2018

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     FORMATION DES

                    MINÉRAUX

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origines magmatiques

Les remontées magmatiques se refroidissent extrêmement lentement en profondeur, donnant naissance aux roches ignées (roches issues du magma). Elles sont constituées de minéraux silicatés. Leur cristallisation donne naissance à des roches grenues comme le granite. Quand le magma atteint la fin de sa cristallisation, il y a des composés volatils résiduels qui se condensent sous forme de liquides silicatés contenant des éléments chimiques plus rares tels le fluor, le lithium, le bore ou le phosphore. Ces composés vont se refroidir lentement en marge de la roche magmatique et vont former les pegmatites sous forme de filons ou des lentilles. Dans ces pegmatites, on trouvera de belles cristallisations de grande taille parfois métriques.

Dans le processus magmatique les minéraux sont générés par le magma mantellique supérieur en fusion, entre 700 et 1 300°C, ce magma est abondant en composés volatiles, c’est là que naissent les silicates qui sont la base des minéraux magmatiques.
A une période du refroidissement, il y a une différenciation du magma qui s’opère les éléments lourds restent dans les profondeurs en raison de leur densité alors que les légers sont plus vers le dessus.
C’est un tri du magma qui s’opère. Le fer et le magnésium précipitent ce qui fait qu’il reste en surface Si, Na et K.

 

Dans le magma la densité est de 2,9. La densité des péridots est de 3,3, ces péridots vont donc précipiter et former des cumulas.
C’est ainsi que se forment des roches au compositions minérales très différentes.
Les ultra basiques seront riches en Fe et Mg, les péridotites et les picrites alors que les roches acides, les granites et rhyolithes seront riches en Si et enrichies de Na et K.
En fonction des éléments chimiques présents on a des compositions différentes qui cristallisent à des températures elles aussi différentes.

 

De plus la composition du magma liquide change puisque certaines quantités d’éléments ont participé à la formation de minéraux cristallisés. Il y a donc un ordre de cristallisation. Voir le diagramme de Bowen.

Comme on peut le voir sur le diagramme de Bowen, on distingue deux séries :

  • Série discontinue (réactionnelle) des Fe/Mg (ferromagnésiens).

Liquide à olivine + liquide à pyroxène + liquide à amphibole + liquide à mica noir (après les micas, on pourra avoir du quartz. Mais on n’aura jamais de quartz avec l’olivine.

  • Série réactionnelle continue des plagioclases : la température diminue alors que la concentration en SiO2 augmente. Les plagioclases forment une suite continue ; ils auront des structures différentes mais très proches.

Les deux séries fonctionnent en même temps. Les minéraux perdus d’un côté seront repris de l’autre.

 

Dans le magma basaltique, la solidification commence par la bytownite qui précipite tout comme l’olivine. Dans ce qui reste (magma andésitique), il y a formation d’andésine et de pyroxène. Si on continue, on arrive à de la silice pure (solution hypo thermale).

Au stade ultime de la solidification, dans la masse magmatique ou en périphérie se forment les pegmatites que l’on trouve sous diverses formes, de veines, de lentilles, de massifs. C’est là que l’on trouve les feldspaths, quartz, micas en énormes quantités et plus rarement des minéraux en concentration tels que cassitérites, zircon, grenats, béryls, corindons, monazites ou encore de lithinifères comme le lithium.

En se refroidissant lentement le magma se solidifie mais des vacuoles se forment où circulent des composés fluides qui tapisseront les parois des cavités en se refroidissant et se solidifiant à leur tour.  Voir la formation des agates.

A l’intérieur du magma il se forme des poches de gaz qui sont des cavités de taille et de forme extrêmement variables.
Après refroidissement de ces cavités, géodes, de l’eau saturée d’éléments chimiques en solution va circuler en déposant
sur les parois des cristallisations de minéraux.

LES FILONS HYDROTHERMAUX

Après la formation des pegmatites, il y a encore beaucoup de liquide contenant encore des éléments chimiques. Elles sont sous forme de solutions hydrothermales aqueuses extrêmement chaudes qui sous très forte pression vont s’infiltrer dans les fissures de la roche encaissante en y déposant, en couches successives, des minéraux que l’on désigne sous le nom de minéraux des filons hydrothermaux.

Les filons hydrothermaux de haute température

La remontée d’intrusions de magma provoque une très forte chaleur favorisant la circulation des fluides. La T° d’environ 400°C va provoquer l’épanchement de l’eau contenue dans la roche, en dissolvant des minéraux qu’elle va entrainer avec elle. Les silicates qui sont très abondants dans les socles cristallins seront les minéraux les plus importants. Mais selon les conditions de pression température, il y aura beaucoup d’autres éléments qui seront dissous. La différence de densité entre fluide et roche fait remonter l’eau chargée d’éléments en solution vers la surface à l’intérieur des failles. A mesure que les fluides remontent leur T° diminue et il y a un phénomène de cristallisation sur les parois des fissures. Les éléments s’associent en molécules organisées selon les lois de la cristallographie, pour former des minéraux dont le principal dans notre exemple sera le quartz, mais d’autres minéraux lui seront associés.

Les filons hydrothermaux de basse température

On est dans le cas où un socle présentant des failles et des diaclases (fissures étroites dans la roche sans déplacement ni remplissage) est recouvert par une lagune saline (mer peu parfonde appelée Sebka) où se déposent des sédiments calcaires CaCO3.
L’eau salée s’infiltre dans le socle à travers les failles et diaclases jusqu’à être réchauffée. Elle se charge alors d’éléments solubles à basse température aux environs de 130 à 200°C, les principaux éléments étant Si (silicium) décomposition du quartz, Ba (baryum), F (fluor), K (potassium) décomposition des micas et feldspaths, etc.
Le phénomène de pompage hydrostatique fait remonter la solution vers la surface à travers les failles y déposant des minéraux qui cristallisent au fur et à mesure du refroidissement, fluorite, barytine, quartz, sulfures de fer et de cuivre, sulfures de plomb.

Exemple

4 vues d'un filon hydrothermal,

Mine de cuivre de Ste Marie, Beesbee, Arizona.

Photo JJ Chevallier

ORIGINE VOLCANIQUE

Le magma qui remonte vers la surface à très grande vitesse dans les volcans se dégaze en provoquant des explosions. Une fois dégazé il se répand lentement sous forme de coulées de lave qui se solidifient en roches volcaniques, le plus souvent les basaltes. Dans ces roches, les minéraux sont le plus souvent mal cristallisés et presque invisibles à l’œil nu, microlithes. Certaines roches apparaissent complètement homogènes car elles ne sont composées que de verre (elles sont dites vitreuses), telle l'obsidienne. Selon leur teneur en silice donc selon l’acidité, les roches effusives seront de nature différente.
Les plus connues en ordre d’acidité décroissante :


•    rhyolite (environ 70% de quartz),
•    trachyte,
•    andésite ( 0% de quartz),
•    basalte ( 0% de quartz).

Blocs d'Obsidienne, minéral volcanique.

PNEUMATOLYTIQUE par SUBLIMATION DE VAPEURS VOLCANIQUES

Les fissures des volcans [voir fumeroles et solfatare] laissent échapper de grandes quantités de gaz sulfureux qui cristallisent par sublimation au contact de l’air plus froid. Le plus connu de ces minéraux est le soufre, mais il en existe d’autres telles l’héphaïstosite, l’adranosite. Ce sont des minéraux fragiles et solubles.
 

Héphaïstosite
Iles Eoliennes
Photo M. Russo - INGV

Adranosite
Iles Eoliennes
Photo M. Russo - INGV   

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Travailler sérieusement sans se prendre au sérieux !

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