I. Les minraux - Terre est constitue de roches, les roches sont formes de minraux et les minraux sont constitus d’un ou plusieurs lments chimiques

  • View
    216

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of I. Les minraux - Terre est constitue de roches, les roches sont formes de minraux et les minraux...

  • Dr CHABOU Moulley Charaf Universit Ferhat Abbas, Stif Dpartement des Sciences de la Terre LMD -Sciences de la Terre et de lUnivers- Gosciences - Module : Nature des Enveloppes Terrestres. 1re anne Semestre 2.

    I. Les minraux

    La Terre est constitue de roches, les roches sont formes de minraux et les minraux

    sont constitus dun ou plusieurs lments chimiques. Ainsi, le granite est une roche compose de trois minraux principaux : quartz, feldspaths et micas. Le quartz est un minral de formule chimique SiO2 : il est compos de silicium et doxygne.

    I.1. Dfinition dun minral Un minral est un solide naturel, homogne, possdant une composition chimique

    dfinie et une structure atomique ordonne. La structure atomique ordonne veut dire que tous les minraux sont des cristaux :

    cest--dire des solides possdant une forme polydrique limite par des faces planes (dans le cas o la formation du cristal na pas t perturbe par des agents externes).

    La science qui soccupe de ltude des minraux est : la minralogie. Exemple : leau liquide nest pas un minral, mais la glace deau qui est solide,

    naturelle, homogne, possdant une composition chimique dfinie (H2O) et une structure atomique ordonne (la glace deau est cristallise) est un minral.

    I.2. Les cristaux La science qui tudie les cristaux sappelle : la cristallographie. Les cristaux sont classs selon les paramtres de la maille lmentaire du cristal

    (polydre fondamental) qui reprsente le plus petit paralllpipde qui conserve les proprits gomtriques, physiques et chimiques dun cristal. On appelle ainsi lensemble des trois cts a, b et c du paralllpipde et des trois angles , et , situs entre ces trois cts (fig.1).

    Figure 1 : angle entre b et c. : angle entre a et c. : angle entre a et b.

    1

  • On distingue 7 systmes cristallins :

    Le systme cubique : a = b = c ; = = = 90 (fig.2)

    Figure 2

    Le systme quadratique : a = b c ; = = = 90 (fig.3)

    Figure 3

    Le systme orthorhombique : a b c ; = = = 90 (fig.4)

    Figure 4

    Le systme rhombodrique : a = b = c ; < 120 ; = = 90 (fig.5)

    Figure 5

    2

  • Le systme hexagonal : a = b c ; = = 90 ; = 120 (fig.6)

    Figure 6

    Le systme monoclinique : a b c ; = = 90 (fig.7)

    Figure 7

    Le systme triclinique : a b c ; (fig.8)

    Figure 8

    Exemple : le quartz est un minral qui appartient au systme rhombodrique.

    I.3. Polymorphes Les polymorphes sont des minraux qui possdent la mme formule ou composition

    chimique mais cristallisant dans des systmes diffrents. Exemple : le carbone (C) possde deux polymorphes : le graphite, qui cristallise dans

    le systme rhombodrique, est un minral trs tendre, et le diamant qui cristallise dans le systme cubique et constitue le minral le plus dur dans la nature. Les diamants se forment trs haute pression et temprature plus de 150 km de profondeur et sont ramens en surface par une roche volcanique quon appelle kimberlite.

    3

  • I.4. Isomorphes Les isomorphes sont des minraux ayant la mme structure cristalline, mais ayant des

    compositions chimiques diffrentes. Exemple : La forsterite Mg2SiO4 et la fayalite Fe2SiO4 sont des isomorphes : il

    appartiennent la famille des olivines cristallisant dans le systme orthorhombique et de formule chimique gnrale (Mg, Fe)2SiO4. Le Mg2+ peut tre remplac par Fe2+ dans la formule des olivines et vice-versa (car ces deux lments ont des proprits chimiques similaires).

    I.5. Critres de reconnaissance des minraux

    La densit La densit est un critre important pour dterminer un minral. On distingue les

    minraux lgers, de densit 1 2, moyennement lourds, de densit 2 4, lourds, de densit 4 6 et trs lourds, de densit suprieure 6. La plus forte densit est celle des mtaux, tels que l'or (15 16) ou le platine (14 20). La plupart des minraux ont une densit de 2 4.

    Exemple : lor et la phlogopite sont deux minraux qui se ressemblent. Cependant, la

    densit de lor est de 15 tandis que celle de la phlogopite est de 2-3.

    La couleur Pour certains minraux, la couleur peut-tre un critre de dtermination. Mais

    beaucoup de minraux prsentent des tons et mme des couleurs trs diffrents. Exemple : lolivine possde une couleur verte caractristique (do son nom).

    La couleur de la trace (le trait) La couleur de la trace (ou couleur de la poudre ou couleur du trait) des minraux

    est la couleur que laisse la trace ou la poudre dun minral lorsquon le frotte sur une surface blanche. La couleur de la poudre des minraux peut tre diffrente de la couleur du minral.

    Exemple : la pyrite (FeS2) de couleur jaune a une trace noir verdtre.

    Lclat L'clat est la proprit du minral de rflchir la lumire. On distingue plusieurs types

    dclats, parmi les plus importants :

    o lclat mtallique : fort clat des mtaux (or, cuivre, argent) o lclat vitreux : c'est un clat qui rappelle le verre (le quartz) o lclat gras : la surface du minral semble induite dune couche dhuile o lclat terreux : minraux qui nont pas dclat (ils ont une apparence terreuse).

    Exemple : certaines argiles.

    4

  • La transparence C'est la proprit des minraux de laisser passer la lumire. D'aprs le degr de

    transparence, on distingue :

    o Minraux transparents : on peut voir clairement un objet travers et on peut lire l'criture au travers du minral.

    o Minraux translucides : le minral est travers par la lumire mme sous une forte paisseur, sans que lon puisse toutefois distinguer un objet travers.

    o Minraux non transparents et minraux opaques : ne laissent pas passer la lumire.

    La forme du minral

    Cubique - forme cubique. Octadrique - forme dun octadre.

    Tabulaire - forme rectangulaire (fig.9).

    Figure 9

    Aciculaire - en forme daiguilles (fig.10).

    Figure 10

    Lamellaire - en forme de lamelles ou lattes (aplati et allong) (fig.11).

    Figure 11

    5

  • Le clivage Le clivage est la proprit d'un minral de se briser selon des plans parallles bien

    dfinis. Ces plans sont appels : plans de clivage. La duret Cest la rsistance dun minral la rayure. Un minral est dit plus dur quautre, sil

    raye ce dernier. Les durets sont classes par rapport celles de 10 minraux tests (chelle de Mohs) (tableau 1) :

    Tableau 1 : Echelle de Mohs

    I.6. Nomenclature des minraux

    On connat environ quatre mille espces de minraux, dont une trentaine seulement sont importants. Chaque anne, une dizaine de nouveaux minraux sont dcouverts.

    A l'exception de quelques noms de minraux connus souvent depuis l'Antiquit, tous les noms de minraux sont du genre fminin et se terminent en -ite. Les minraux sont nomms daprs le nom d'une personne, soit d'un terme qui rappelle son chimisme, certaines de ses proprits externes (facis, habitus, couleur) ou encore sa localit originelle

    6

  • Exemples : o Albite [NaAlSi3O8] : nom qui provient du latin, albus (blanc), allusion sa couleur. o Chromite (FeCr2O4) cause de la prsence dune teneur leve en chrome dans le

    minral; o Nadorite (PbSbO2Cl): du nom du Djebel Nador, Constantine, Algrie, o le minral a

    t dcouvert (tableau 2); o Sillimanite (Al2SiO5): ddie au Professeur Benjamin Silliman de luniversit de Yale

    (1779-1864);

    Tableau 2 : Minraux dcouverts en Algrie

    I.7. Classification des minraux I.7.1. Composition chimique de la crote terrestre La crote terrestre est essentiellement compose ( 99 %) de 8 lments chimiques :

    O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na et K. Les pourcentages en poids de ces lments sont les suivants :

    O : 46,60 % Si : 27,72 % Al : 8,13 % Fe : 5 % Ca : 3,63 % Na : 2,83 % K : 2,59 % Mg : 2,09 %.

    Loxygne est un anion (charge ngatif, O-2) tandis que tous les autres lments sont

    des cations (charge positif) et auront tendance se lier loxygne. Etant donn que loxygne et le silicium sont les lments les plus abondants de la crote terrestre, la plupart des minraux qui composent la crote sont un assemblage de silicium et doxygne en plus des autres lments. Cest la famille des silicates.

    7

  • I.7.2. Classification des minraux Dans la classification des minraux, on distingue les non-silicates, qui ne contiennent

    pas de silicium et qui sont peu abondants, mais qui sont trs importants du point de vue conomique tant donn que la plupart des mtaux et lments chimiques sont extraits de ces minraux, et les silicates, qui sont les plus abondants et entrent dans la composition dune grande partie des roches, mais ne sont pas intressants du point de vue conomique.

    Le principe de base de la classification des minraux est de grouper les espces

    minrales en classes en fonction de la nature des radicaux anioniques prsents. On distingue ainsi les 8 classes suivantes :

    1. Les lments natifs : L'lment se combine lui-mme; exemples : lor (Au), le

    diamant (C), le platine (Pt).

    2. Sulfures : Dans les sulfures, le soufre est combin avec un ou plusieurs mtaux; exemples : galne PbS, blende ZnS, pyrite FeS2.

    3. Oxydes et hydroxydes : Dans les oxydes, loxygne est combin avec un ou

    plusieurs mtaux; exemples : magntite Fe3O4, hmatite Fe2O3. Les hydroxydes contiennent le radical OH-; exemple : gibbsite Al(OH)3.

    4. Halognures : Les halognures incluent les chlorures dans lesquels le chlore est gnralement combin un mtal (exemple : halite NaCl) et les fluorures dans lesquels le fluor est combin avec un ou plusieurs mtaux (exemple : fluorine