Chapitre 2. Minéraux et roches - cours-examens.orgcours-examens.org/images/Etudes_superieures/TC_biologie/1_annee/... · 4 Polytech’ 2010-11 • GTGC3 Maille Une maille est la

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Chapitre 2. Minéraux etroches


2.1. Minéralogie

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Polytech’ 2010-11 • GTGC3

Définitions

Minéral (Bonin, 1988) =solide naturelmacroscopiquement homogènepossédant une structure atomique

ordonnéeune composition chimique définieplusieurs milliers de minéraux

Roche = assemblage de minéraux


Cristal

Cristal : solide dont les atomes constitutifs sontarrangés de manière régulière selon unedisposition fondamentale (la maille) et répétéedans l’espace (le réseau cristallin)

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2.2. Minéralogie

2.2.a. Cristallographie


Mailles

maille

R.J. Haüy

Empilementcubique

Maillecubique

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Maille

Une maille est la plus petiteportion de l'espace qui, partranslation, peut générer lemotif cristallin infini et en ales mêmes propriétéschimiques et physiques


Construction de la maille

ab

c

αβ

γ

x

y

z•un repère xyz•trois angles αβγ•trois longueurs abc

6 paramètres

7 mailles7 systèmescristallins

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Système cubique


Système quadratique

6


Système orthorhombique


Système rhomboédrique

=

7


Système hexagonal


Système monoclinique

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Système triclinique


Les éléments de symétrie

C

A

A’

Centre de symétrie

AB

B’Axe de symétrie

αα 60° A6

90° A4120° A3180° A2

B

B’

Plan de symétrieP

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ExerciceQuels sont leséléments de

symétrie d’uncristal

quadratique ?

C


Correction (1)

1 centre C

C

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Correction (2)

2 miroirs M’’2 miroirs M’1 miroir M


Correction (3)

1 axe A4 2 axes A2 2 axes A’2

A4

A2

A’2

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α≠β≠γ≠90°a=b=cTriclinique

α=γ=90°β≠90°

a≠b≠cMonoclinique

α=β=γ=90°a≠b≠cOrthorhombique

α=β=γ≠90°a=b=cRhomboédrique

A4 2A’2 2A’’2 M 2M’ 2M’’ Cα=β=γ=90°a=b≠cQuadratique

α=β=90°γ=60°

a=b≠cHexagonal

α=β=γ=90°a=b=cCubique

Eléments de symétrieAnglesCôtésSystème

Systèmes cristallins et symétries


2.2. Minéralogie

2.2.b. Cristallochimie

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Classification des minéraux

Les minéraux sont classés enfonction de la nature de l’anionex : carbonates (CO3)2-, oxydes

(O2-)

Il existe 8 classes de minéraux


Quelques exemples

classification des silicatesSilicatesFeS2PyriteS2-Sulfures

CaSO4.2H2OGypseSO42-Sulfates

Fe2O3HématiteO2-Oxydes

AuC

OrDiamant

/NatifsNaClHaliteCl-Halogénures

CaCO3CalciteCO32-Carbonates

CompositionExempleAnionFamille

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Classification des espèces minérales établieen fonction de l’ anion :

Classification des minéraux

Classe I Eléments natifs et alliagesClasse II Sulfures, arséniures, antimoniures,

tellururesClasse III HalogénuresClasse IV Oxydes simples et multiplesClasse V Carbonates, nitrates, boratesClasse VI Sulfates, chromates, molybdates,

wolframatesClasse VII Phosphates, arséniates, vanadatesClasse VIII SilicatesClasse IX Minéraux organiques

sans anion

cas des silicates :polymérisation des

groupements [SiO4]4-

anions simples

anions poly-atomiques


Polyèdre de coordination

Dans une structure minérale :

•les liaisons sont essentiellement ioniques

•un ion est représenté par une sphère

•un cation est entouré par des anionsdisposés selon un motif géométrique :- les anions ⇒ polyèdre de coordination- le cation ⇒ le centre du polyèdre

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cubo-octaèdre12>1

cube80,732-1

octaèdre60,414-0,732

tétraèdre40,255-0,414

triangle30,155-0,255

ligne2<0,155

NatureGéométrieNbre decoordination

Rapport RC/RA

Nature des polyèdres


Les silicates

0,1Autres1,8MgMagnésium1,4KPotassium2,6NaSodium1,9CaCalcium1,9FeFer6,5AlAluminium21,2SiSilicium62,6OOxygène

%atomique

Elément

Si et O sont leséléments les plusabondants de lacroûte(silicates)

Composition moyennede la croûte terrestre

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Principaux minéraux de la croûteNon silicates

8 %

SILICATES92 %


Polyèdre Si-ORSi = 0,41 Å - RO = 1,40 Å

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Tétraèdre Si-O

Silicium (Si4+)

Oxygène (O2-)

Quelle est la formulechimique du motif

tétraédrique Si-O ?

Tétraèdre


Tétraèdre Si-O

[SiO4]4-

Silicium (Si4+)

Oxygène (O2-)

Tétraèdre

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Nésosilicates

Tétraèdres isolés [SiO4]4-

Péridot(olivine)

Principalminéral dumanteauterrestre


Sorosilicates etcyclosilicates

[Si6O18]12-

[Si2O7]6-

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Inosilicates en chaînesimple

Diopside

Chaîne simple [Si2O6]4-

Pyroxènes


Inosilicates en chaînedoubleChaîne double [Si4O11]6-

Amphiboles

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PhyllosilicatesFeuillet [Si4O10]4-

Micas, argiles


Tectosilicates

Edifice 3D [SiO2]

quartzfeldspaths

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Classification structurale

SILICATE =

•édifice de tétraèdres de [SiO4]4-agencés selon des motifstri–dimensionnels (charpente)⇒ grandes familles

•motifs reliés par des cations(compensateurs des charges)


Abondance des minéraux de la croûte

Tectosilicates = 63%

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Notion de substitution• Un silicate est composé d’un squelettede tétraèdres [SiO4]4-

• Ce squelette définit des sites danslesquels se placent les cations• Les cations peuvent se remplacer dansun site si :

• leur rayon ne diffère pas trop• leur charge est équivalente (±1)

• Ce phénomène est appelé substitution


Principales substitutions

Si4+ Al3+ Fe3+

Fe2+Mg2+

Ca2+Na+

K+

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Notion de solution solide• Charpente silicatée => sites• Si le milieu contient un seul type de cation :

ex. Fe : minéral ferrifèreMg : minéral magnésien

• Si le milieu contient les deux types de cations :le site est occupé indifféremment par l'un oul'autre cation (substitution)

• Le minéral est alors de compositionintermédiaire entre le minéral ferrifère et leminéral magnésien• On parle alors de solution solide


Exemple des olivines

Solution solide = un minéral dont uncertain pourcentage de sites est occupépar un cation et le reste par un autrecationSite non tétraédrique (25)Site occupé par Mg2+ (17)Site occupé par Fe2+ (8)

soit olivine à

!

17

25= 68%

soit 68% de forstérite

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Notations•Formule structurale

•Tétraèdres CrochetsEx. [Si2O6]Mg2

•Solution solide ParenthèsesEx. [SiO4](Fe,Mg)2

•Chimie•Composition molaire :

[SiO4]Mg2 = 1 SiO2 + 2MgO[Si2Al2O8]Ca = ?

= 2 SiO2 + Al2O3 + CaO


Une autre façon de dire...

Solution solide ≠ 2 minéraux imbriqués

Rappel : un minéral estune phase homogène

Solution solide = unminéral dont un certainpourcentage de sites estoccupé par un cation et lereste par un autre cation

3/12 = 40%

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Points à retenir

• Roche, cristal, minéral

• Tétraèdre [SiO4]4-

• Substitution / solution solide

• Principales familles de silicates

• Olivine, pyroxène, amphibole, micas,argiles, quartz, feldpaths


2.2. Pétrographie(étude des roches)

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Les grands types de roches

Roches magmatiques

Roches sédimentaires

Roches métamorphiques

Magma

Erosion

Erosion

Métamorphisme

Métamorphisme

Cristallisation

FusionFusion partielle du manteau

Fusion

Erosion


Cα≠β≠γ≠90°a=b=cTriclinique

A2 M Cα=γ=90°β≠90°

a≠b≠cMonoclinique

A2 A’2 A’’2 M M’ M’’ Cα=β=γ=90°a≠b≠cOrthorhombique

A3 3A’2 3M’ Cα=β=γ≠90°a=b=cRhomboédrique

A4 2A’2 2A’’2 2M’ 2M’’ M Cα=β=γ=90°a=b≠cQuadratique

A6 3A’2 3A’’2 M 3M’ 3M’’ Cα=β=90°γ=60°

a=b≠cHexagonal

3A4 4A3 6A2 3M 6M’ Cα=β=γ=90°a=b=cCubique

Eléments de symétrieAnglesCôtésSystème

Systèmes cristallins et symétries

Documents

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