Cours de Géologie :)

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L'origine des mineraux


Les principaux processus qui conduisent à la formation de minéraux sont les suivants.

  • Cristallisation d'un liquide qui, par refroidissement, passe de l'état liquide à solide.

    Exemples : passage de l'eau à la glace; cristallisation par refroidissement d'un magma*.

  • Précipitation chimique à partir d'une solution sursaturée par rapport à un minéral.

    Exemples : la formation des agates*; la formation des dépôts de cavernes (spéléothèmes)*; les minéraux de la séquence évaporitique*.

  • Cristallisation de vapeurs.

    Exemple : la cristallisation du soufre autour des fumerolles (émanations de gaz riches en H2S provenant de la chambre magmatique) sur les volcans.

  • Transformation (recristallisation) de minéraux existants en formes cristallines différentes de l'original.

    * Exemples présentés ci-dessous.

La cristallisation par refroidissement d'un magma

Nous savons tous que la matière peut exister sous trois états, solide, liquide ou gazeux. La température et la pression sont les deux principaux facteurs qui règlent l'état sous lequel se trouve la matière. Le diagramme qui suit se nomme un diagramme de phases; c'est celui de l'eau. Il illustre de façon simple les relations entre états de la matière et température-pression.

  

Les principaux mineraux constitutifs de l'ecorce terrestre


Le tableau qui suit présente la proportion des éléments chimiques les plus abondants dans la croûte terrestre.

On y voit que deux éléments seulement, Si et O, comptent pour près des trois quarts (74,3%) de l'ensemble des matériaux. Il n'est donc pas surprenant qu'un groupe de minéraux composés fondamentalement de Si et O avec un certain nombre d'autres ions et nommés silicates, compose à lui seul 95% du volume de la croûte terrestre. A noter que cette répartition n'est applicable qu'à la croûte terrestre. On considère que le noyau est composé presqu'uniquement de fer et de nickel, ce qui est bien différent de ce qu'on présente ici. Lors de la formation de la terre, les éléments légers, comme l'oxygène et le silicium ont migré vers l'extérieur, alors que les éléments plus lourds, comme le fer, se sont concentrés au centre.

  

L'identification des mineraux


Les minéraux possèdent des propriétés physiques qui permettent de les distinguer entre eux et qui deviennent des critères d'identification. Ces critères sont précieux, tant pour le spécialiste, que pour le collectionneur amateur. Ce qui attire d'abord l'oeil, c'est bien sûr la couleur et la forme cristalline des minéraux, mais il y a bien d'autres propriétés. Plusieurs de ces propriétés peuvent être observées sans l'aide d'instruments et sont d'une grande utilité pratique.

Couleur

Il y a une grande variété de couleurs chez les minéraux, mais c'est là un critère qui est loin d'être absolu. Des spécimens de couleurs différentes peuvent représenter le même minéral, comme le quartz qui présente plusieurs variétés selon la couleur qui va de l'incolore limpide (cristal de roche), au blanc laiteux, au violet (améthyste), au rouge (jaspe), au noir enfumé, au bleu, etc., alors que des spécimens qui ont tous la même couleur peuvent représenter des minéraux tout à fait différents, comme ces minéraux à l'éclat métallique 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 être observée sur une cassure fraîche, car l'altération superficielle peut modifier la couleur, particulièrement chez les minéraux à éclat métallique.

  

L'espece minerale


Encore un cran au-dessus des molécules, on a les minéraux. Ceux-ci sont constitués d'atomes et de molécules, et se définissent sur deux critères indissociables: la composition chimique et la structure atomique. En simplifiant, on peut dire que le minéral, c'est la matière ordonnée. Le minéral halite est un exemple simple qui illustre bien la dualité de la définition de l'espèce minérale. Sa composition chimique est NaCl, le chlorure de sodium (le sel de table!). Le minéral halite possède une structure atomique déterminée qu'on dit cubique. On l'appelle cubique parce que l'arrangement des atomes, en alternance régulière entre les Cl et les Na, forme une trame cubique comme le montre ce modèle (schéma de gauche).

  

La structure de la matiere


Nous savons tous que les matériaux de notre planète sont constitués d'éléments chimiques, comme l'hydrogène, l'oxygène, le fer, le nickel, etc.... Il y en a 106 dans le tableau périodique des éléments de Mendeleef.



Ces éléments sont formés par des atomes, l'unité de base de la matière. Voici un modèle simplifié de l'atome:

  

Les roches salines


Les évaporites sont des sels précipités par évaporation ou concentration à partir de fluides variés dans des complexes géodynamiques continentaux ou marins. Ces roches salines sont très diverses :
- Gypse : CaSO4,2H2O.
- Anhydrite : CaSO4.
- Halite (sel de gemme) : NaCl.
- Sylvine ou Sylvite : KCl.

 

I\ Précipitation des roches salines.

La précipitation de ces roches se fait au dépend de solutions sur-saturées. Les sels dissous se déposent en ordre inverse à leur solubilité. Lors de l’évaporation d’une colonne d’eau de mer, on obtient :
- Dépôt de gypse à 1/3 d’eau restante.
- Dépôt de NaCl à 1/10ème d’eau restante.
- Dépôt de sels de magnésium et de potassium à 1/20ème d’eau restante.

  

Les alterites


I\ La dégradation.

A\ Dégradation mécanique.

La dégradation mécanique résulte des écarts de température (jour/nuit) et thermoclastie : il y a une absorption inégale des radiations par les différents minéraux (noirs et blancs) dilatation différentielle et éclatement des roches.
Cette dégradation peut aussi provenir de la pénétration des eaux dans les roches poreuses : la tension importante autour des minéraux va provoquer l’éclatement.
Gel et dégel vont aussi provoquer cet éclatement. Les grèses sont des formations ayant subit ces gels et dégels successifs durant le quaternaire.
L’action des organismes, la pesanteur (chute de pierres), le choc des vagues et les particules portées par le vent vont aussi participer à la dégradation mécanique.

Cette désagrégation agit insidieusement en augmentant la surface de contact entre la matière minérale et l’altérateur ( préparation et/ou augmentation de l’altération chimique).

  

Les roches sedimentaires carbonatees


Les roches sédimentaires carbonatées sont uniquement constituées de CaCO3 et/ou de Mg (dolomie). Les processus de précipitation sont physico-chimiques ou biochimiques.

I\ Condition de précipitation des calcaires.

A\ Précipitation physico-chimique.

Ce type de précipitation se fait dans certaines conditions de température, de pression et de concentration et toujours selon la réaction :
CaCO3 + CO2 + H2O (CaCO3)2CaH2 (bicarbonate soluble).
Cette précipitation du CaCO3 est favorisée par la diminution de la pression qui amène le CO2 à se dégager. Une remontée de la pression interdira la précipitation du calcaire. A une certaine profondeur (sous la CCD : Calcite Compensation Depth, soit environ 4000 mètres) il n’ y a plus de précipitation.
L’accroissement de la température permet au CO2 de se dégager (20-22°C) possible uniquement des les zones intertropicales.
L’augmentation de la concentration en Ca2+ provoquée par une évaporation ou une congélation favorise la précipitation de calcaire.