Minéralogie Etude des minéraux • Quel est le message à rechercher … • Enregistrement des conditions de formation (P, T, X), histoire de la roche(tps), les propriétés des roches... Qu ’est-ce qu ’un minéral ? Grenat (site webmineral) Un solide macroscopiquement homogène Une des caractéristiques principales: Loi de stratification multiple Structure atomique périodique = structure ordonnée (le plus souvent) Critères géométriques Ex d’une structure simple NaCl (halite) Réseau cristallin Macro (cristal) propriétés du cristal = propriétés de la maille Micro (maille) Identité du minéral : Motif cristallin + réseau Un outil : La diffraction des rayons X Composition chimique bien définie Chimie de la maille = chimie du cristal Peu d ’informations, « couleur » Un outil : La microsonde électronique Les minéraux peuvent être constitués : - d ’atomes - d ’ions - de molécules associés par des liaisons chimiques de plusieurs types, et plus ou moins résistantes Propriétés du minéral... … fortement dépendantes de sa structure cristalline Ex. Kaolinite, Si2Al2O5(OH)4 Structure en feuillet découlant directement de la structure atomique Espèces minérales de même composition chimique mais de structure différente Graphite d=2.1-2.3 Diamant d=3.5 très mou - très dur conducteur de courant isolant opaque - transparent Espèces minérales de même composition chimique mais de structure différente Domaine de stabilité différent Gisement de diamant de Popigaï (impact de météorite) Autre exempleAl2SiO5 AlO6 AlO6 SiO4 AlO4 SiO4 disthène sillimanite AlO6 Conditions du métamorphisme SiO4 AlO5 andalousite Pourquoi se forme un minéral : Configuration énergétique la plus faible Critères macroscopiques d ’identification : Automorphe – xénomorphe Habitus (forme polyédriques du cristal) La cassure – le clivage La dureté Transparence – couleur - reflexion Effervescence, goût... peut s’exprimer sous forme de cristal géométrique = minéral automorphe Que dans des contextes très favorables Si le minéral est gêné par ses voisins !!! Ne peut exprimer sa forme de cristal géométrique (Minéral xénomorphe) Critères macroscopiques d ’identification : Automorphe – xénomorphe Habitus (forme polyédriques du cristal) La cassure – le clivage La dureté Transparence – couleur - reflexion Effervescence, goût... aciculaire isométrique Prisme trapu en plaquette en feuillet prisme allongé tabulaire en lame fibreux Propriétés du cristal = propriétés de la maille Mêmes propriétés géométriques… (symétries visibles à l ’échelle macro) Symétries de la maille (cube) = Symétrie du cristal de grenat A3 A4 A2 7 systèmes cristallins définis par la géométrie de la maille Environ 4400 espèces minérales Cubique ( 12%) Quadratique ( 10%) Hexagonal ( 8%) Rhomboédrique ( 9%) Orthorhombique ( 22%) Monoclinique ( 32%) Triclinique ( 7%) Macroscopiquement : la distinction se fait par des critères géométriques selon conditions physicochimiques de formation des cristaux, une même espèce minérale peut se présenter sous des habitus cristallins différents Exemple : la calcite (CaCO3 – rhomboédrique) présente plus de 100 habitus différents 2 habitus de la calcite Mais… même système cristallin… mêmes propriétés géométriques Propriétés géométriques perceptibles à toutes les échelles Individus parfois associés (orientation différente) Macroscopiquement: angles rentrants, incidence variable de la lumière Quartz, SiO2 Sanidine, KAlSi3O8, En microscopie: Variation de la position d ’extinction Critères macroscopiques d ’identification : Automorphe – xénomorphe Habitus (forme polyédriques du cristal) La cassure – le clivage La dureté Transparence – couleur - reflexion Effervescence, goût... cassure plane = plans de cassure préférentielle plans de clivages muscovite Liaisons faibles À l ’échelle atomique... cassure en gradins : amphibole : 2 clivages non 2 directions : exemple des amphiboles : 124° calcite : 3 clivages de qualité équivalente (parfaite) non ...À l ’échelle atomique Absence de clivage (ou clivage de mauvaise qualité) cassure conchoïdale quartz hyalin massif cassure irrégulière et/ou cassure esquilleuse Critères macroscopiques d ’identification : Automorphe – xénomorphe Habitus (forme polyédriques du cristal) La cassure – le clivage La dureté Transparence – couleur - reflexion Effervescence, goût... Résistance des minéraux à la rayure Propriété anisotrope Dépend de la cohésion du cristal donc de sa structure cristalline Critères macroscopiques d ’identification : Automorphe – xénomorphe Habitus (forme polyédriques du cristal) La cassure – le clivage La dureté Transparence – couleur - reflexion Effervescence, goût... Eclat métallique : fort pouvoir réflecteur de la surface, forte absorption de la lumière. Minéraux opaques : métaux natifs, sulfures, oxydes métalliques Ex. hématite Fe2O3 Ex. Pyrite FeS2 Eclat non métallique : Eclat vitreux Ex. quartz Eclat adamantin Eclat nacré… Ex. diamant Ex. micas, talc... Attention à la couleur !! Couleur liée aux impuretés... Béryl Al2Be(Si6O18) Emeraude Cr3+ Aigue marine Fe3+ Couleur : attention … Un même minéral : le quartz SiO2 Critères macroscopiques d ’identification : Automorphe – xénomorphe Habitus (forme polyédriques du cristal) La cassure – le clivage La dureté Transparence – couleur - reflexion Effervescence, goût... Les grandes familles minérales L’identification…. … est elle le principal message ?? Quels est le message à rechercher … Enregistrement des conditions de formation (P, T, X), histoire de la roche(tps), les propriétés des roches... Site de croissance, Morphologie (auto-xénomorphe), texture Taille, Relations avec les voisins, ordre cristallisation Déformations éventuelles… A compléter par des informations micro… ordre/désordre cristallin, inclusions (verre, fluide), zonations chimiques, composition isotopique… Infiltration de fluides Cristallisation à partir d ’un magma Environnement de croissance : cavité, fracture, masse de la roche Circulation de fluide Refroidissement lent, sursaturation/surfusion faible Taille des cristaux Refroidissement lent dans la chambre magmatique sursaturation/surfusion plus importante Petits cristaux Taille des cristaux sursaturation/surfusion très importante Taille des cristaux, habitus SiO2, quartz Déformations éventuelles : cassantes Brèches de failles, brèches hydrauliques Déformations éventuelles ductiles Quartz en ruban mylonite Déformations éventuelles ductiles Quartz avec extinction roulante stylolites Erosion Grains arrondis érodés (= transport) Quartz arrondi, conglomérat La recristallisation Lorsque les minéraux déjà formés changent de taille et de forme Les surfaces des minéraux : sites où les liaisons sont interrompues (sites de haute énergie) Pour diminuer cette énergie Les minéraux vont diminuer leur surface de grain Moins de cristaux mais plus gros Nécessite la diffusion des atomes dans la structure donc une température suffisamment élevée
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