Pr. Salah Bouhlel
Cours Géologie Faculté des Sciences de Tunis Unversité Tunis El Manar Salah Bouhlel  
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Chapitre 7 : Silicates Cristallochimie

 

 

 

= Classification structurale des minéraux silicatés

 

INTRODUCTION

 

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.

 

Ces 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.

 

 

 

 

SiO4

Où Si est chargé  +4

et O est chargé -2

(-2)

(1 x 4) + (4 x –2) = 4 + (-8) = -4

 

 

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).

 

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 :

Classes

Arrangement des tétraèdres

 

Rapport Si/O

Exemples de minéraux

 

Nésosilicates

 

 

Isolés

 

1:4

 

Olivine (Mg,Fe)2SiO4

 

Sorosilicates

 

Doublets

 

2:7

 

Hémimorphite

Zn4(Si2O7)(OH) 2.H2O

 

 

Cyclosilicates

 

Cycles

 

1:3

 

Béryl Be3Al2 (Si6O18)

 

 

 

Inosilicates

 

 

Chaînes (pyroxènes)

 

 

Rubans (amphiboles)

 

1:3

 

 

4:11

 

Enstatite Mg2 (Si2O6)

 

 

Trémolite

Ca2Mg5(Si8O22) (OH) 2

 

 

Phyllosilicates

 

 

Feuillets

 

2:5

 

Talc Mg3(Si4O10)(OH) 2

 

 

Tectosilicates

 

 

Réseau tridimensionnel

 

1:2

 

Quartz SiO2

 


 

 

 

 

 


 

 

 

I - NESOSlLICATES

 

On la désigne encore sous le nom de structure en ilots ou structure à groupement (SiO4)4-  indépendants, ou orthosilicates. Les tétraèdres de silice ne sont pas liés directement entre eux, ils le sont par l'intermédiaire d'autres cations comme Mg2+, Fe2+, Fe3+, Ca2+, Mn2+, Zr2+, etc... Ces cations assurent la neutralité électrique de l'ensemble. A cette famille appartiennent les minéraux du tableau suivant :

 

GROUPE DE LA PHENACITE 

 

Phenacite     Be2(Si04)

Willemite       Zn2 (Si04)

 

GROUPE DE L'OLIVINE

                

Forsterite                   Mg2 (Si04)

Fayalite         Fe2 (Si04)

 

GROUPE DES GRENAT A3B2(Si04)3

 

    Pyrope                               Spessartite               Andradite

    Almandite                         Grossularite              Uvarovite

 

GROUPE DU ZIRCON

 

Zircon            Zr(SiO4)

 

GROUPE DES SILICATES D'ALUMINE (Al2SiO5)

 

Andalousite                         AI[ 6] AI[ 5] O (SiO4)                           (1)

Sillimanite                            AI[ 6] AI[ 4] O (SiO4)

Kyanite                                 AI[ 6] AI[ 6]  O (SiO4)

 

 

Topaze                                  Al2(Si04)(F,OH)2

Staurolite                              Fe2Al9O6 (SiO4)4 (O, OH) 2

 

Sphéne                                 CaTiO(Si04)

 

-----------------------

(1) Le nombre entre crochets est le nombre de coordina­tion de l'ion aluminium.

 

 

 

 

 

La figure représente la structure de la forstérite. Les tétraèdres de silice, qui ont leur base et leur sommet alternativement sur un même plan, sont reliés par des octaèdres de magnésie.

Chaque oxygène est réuni à trois ions magnésium dont la moitié seulement occupe des centres de symétrie. L'ensemble consti­tue un empilement compact d'ions oxygène dans les interstices desquels se logent les ions Si4+ et Mg++.  

 

La compacité de la structure assura aux minéraux une forte densité : les olivines, de la forstérite SiO4Mg2 à la fayalite SiO4 Fe2 de den­sité de 3,25 à 4 selon la teneur en fer.

 

 

II. SOROSILICATES

(Structures en double tétraèdres)

 

Dans la structure des sorosilicates (soros = groupe) les tétraèdres de silice s'associent deux à deux. Dans chaque groupe, les deux tétraèdres de silice sont liés par un oxygène qu’ils ont mis en commun (figure).

 

 

 

 

On obtient ainsi un groupement Si2O7 de valence électronégative - 6       [(Si2O7)- 6]

La liaison des doubles de tétraèdres entre eux se fait par l'intermédiaire d'ions positifs.

A cette famille appartiennent les minéraux suivants :

                                  

Hémimorphites                                Zn4    (Si2O7)  (OH) 2.H2O

Lawsonite                                        CaAl2 (Si2O7)  (OH) 2.H2O

Groupe de l'Epidote :

Clinozoïsite                                      Ca2   Al3O SiO4  (Si2O7) (OH)

Epidote                                             Ca2 (Al,Fe)Al2O SiO4 (Si2O7)  (OH)

Idocraze                                            Ca10 (Mg,Fe) 2Al4(SiO4) 5 (Si2O7) (OH)4

Préhnite                                        Ca2Al2 (Si3O10) (OH) 2

 


 

 

III -  CYCLOSlLlCATE

(Structure cyclique)

 


 

Plusieurs tétraèdres peuvent se lier en formant des anneaux (figure ) donnant lieu à la structure cyclique des tri-, tétra- et hexasilicates

(Trisilicique (Si3O9)-6 , Tétrasilicique (Si4O12)-8 , Hexasilicique <Si6O16)-12).

La formule du silicate est (SinO3n)2n- où n  est le nombre de tétraèdres de silice par anneau,

 

A cette famille appartiennent le Beryl, la Cordiérite et la  Tourmaline.

 

BERYL                                               Be3  Al2 (Si6O18)

CORDIERITE                                    (Mg,Fe) 2 Al3 (Al,Si5O18)

TOURMALINE                                 X,Y3 Al6 (BO3) 3 (Si6O18)

CHRYSOCOLE (amorphe).

 

 

 

 

 

 

Le béryl est constitué d'anneaux hexagonaux de six tétra­èdres de Si04 dont tous les oxygènes libres opposés à la base pointent d'un même côté.

 

Considérons un plan tapissé par ces anneaux isolés et des plans semblables au dessus et en dessous tapissés par les mêmes anneaux disposés de la même manière, de telle sorte que leur axe coïncide, mais que chaque anneau ait subi une rotation de p/12 par rapport à celui qui se trouve au dessus. Réunissons alors les cycles hexagonaux (Si6O18)12 par des cations AI et Be. L'ion Be tétraédrique entouré de quatre oxygènes sera relié à quatre cycles hexagonaux différents, tandis que l'ion AI octaédrique le sera à six cycles également différents. Les divers anneaux se trouvant ainsi réunis entre eux à la fois latéralement et ver­ticalement par les liaisons AI-O et Be-O. Cette structure donne un ensemble compact des tétraèdres Be et des octaèdres AI de liaison mais laisse des cavités au centre des anneaux hexagonaux de silicium dans lesquelles viennent parfois se placer des molécules d'hélium. La présence de ces cavités donne au minéral une densité relativement faible de 2,7.


 

 

IV.  INOSILICATE

 

Les inosilicates (inos= fibre) ont une structure formée soit par des chaînes simples de tétraèdres soit de chaînes doubles ou rubans de tétraèdres.  

 

 

IV-1- Structure en chaînes simples (les pyroxènes)


(a)   (b)                        (c)                                         (d)

 

Les tétraèdres sont liés par deux sommets. On obtient des chaînes illimitées dans lesquelles le rapport Silice / Oxygène est de 1/3, qu'on peut schématiser par complexe ionique (SiO3)2-.

Ces chaînes peuvent être de plusieurs types, avec une période dépendante de la disposition successive des tétraèdres le long de la chaîne :

 

-           La chaîne (SiO3)2- (fig.a) n'est pas connue chez les silicates ; les atomes de silicium fortement chargés se trouvent en effet trops près les uns des autres;

 

-          La chaîne (Si2O6)4- (fig b) est la plus courante est sa période est de 5,2 A°. C'est celle des pyroxènes : diopside, enstatite, augite, spodumène, jadéite, etc.

-          La chaîne (Si3O9)6- (fig c) a une période de 7,2 ; c'est celle de la wallastonite.

-          La chaîne (Si5O15)10- (fig d) est celle de la rhodonite.  

Dans ces chaînes, la liaison Si-O-Si   de deux tétraèdres est de 180° et de type polaire. La liaison des chaînes entre elles se fait par des ions positifs saturant les oxygènes des sommets libres des chaînes. Cette dernière liaison étant moins solide, il en résulte une structure fibreuse, car la cohésion, grande dans le sens de la chaîne, l'est beaucoup moins dans les autres directions.

Minéraux des pyroxènes

 

 

IV-2. Structure en rubans (ou en chaînes doubles)

(Silliminates, Amphiboles)


 

 

Cette structure est obtenue en juxtaposant latéralement deux des chaînes de tétraèdres des inosilicates.

 

- Le ruban (Si2O5)2-  (fig.  a) n'est connu que dans la sillimanite où  des tétraèdres (SiO4) alternent le long d'une chaîne avec des tétraèdre (AlO4); un atome de Si d'une chaîne est en regard d'un atome de Al dans la chaîne opposée (d'où  une période double).     

 

- Le ruban   (Si4011)6- (fig. b) dont tous les tétraèdres pointent dans la même direction  (haut de la figure), a une période de 5,2 A°. C'est le ruban des amphiboles :

 

·         trémolite [(Si4011)Mg2Ca]2Mg(OH)2;

·         actinote  [(5i4011)(MgFeCa]2Mg(OH)2 ,

·         hornblende, glaucophane, riebeikite, etc..

 

 

Structure des amphiboles

 

En s'accrochant en double chaîne, les structures deviennent alvéolaires. Un ion OH- peut se loger entre les oxygènes formant les sommets des tétraèdres.

 

On obtient ainsi un plan compact. Quand deux rubans retournés sont superposés, les deux plans compacts se font face et des sites octaédriques sont formés dans lesquels des ions positifs prennent place, ce qui assure la liaison des rubans superposés. D'autres polyèdres de fer, magnésium, calcium assurent la liaison latérale des chaînes.

 

La possibilité d'intégration d'ions OH- dans les plans compacts explique la différence entre les sili­cates à structure en rubans et les silicates à structure en chaînes. Les premiers contiennent de l'eau de constitution (OH) et non les seconds. On voit aussi que ces hydroxyles ne sont jamais liés au silicium. Ils peuvent être remplacés par des ions F- dans certains silicates.

 

Cette structure est celle des amphiboles de formule générale :

 [(5i4011) R''3 ]2R"(OH)2 où R"3 représente trois ions d'un élément divalent assurant la neutralité des rubans et R" un ion d'un élément divalent qui neutralise Ia charge négative des OH du plan compact.

 

 

Exemple:

l'antophyllite             [Si4O11)Mg3]2Mg(OH)2;

La trémolite               [(Si4011)Mg2Ca]2Mg(OH)2;

l'actinote                    [(5i4011)(MgFeCa]2Mg(OH)2

 

dans lesquels les rubans sont liés de façon analogue avec substitution de Ca ou de Ca et Fe aux octaèdres de magnésium.

 

Comme pour les pyroxènes, il peut y avoir substitution de tétraèdres AI à des tétraèdres Si, ce qui entraîne le remplacement de magnésium de coordinence 6 par des AI de même coordinence et conduit à la horn­blende.

 

Comme les pyroxènes, les amphiboles sont de structure fibreuse, les plans de clivage étant ceux des ions de liaisons des rubans. Lorsqu'elles s'altèrent, elles deviennent plus hydratées et manifestent une tendance marquée à se diviser on fibres flexibles capables de former par leur enchevêtrement de véritables tissus minéraux tels que l'asbeste (variété d'amiante).

 

La densité des amphiboles est généralement un peu plus faible que celle des pyroxènes et varie de 2,9 à 3,4.

 

 

Minéraux des amphiboles

 

 

 


V – PHYLLOSILICATES

 

Ces silicates de structure feuilleté ou lamellaire (phyllon = feuille) sont constitués par des couches de tétraèdres unis entre eux par les 3 sommets de base. Cette structure est

obtenue par la répétition infinie dans le plan des chaînes de tétraèdres du type inosilicates, précédemment décrites.

 

 

 

On obtient ainsi un réseau hexagonal régulier dans lequel le rapport silice/oxygène  est de 2/5.  Seuls les oxygènes des pointes libres de chaque tétraèdre ne sont pas saturées (figure ), ce qui donne comme formule générale (Si2O5) 2-.

La neutralité électrique est assurée par :

 

- des ions Al occupant le centre d'octaèdres, l'ensemble forme une couche d'octaèdres  : couche octaèdrique de type gibbsite Al2 (OH)6 , dite couche octaédrique;

- ou des ions Mg occupant le centre d'octaèdres l'ensemble forme une couche d'octaèdre : couche octaédrique de type bru­cite Mg3 (OH)6, dite couche trioctaèdrique ;

Une nouvelle couche de tétraèdres, tournée les pointes en bas peut, s'il y a lieu, se superposer à l'ensemble (cas de la muscovite, du talc, pyrophyllite, phlogopite,). L'ensemble de ces couches superposées constitue un feuillet élémentaire. La cohésion est très grande dans la plan du feuillet, mais beaucoup plus faible latéralement, ce qui confère aux minéraux phyllosilicatés des propriétés plastiques (kaoIinite), ou des clivages particulièrement nets (mica).

 

 

 

 

On classe les minéraux de ce type de structure en sous-groupes, d'après la constitution leur feuillet élémentaire (planche et tableau   ).

 

 

 

 

 

 

On distingue ainsi les 3 sous-groupes : type kaolin, type mica et type chlorite.

 

Chacun de ces sous-groupes structuraux se divise à son tour en espèces chimiques selon la nature des diverses cou­ches de polyèdres qui constituent le feuillet élémentaire, les substitutions de polyèdres dans les couches et la nature des ions assurant s'il y a lieu la neutralité électrique de l'ensemble. Les espèces chimiques peuvent comprendre plusieurs variétés caractérisées par des différences secondaires de structure en ce qui concerne la liaison des feuillets entre eux.

 

De ces principaux sous-groupes, dérivent un grand nombre d'autres minéraux par substitution des cations dans les couches, interposition de molécules d'eaux entre les feuillets, disposition différentes des feuillets les uns par rapport aux autres, mode de liaison des feuillets entre eux.

 

Tableau : Classification des principaux sous-groupes des minéraux phyllosilicatés.

Sous groupe

Du type

Nombre

de couche

par feuillet

Epaisseur

du feuillet

Minéraux type à couche octaèdrique

Magnésienne Brucite: Mg3(OH)6

(trioctaèdrique)

Minéraux type à couche octaèdrique

Allumineuse Gibbsite : Al2(OH)6

(dioctaèdrique)

 

Kaolin

 

2

 

7,18

 

Antigorite

 

Kaolinite

 

 

 

Mica/talc

 

 

3

 

9,5 (talc)

 

10 (mica)

 

 

 

Phlogopite-Biotite



 

Muscovite

 

 

Chlorite

 

4

 

14

 

Chlorite

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

V-1- Brucite et gibbsite

 

Fig - Structure des groupements gibbsite  - Dans la gibbsite, de formule  Al2(OH)6 les cations sont disposés en un réseau hexagonal plan non centré, c'est-à-dire en un réseau dans lequel les centres des mailles hexagonales restent vides. Ce type de structure est dit dioctaédrique.

 

 

Fig - Structure des groupements brucite - Chez la brucite, de formule Mg3 (OH)6, les cations sont, au contraire, disposés en réseau hexagonal plan centré. Cette Structure est dite trioctaédrique. Elle peut être considérée comme dérivant de l'hydrargilite par substitution de 3Mg à 2Al.

 

 

 

 

V-2- Minéraux à 2 couches "t-o" (structure type kaolin) :

 

Les espèces chimiques sont représentées par l'antigorite et la kaolinite

 

Les feuillets élémentaires des minéraux de ce groupe sont constitués par l'association d'une couche octaédrique sous-jacente à une couche hexagonale de tétraèdres de silice (couche tétraédrique).

La couche octaèdrique est :

-          du type brucite (trioctaèdrique) de formule Mg3(OH)6 dans le cas de l'antigorite

-          ou du type gibbsite (dioctaèdrique) de formule Al2(OH)6 dans le cas de la kaolinite.

 

Lors de l'association d'une couche tétraèdrique avec une couche octaédrique, un oxygène apicale d'une couche tétraèdrique (O--); remplace deux (OH)- de la couche octaédrique (brucite ou gibbsite) ; La formule résultante peut être calculée de la manière suivante :

 

Mg3(OH)6 - (OH)2 + Si2O5  à Mg3 (Si205) (OH)4                 antigorite

Al2(OH)6 - (OH)2 + Si2O5  à Al2 (Si205) (OH)4                      kaolinite

 

Si l'on désigne par X les éléments en position octaédrique, les minéraux du type kaolin correspondent à la formule idéale

 

Xn (Si205) (OH)4                où Si 4+, peut être remplacé par Al3+ ou rarement Fe3+ .

 

 

 

 

 

 

 

 

V-1.1 - Minéraux à couches trioctaèdrique/tetraédrique (antigorite).

 

Les minéraux à couche trioctaédrique pour lesquels n = 3 constituent la famille des serpentines dont le minéral type est l'antigorite où Xn = Mg3.

 

Mg3 (Si205) (OH)4

 

Ce minéral se pré­sente sous deux formes cristallographiques l'orthoantigorite en lamelles orthohexagonales et la chrysolite du type fibreux.

 

La plupart des serpentines ont une composition chimique complexe par suite de la subs­titution de Mg par AI, Fe,  ou Ni.

 

Dans la chamosite Xn = (Fe, AI) 3; la népouite est une antigorite nickelifère (Xn = Ni3 et la greenalite est une antigorite ferrifêre Xn = Fe3.

 

 

V.1.2 - Minéraux à couche dioctaédrique /tetraédrique (kaolinite) 

 

Les minéraux à couche dioctaédrique consti­tuent la famille de la kaolinite qui est l'élément fondamental de la plupart des argiles et kaolins employés en céramique fine.

 

Ces minéraux étant dioctaédriques, on a Xn = Al2

 

Al2 (Si205) (OH)4

 

Contrai­rement à la famille des serpentines, les substitutions sont très rares.

 

On la subdivise en minéraux hydratés et minéraux non hydratés :

 

La kaolinite se présente en général sous forme de masses argileuses blanches plus ou moins friables, souvent souillées par des hydroxydes de fer. Elle provient de la décomposition lente, en milieu acide des feldspaths et autres ro­ches sous l'action du gaz carbonique de l'air, des eaux thermales et autres agents chimiques au cours des temps géologiques. Elle cristallise en tablettes hexagonales bien formées microscopique, de dimensions variables d'environ 0,3 à 10 µ de diamètre et 0,05 à 2 µ d'épaisseur dans le système triclinique.

 

La halloysite est une variété hydrateé de kaolinite de formule :

Al2(OH) 4 (Si2O5)2H2O.

La présence de molécules d'eau entre feuillets entraîne une certaine indépendance des feuillets qui permet leur enroulement en tubes ainsi que le décèle le microscope électronique.

 

L'halloysite est un constituant important d'un grand nombre d'argiles. Elle se présente sous forme de masse compacte blanche ou légèrement jaune pale.

 

 

V-2 - MINERAUX A 3 COUCHES (t-o-t) : 

 

A la différence des précédents dont les feuillets élémentaires sont constitués de deux couches, les minéraux de ce sous groupe ont leurs feuillets formés de trois couches : une couche octaédrique gibbsite (Al+++) ou brucite (Mg++) entre deux couches hexagonales de tétra­èdres de silice.

 

Les minéraux présentant cette structure sont très nombreux, car contrairement au sous-groupe précé­dent, les substitutions sont fréquences aussi bien dans la couche tétraédrique que dans la couche octa­édrique, ce qui entraîne la présence de différents cations nécessaires à la neutralisation électrique. La nature de ces cations et leur liaison plus ou moins intime avec les feuillets qu'ils relient, multiplient les espèces chimiques et on distingue :

-          des espèces non hydratées (talc, pyrophyllite, talc, phlogopite, muscovite),

-          et des espèces hydratée: (mont­morillonite, saponite, hectorite, vermiculite).

-          des espèces partiellement hydratées (illite, glauconie)

 

Toutes ces espèces répondent à la formule géné­rale

Xn (Y4O10) (OH)2Z

 

dans laquelle Z représente les cations fixés interfoliaires; X et Y sont les ions respectivement en position octaédrique et tétraédrique; n = 3 lorsque la couche centrale est trioctaédrique et n = 2 lorsqu'elle est dioctaédrique.

 

V-2-1 Groupe du talc-pyrophylite   

 

Le minéral magnésien type est le talc (trioctaédrique), et l'alumineux (dioctaèdrique) est la pyrophyllite. L'en­semble du feuillet étant neutre, il n'y a pas de cations interfoliaires, d'où Z = O. Les formules brutes correspondant à une demi-maille satisfont à une composition chimique bien définie

 

Mg3 (Si4O10) (OH)2                             pour le talc.

et

Al2 (Si4O10) (OH)2                                pour la pyrophyIIite

 

Le talc est d'origine hydrothermale. Il se présente en masses lamellaires hexagonales feuilletées non élas­tiques,fibreuses ou compactes, d'un blanc plus ou moins jaunâtre.

 

La  pyrophyIlite est un minéral relativement rare. Elle est tendre et a un éclat nacré comme le talc.

 

V-2-2 Groupe des micas 

 

La structure des minéraux de cette famille est la même que celle des précédentes. Si ce n'est que l'équilibre électrique est rétabli par des ions K+, Na+, Ca++, interfoliaires. Ces ions de gros diamètre sont unis aux oxy­gènes des couches extérieures tétraédriques de deux feuillets superposés sur lesquels sont réparties les va­lences résiduelles provenant de la substitution des Si4+ par des AI3+ . Ils assurent ainsi la cohésion des feuillets entre eux. Le clivage aisé de ces minéraux résulte de la rupture de ces faibles liaisons dans le plan des feuillets.

 

Comme pour les autres familles de minéraux, on rencontre deux séries différentes selon la nature de la couche octaédrique.

 

 

 

 

a) Micas allumineux ou dioctaèdrique :

 

Dans les couches tétraédriques un silicium sur quatre est remplacé par un aluminium.

 

Le mica potassique ou muscovite de formule             K    Al2(Si3Al010)(OH)2

le mica sodique ou paragonite de formule       Na  Al2(Si3Al010)(OH)2

 

Dans le mica calcique ou margarite  de formule Ca  Al2(Si2Al2O10)(OH)2

deux siliciums sont remplacés par deux alumi­niums, dans la couche tétraèdrique.

 

La lépidolite K (Li, Mg)(Si3AIO10)(OH)2; est une variétés de muscovite dans laquelle le lithium remplace souvent une partie du magnésium.

 

b) Micas trioctaèdriques ou magnésiens :

 

Ce groupe est représenté par la série phlogopite-biotite. Dans la couche tétraèdrique, un silicium sur quatre est remplacé par un aluminium.

 

La formule de la phlogopite est donc                 K Mg3(Si3AlO10)(OH)2.

La facile substitution de Mg+ + par Fe+ + conduit à la biotite (micas noirs) de formule                                                                                    K (Mg,Fe)3(Si3AlO10)(OH)2.

 


 

V-3 - Minéraux du groupe de la chlorite

 

Ce groupe est caractérisé par un feuillet de "t-o-t" , du type talc Mg3 (Si4O10) (OH)2, associé à un feuillet de brucite et leur formule générale devient

 

Mg3(Si4O10)(OH)2 . Mg3 (OH)6  ou   Mg6 (Si3AlO10) (OH)8.

 

 

 

 


 

 

VI -TECTOSlLICATE

 

Plus de 3/4 des minéraux silicatés sont formés par des tectosilicates, formés par une infinité de tétraèdres SiO4 liés les uns aux autres de ma­nière que chacun d'eux soit en contact par quatre sommets avec quatre autres tétraèdres semblables, on obtient une structure s'étendant dans les trois dimensions, dite structure en charpente ou encore structure à réseaux tridimensionnels.

 

 

[SiO2]

Exemple : quartz, famille des feldspaths* (alcalins et plagioclases), famille des feldspathoïdes

 

A ce type de structure appartiennent les diverses variétés de silice cristallisé (quartz, tridymite, cristobalite et coesite), le groupe des feldspaths , des feldspatoïdes (la néphéline et de la leucite qui possèdent un enchaînement compact, ainsi que des zéolithes à enchaînement lacunaire.

 

 

 

VI-1 LA SILICE ET LE QUARTZ

 

La silice anhydre existe à l'état solide sous plusieurs polymorphes : quartz a, quartz b, cristobalite, tridymite , coesite.

Chacune de ces formes possède un domaine de stabilité thermodynamique défini par la température et la pression (fig.   ).

 

La tridymite SiO2 de haute température est hexagonale; les atomes de silicium forment deux séquences hexagonales compacts imbriquées l'une dans l'autre.

 

La cristobalite est cubique. Les ions oxygène forment un assemblage cubique. La coesite est monoclinique pseudohexagonale de haute pression de la silice qui a été découvert à l'état naturel (Météor Crater).

 

 

LE QUARTZ a ou quartz commun

 

Le réseau du quartz est hexagonal; en dessous de 573°C, sa classe de symétrie est rhomboédrique (3.2.). On désigne cette forme de quartz par : quartz a  ou low-quartz.

 

Les tétraèdres sont associés par tous leurs sommet et forment des hélices ternaires Ces hélices peuvent avoir une rotation dextre ou senestre ; selon l'axe c.  Selon le sens de rotation des hélices, le quartz se présente morphologies différentes énantiomorphes: un cristal de quartz droit se distingue d'un quartz gauche par l'orientation des groupes des deux facettes qui modifient le classique prisme hexagonale terminé par un double rhomboèdre.

 

Ne possédant pas de centre de symétrie, le quartz est piézoélectrique : une contrainte appliquée sur les faces normales à un axe binaire entraîne l'apparition de charges électriques, égales et de signe contraire, sur ces deux

faces. Ce champ électrique traduit, le déplacement élastique des atomes sous l'action de la contrainte.

 

 

Le quartz peut aussi être maclé par pseudosymetrie: le réseau du quartz est hexagonal, et pseudoquadratique(c/a = 1/1) ;  les deux individus ont leur axe ternaire à peu prés perpendiculaire l'un à l'autre : macle type Japon ou de la Gardette.

 


 

 

VI-2 GROUPE DES FELDSPATHS  

 

Ce sont de loin les plus importants, en tant que constituant de tous les minéraux formant les roches de l'école terrestre (+ de 75%).

 

Cette famille est constituée par trois termes extrêmes :

 

                                 - K Al Si3O8 Orthose (Or)

                                 - Na Al Si3O8 Albite (Ab)

                                 - CaAl2 Si2O8 Anorthite (An).

 

Ces trois termes représentés par les trois sommets d'un diagramme triangulaire montrant le domaine de composition des feldspaths.

 

 

 

 

 

 

Ces minéraux ayant pu se former à différentes températures. Il est courant de parler de feldspaths de haute, moyenne ou basse température. Il existe d'ailleurs des solutions solides de hautes température entre ab et an et entre or et ab.

 

A basse températrure, les solutions solides Or et Ab se dissocient pour donner des minéraux séparer : les perthites. On dit qu'il y a exsolution.

 

 

Le diagramme ci-contre illustre de façon schématique les relations entre phases dans le système Ab-Or en fonction de la température. On y voit en particulier que le domaine d'exsolutin est très grand à basse température et que les feldspaths alcalins seront très souvent perthitiques.

 

 

 

 

 

 

Structure des feldspaths

Structure de l’Albite

 

Tous les feldspaths, qu'ils soient monocliniques ou tricliniques, ont des structures analogues. Ce sont des tectosilicates constitués à partir d'anneaux de quatre tétraèdres :

 

- trois sont des tétraèdres de silicium et le quatrième un tétraèdre d'aluminium dans le feldspath orthose [6SiO2Al2O3K2O ] et le feldspath albite  [6SiO2Al2O3Na2O]

 

-          et deux tétraèdres de silicium pour deux tétraèdres d'aluminium dans le feldspath anorthite 2SiO2AI2O3CaO.

 

 

Les anneaux sont reliés en files droites par mise en commun d'un oxygène appartenant à deux tétraèdres pointant du même côté. Deux files sont alors liées entre elles par l'intermédiaire d'une troisième à che­val sur les deux premières, mais dont les anneaux ont subi une rotation de 90° par rapport à ceux qu'ils relient.

 

Les ions alcalins ou alcalino-terreux se trouvant dans des cavités de la structure. Les ions K+ et Na+ sont ainsi liés à 12 ions oxygène appartenant à quatre tétraèdres d'aluminium, équilibrant la charge rési­duelle due au remplacement de Si+ par Al+++ au centre des tétraèdres groupés en anneaux.

 

Le potas­sium de grand rayon ionique (r = 1,33 A°) s'insère dans le réseau en le dilatant légèrement ce qui assure une certaine symétrie à l'orthose qui cristallise dans le système monoclinique.

 

La Sanidine est une variété d'orthose déformé qu'on trouve dans les roches volcaniques récentes. L'adulaire, autre variété, produit de cristallisation des eaux thermales, se trouve dans les schistes cristallins.

 

La série des plagioclases

 

Les plagioclases sont constitués de cristaux mixtes d'albite et d'anorthite. On distingue plus particuliirement les variétés suivantes:

 

Nom.                                    Composition   

Albite                                   6 SiO2 Al2 O3 Na2O

Oligoclase                          7 albite + 1 anorthite

Andesine                            2 albite + 1 anorthite

Labradorite                         1 albite + 2 anorthite

Bytownite                           7 albite + 1 anorthite

Anorthite                               2Si O2 AI O3 Ca O

 

 

La celsiane est un feldspath barytique 2SiO2AI2O3BaO.

 


 

Le groupe des Feldspathoïdes

 

Minéraux analogues au Feldspths, se trouvant dans des roches ignés déficitaires en silice :

 

•Leucite KAlSi2O6

•Nephéline (Na,K)AlSiO4

•Sodalite Na8(AlSiO4)6Cl2

 

La néphéline 2SiO2Al2O3Na2O

Structure de la néphéline

 

De dureté 6, densité 2,6 ; cristallise dans le système hexagonal. Elle possède la structure de la tridymite de laquelle elle dérive par substitution de un Al+++ à un Si4+, la moitié des vides de la tridymite étant comblée par des ions sodium qui assurent la neutralité électrique. La compacité de toutes les variétés de silice ne permet à aucun ion de grand diamè­tre d'y trouver place, mais la substitution de AI à Si entraîne une augmentation suffisante des dimensions pour rendre cette insertion possible. Les cristaux sont en forme de prismes hexagonaux très plats. Elle est stable aux basses températures.

 


 

 

Le groupe des Zéolites

 

 

Les zéolithes ont aussi une structure en charpente où l'aluminium remplace le silicium dans certains tétraèdres, la charge négative en excès étant équilibrée par l'incorporation de grands cations dans les cavités. La charpente tétraédrique peut s'étendre dans toutes les directions de l'espace comme dans la chabasie 4SiO2Al2O3 CaO6H2 ; ou dans deux directions seulement comme dans la heulandite 7SiO2Al2O3CaO6H2O, ce qui rapproche ce minéral des phyllites; ou encore dans une seule direction privilégiée pour donner une zéoli­the fîbreuse. Toutes sont caractérisées par l'existence de lacunes qui leur confèrent des propriétés physicochimi­ques remarquables. Elles peuvent fixer et perdre facilement de l'eau par chauffage modéré. Outre l'eau, d'autres substances telles que l'alcool, l'ammoniac, et même le mercure, l'iode, l'hydro­gène sulfuré, les vapeurs de chlorure ou de fluorure de silicium, peuvent être insérées dans le réseau. Les zéolithes possèdent également la propriété d’échange de base, permettant le remplacement d'une série d'ions positifs par d'autres, par exemple celui des ions Na par des ions Ca++ et réciproquement. Elles manifes­tent ainsi une assez grande variété de composition et de densité, d'après leur structure plus ou moins lacu­naire et les permutations subies. Ces propriétés les font employer comme adoucisseur d'eau.

 

Liste des cours disponibles  
  1) Minéralogie Générale (IGS3)

2) Gîtes Minéraux (Gîtes météllifères et Métallogénie) (ST3 RME ET IGS4

4) Géochimie des isotopes stables S1 du M1 (= géochimie Isotopique II dans le programme affiché)

5) Substances Utiles (industriel minerals) et ressources énergétiques pour LAGTE2 (en construction)

6) Atlas des minéraux des minerais (LAGTE2, ST3, IGS4)

7) Atlas métallographie sous miccroscope à lumière réfléchie (ST3 RME, IGS4 et autres...)

8) Inclusions fluides pour la métallogénie et la géologie des bassins sédimentaires et des réservoirs (ST3 RME, IGS 4 et MASTERS ST)


 
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