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Roches et mineraux magmatiques

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Roches et mineraux magmatiques



  • Les roches magmatiques regroupent les roches éruptives ou volcaniques et les roches endogènes ou plutoniques. Le magma, qui est un mélange de cristaux et d’un liquide, se forme à l’intérieur du globe, à la limite de la lithosphère et de l’asthénosphère (entre 70 et 120 km de profondeur) par une fusion partielle du manteau supérieur.

    La température des laves :
    La température de la lave est de 1200 °C pour des coulées de  laves émises par des volcans comme ceux d'Hawaii (Kilauea, Mauna Loa). Sur l'Etna les coulées de lave, au point d'émission sont à une température de 1080 °C. Si le magma se différencie, la lave va s'enrichir en silice et la température est d'environ 850 °C. Ces laves plus visqueuses s'accumulent pour former des dômes comme celui du Mont St-Helens aux Etats-Unis, ou comme en ce moment à Soufrier Hill's à Montserrat. Mais la lave qui a la température la plus basse, environ 500 à 550 °C, est une lave très rare, la carbonatite (elle est très riche en calcium). On la trouve sur quelques volcan comme le Lengai au Kenya,
     

    Des magmas différents :
    Ce magma par différence de densité et pression hydrostatique monte vers la surface ; lors de cette ascension la pression et la température diminuent et le liquide magmatique va se refroidir. Deux processus peuvent se dérouler :

    — le « magma » se bloque en profondeur dans la croûte où il va se refroidir et cristalliser entièrement donnant à la roche une texture grenue. Toute une gamme de « roches plutoniques » s’exprime : « gabbro », « diorite », « granodiorite », « granite », « syénite », « monzonite », qui traduit les différents degrés de différenciation du magma.
    — le « magma » arrive en surface, c'est la lave. Cette lave se refroidit rapidement et elle ne ne sera pas entièrement cristallisée, et va présenter une texture microlitique (des cristaux dans une pâte). Cette lave issue des profondeurs telluriques par l’intermédiaire d’une éruption pourra être différente d’un volcan à un autre volcan ou pour un même volcan d’une éruption à une autre éruption, parfois même, au cours d’une éruption la nature de la lave peut changer. Ainsi, selon le degré de différenciation du magma lors de sa remontée et de son passage, et parfois de son séjour, dans une chambre magmatique nous allons avoir du « basalte », du « trachybasalte », du « trachyandésite », du « trachyte », des « rhyolites », des « phonolites »,…



    Cette lave qui peut être donc très variée arrive en surface selon des dynamismes très divers : coulées de lave, explosions stromboliennes (cendres et blocs), dômes, nuées ardentes, retombées de ponces.... et pour une même lave (c'est-à-dire une même nature chimique) nous aurons des couleurs, des aspects différents. Ainsi, lors d'une explosion la lave riche en gaz va être scoriacée.



    La viscosité de la lave dépend ainsi de sa nature chimique (plus elle est riche en silice, plus la viscosité augmente). Bien sûr la température, le degré de cristallisation (le nombre de cristaux), la taille des cristaux.
    Autre facteur mais externe, lors de l'éruption la pente sur laquelle s'écoule la coulée de lave et  quand la coulée forme un chenal de lave et même parfois un tunnel de lave.

    Classification des roches magmatiques :
    Elle est basée sur la proportion volumique des 4 familles de minéraux blancs (quartz, plagioclase, feldspaths alcalins, feldspathoïdes) en sachant que l'on aura jamais dans une roche magmatique la coexistence de quartz et de feldspathoïdes. Toutes les roches magmatiques sont ainsi  placées sur ce diagramme qui est constitué de deux triangles équilatéraux accolés par une base commune. Les pôles de la base commune sont occupés par les feldspaths alcalins et les plagioclases, et les pôles opposés par le quartz et les feldspathoïdes.
    Les roches magmatiques  contenant plus de 90 % de minéraux noirs sont classées en fonction du pourcentage de chacun des divers minéraux noirs, pyroxènes et olivines. Cette classification dite aussi de Streckeisen (1976) s’applique aux roches contenant moins de 90 % de minéraux noirs.



    PRINCIPAUX  MINERAUX  DES  LAVES :

    Les laves sont relativement pauvres en minéraux ce qui pose des difficultés pour la détermination à l'oeil nu des lave. Il faut nécessairement passer par la réalisation de lames minces (pour une observation au microscope) et broyer un morceau de l'échantillon et réaliser une analyse chimique de la lave.


    MINERAUX CARDINAUX :
    La classification des roches magmatiques, dite de Streckeisen est basée sur l'abondance relative des minéraux cardinaux (quartz, feldspaths, feldspathoïdes) elle s’applique donc aux roches contenant moins de 90 % de minéraux noirs (olivines, pyroxènes) ; celles contenant plus de 90 % de minéraux noirs sont classées à part en fonction du pourcentage de chacun des divers minéraux noirs.



    Lame mince d'une hawaiite de la Chaine des Puys (France) avec des phénocristaux de pyroxènes avec des fines lattes de plagioclase. Photo Dominique Decobecq.


    Feldspaths  Tectosilicates [SiO2]0-

      orthoclases  K[AlSi3O8]
       . orthose  KAlSi3O8
       . microcline  KAlSi3O8
       . sanidine KAlSi3O8
       plagioclases
       . albite  NaAlSi3O8
       . anorthite CaAl2Si2O8
     

    Feldspathoïdes  (minéraux caractéristiques des roches sous-saturées en silice) Tectosilicates.
    . néphéline (Na3,K)AlSiO4

    . leucite KAlSi2O6
    . analcime  NaAlSi2O6
    . sodalite (Na,Cl)AlSiO4
    . haüyne  (Na,Ca)AlSiO4
     . noséane  (Na)AlSiO4


    Silice  SiO2 (minéraux caractéristiques des roches saturées en silice)
     La silice sous forme de minéral, Quartz, est rare dans les produits volcaniques. Elle apparaît parfois dans les rhyolites (lave très différenciée), comme les rhyolites du massif de l’Estérel.
     Elle apparaît dans une lave riche en silice, dans la pâte, sous forme de tridymite et de cristobalite.
     Sinon,  lors de circulation hydrothermale, les fluides riches en silice déposent dans les vacuoles des laves de lasilice amorphe sous forme d’opale ou de calcédoine

    Minéraux accessoires :

    Olivine (péridots) 
      Nésosilicates (Fe,Mg)2[SiO4]
      forstérite Mg2SiO4
      fayalite  Fe2SiO4


    Nodule de péridotite (olivine et pyroxène) dans bombe volcanique. Photo Dominique Decobecq.

    Pyroxènes  Inosilicates I [Si2O6]4-
       Orthopyroxène (Opx)
              enstatite  MgSiO3
    hypersthène   FeMgSi2O6
    ferrosilite  FeSiO3
      Clinopyroxène (Cpx)
             diopside   CaMgSi2O6
             augite    Ca(Fe,Mg)Si2O6


    Micas  Phyllosilicates [Si4O10]4-
      biotite (mica noir)  K(Fe,Mg)3AlSi3O10(OH)2

    Amphiboles  Inosilicates II: [Si4O11]6-
      La formule chimique générale des amphiboles est très complexe, cependant elle est en « gros » :
    hornblende brune (riche en fer) : NaCa2(Mg,Fe,Al)5[(Si,Al)8O22](OH)2
    Dans les laves les hornblendes peuvent être riche en titane : les kaersutite

    Oxydes de fer
        hématite  Fe2O3
        magnétite Fe3O4

    Apatite Ca3,08P1,846O8
     
    Sphène   Subnésosilicates
            [SiO4TiCaO]

    Ces cristaux apparaissent et sont distingués selon leur taille en :
    -  phénocristaux, les cristaux sont visibles à l'oeil nu,
    - les microcristaux, de petites tailles ils sont surtout visibles au microscope.
    -aucun minéraux visibles à l'oeil nu et au microscope, car le refroidissement de la coulée fut si rapide que le liquide magmatique s'est  transformé en verre. La roche est dite vitreuse, le meilleur exemple est l'obsidienne.

    A priori les phénocristaux sont précoces et les microcristaux sont les derniers à cristallisés, mais il existe des exceptions :
    - phénocristaux qui sont les derniers à cristalliser car ils avaient une grande vitesse de croissance. C'est le cas  dles feldspathoïdes.
    - microcristaux précoces, restés petits car leur vitesse de croissance était faible,

    - Si la roche volcanique  a des phénocristaux ( à ne pas confondre avec des xénocristaux, emportés et englobés par la lave lors de son ascension) inclus dans une pâte microscopique, cette roche  est dite porphyrique. En revanche, si la roche (ce qui est souvent le cas) n'a pas de  phénocristaux, la lave est dite aphyrique.

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