Chapitre 2 Les Mineraux Et Les Roches 2 (1)

Chapitre 2

LES MINERAUX ET LES ROCHES

1) NOTIONS DE MINERALOGIE 1.1) Dfinition

Un minral est une substance forme naturellement ou synthtise artificiellement, dfinie par sa composition chimique et l'agencement de ses atomes selon une priodicit et une symtrie prcises qui se refltent dans le groupe d'espace et dans le systme cristallin du minral. Les minraux sont gnralement solides dans les conditions normales de temprature et de pression et s'associent pour former les roches constituant la crote terrestre et, d'une faon plus gnrale, la lithosphre (Les minraux sont donc les matriaux lmentaires des roches de la crote terrestre).

* Cristallographie (gomtrie, forme)

Ltude se fait par * Physique (couleurs, fracture, clivage, duret)

* Chimique (lassociation des lments simples)

1.2) Cristaux et Cristallographie

a) Dfinition La cristallographie est la science qui se consacre l'tude des substances cristallines l'chelle atomique. Les proprits physico-chimiques d'un cristal sont troitement lies l'arrangement spatial des atomes dans la matire. L'tat cristallin est dfini par un caractre priodique et ordonn l'chelle atomique ou molculaire. Le cristal est obtenu par translation dans toutes les directions d'une unit de base appele maille lmentaire.

On appelle un cristal un solide minral naturel homogne aux formes rgulires, limit par des surfaces habituellement planes faisant entre elles des angles bien dfinis.

b) Les systmes de Cristallisation

i) le systme cubique (figure 2.1) Cest un prisme droit 6 faces gales

a = b = c = = = 90

ii) le systme quadratique (figure 2.1) Cest un prisme droit base carre et 4 faces rectangulaires gales. a = b c = = = 90

iii) le systme hexagonal (figure 2.1) Cest un prisme droit 6 faces rectangle base hexagone

iv) le systme rhombodrique (figure 2.1) Cest un prisme oblique ou toutes les faces sont des losanges.

v) le systme orthorhombique (figure 2.1) Cest un prisme droit base rectangle 4 faces rectangle gale 2 2. a b = = = 90

vi) le systme monoclinique (figure 2.1) Cest un prisme oblique 4 faces latrales paralllogramme base rectangulaire gale 2 2.

vii) le systme triclinique (figure 2.1) Cest un prisme oblique 4 faces latrales et base paralllogramme gale 2 2.

Chapitre 2 Les Minervaux et les Roches

HOUTI F.B Page 5

Figure 2.1 : 7 systmes cristallins

1.3) L'identification des minraux

Les minraux possdent des proprits physiques qui permettent de les distinguer entre eux et qui deviennent des critres d'identification. Ce qui attire d'abord l'il, c'est bien sr la couleur et la forme cristalline des minraux, mais il y a bien d'autres proprits. Plusieurs de ces proprits peuvent tre observes sans l'aide d'instruments et sont d'une grande utilit pratique.

a) Couleur Il y a une grande varit de couleurs chez les minraux, mais c'est l un critre qui est loin d'tre absolu. Des spcimens de couleurs diffrentes peuvent reprsenter le mme minral, comme le quartz qui prsente plusieurs varits selon la couleur qui va de l'incolore limpide (cristal de roche), au blanc laiteux, au violet (amthyste), au rouge (jaspe), au noir enfum, au bleu, etc., alors que des spcimens qui ont tous la mme couleur peuvent reprsenter des minraux tout fait diffrents, comme ces minraux l'clat mtallique qui ont tous la couleur de l'or: la pyrite qu'on appelle l'or des fous, la chalcopyrite qui est un minerais duquel on extrait le cuivre, et l'or. Il faut noter que la couleur doit tre observe sur une cassure frache, car l'altration superficielle peut modifier la couleur, particulirement chez les minraux clat mtallique.

b) clat L'clat des minraux, c'est l'aspect qu'offre leur surface lorsqu'elle rflchit la lumire. On distingue deux grandes catgories: l'clat mtallique, brillant comme celui des mtaux, et l'clat non mtallique que l'on dcrit par des termes comme vitreux (comme le verre), gras (comme si la surface tait enduite d'huile ou de graisse), adamantin (qui rflchit la lumire comme le diamant), rsineux (comme la rsine), soyeux (comme la soie), etc.

c) Trait Une proprit qui a trait la couleur, mais qui est un peu plus fiable et dont le test est facile raliser, c'est le trait. Il s'agit en fait de la couleur de la poudre des minraux. Cette proprit se dtermine sur la trace laisse par le minral lorsqu'on frotte ce dernier sur une plaque de porcelaine non maille (en autant que la duret de la plaque est suprieure celle du minral). Par exemple, l'hmatite, un minral dont on extrait le fer, possde une couleur noire en cassure frache mais un trait brun rougetre sur la plaque de porcelaine.


HOUTI F.B Page 6

d) Duret La duret d'un minral (voire tableau 1.1) correspond sa rsistance se laisser rayer. Elle est variable d'un minral l'autre. Certains minraux sont trs durs, comme le diamant, d'autre plutt tendres, comme le talc. Les minralogistes ont une chelle relative de duret qui utilise dix minraux communs, classs du plus tendre au plus dur, de 1 10. Cette chelle a t construite par le minralogiste autrichien Friedrich Mohs et se nomme par consquent l'chelle de Mohs.

Tableau 2.1 : Echelle de duret de MOHS

Sur cette chelle, on a quelques points de repres. Des minraux comme le talc et le gypse sont si tendres qu'ils sont rays par l'ongle. Pas tonnant qu'on utilise le talc dans les poudres pour la peau. La calcite est raye par une pice de cuivre, alors qu'une lame de canif, en acier, saura rayer tous les minraux de duret infrieure 5, mais ne pourra rayer les feldspaths et le quartz. Un morceau de corindon, trs dur, un minral qu'on utilise dans les abrasifs, pourra rayer le quartz, mais sera ray par un diamant.

e) Densit La densit des minraux est une proprit mesurable; elle est une constante physique qui caractrise un minral donn. Beaucoup de minraux ont une densit qui se situe autour de 2.7 gr/cm3, soit 2.7 fois plus lourd qu'un volume gal d'eau. Mais certains ont une densit relativement faible, comme le sel qui a une densit de 2.1; d'autres se situent l'autre extrme, comme la galne (sulfure de plomb) avec une densit de 7.5 et l'or dont la densit est de 19.3.

f) Forme cristalline La forme cristalline est souvent ce qui donne la valeur esthtique d'un minral. Chaque minral cristallise dans un systme donn, ce qu'on appelle un systme cristallin. Un minral donn reproduira toujours les mmes formes rgies par ce systme. Par exemple, lhalite (sel) cristallise dans le systme cubique. La calcite cristallise dans le systme rhombodrique, un systme o les trois axes sont de longueur gale et o les angles entre les axes sont identiques, mais diffrents de 90. Le quartz commun cristallise dans le systme hexagonal; on aura des cristaux six cts, et, dans les formes pyramidales, on aura une pyramide six faces chaque extrmit.

g) Clivage Le clivage (voire figure 2.2) est une proprit trs importante des minraux. Il correspond des plans de faiblesse dans la structure cristalline. Puisqu'il s'agit de plans de faiblesse, un minral va donc se briser facilement le long des plans de clivage, alors qu'il ne se brisera jamais selon ses faces cristallines.

Figure 2.2 : Clivage


HOUTI F.B Page 7

c) Macles Imbrication intime de 2 ou de n individus de la mme espce ds les premiers stades de la germination et de la croissance cristalline Il est rare que le cristal soit seul, on assiste trs souvent lassociation de 2 ou 3 cristaux, cette association sappelle macle.

h) Effervescence Les minraux de la classe des carbonates sont dcomposs chimiquement par les acides; cette raction chimique dgage des bulles de gaz carbonique, un phnomne qu'on qualifie d'effervescence (un bouillonnement). Selon les minraux carbonats, cette effervescence se produit, sur la masse minrale mme ou sur la poussire, froid ou chaud.

1.4) Les principaux minraux constitutifs de l'corce terrestre

a) Les diffrents types de minraux

Les minraux sont rangs en 10 classes, notes en chiffres romains.

Classe I : Les lments natifs

L'lment natif est un corps chimique qui ne peut se dcomposer en corps plus simple. Il reprsente 3 4% des espces. Les mtaux existent sous forme d'lments natifs (constituant pur) ou, plus gnralement, d'alliages. On les divise en trois sous-classes :

Mtaux natifs : or (Au), argent (Ag), cuivre (Cu), platine (Pt), ... Semi-mtaux : le bismuth (Bi), lantimoine (Sb), larsenic (As), Mtallodes : carbone (C), soufre (S),

Classe II : Les sulfures et drivs

Ils reprsentent 15 20% des minraux. De nombreux minerais sont des sulfures. Ils sont rpartis en deux groupes :

Les sulfures, arsniures, antimoniures, tellurures : le groupement anionique ne contient que du soufre, les plus courants tant la pyrite (FeS2) et la galne (PbS2)

Les sulfosels : Le groupement anionique est compos de soufre et d'un autre mtal.

Classe III : Les halognures

Le groupe anionique des halognures sont des halognes. Cette classe reprsente 5 6% des espces minrales. Le plus connu est sans doute la halite (NaCl), ou sel gemme. Les halognures sont fragiles, lgers et souvent solubles dans l'eau.

Classe IV : Les oxydes et hydroxydes

La quatrime classe regroupe les minraux dont le groupe anionique est constitu doxygne ou dhydroxyle ([OH]-). 14% des minraux sont des oxydes. On les divise en trois sous-classes :

Les oxydes simples : l'hmatite (Fe2O3), minerai de fer. Les oxydes multiples : le spinelle (MgAl2O4) utilis en joaillerie en substitution du rubis. Les hydroxydes

Classe V : Carbonates et nitrates

Ces minraux se caractrisent par leur fragilit et une faible duret. On distingue deux sous-classes : Carbonates

Le groupement anionique est le groupe carbonate [CO3]2-. Ils reprsentent 9% des espces connues. Parmi elles, des espces importantes, comme la calcite (CaCO3), qui est le constituant principal du calcaire.

Nitrates Le groupement anionique est l'ion nitrate [NO3]-.

Classe VI : Borates

Le groupement anionique est soit l'ion borate [BO3]3- soit l'ion [BO4]5-. Cette petite famille reprsente 2% des minraux.


HOUTI F.B Page 8

Classe VII : Sulfates et drivs

Cette classe reprsente 10% des minraux et se dfinit par le groupement anionique de forme [XO4]2-. Sulfates : [SO4]2-. Le sulfate le plus connu est sans aucun doute le gypse, la pierre pltre

(CaSO4.2HO). Chromates : [CrO4]2- Tungstates : [WO4]2- Molybdates : [MoO4]2-

Classe VIII : Phosphates et drivs

Cette classe regroupe 16%. Le groupe anionique est de forme [XO4]3-. Phosphates : [PO4]3- Arsniates : [AsO4]3- Vanadates : [VO4]3-

Classe IX : Silicates

L'unit de base du minral est l'ion silicate [SiO4]4-. Les silicates reprsentent plus d'un quart des minraux la surface du globe. Cette abondance a amen une classification spcifique. Celle-ci fait intervenir des notions structurales, c'est--dire fonction de l'enchanement des ttradres [SiO4]. Les silicates sont diviss en 6 sous-classes.

Les nsosilicates Les nsosilicates reprsentent 5% environ des espces minrales. On y retrouve l'olivine (Mg,Fe)2SiO4, les grenats et les topazes.

Les sorosilicates Les sorosilicates reprsentent 3% environ des espces minrales. Parmi elles, lpidote.

Les cyclosilicates S'ils ne reprsentent que 2% des espces minrales, celles-ci sont trs connues comme pierres gemmes. Il y a d'abord tous les bryls : aigue-marine, meraude, et toutes les tourmalines.

Les inosilicates Les inosilicates reprsentent 4,5% environ des espces minrales. Les deux grandes familles sont les pyroxnes et les amphiboles

Les phyllosilicates On distingue donc plusieurs familles : les micas, les argiles et les serpentines. Les phyllosilicates reprsentent 6,5% environ des espces.

Les tectosilicates La formule chimique de base est donc SiO2 comme pour le quartz. Le nombre et la nature des substitutions dterminent les familles des feldspaths, des feldspathodes et des zolites. Les tectosilicates reprsentent 4% des minraux.

Classe X : Minraux organiques

Cette classe renferme environ 30 d'espces structure cristallographique bien dfinie. C'est le cas de la whewellite, minral constitutif des calculs rnaux.

b) Proportions des minraux et leurs utilisation Le tableau 2.2 prsente la proportion des lments chimiques les plus abondants dans la crote terrestre.

Tableau 2.2 : Les lments chimiques les plus abondants


HOUTI F.B Page 9

On y voit que deux lments seulement, Si et O, comptent pour prs des trois quarts (74,3%) de l'ensemble des matriaux. Il n'est donc pas surprenant qu'un groupe de minraux composs fondamentalement de Si et O avec un certain nombre d'autres ions et nomms silicates, compose lui seul 95% du volume de la crote terrestre. A noter que cette rpartition n'est applicable qu' la crote terrestre. On considre que le noyau est compos presqu'uniquement de fer et de nickel, ce qui est bien diffrent de ce qu'on prsente ici. Lors de la formation de la terre, les lments lgers, comme l'oxygne et le silicium ont migr vers l'extrieur, alors que les lments plus lourds, comme le fer, se sont concentrs au centre. Le tableau 2.3 prsente les minraux les plus communs dans les principaux groupes et leurs usages.

Tableau 2.3 : Les minraux et leurs usages

C) exemple de minraux

Systme cubique

Systme hexagonal

Systme rhombodrique (calcite)

Figure 2.3 : Exemple de minraux


HOUTI F.B Page 10

2) LA PETROGRAPHIE 2.1) Introduction

La ptrographie cest la science qui tudie les roches. Il existe deux grandes catgories de roches

Roches

Roches Exognes Roches Endognes

(Origine extrieure) (Origine intrieure)

Roches Roches Roches Roches

Sdimentaires Dtritiques Mtamorphiques Eruptives

R. Plutonique R. Volcaniques

Trois grands types de roches forment la crote terrestre. La figure 2.4 prsente ces trois grands types, ainsi que les processus qui conduisent leur formation. Ainsi prsent, il vhicule l'ide de la cyclicit des processus.

Figure 2.4 : Cycles de formation des roches

2.2) Dfinition de la roche

Cest un matriau qui entre dans la constitution de lcorce terrestre quelque soit ses proprits et son aspect physique. Une roche correspond un agencement de minraux les uns par rapport aux autres selon les lois de la cristallographie. Chaque roche a une architecture, une forme, les dimensions et une disposition particulire.

2.3) Les roches sdimentaires

a) Introduction Les roches sdimentaires sont les roches qui rsultent de l'accumulation et du compactage de dbris d'origine minrale (dgradation d'autres roches), organique (restes de vgtaux ou d'animaux, fossiles), ou de prcipitation chimique. Elles se forment sur la surface de la terre, ou au fond des eaux et rsultent de laction des agents drosions et du transport et de lactivit des tres vivants ou des phnomnes purement physiques ou chimiques se sont donc les roches Exognes.

Chapitre 2

HOUTI F.B

Figure 2.

b) Processus de sdimentation

Roche mre Altration

Dtritus

i)- L'altration superficielle (Stade de

Les processus de l'altration superficielle de la roche mre sont de trois typesbiologiques.

Les processus mcaniques (ou physiques) sont ceux qui dsagrgent mcaniquement la roche, comme l'action du gel et du ouvre progressivement ces dernires. L'action mcanique des racines des arbres ouvre aussi les fractures.

Altration mcanique (pluie, variation de temprature gel et dgel),

Existence de fissures + eau + gel + dgel

L'altration chimique est trs importante : plusieurs silicates, comme les feldspaths, souvent abondants dans les roches ignes, sont facilement attaqus par les eaux de pluies et transforms en minraux des argiles (phyllosilicates) pour former des boues.de la composition chimique (cristallographie)

Certains organismes ont la possibilit d'attaquer biochimiquement les minraux. vont chercher dans les minraux les lments chimiques dont ils ont besoin.

L'action combine de ces trois mcanismes produit des particules de toutes tailles. C'est l le point de dpart du processus gnral de la sdimentation.

Figure 2.

Les Minervaux et les Roche

Figure 2.5 : Diffrentes couches sdimentaires

) Processus de sdimentation Altration mcanique Dtritus

Altration

Altration chimique Elments en

Dtritus Transport

Dpt (sdimentation)

Roche Sdimentaire

Stade de mobilisation)

Les processus de l'altration superficielle de la roche mre sont de trois types : mcaniques, chimiques et

Les processus mcaniques (ou physiques) sont ceux qui dsagrgent mcaniquement la roche, comme l'action du gel et du dgel qui cause de l'expansion de l'eau qui gle dans les fractures ouvre progressivement ces dernires. L'action mcanique des racines des arbres ouvre aussi les

Altration mcanique (pluie, variation de temprature gel et dgel),

de fissures + eau + gel + dgel clatement de la roche

L'altration chimique est trs importante : plusieurs silicates, comme les feldspaths, souvent abondants dans les roches ignes, sont facilement attaqus par les eaux de pluies et transforms

raux des argiles (phyllosilicates) pour former des boues. Modification de la composition de la composition chimique (cristallographie) Certains organismes ont la possibilit d'attaquer biochimiquement les minraux.

inraux les lments chimiques dont ils ont besoin.

L'action combine de ces trois mcanismes produit des particules de toutes tailles. C'est l le point de dpart du processus gnral de la sdimentation.

Figure 2.6 : Processus de sdimentation

Les Minervaux et les Roches

Page 11

Dtritus

Elments en solution

mcaniques, chimiques et

Les processus mcaniques (ou physiques) sont ceux qui dsagrgent mcaniquement la roche, dgel qui cause de l'expansion de l'eau qui gle dans les fractures

ouvre progressivement ces dernires. L'action mcanique des racines des arbres ouvre aussi les

clatement de la roche

L'altration chimique est trs importante : plusieurs silicates, comme les feldspaths, souvent abondants dans les roches ignes, sont facilement attaqus par les eaux de pluies et transforms

Modification de la composition

Certains organismes ont la possibilit d'attaquer biochimiquement les minraux. Certaines roches inraux les lments chimiques dont ils ont besoin.

L'action combine de ces trois mcanismes produit des particules de toutes tailles. C'est l le point de


HOUTI F.B Page 12

ii)- Le transport.

Outre le vent et la glace, c'est surtout l'eau qui assure le transport des particules. Selon le mode et l'nergie du transport, le sdiment rsultant comportera des structures sdimentaires varies.

Transport par roulement Transport par traction Transport par saltation Transport par suspension

iii)- La sdimentation.

Tout le matriel transport s'accumule dans un bassin de sdimentation, ultimement le bassin marin, pour former un dpt. Les sdiments se dposent en couches successives dont la composition, la taille des particules, la couleur, etc., varient dans le temps selon la nature des sdiments apports.

- Dpts des lments fins Sdimentation des particules - Dpts des lments grossiers

Sdimentation chimique prcipitation dpend de la nature des lments

iv)- Facis des roches sdimentaires

Un facis est ensembles des caractres palontologique (tude des fossiles) et Lithologique (nature chimique) des roches qui dfinissent un dpt et rvlent en mme temps les conditions dans les quelles ils sont forms. On a :

Facis marins Facis continental Facis lacustre (dpt dans les lacs)

v)- Diagense

On appelle diagense les transformations physiques et chimiques quils subissent aprs leurs dpts et qui les transforment en roches sdimentaires. La diagense saccomplit faible profondeur et faible temprature, mois de 100 200C, ce qui la distingue du mtamorphisme. Les facteurs de la diagense :

Les tres vivants Laction de leau Action des facteurs physiques (pression, temprature, mouvement tectonique)

c) Principales roches sdimentaires i)- formation

Daprs lorigine, on distingue les roches dtritiques, roches chimiques et roches organiques. Les roches dorigine dtritiques

Au bord dune rivire ou de la mer. La roche est plus ou moins fissure, sous leffet du gel et dgel, les fragments tombent au pied, la rivire les enlve, les transporte et les dpose plus loin, les dpts ainsi forms sont des sdiments. Souvent les dbris sont souds les uns aux autres par un ciment, la roche qui tait meuble lorigine, se trouve consolide et dure. Cinq tapes principales conduisent aux roches dures dtritiques :

1- Elaboration sur place des fragments 2- Leurs enlvements ou mobilisation 3- Le transport 4- Le dpt, sous forme se sdiments meuble 5- La cimentation qui les transforme en roches cohrentes. Les roches dorigine organique

Aprs la mort danimaux ou de plantes, les parties dures ou rsistantes, saccumule et donne des roches sdimentaires.

Les roches dorigine chimique Lvaporation se produit lair libre dans des lagunes sur sale, leau svapore, le sel reste et se dpose.

Dpend des Facteurs cit

Chapitre 2

HOUTI F.B

ii- Roches sdimentaires Siliceuses

Ce sont des roches formes essentiellement de silice sous forme de quartz. Elles sont dures (rayent le verre et lacier) et sont caractrises par lexistence dune grande rsistance chimique (pas deffervescence avec les acides) sauf lacide fluorhydrique (HF)

Origine dtritique

Peuvent tre meubles ou consolidesExemple : Sable meuble

Grs consolid

Origine chimique

Diatomites (polissage), Radiolarites (utilis par les bijoutiers).

Origine chimique

Exemple : Silex. (Figure 2.8)

iii- Roches vaporitiques (roches salines)

Composes de chlorures ou de sulfate, les roches salines sont en grande majorit des rsidus dvaporation de leau de mer ou de lagunes, do le nom dvaporites.

La prcipitation des minraux vaporitiques se fait, entre autres, dans les grandes lagunes en bord de mer, lagunes qui se mesurent en plusieurs dizaines ou centaines de kilomtres carrs, dans des rgions o l'vaporation excde la prcipitation

Le gros de l'alimentation en eau de ces lagunes vient de la mer. L'vaporation concentre la solution et les minraux vaporitiques s'accumulent au plancher de la lagune. Pour une rgion dsorte d'quilibre entre l'alimentation de la lagune en eau marine et l'vaporation, ce qui fait que la salinit de l'eau demeurera peu prs constante. En fonction de cette salinit, c'est l'un ou l'autre des minraux de la squence qui prcipite. Le plus souvent, on oscille entre la calcite et le gypse.

Dans une variante du systme vaporitique, les minraux cristallisent et croissent l'intrieur du sdiment. Il s'agit de grandes plaines en bordure de mer qui s'tendent sur des dont la surface est peine quelques mtres au

Le sous-sol de ces grandes plaines est aliment principalement par l'eau marine. L'vaporation qui se fait la surface de la plaine augmente la salinit des eaux souterraines qui prcipitent alors les minraux


Roches sdimentaires Siliceuses

es essentiellement de silice sous forme de quartz. Elles sont dures (rayent le verre et lacier) et sont caractrises par lexistence dune grande rsistance chimique (pas deffervescence avec les acides) sauf lacide

Peuvent tre meubles ou consolides meuble

consolid (figure 2.7)

Radiolarites (utilis par les bijoutiers).

(Figure 2.8)

Roches vaporitiques (roches salines)

Composes de chlorures ou de sulfate, les roches salines sont en grande majorit des rsidus dvaporation lagunes, do le nom dvaporites.

La prcipitation des minraux vaporitiques se fait, entre autres, dans les grandes lagunes en bord de mer, lagunes qui se mesurent en plusieurs dizaines ou centaines de kilomtres carrs, dans des rgions o

n excde la prcipitation

Figure 2.9 : formation de roches salines

Le gros de l'alimentation en eau de ces lagunes vient de la mer. L'vaporation concentre la solution et les minraux vaporitiques s'accumulent au plancher de la lagune. Pour une rgion donne, il s'tablira une sorte d'quilibre entre l'alimentation de la lagune en eau marine et l'vaporation, ce qui fait que la salinit de l'eau demeurera peu prs constante. En fonction de cette salinit, c'est l'un ou l'autre des minraux de

ce qui prcipite. Le plus souvent, on oscille entre la calcite et le gypse.

Dans une variante du systme vaporitique, les minraux cristallisent et croissent l'intrieur du sdiment. Il s'agit de grandes plaines en bordure de mer qui s'tendent sur des centaines de kilomtres carrs, mais dont la surface est peine quelques mtres au-dessus du niveau marin. C'est ce qu'on appelle la sebkha.

Figure 2.10 : la sebkha

sol de ces grandes plaines est aliment principalement par l'eau marine. L'vaporation qui se fait la surface de la plaine augmente la salinit des eaux souterraines qui prcipitent alors les minraux

Figure 2.7 : Grs

Figure 2.8 : Rognons de silex


Page 13

Composes de chlorures ou de sulfate, les roches salines sont en grande majorit des rsidus dvaporation

La prcipitation des minraux vaporitiques se fait, entre autres, dans les grandes lagunes en bord de mer, lagunes qui se mesurent en plusieurs dizaines ou centaines de kilomtres carrs, dans des rgions o

Le gros de l'alimentation en eau de ces lagunes vient de la mer. L'vaporation concentre la solution et les onne, il s'tablira une

sorte d'quilibre entre l'alimentation de la lagune en eau marine et l'vaporation, ce qui fait que la salinit de l'eau demeurera peu prs constante. En fonction de cette salinit, c'est l'un ou l'autre des minraux de

Dans une variante du systme vaporitique, les minraux cristallisent et croissent l'intrieur du sdiment. centaines de kilomtres carrs, mais

dessus du niveau marin. C'est ce qu'on appelle la sebkha.

sol de ces grandes plaines est aliment principalement par l'eau marine. L'vaporation qui se fait la surface de la plaine augmente la salinit des eaux souterraines qui prcipitent alors les minraux

Grs

Rognons de silex

Chapitre 2

HOUTI F.B

vaporitiques. Le plus souvent, le systme seminraux cristallisent et croissent l'intrieur mme du sdiment. La sebkha ne se dveloppe pas exclusivement en bordure de mer, mais partout o on peut concentrer des eaux salines dans la nappe phratique et les vaporer. Ainsi, certaines plaines dans le dsert o on a concentr priodiquement des eaux salines provenant de l'rosion de formation riches en sels minraux contiennent des minraux vaporitiques. Les magnifiques roses des sablesElles se sont dveloppes l'intrieur des sables d'une sebkha dsertique et sont composes de grains de sable ciments par du gypse, de l les formes cristallines de ce dernier.

a) : Gypse Le gypse (figure 2.12) est un sulfate de calcium hydrat, tendre ray par longle, se dissout dans leau.

* en chauffant le gypse vers 100 250C on obtient le pltre

CaSO4, 2H2O CaSO4, H2O + 3/2 H

* il existe aussi les pltres spciaux* le gypse entre dans la fabrication de certains

fongicides et insecticides.

b) : Sel gemme Le sel gemme est du chlorure de sodium (Na Cl), soluble couleurs varies ; blanches, grises, rouges, jaunes ou incolores. Il colore la flamme en jaune. Il rsulte dune vaporation plus pousse que le gypse.Le sel est employ en cuisine et dans les industriesoude (Na2 CO3).

iv- Roches carbonates

Principalement composes de : Carbonate de calcium (calcite) CaCOCarbonate de magnsium (dolomite) Carbonate de fer (sidrose) FeCO

a) : Calcaires Elles renferment au moins 50% de CaCO(la calcite a la duret 3), elles sont rayables lacier et parfois longle (craie)

Exemple : les analyses de la craie rvlent quelle est souvent trs pure.calcaire fait presque uniquement de calcite, sous forme de tests dorganismes marins microscopiques. Elle est blanche, tendre et friable

CaCO3 98% SiO2, MgCO3 CaO + CO


vaporitiques. Le plus souvent, le systme se stabilise au gypse, avec parfois des cristaux de sel. Les minraux cristallisent et croissent l'intrieur mme du sdiment. La sebkha ne se dveloppe pas exclusivement en bordure de mer, mais partout o on peut concentrer des eaux salines dans la nappe phratique et les vaporer. Ainsi, certaines plaines dans le dsert o on a concentr priodiquement des eaux salines provenant de l'rosion de formation riches en sels minraux contiennent des minraux

roses des sables (voire figure 2.11) sont un exemple de ce phnomne. Elles se sont dveloppes l'intrieur des sables d'une sebkha dsertique et sont composes de grains de sable ciments par du gypse, de l les formes cristallines de ce dernier.

Figure 2.11 : Roses des sables

est un sulfate de calcium hydrat, tendre ray par longle, se dissout dans

* en chauffant le gypse vers 100 250C on

O + 3/2 H2O

pltres spciaux * le gypse entre dans la fabrication de certains

Le sel gemme est du chlorure de sodium (Na Cl), soluble dans leau, reconnaissable sa saveur, il offre des ; blanches, grises, rouges, jaunes ou incolores. Il colore la flamme en jaune. Il rsulte

dune vaporation plus pousse que le gypse. Le sel est employ en cuisine et dans les industries alimentaires et chimiques, pour la fabrication de la

CaCO3 Carbonate de magnsium (dolomite) MgCO3

FeCO3

Elles renferment au moins 50% de CaCO3 (calcite), font effervescence froid avec les acides, sont tendres (la calcite a la duret 3), elles sont rayables lacier et parfois longle (craie)

de la craie (figure 2.13) rvlent quelle est souvent trs pure. Cest un calcaire fait presque uniquement de calcite, sous forme de tests dorganismes marins microscopiques. Elle est blanche, tendre et

CaO + CO2

Figure 2.13 : Falaise de craie

Figure 2.12 : Gypse


Page 14

stabilise au gypse, avec parfois des cristaux de sel. Les minraux cristallisent et croissent l'intrieur mme du sdiment. La sebkha ne se dveloppe pas exclusivement en bordure de mer, mais partout o on peut concentrer des eaux salines dans la nappe phratique et les vaporer. Ainsi, certaines plaines dans le dsert o on a concentr priodiquement des eaux salines provenant de l'rosion de formation riches en sels minraux contiennent des minraux

sont un exemple de ce phnomne. Elles se sont dveloppes l'intrieur des sables d'une sebkha dsertique et sont composes de grains de

dans leau, reconnaissable sa saveur, il offre des ; blanches, grises, rouges, jaunes ou incolores. Il colore la flamme en jaune. Il rsulte

s alimentaires et chimiques, pour la fabrication de la

(calcite), font effervescence froid avec les acides, sont tendres

Falaise de craie

Gypse


HOUTI F.B Page 15

Application pratique des calcaires Par calcination, les calcaires fournissent la chaux

CaCO3 CaO + CO2 En portant du calcaire marneux plus de 1400 C, on obtient le Ciment. Suivant le pourcentage dargile on obtient des produits diffrents (voir tableau 2.4)

% Argile 0 5 12 20 25 40 % Calcaire 100 95 88 80 75 60

Roche Calcaire Calcaire Marneux Marne

Produit Obtenue

Chaux Grasse

Chaux Maigre

Chaux Hydraulique

Ciment a prise Lente

Ciment Ordinaire

Ciment a prise rapide

Tableau 2.4 : Produits obtenue par les roches calcaires et argileuses.

v- Roches carbones

Se sont des roches formes essentiellement de carbone. Les principales roches sont les charbons (tourbe, houilles, lignite et anthracite) et les ptroles, on les appelle aussi les roches combustibles. Les charbons (du latin carbona = charbon) dsigne des roches sdimentaires stratifies, combustibles, de couleur sombre, formes principalement de dbris vgtaux. On distingue plus prcisment : la tourbe (65% de C), lgre, brune, forme dun amas de plantes enrichies en carbone. le lignite (70-75% de C), brun noir et terne, dbris ligneux bien reconnaissables, pouvoir

calorifique de l'ordre de 5000 kcal/kg. la houille ou charbon (voir figure 2.17) (85% de C), noire, mate ou brillante, tachant les doigts, bon

combustible, plus au moins friable. l'anthracite (voire figure 2.16) (92-95% de C), noir, brillant, ne tachant pas les doigts, possde le

pouvoir calorifique le plus lev: plus de 8000 kcal/kg.

Les ptroles (du grec petrelaion = huile de pierre) : dsigne une srie de produit de mlanges complexes composs dhydrocarbure avec une faible quantit dazote, doxygne, de soufre et dhlium. La densit des ptroles varie de 0,7 0,97.

vi- Roches argileuses

Les argiles sont des roches tendres (rayables longle), doues dun grand pouvoir absorbant. Elles gonflent leau et deviennent plastiques avant de perdre leur cohsion. Elles ne se dforment pas la cuisson mais durcissent, changeant de couleur si elles renferment des oxydes de fer.

* Les minraux argileux

Ce sont des minraux qui natteignent jamais de grande dimension. Elles ont une forme caractristique en feuillet (voir figure 2.15) dune largeur moyenne de 1 m et dpaisseur de lordre de 1/100 m.

Figure 2.15 : Feuillet dargile

Figure 2.14 : Les charbons

1 m

m

c) Charbon b) Anthracite a) Tourbe


HOUTI F.B Page 16

On peut les classer en :

Minraux argileux deux feuillets (Kaolinites et Hallaysites) Minraux argileux trois feuillets (Montmorillonites et Illites) Minraux argileux fibreux (Spiolites)

* Feuillet de base

On a deux types de minraux qui constituent les deux structures de base desquelles sont construites toutes les argiles savoir :

La silice qui est ttradrique (SiO2) voir figure 2.16. Lpaisseur est de 4

Hydroxyde daluminium ou Hydroxyde de Magnsium qui sont Octadrique, voir figure2.17. Lpaisseur est de 3

* Principales familles dargiles

- KAOLINITE (figure 2.18): cest largile la plus stable dont le feuillet comporte 2 couches, une de Silice lautre dAlumine, la liaison se fait par lintermdiaire des atomes doxygnes.

- HALLAYSITE figure 2.19: ce nest quune KAOLINITE hydrate (il existe deux tats dhydratation dans la nature 2H2O et 4H2O.

- MONTMORILLONITE (figure 2.20) : le feuillet lmentaire de cette famille rsulte dun assemblage dun octadrique intercal entre deux feuillets ttradrique. La liaison entre les feuillets de base est trs faible de telle sorte que des molcules deau peuvent sy intercaler, il peut y avoir jusqu 6 molcules deau. Ainsi les sols dont la teneur en MONTMORILLONITE est releve sont susceptibles de gonflement et de retrait important suivant la variation de la teneur en eau.

- ILLITE (figure 2.21: lillite a une structure analogue celle de la MONTMORILLONITE mais des ions de potassium sont intercals entre les feuillets ttradriques grce ces ions, les liaisons sont relativement plus fortes et les molcules deaux ne peuvent sy intercaler.

- CHLORITE (figure 2.2) : le feuillet de chlorite est constitu de deux feuillets de MONTMORILLONITE relie entre eux par une couche dhydroxyde de magnsium.

* Importance des argiles Toutes les argiles font pte avec leau, donc on les utilise dans la fabrication des briques tuiles et cramiques surtout les argiles KAOLINITE.

Figure 2.16 : Feuiller de Silice Symbole

Figure 2.17 : Hydroxydes daluminium et de magnsium

Symbole

Figure 2.18 : Kaolinite

Figure 2.19 : Hallaysite

Figure 2.20 : Montmorillonite

Figure 2.21 : Illite

Figure 2.22 : Chlorite

Si 4

3 Al Mg

Liaison forte

Liaison assez forte

Si

Al

Si

Al

2 Molcules deau

Si

Al

Si

Al

4 Molcules deau

Si

Al

Si

Al

Si

Al

Si

Liaison forte Liaison trs faible

Si

Al

Si

Si

Al

Si

Si

Al

Si

K+ Liaison assez forte

Si

Al

Si

Mg

Si

Al

Si

Si

Al

Si

Si

Al


HOUTI F.B Page 17

2.4) Les roches mtamorphiques

a) Introduction Les roches mtamorphiques sont issues de la transformation de roches ignes ou sdimentaires sous l'effet de temprature et/ou de pressions leves. Deux grands types de mtamorphisme produisent la majorit des roches mtamorphiques : le mtamorphisme de contact et le mtamorphisme rgional. Un troisime type est plus restreint : le mtamorphisme de choc.

Roche A diffrente Roche B

T1 T2 P1 P2

b) Facteurs de mtamorphisme

i- Augmentation de la temprature

Au cours dun enfoncement sous de nouvelles couches de sdiment, les roches sont soumises des tempratures de plus en plus leves cause du gradient gothermique.

Lorsque le magma trs chaud est introduit dans une squence de roches froides, il y a transfert de chaleur et cuisson de la roche encaissante aux bordures.

La tectonique est aussi un facteur de llvation de temprature.

Figure 2. 23 : Influence du poids des couches

Faille

Figure 2.25 : Influence de la tectonique

Figure 2.24 : Influence du magma


HOUTI F.B Page 18

ii- Augmentation de la pression

La pression (voire figure 2.23) saccrot en profondeur en mme temps que la temprature, les pressions quelles subissent slvent progressivement.

iii- Le temps

Se fait en temps assez long. Exemple : la craie comprime 600 atmosphres pendant quelques instants ne subit pas de transformation notable, mais elle se transforme en calcaire cohrent si on la maintient sous pression pendant 17 ans.

c) Les types de mtamorphisme

i- Le mtamorphisme de contact.

Le mtamorphisme de contact est celui qui se produit dans la roche encaissante au contact d'intrusifs. Lorsque le magma encore trs chaud est introduit dans une squence de roches froides, il y a transfert de chaleur (voire figure 2.24) et cuisson de la roche encaissante aux bordures.

ii- Le mtamorphisme rgional et la foliation mtamorphique.

Le mtamorphisme rgional est celui qui affecte de grandes rgions. Il est la fois contrl par des augmentations importantes de pression et de temprature. C'est le mtamorphisme des racines de chanes de montagnes (Relie la gense de grande chane de montagnes (700C 800C)).

iii- Le mtamorphisme de choc.

Le mtamorphisme de choc est celui produit par la chute d'une mtorite la surface de la plante. Le choc engendre des tempratures et des pressions normment leves qui transforment les minraux de la roche choques, des tempratures et des pressions qui sont bien au-del de celles atteintes dans le mtamorphisme rgional.

d) Srie des roches mtamorphiques.

Le gros des roches mtamorphiques (en volume) provient du mtamorphisme rgional. Il est rare que l'on puisse dterminer si une roche mtamorphique vient de la transformation de telle ou telle roche (roche d'origine) telle ou telle pression et temprature (trajet en P, T de la roche, c'est--dire son histoire mtamorphique). Le tableau qui suit prsente les roches mtamorphiques les plus courantes en fonction du degr de mtamorphisme.

Tableaux 2.5 : Principales roches mtamorphiques Quelques roches mtamorphiques. Quelques minraux du

mtamorphisme Schiste toute roche mtamorphique prsentant une schistosit

c'est--dire des plans de dbitage donnant un aspect feuillet la roche (granite)

minraux argileux: sricite, chlorite, biotite

autres minraux marqueurs: grenat, staurotide...

silicates d'alumine de formule : (SiAl2O5):

sillimanite, andalousite, disthne

micaschiste roche mtamorphique prsentant une schistosit et une foliation (schistosit minralogique correspondant des accumulations de minraux le longs de plans). Riche en lamelles de micas (brillantes) visibles l'il nu.

gneiss roche mtamorphique foliation trs nette caractrise par des alternances de lits de teinte sombre (riches en minraux ferromagnsiens) et de lits clairs (quartz et feldspaths).

marbre roche mtamorphique calcaire grains fins prsentant ou non des veines colores correspondant diffrents minraux argileux. Proviennent de calcaires ou dolomies.

amphibolite pyroxnite

roches mtamorphiques sombres o dominent les amphiboles ou les pyroxnes. Elles peuvent provenir d'argiles sdimentaires, de basaltes ou encore de gabbros.


HOUTI F.B Page 19

2.4) Les roches magmatiques

a) Introduction Les roches ruptives rsultent de la cristallisation du liquide ou magma (bain silicat), ce magma arrive directement la surface ltat liquide et on appelle a volcan. Quand le magma sarrte en profondeur, il se cristallise (on parle de roches cristallines) et on lappelle dans ce cas pluton. Les roches volcaniques cristallisent plus rapidement que les roches plutoniques et possdent souvent de cristaux de moins grande taille. Certaines roches volcaniques solidifies trop vite n'ont pas cristallis et donnent des verres (roches vitreuses).

b) Processus magmatique

Le volcanisme est un phnomne qui est le responsable de la majeure partie des ouvertures des ocans.

Appareils Volcaniques Nous avons diffrents types dappareils volcaniques.

Figure 2.26 : Appareils volcaniques

1- Sill : cest un corps horizontal 2- Dyke : cest un corps lgrement vertical 3- Neck : ouvertures 4- Batholite : cest un corps de grande taille dont on ne connat pas la base 5- Laccolite : cest un corps qui est emprisonn entre des roches encaissantes et on connat la base. c) Processus fondamentale de la naissance des roches magmatiques en gnral

i- Naissance du magma (bain silicat)

Augmentation de la temprature : la fusion des matriaux Diminution de la pression : elle est trs souvent lie la temprature de fusion

Les magmas montent, du fait de leur densit, plus faible que les roches avoisinantes, ce qui est li notamment leur temprature. Plus ils montent plus ils se refroidissent, ce qui augmente leur viscosit, mais plus leur pression diminue, ce qui diminue leur viscosit. La fusion des roches est due principalement une dcompression.

ii- Transfert du magma

La force essentielle qui provoque la monte du magma, cest la gravit et aussi la densit. Si les liquides se forment par fusion partielle, ils vont se trouver plus lger que les roches avoisinantes. Pour arriver en surface le magma progresse la faveur de fractures plus ou moins importantes. Cest le gaz qui est le moteur principal de l'ascension du magma.


HOUTI F.B Page 20

Le caractre plus ou moins explosif d'une ruption (arrive la surface des produits magmatiques) dpend de la viscosit du magma (de sa composante liquide, solide et gazeuse), de la fracturation de la roche, de la prsence d'eau dans le rseau de fractures (l'eau augmente toujours le caractre explosif de l'ruption), ou encore de la prsence d'un bouchon de lave solidifie dans la partie suprieure du conduit principal tmoin des ruptions antrieures.

iii- Vitesse du magma

Il ya la monte rapide Volcan Il ya aussi la monte lente Pluton

La vitesse de monte du magma est un paramtre important et au cours de sa monte le magma peu subir une modification de sa composition chimique.

d) Principale roches ruptives

Tableau 2.6 : Principales roches magmatiques

Roches Plutoniques et Roches Volcaniques

Avec du quartz (SiO2) Sans quartz

Roches minraux clairs abondants

Feldspaths alcalins (K) et Plagioclases sodiques (Na)

Granodiorite

Rhyo-dacite

Synite

Trachyte Granite

Rhyolite

Diorite

Andsite Plagioclases calciques (Ca) Gabbro quartzique

Basalte tholitique

Gabbro

Basalte Roches minraux sombres dominants Amphibolites,

Pyroxnolites, Pridotites

Proprits et usages : le granite est une roche de densit comprise entre 2,6 et 2,7 employe dans de nombreux domaine.

Sa rsistance lcrasement est de 1500 Kg/cm en moyenne, comme tous agrgats, sa rsistance la traction est faible (30 Kg/cm).

Le granite est universellement utilis en voirie : pavs, bordures de trottoirs, dalle, ballast etc. Lusure diffrentielle des diffrents minraux, lui confre une rugosit qui diminue le danger de drapage.

Documents

Chapitre 2 Les Mineraux Et Les Roches 2 (1)