MINERAUX DES ROCHES

1. MINERAUX DES ROCHES

2. MINERAUX DES ROCHES Malgré la complexité et la diversité des matériaux de l’écorce terrestre un examen très approfondie révèle une composition relativement simple. Plus de 100 éléments chimiques sont connus dont 80éléments sont stable. . Composition de la croûte Eléments en traces inférieur à 1 % Croûte terrestre Zr P Cr Ni Cu Ag … Eléments majeurs plus de 99% Groupe de minéraux formé de Si et O constituent 95% du volume de la croûte terrestre. 75% Cette répartition est applicable à la croûte terrestre Le noyau est composé de Fe et Ni diffère de la croûte Lors de la formation de la terre les éléments ( Si O) léger ont migrés vers l’extérieur, alors que les éléments denses se sont concentrés au centre de la terre

3. Dans la nature les éléments chimiques se sont combinés pour former le minéraux. Un solide inorganique Homogène Cristallisé Possédant une composition chimique propre Chaque minéral est défini par sa formule chimique et sa structure cristalline Minéral

4. Structure cristalline Etat amorphe Se caractérise par la distribution anarchique des atomes : gaz, liquides, verre. Etat cristallin Réalisé uniquement dans les solides et se caractérise par une organisation régulière pratiquement parfaite de la matière selon un réseau tridimensionnel: quartz, halite…

5. MINERAUX DES ROCHES Halite: ClNa Cl Na Cube : 5A Maille = volume élémentaire dont les dimensions sont fixée par celle des atomes concernés

6. MINERAUX DES ROCHES Formes cristallines

7. MINERAUX DES ROCHES Formes des cristaux Couleur Eclat Dureté Densité Couleur de la trace Clivage Effervescence avec HCl 1/10N Propriétés optiques Autres Pour identifier les espèces minérales on utilise les critères suivants . Formes cristalline Couleur

8. Eclat Dureté Echelle de Mohs

9. MINERAUX DES ROCHES Densité Couleur de la trace Effervescence Clivages

10. Propriétés optiques

11. MINERAUX DES ROCHES Principaux groupes de minéraux .

12. MINERAUX DES ROCHES Silicates Tous les silicates possèdent une structure de base composée des ions Si⁴⁻ et O²¯ Dans les minéraux les charges doivent être neutres. Il existe deux façons pour neutraliser les charges Lier les tétraèdres par leurs oxygènes Ajouter des ions positifs: Fe Mg K Ca..

13. MINERAUX DES ROCHES Nésosilicates Phyllosilicates Familles des silicates Fe, Mg Micas et Argiles olivine Inosilicates Sorosilicates Fe, Mg Epidote tectosilicate Cyclosilicates Pyroxène Amphibole Fe, FeMg, Mg, Ca Fe, FeMg, Mg, Ca, K, Na, OH- Béryl Quartz et Feldspath

14. MINERAUX DES ROCHES Les carbonates C’est un groupe de minéraux qu’on retrouve fréquemment à la surface du globe. Les carbonates sont un des principaux constituants des roches sédimentaires Ils sont formés par des ions négatifs (CO3) ²¯ liés par des ions positifs Ca, Mg Fe.. La calcite Ca CO3, les ions (CO3)²¯ sont liés par des Ca²¯ pour former une structure rhomboédrique typique de ce minéral. ¯

15. MINERAUX DES ROCHES Cristallisation d’un liquide qui par refroidissement, passe de l’état liquide à l’état solide: l’eau, magma . Précipitation chimique à partir d’une solution sursatué par rapport à un minéral: agates, dépôts des cavernes minéraux évaporitiques Comment se forment les minéraux Cristallisation de vapeurs : soufre autour des fumeroles Recristallisation par transformation de minéraux préexistants en nouveaux minéraux différents.

16. MINERAUX DES ROCHES Cristallisation par refroidissement d’un magma Un bon nombre de minéraux de la croûte cristallisent à partir d’un magma (roche fondue du manteau ) dont la température est >1200°C, tous les minéraux sont tous à l’état liquide Si ce magma est introduit dans la croûte il va subir un abaissement de la pression et la température .et en se refroidissant les minéraux cristallisent lorsqu’ils atteignent la température de solidification comme cette température de solidification n’est pas la même pour tous les minéraux alors ils ne cristallisent pas tous en même temps et ainsi ils vont cristalliser à tour de rôle selon leur température de cristallisation à mesure ce magma se refroidit.

17. MINERAUX DES ROCHES

18. MINERAUX DES ROCHES Assemblage olivine et pyroxène Au fur et à mesure que les minéraux cristallisent dans la chambre magmatique les cristaux sédimentent et s’accumulent à la bases de la chambre Il se produit une ségrégation et les roches issues de la cristallisation du magmas auront des assemblages de minéraux différents en fonction de leur position dans la chambre magmatique ( bas, milieu, haut) Assemblage pyroxène et amphibole Assemblage amphibole biotite quartz Assemblage des minéraux plus ‘’froids ‘’

19. MINERAUX DES ROCHES Assemblage mafique Assemblage ultramafique Plagioclase . Olivine Pyroxène Pyroxène Amphibole

20. MINERAUX DES ROCHES Assemblage intermédiaire Assemblage felsique Amphibole Quartz Biotite Muscovite Feldspath K Quartz Albite

21. MINERAUX DES ROCHES Cristallisation par précipitation chimique à partir d’une solution sursaturée par rapport à un minéral Il existe toute sorte de fluide et de solutions, qui circulent dans les roches de la croûte la croûte terrestre et à des profondeurs très importants Leur vitesse est très lent( mais il faut les placer dans le cadre des temps géologiques Les solutions circulent dans toutes les fractures et peuvent provenir à des zones profondes chaudes du manteau ou d’excès de vapeur d’eau d’un magma ou bien d’eau piégées dans les bassins sédimentaires profonds. Ces solution sont sursaturées par rapport à certains sels ou minéraux, elles vont les précipiter et donneront naissance aux cristaux que l’on trouve dans des veines: or argent plomb… .

22. MINERAUX DES ROCHES Agates et Géodes Le quartz (SiO2) a été précipité à partir de fluides sursaturés par rapport à la slice et circulant dans les formations rocheuses Le quartz précipitera sur les parois d’une cavité pour former une première couche de cristaux D’autres se formeront et leur compostions peut varier d’où les différentes couleurs Certaines agates montrent une cavité centrale car les processus de précipitation n’a pas été complétés jusqu’au remplissage total de la cavité

23. Formation des dépôts de caverne Les cavernes Ils sont creusées dans les roches calcaires sous l’effet de la dissolution à grande échelle par les eaux de pluies qui sont naturellement acides car elles contiennent l’acide carbonique H2CO3 . En s’infiltrant dans les fractures elles s’agrandissent progressivement finissent par créer tout un réseau de cavernes et galeries souterrains.

24. Les dépôts des cavernes Stalactites stalagmites Draperies boucliers…sont composés de calcite, plus rarement l’aragoniteet se forment par précipitation sur les murs et le plancher des cavernes à partir des eaux de ruissellement

25. MINERAUX DES ROCHES Comment se forment les dépôts des cavernes L’eau qui s’infiltre de la surface à travers les fractures traverse les calcaires et devient une solution contenant CO2, Ca²¯, HCO3²¯ 1 . La pression du CO2 contenu dans la solution augmente au fur et à mesure que la solution progresse en profondeur (2.7 atmosphère /10m). 2 Lorsque la solution arrive aux parois de la caverne sa pression passe subitement de plusieurs atmosphères a un atmosphère car la caverne communique avec l’extérieur d’où un dégazage du CO2 3 Ca²⁺ + 2HCO3¯CaCO3 + CO2 + H2O Le dégazage provoque la réaction de la gauche vers la droite d’où La précipitation de la calcite

26. MINERAUX DES ROCHES Suite de minéraux qui précipitent quand s’évapore l’eau de mer Evaporation la solution devient de plus en plus saline Minéraux de la séquence évaporitique A la salinité normale de l’eau de de mer; elle est légèrement sursaturée par rapport au carbonate de calcium Ca CO3 ( Calcite et Aragonite). Ce dernier précipite naturellement et dépose une couche de cristaux de CaCO3 au fond du bocal. ………

27. …..

28. MINERAUX DES ROCHES oscille entre calcite et gypse Dans la nature les minéraux la précipitation des minéraux évaporitiques se fait à grande échelle dans les lagunes et les sebkhas dans les régions où l’évaporation est intense ( régions arides et désertiques) . Lagunes Le gros de l’alimentation vient de la mer L’évaporation concentre la solution et les minéraux précipitent au plancher de la lagune Suite à un équilibre qui s’établira entre l’alimentation de la lagune en eau de mer et l’évaporation d’où une salinité de l’eau demeure constante En fonction de cette salinité un minérale qui va précipité le plus souvent ça oscille entre Calcite et gypse.

29. MINERAUX DES ROCHES Les sebkha une autre variante du système évaporitique où les minéraux cristallisent et croissent à l’intérieur des sédiments Sebkhas Ce sont des grandes plaines en bordure de mer d’altitude de quelques mètres au dessus de la mer. Elles sont alimentés par l’eau de mer .L’évaporation augmente la salinités des eaux souterraines qui précipitent les minéraux évaporitiques le système se stabilise au gypse avec parfois halite Les sebkhas se rencontre aussi loin de la mer partout où la nappe phréatique concentre des eaux salines et l’évaporation Rose des sables Gains de sable cimentés par du gypse

30. MINERAUX DES ROCHES Dépôt de soufre par cristallisation vapeur dans les volcans actifs

31. MINERAUX DES ROCHES Cycle des roches

32. LES ROCHES MAGMATIQUES Les roches magmatiques résultent de la solidification d’un magma Magma est un liquide silicaté à température élevé qui peut contenir des minéraux en suspension et des gaz dissous. Il prend naissance à l’intérieur du globe ( manteau, base de la croûte). Et monte vers la surface. Lorsque le magma atteint la surface il forme un volcan qui contient une cheminée à partir de laquelle du magma, des débris de roches solides et des gaz sont éjectés. Le magma qui arrive à la surface est appelé lave. Une lave peut s’écouler comme un flot éjecté brutalement dans l’atmosphère Les volcans sont les endroits où l’on peut observer directement et étudier les magmas . Lave

33. LES ROCHES MAGMATIQUES . Ils sont caractérisé par une gamme de composition dont la silice (SiO2) est l’oxyde le plus important Ils sont caractérisés par des températures élevés Magmas Ils possèdent les propriétés de liquide, y compris la capacité de s’écouler

34. Composition des magmas Entrent dans la constitution des Minéraux principaux ( minéraux de la suite de Bowen) Eléments majeurs Si, Ai, Fe, Ca, Mn Mg, Na, K, H, O SiO2, Al2O3, FeO, CaO, MnO, MgO, Na2 O, K2O, H2O ROCHES MAGMATIQUES Entrent dans la constitution de certains minéraux accessoires sous forme d’impuretés. Eléments mineurs Moins de 0.1% . Magma Gaz 0.2 à 4% CO2 et H2O (98%) N, Cl, , S Ar (>1%)

35. ROCHES MAGMATIQUES . Les types de magmas : En fonction de la teneur en silice Magmas basaltiques SiO2=50% Par solidification donne un basalte Basaltes émis par les volcans 80% Magmas andésitiques SiO2=60% Par solidification donne une andésite Andésites émises par les volcans 10% Magmas rhyolitiques SiO2 > 70% Par solidification donne une rhyolite Rhyolites émises par les volcans 10% Magmas ultrabasiques (SiO2 <45% qui donnent des Komatiites picrites Magmas carbonatitiques qui donnent des carbonatites

36. Les principaux paramètres physiques des magmas Température Viscosité Densité

37. Température des magmas (Liquides sans cristaux: liquidus) • Magmas basaltiques 1000 à 1200°C • Magmas andésitiques 800 à 1000°C • Magmas rhyolitiques 650 à 800°C Les magmas basaltiques sont presque anhydres Les magmas rhyolitiques sont généralement riches en eau (2à4%)

38. Paramètre physique qui représente la résistance à l’écoulementd’une substance Viscosité des magmas • La viscositédépend de : • La température • Composition chimique: teneur en silice • Teneur en gazdissous

40. Basaltessontcaractérisés: - températuresélevées - viscositésfaibles - relativementpauvres en silice - relativement riches en Fe et Mg (élémentsdenses) - magmas denses: d=2.6 à 3.2 Densité des magmas Rhyolitessontcaractérisées: -Températuresfaibles - Viscosités forte -riches en silice -pauvres en Fe et Mg (élémentsdenses) - magmas moinsdenses: d=2.2

41. Densité des magmas contrôle Capacité de séparation des minéraux pendant sacristallisation Montée des magmas Les magmas légersmontent plus haut car ilssontmoinsdensesque les rochessolides et froidesqu’ilstraversent Les basaltesontunedensitéproche de celle de La croûteocéanique et doncmontentpeu Les minéraux : olpx pl ca sont plus densesque le magmas majeurs et onttendance à tomber au fond d’unechambremagmatique Les magmas denses Restent à l’intérieur de la terre La genèse des rochesmagmatiquesestcontrôlée par deuxprocessusfondamentaux: La cristallisationfractionnéeet la fusion partielle

42. Cristalisationfractionnée La cristallisation des silicates dans un magma se fassedans un ordrebiendéfiniselonla suite réactionnelle de Bowen et produit 4 assemblages minéralogiquesdifférents qui définissent à leur tour 4 types de rochesmagmatiques.

44. Expériences de fusions de péridotites (secs)

46. Fusion partielle C’est le processus qui conduit à la formation des magmas Domainesthermdynamiques des roches . T°C cte P cte LIQUIDUS SOLIDUS SEC la fusion des roches se produit par - Rechauffement - Décompression - Ajoutd’eau

47. Au niveau de la structure de la terre, on trouvequedeux zones présentant des roches en fusion: - Le noyauexterne - La zone de faiblevitesse de propagation d’ondessisques (LVZ) Dans la LVZ que la courbe de fusion des péridotites est le plus proche du géotherme (courbe d’évolution de température en fonction de profondeur !du globe). Donc se rapprochant des conditions de pression et de température de début de fusion de la péridotite. D’où un manteau légèrement plus mou.

49. . Base de la lithosphère Base de la croûte (sous le moho) Chambremagmatique Le magma monte à la surface grace à la différence de densité Monte vers la surface dorsales: proches de surface les zones de subduction: intermédiaire volcans des points chauds: trèsprofond percolation Liquidemagmatiqueformé Viscosité du liquidedétermine les modalités de segregation migration et accumulation de celiquidedans la chambremagmatique

50. ● Augmentation progressive de la températured’unerocheformée d’un assemblage de minérauxsilicatés. ●Cet assemblage passeentièrement au partiellent de la phase solide à la phase liquide. ● Les premiers minéraux qui fondentsont les minéraux de l’assemblagefelsiques (Q, FdK, FdNa, muscovite) . ● Dans la phase soliderestanteelleestcomposéedePL Bi, Amp, Pxselon la composition de la roche Minérauxfelsiques Minérauxmafiques Si ce magma estséparépuiscristalliséildonneraunerhyoliteou granite . ● Si la température continue à augmenter Les minéraux de l’assemblageintermédiairesfondent à leur tour et donnent un magma de compostioni,ntermédiaire ● siséparé et cristallisédonneandésiteet dioriteetc……… “SLUSH”