité structurale est donc le ruban (Si4O11) (OH) dirigé suivant l’axe c. La formule générale des amphiboles est la suivante : A0-1(X, Y) 7-8 (Z4O11)2 (OH) 2 Avec : A= Ca, Na, K X =Mg, Fe, Mn, Y=Al, Fe3+ Ti, Cr, Li Z= Si, Al Dans les amphiboles la substitution tétraédrique Si ↔Al est plus prononcée que dans les pyroxènes. Entre les couches de formule : [(SiAl)4O11OH,F] , on distingue 5 types de sites de cations.
Site A : situé au milieu des grandes bases de trapèzes. Ce site peut être occupé par les gros cations Ca, Na, K de coordinance 8 à 10, ou inoccupé c'est-à-dire vacant. Site M4 : situé en bordure des grandes bases des trapèzes. Ce site contient des cations en coordinance 6 à 8. Sites M1, M2, M3 : ce sont de petits sites qui abritent des cations en coordinance octaédrique. Ces sites accueillent les cations X et Y qui vont déterminer la symétrie orthorhombique ou monoclinique des amphiboles. Ainsi : Si en X il y a Fe et Mg les amphiboles sont ferromagnésiennes et cristallisent dans le système orthorhombique. Si X= Ca, les amphiboles sont calciques monocliniques Si X=Na, les amphiboles sont sodiques et monocliniques.
Caractères généraux des amphiboles Les amphiboles présentent de grandes analogies avec les pyroxènes tant par leur forme que par leur composition chimique. Elles se distinguent des pyroxènes par la structure, l’habitus prismatique en général plus allongé et à section hexagonale, l’angle des clivages proche de 120°, la densité plus faible(2,5 à 3,6) et un radical hydroxyle qui n’existe pas chez les pyroxènes.
1) les amphiboles ferromagnésiennes
Elles cristallisent dans le système orthorhombique car le site X renferme Fe, Mg. On distingue parmi elles l’anthophyllite de formule : [(Si4O11) OH] 2 (FeMg)7 Les cristaux à faciès prismatique sont rares. Elle se présente souvent en masse compacte, fibroradiée, fibreuse. Couleur : grise, brunâtre, vert brunâtre, à brun rougeâtre. Clivage suivant le prisme (110) avec un clivage de 120°. Eclat vitreux Dureté=5,5 à 6 et densité=2,8 à 3,2 Gisement : c’est un minéral essentiel des schistes cristallins.
2) les amphiboles monocliniques calciques
Dans ce cas le site X renferme du Ca, les amphiboles appartenant à cette classe sont : Le groupe actinote-trémolite et la hornblende.
a)Actinote-trémolite Elle forme une solution solide depuis : un terme magnésien, la trémolite : [(Si4O11) OH] 2Ca2 Mg5 vers un terme ferrifère, la ferroactinote : [(Si4O11) OH] 2 Ca2 Fe5 , le terme intermédiaire étant l’actinote de formule [(Si4O11) OH] 2 Ca2 (Mg, Fe)5 , Les cristaux sont rares chez la trémolite, cependant ils sont plus fréquents chez l’actinote ; prismes plus ou moins allongés, parfois lamellaires. Généralement en agrégats aciculaires à fibreux. Couleur blanc à gris foncé. Eclat vitreux à soyeux ; cassure inégale Dureté=5 à 6 et densité =2,9 à 3,2 L’asbeste à longues fibres est une variété fibreuse de la trémolite. Gisement : la trémolite se rencontre surtout dans les calcaires cristallins et les dolomies. L’actinote dans les schistes cristallins, chloriteux ou talqueux.
b) la hornblende Sa formule est : [(Si3AlO11) OH]2 (Ca, Na, K)2-3(Mg, Fe2+, Fe3+, Al)5 On distingue la hornblende verte et la hornblende brune ou hornblende basaltique qui est plus riche en fer.
La hornblende basaltique est généralement bien cristallisé :cristaux prismatiques allongés à section hexagonale. La hornblende verte en cristaux libres peu nets, en agrégats allongés aplatis, fibreux, parfois massif. Couleur Hb verte :vert, vert bleuâtre, brun clair, vert noirâtre. Hb brune : brun à noir brillant. Translucide. Cassure subconchoïdale. Dureté = 5 à 6 et densité = 3 à 3,4 Altération en épidote, serpentine, chlorite. Gisement : la Hb brune ou Hb basaltique est plus fréquente dans les roches volcaniques (basaltes, trachytes). La Hb verte se rencontre dans les granites, les syénites, les dioritesmais également dans les roches du métamorphisme de contact et dans les schistes cristallins (amphibolites).
3) Les amphiboles monocliniques sodiques Le site X renferme du Na. Nous citerons parmi les plus importants la riébékite de formule : [Si4O11 (OH)]2 Na2 Fe3+4 Elle se présente en cristaux prismatiques irréguliers ou fibreux et en agrégats lamellaire ou asbestiforme. Couleur : bleu noir à noir Eclat vitreux mais parfois soyeux à chatoyant Clivage parfait selon le prisme vertical Dureté = 5,5 à 6 et densité = 3,02 à 3,42. Gisement : on rencontre la riébékite dans les roches du métamorphisme de basse température et de basse et moyenne pression, mais également dans les roches magmatiques alcalines : dans les granites et les syénites.
LES PHYLLOSILICATES
L'élément structural de base dans les phyllosilicates est le feuillet constitué de tétraèdres dont deux sont reliés par leur sommets de façon que chaque tétraèdre possède
un O2 et 3/2 de O2
Cette trame bidimensionnelle silicatée à symétrie pseudo hexagonale est complétée par
une couche d'octaèdres de type : Brucite : Mg (OH)2 ou de gibbsite : AL (OH)2.
Il existe alors 3 type d'associations de ces couches tétraédriques et octaédriques.
1) une couche tétraédrique superposée à une couche octaédrique.(épaisseur 7Â)
(Si4O10)(OH)2 M2-3 (OH)6
2)une couche octaédrique disposée entre deux couche tétraédriques (épaisseur l0 Â) (Si4O10)(OH)2 M2-3
3) Identique au précédent avec une couche octaédrique libre .
(épaisseur 14 Â).
(Si4O10)
(OH)2 M2-3 Mg3(OH)6
La classification des phyllosilicates se fait suivant
- le type de feuillet et de son épaisseur - L'occupation de sa couche octaédrique qui peut être faite par 2 Al3+ ou par 3 Mg2+ Si c'est Al 3+: deux sites seront occupés et un site sera vacant,c'est le cas des
phyllosilicates dioctaédriques Si c'est Mg2+: les 3 sites seront occupés , c'est le cas des phyllosilicates trioctaédriques.
- de la nature des liaisons entre les feuillets
- du degré de symétrie
Compte tenu de cela nous aurons : Des phyllosilicates à 2 deux couches {7 &): groupes des serpentines et de la kaolinite Des phyllosilicates à 3 couches (10 Â; , groupes du talc -pyrophyllite et des micas Des phyllosilicates à 4 couches (14 Â)' groupes des chlorites, vermiculites et
montmorillonites.
I) Groupe de serpentines
Phyllosilicates à 2 couches 7 Â de formule [(Si4O10](OH)2 Mg6 (OH)6 Quand elle est riche en Mg , c'est de I'antigorite Quand elle est riche en Fe c'est de la ferro-antigorite Elle se présente soit sous forme de feuillets ou elle peut également présenter un faciès
fibreux.
Sa couleur est généralement verte plus ou moins foncé. Gisement : Elle est répandue dans les roches contenant des pyroxènes et des péridots car
leur altération donne de la serpentine.
II) Groupe du talc
Leur formule est : [(Si4O10)(OH)2] Mg3, Ils se présentent sous forme de paillettes qui glissent les unes sur les autres. Quand ils subissent l'action des hautes températures ils perdent OH et deviennent des
pseudopyroxènes.
Gisement : se sont des minéraux de roches essentiellement métamorphiques.
La pyrophyllite est une variété de talc alumineux de formule :[(SiaO10)OH2] Ai2.
III) Groupe des Micas
Ils sont construits sur la base de Si4O10 avec substitution de 1 Si par Al ,dans la couche
tétraédrique qui est compensé par un cation (K, Na, Ca).
Les formules structurales des micas s'écrivent :
[(Si3AlO10) (OH,F)2] X2Y4 micas dioctaédriques
[(Si3AlO10) (OH,F)2]2 X2Y6 micas trioctaédriques
X = K, Ir{a, Ca, Cs, Rb, (H2O)+
Y2+: Mg, Fe, Mn
Y3+: A1, Fe, Cr, V, Ti
Les gros ions X occupent les sites interfoliaires, ils assurent la cohésion de la structure. Ils existent des micas intermédiaires entre dioctaédriques et trioctaédriques comme les lépidolites pour lesquels le remplissage octaédrique est compris entre 2 et 3. Les micas sont cristallochimiquement très complexes et peuvent être considérés comme des solutions solides entre plusieurs espèces :
Les micas dioctaédriques
[Si3Al O10 OH2 ]Al2 K -+ 1a Muscovite [Si3Al Oro OHz ]Al2 Na -> La paragonite [Si3Al O10 OH ]Cr2 K La fuschite
Les micas trioctaédriques
[Si3AI O10 OH2 ]Mg2 K-+ la Phlogopite [Si3Al 016 OH2 ](Fe, Mg), K +La biotite [Si3Al Or OHz ]Fes K+ L'Annite
Le Li et le Na peuvent parfois remplacer 1e K , on aura alors
[Si3Al O10 OH2 ]Al2 Li -+ Le Lepidolite [Si3Al Oro (OH)2 ](Fe,Al)2 Li + La zinwaldite
Caractères minéralogiques communs aux micas
Généralement monocliniques holoèdres 2lm ,
Ils cristallisent généralement en plaquettes pseudohexagonales aplaties selon (0001).
Ils possèdent un clivage 001 parfait et unique, il passe entre les feuillets TOT.
Les macles par accolement (001) sont fréquentes.
La couleur des micas est variable :
Les micas alumineux sont transparents, blanchâtres tel est 1'exemple de la muscovite et
de la paragonite.La muscovite coioré en vert par le Cr devient de la fuschite.
Les micas ferromagnésiens sont noirs (la biotite), brun doré (la phlogopite).
Les lépidolites (41, Li) sont de couleur rose à rose violacée.La zinwaldite est gris terne.
La dureté des micas est comprise entre 2.5 et3.
Leur densité augmente avec la teneur en Fe.
Gisement : Les micas sont des minéraux essentiels dans toutes les roches magmatiques (plutoniques ou volcaniques). Ils sont également présents dans les métamorphiques
(général et de contact). Les micas sont rares dans les roches sédimentaires, mais peuvent
parfois résister au transport et donner des grés micacés : les psammites.
Les micas s'altèrent facilement en chlorite ou vermiculite avec ségrégation de granules
d'oxydes de fer dans les clivages.
IV) Groupe des chlorites
Ce sont des aluminosilicates de Fe, Mg et Al qui forment un groupe de minéraux
monocliniques ressemblant aux micas mais qui en diffèrent par 1es caractères structuraux,
par un clivage moins facile donnant des lamelles flexibles mais non élastiques et ayant
généralement une couleur vert foncé. On distingue :
- des chlorites magnésiennes (épaisseur des feuillets:14 A
pennine [Si 3.5-3.1Al 0.5-0.9 O10 (OH)2] (Mg, Al)3 Mg3(OH)6
clinochlore [Si3Al O10 (OH)2 ](Mg, Al)3, Mg3 (OH)6
- des chlorites ferrifères qui présentent une strcture de type serpentine à 7 A :
la chamosite
]Si2Al2O10 (OH)2)] (Fe2+)4, Al2) (OH)6
Caractères des chlorites magnésiennes
Les cristaux sont rarement bien forrnés. Ils présentent un aspect hexagonal ou parfois en
tonnelet. Ils peuvent se présenter également en masses lamellaires.
La dureté est comprise entre 2 et 2.5, ils sont de couleur vert plus ou moins foncé, sont
transparents à translucides, à éclat nacré à gras. Couleur de la trace incolore
Gisement : minéraux très répandus aussi bien dans les roches magmatiques que
métamorphiques.
Ils proviennent souvent de la transformation hydrothermale de silicates ferromagnésiens
(biotite, amphibole etc..).
Dans les roches métamorphiques ils donnent 1es schistes chloriteux
Caractères des chlorites ferrifères Elles se présentent en masse compacte, cryrtocristalline ou oolithiques .Elles sont de couleur gris verdâtre à noir. Elles se rencontrent essentiellement dans les roches sédimentaires où el1es forment des bancs épais au milieu des calcaires.
V) Minéraux des argiles
On distingue : La Vermiculite [Si3AI O10 (OH)2 ] (Fe, Mg, Al]3 n H2O La vermiculite cristallise dans 1e système monoclinique. El1e se présente en cristaux lamellaires à section hexagonale. Elle est de couleur verte, ou jaune d'or à brune. Elle est translucide à éclat vitreux à nacré. Son clivage est parfait. La vermiculite représente le produit de transformation hydrothermale de la biotite et de la
phlogopite. La montmorillonite [Si4 O10 (OH)2 ] Al2 n H2O La montmorillonite est une argile smectique de couleur blanche, grise ou rose. Elle absorbe I'eau en augmentant de volume sans devenir plastique :.les bentonites. Elle se forme par alteration de roches basiques dans des conditions alcalines (climat
semi-aride, eaux stagnantes). Elle est utilisée Çomme adsorbant pour la purification des huiles,pétroles et comme boue
de forage.
La kaolinite [Si4 O10 (OH)2 ] Al2 Les cristaux sont très rares, elle se présente en lamelles pseudo-hexagonales, et plus généralement en masse compacte grenue ou terreuse. De couleur blanche, jaunâtre ou verdâtre , elle présente un toucher onctueux et un éclat mat. Elle absorbe l'eau en donnant une pâte plastique. Gisement : Elle se forme par altération atmosphérique ou hydrothermale de roches riches en alcalins . Les feldspaths sont souvent sujet à kaolinisation (pegmatite, granite, gneiss)
et des roches sédimentaires.
LES TECTOSILICATES
Rappel
Ce sont des silicates à tétraèdres en édifices à 3 dimensions ou tectosilicates, c’est à dire tétraèdres disposés en charpente ou toit. Les tétraèdres SiO4 sont soudés les uns aux autres par leur 4 sommets. De ce fait chaque atome d’O2 appartient à 2 tétraèdres voisins. Lorsque les tétraèdres sont dépourvus d’Al la charpente atteint la neutralité électrique et
la formule structurale de l’édifice est SiO4/2 ce qui donne SiO2, c’est le groupe de la silice. Lorsque les tétraèdres contiennent de l’Al les charges négatives excédentaires de la charpente sont compensées par de gros cations alcalins ou alcalino-terreux qui viennent se
loger dans les cavités, la formule structurale devient alors [ (Si Al)O2]n , c’est le groupe des
feldspaths , des feldspathoïdes et des zéolites. Les tectosilicates se subdivisent ainsi en 5 groupes ou familles : - groupe de la silice - groupe des feldspaths - groupe des feldspathoïdes - groupe des zéolites - groupe des scapolites
I) Famille ou groupe de la silice
a) polymorphisme de la silice La silice se présente sous la forme de nombreuses variétés polymorphiques, variétés dont le champ de stabilité est donné dans le diagramme d’équilibre P-T (voir figure ci-dessus) Il existe plusieurs variétés de silice : - cristallisé avec comme exemple le quartz - à structure fibreuse exemple la calcédoine - amorphe exemple l’opale
Le quartz (SiO2) Il cristallise dans le système rhomboédrique pseudo hexagonal, il présente souvent la forme bi pyramidée. Couleur : bien que normalement incolore (cristal de roche ou quartz hyalin), le quartz peut présenter de nombreuses colorations (phénomène d’allochromatisme). On distingue ainsi : Le quartz rose, couleur due à des traces de Mn ou des inclusions d’hématite. Le quartz jaune ou citrine couleur due à des traces d’hydroxydes ferriques colloïdales. Le quartz violet ou améthyste couleur due à des traces de Re3+. Le quartz noir ou enfumé Le quartz blanc laiteux Dans ces 2 derniers cas la colorations serait liée à une distribution électronique particulière. Œil de tigre : variété de silice à reflets chatoyants. Dureté : 7 Cassure conchoïdale, éclat gras à vitreux. Pas de clivage, mais présence de macle par pénétration ou accolement. Gisement : Il peut être présent dans tous types de roches aussi bien magmatiques, que métamorphiques et sédimentaires. Dans les roches magmatiques, il intervient dans la classification des roches en tant que minéral cardinal au même titre que les feldspaths et feldspathoïdes. Il caractérise les roches sursaturées. On le trouve dans les granites, les granodiorites ,les diorites quartziques et leur équivalents effusifs. Dans les roches métamorphiques, il est présent aussi bien dans les roches du métamorphisme de contact que celles du métamorphisme général. Dans les roches sédimentaires, il caractérisent les grès.
b) la calcédoine et l’opale (SiO2)n H2O
Ce sont des produits de concrétion de la silice dans un contexte sédimentaire (silex, chert) ou igné (nodules d’agate, remplissage de vacuoles). La calcédoine peut être subdivisée en calcédoine au sens strict à coloration uniforme, et en agate diversement colorée selon des bandes parallèles ou concentriques. Elles peuvent être blanches, rouges, brunes ou vertes. Les opales sont appelées hyalite quand elles sont incolore et transparente à éclat gras, et opale noble quand elles sont translucides mais réfléchissant la lumière.
c) Tridymite et cristobalite La tridymite se rencontre sous 2 formes : -de haute température, cristallisant dans le système hexagonal -de basse température cristallisant dans le système orthorhombique Elle se présente généralement en minces plaquettes hexagonales maclées 2 par 2 ou 3 par 3. Elle se présente également en rosettes de cristaux blancs. Gisement : la tridymite est un minéral de roches volcaniques acides : trachytes, andésites et tufs rhyolitiques. La cristobalite se rencontre également sous 2 formes : -de haute température, cristallisant dans le système cubique - de basse température cristallisant dans le système quadratique Elle se présente sous forme de cristaux octaédriques, parfois macles sur(111), ou en masses sphérolitiques. Gisement :elle est associée à la tridymite.
II) Famille ou groupe des feldspaths
Les feldspaths sont de loin les minéraux les plus importants de l’écorce terrestre. La composition des feldspaths usuels est décrites comme solution solide ternaire entre 3 pôles stœchiométriques :
Orthose :Si3Al O8 K
Albite Si3Al O8 Na
Anorthite Si2Al2 O8 Ca
Il existe 2 groupes fondamentaux de feldspaths :
Les feldspaths alcalins : orthose- albite
Les feldspaths calco-sodiques : les plagioclases
a) Les feldspaths alcalins On distingue les feldspaths potassiques et les feldspaths sodiques. - les feldspaths potassiques
Ils sont polymorphes de formules Si3Al O8 K, on a :
L’orthose cristallisant dans le système monoclinique Le microcline cristallisant dans le système triclinique La sanidine cristallisant dans le système monoclinique On peut considérer que la phase microcline possède une structure entièrement ordonnée du point de vue des positions des tétraèdres de Si et des cations Al. Alors que la phase orthose admet un désordre partiel entre Si et Al. Le désordre devient total dans la sanidine monoclinique. Les phases ordonnées réalisées lors de refroidissement lent sont dites de basse température, alors que les phases désordonnées cristallisant rapidement sont dites de haute température.
Les feldspaths sodiques
Ils sont représentés par l’albite de formule Si3Al O8Na..
Dans les feldspaths alcalins, il peut y avoir une solution solide parfaite depuis les feldspaths sodiques jusqu’au feldspaths potassiques mais à haute température seulement, comme dans les laves .(voir planche ci-dessus) Par contre à basse température, il y a immiscibilité entre les termes extrêmes (les ions K et Na ont des rayons ioniques qui diffèrent de plus de 15%), et le milieu qui possède, par exemple, une composition de 60% d’Orthose et 40% d’albite se consolide en un cristal hétérogène : la perthite. Le feldspath dominant constitue la matrice de l’édifice dans laquelle l’autre est dispersé sous forme de facules ayant l’aspect de veines, fuseaux, lacets taches etc… visible à l’œil nu et au microscope. L’apparition de la série continue de haute température ou celle de basse température est fonction de 2 facteurs : - la température initiale de consolidation - la vitesse de refroidissement qui doit être rapide pour que puisse subsister la série de haute température. (diagramme)
b)Les feldspaths calco-sodiques : les Plagioclases C’est le type parfait d’une série isomorphe complète allant de l’albite à l’anorthite. (diagramme voir planche). On distingue Albite de 0 à10% d’An
Oligoclase 10à 30% d’An Andésine 30 à 50% d’An Labrador 50 à 70 % Bytownite 70 à 90% Anorthite 90 à 100 % Les plagioclases cristallisent dans le système triclinique.
Caractères généraux des feldspaths Les feldspaths possèdent un grand nombre de caractères communs, quelque soit l’espèce à laquelle ils appartiennent. Lorsqu’ils ne sont pas altérés, ils sont d’un blanc de porcelaine ou plus rarement incolores. Ils cristallisent dans les systèmes monoclinique ou triclinique. Les clivages (001) parfaits et (010) imparfaits sont communs à tous les feldspaths. Les feldspaths sont très souvent maclés : Macle de Carlsbad : simple, accolement de 2 individus est caractéristique des feldspaths potassiques (orthose et sanidine). Macle de l’albite :polysynthétique par accolement de plusieurs individus caractéristique des plagioclases. Macle du péricline : il s’agit de macle polysynthétique de l’albite et du microcline. Le quadrillage observé en LM du microcline correspond à la combinaison des macles de l’albite et du péricline. Les feldspaths sont souvent automorphes. Les feldspaths sont rarement transparents, ils sont généralement translucides. Couleur : Les feldspaths sont blanc laiteux, grisâtre ou rosâtre (orthose) ou vert clair notamment le microcline qui prend le nom d’amazonite. L’éclat des feldspaths est vitreux et parfois nacré à irisé. Leur dureté est de 6 et leur densité est comprise entre 2.5 et 2.7. Gisement : Les feldspaths sont les minéraux cardinaux des roches ignées, sursaturées, saturées et même sous saturées en silice, grenues, microgrenues ou microlitiques. Les feldspaths alcalins sont plus communs dans les roches acides, et les pegmatites potassiques alors que les plagioclases sont plus abondants dans les roches basiques (diorites, gabbros). Dans les roches métamorphiques, le microcline est le principal représentant des feldspaths.
Dans les roches sédimentaires détritiques le feldspaths orthose apparaît dans les grés feldspathiques ou arkose. Altération des feldspaths : Les feldspaths potassiques s’altèrent en kaolinite par lessivage des alcalins, ou en damourite, séricite ou en saussurite (épidote par hydratation des plagioclases basiques.
III)Les feldspathoïdes
Ce sont des minéraux déficitaires en silicium, ils sont symptomatiques (indiquent) des roches sous saturées dans la classification des roches magmatiques. D’après leur structure on distingue 3 groupes de feldspathoïdes : -
groupe de la néphéline caractérisée par le squelette de la tridymite - groupe de la leucite cristobalite - groupe de la sodalite caractérisé par un squelette en cage.
1)Groupe de la néphéline Dans ce groupe on distingue la néphéline et la cancrinite.
La néphéline (Ne) de formule : (SiAlO4)4 Na3 K, cristallise dans le système hexagonal. Elle est stable jusqu’à 900°C et à 1250°C elle se charge en carnégieite cubique. La Ne est rarement bien cristallisé en prisme trapus, elle est souvent grenue ou massive. Sa cassure est subconchoïdale, elle est incolore, blanc jaunâtre, parfois verdâtre, ou rougeâtre. L’éclat de la néphéline est vitreux à gras. Elle s’altère en sodalite, pinite ou zéolites. Gisement : La Ne est le feldspathoïde le plus commun, elle se rencontre dans toutes les roches sous saturées, plutoniques ou volcaniques (syénites néphéliniques, phonolites, basanites). Le minéral prend également naissance par voie métasomatique dans les roches métamorphiques tels que les calcaires néphéliniques.
La cancrinite de formule (SiAlO4)3 (Na ,Ca)4 CO3 (H2O) 0-3
1 cancrinite équivaut à 3 Ne + CaCO3 Elle se présente rarement en cristaux prismatiques mais plutôt en masses compactes dans les syénites néphéliniques.
2) groupe de la leucite
Dans ce groupe on distingue la leucite et l’analcime.
La leucite de formule : (Si2 Al O6) K cristallise, dans le système quadratique, en cristaux pseudocubiques inclus, atteignant parfois 5 cm, montrant des faces trapézoèdres, faces souvent striées. Elle est parfois grenue ou massive, à cassure conchoïdale, de couleur blanc laiteux à gris, opaque parfois translucide, à éclat vitreux. Gisement : La leucite se rencontre essentiellement dans les laves : basaltes à leucite, phonolites, et leucitites.
L’analcime de formule (Si2 Al O6) Na H2O est parfois classée dans les zéolites parce qu’elle
contient de H2O. Elle cristallise dans le système cubique avec des cristaux libres atteignant parfois jusqu’à 15 cm dans les géodes. Elle se présente très rarement en cubes plutôt en masses compactes terreuses de couleur blanc jaune ou rosé et à éclat vitreux. Gisement : L’analcime se rencontre dans les basaltes, les tufs basaltiques, les trachytes et les phonolites, dans les roches sédimentaires où elle résulte de l’altération de la leucite.
3) Groupe de la sodalite Dans ce groupe on distingue :
la sodalite de formule : (Si AlO4)6 (Na8 Cl2)
le noséane de formule : (Si AlO4)6 (Na2 SO4)
l’haüyne de formule : (Si AlO4)6 (Na, Ca)4-8 (SO4)1-2 La sodalite cristallise dans le système cubique, elle se présente rarement en cristaux mais souvent en masses compactes et en grains. Elle peut être incolore, blanche, grise, verdâtre, parfois même bleue lavande. Elle est transparente à translucide et son éclat est vitreux. L’haüyne se présente le plus souvent en grains arrondis de couleur blanche à bleu ciel à clivage net transparente à translucide. Gisement : Dans les roches plutoniques et volcaniques sous saturées où ces minéraux coexistent avec la leucite et la néphéline, .dans les syénites néphéliniques et dans les phonolites.
IV) groupe des zéolites Ce sont des tectosilicates caractérisés par de larges canaux qui contiennent des molécules d’eau lâchement liées (eau zéolitique). Cette eau peut être absorbée ou résorbée de façon réversible, en réponse à des variations de pression partielle de vapeur d’eau ou de chauffage ( A température modérée , le squelette silicaté reste rigide. L’eau zéolitique expulsée peut être réversiblement remplacée par différents atomes ou
molécules gazeux (H2S, NH3,CCl4, Ar, Xe, Ne…) ou des métaux (Hg), d’où leur utilisation comme piège moléculaire dans les pompes à vide, et comme pièges sélectifs de petites molécules dans un mélange (tamis moléculaire). Ce sont des alumino-silicates hydratés dont les charges négatives de la charpente sont compensées par Ca, Na, et K et plus rarement par Ba, Sr, et Mg. Les formules chimiques des zéolites répondent à la relation :
(CaO + Na2O + K2O + BaO + SiO + MgO) / Al2O3 = 1 Ces cations qui eux aussi logés dans les canaux sont peu liés, ils sont facilement échangeables entre eux 2Na Ca d’où leur utilisation dans l’adoucissement des eaux dures.
D’après leur structure et leur faciès, on distingue 3 familles : 1 – les zéolites fibreuses : faciès allongé, aciculaire à fibreux, elles forment des groupements fibroradiés. - Natrolite : Na2 ( Al2Si3O10) 2 H2O, qui cristallise dans le système orthorhombique. - Thomsonite
- Mesolite : Na2 Ca2 (Al2Si3O10) 8H2O qui cristallise dans le système monoclinique.
2 – Les zéolites lamellaires : faciès aplatis, clivage facile selon 010.
- Heulandite : (Ca,Na2) (Al2Si7O18) 6 H2O, cristallise dans le système monoclinique.
- stilbite: (Ca, Na2, K2) (Al2Si7O18) 7H2O, cristallise dans le système monoclinique.
3 – les zéolites isométriques : ce sont d’excellents tamis moléculaires leur symétrie est pseudo cubique ou cubique. - Chabazite : (Ca, Na2) (Al2Si4O12) 6 H2O cristallise dans le système rhomboédrique.
- Pargasite : (Ca, Na2) (Al2Si4O12) 16 H2O cristallise dans le système cubique.
Las zéolites sont incolores ou blanches à reflets jaunâtres, verdâtres ou rougeâtres. Eclat vitreux à soyeux. Dureté comprise entre 4 et 5,5 , densité 2 à 2,5Les zéolites se distinguent les unes des autres par une étude aux RX Gisement : .Elles sont généralement présentent en association avec la calcite dans les vacuoles des roches effusives (basaltes) et dans les pegmatites.
V) Groupe des scapolites ou des wernérites Ces minéraux présentent la même trame silicatée que les feldspaths, mais dans les grosses lacunes de la trame sont insérés de gros cations. La symétrie est quadratique. Les scapolites forment une série isomorphe entre
La marialite (Si3AlO8)6 (Cl2, SO4, Ca3) Na8 et
La Méïonite (Si3AlO8)6 (Cl2, SO4, Ca3) Ca8 Le dipyre étant le terme moyen de la série. On peut dire que : la marialite équivaut à 3 albites + 2 NaCl et
la méïonite équivaut à 3 anorthites + CaCO3. Ce qui a fait penser que les wernérites étaient des sortes de plagioclases à tendance pneumatolitique. Gisement : On trouve les wernérites dans les roches métamorphiques enrichies localement ou
régionalement en Cl2, CO3, SO3. Elles s’altèrent en mica, épidote , albite ou kaolin.
