Cours de Géologie

Diagrammes experimentaux

1\ Diagramme de concentration.



a\ Binaire (SiO3Ca).


SiO3Ca → SiO2 + CaO


Il faut faire attention à respecter les paramètres de « molarité » (stoechiométrique) et de poids.

Notions de thermodynamique

1\ Phases, Systèmes.


Un minéral cristallin est un solide homogène et constitue en chimie physique une phase. Une roche est une association de minéraux (donc, une association de phases) et forme donc un Système.

Quand un système comporte plusieurs phases on le dit : hétérogène.


Un système peut subir des transformations internes ou bien, présenter des échanges avec l'extérieur. Un système est défini par son état qui est déterminé par des valeurs appelées « paramètres d'état ».

Un système est isolé quand il n'échange ni énergie ni matière avec l'extérieur.

Un système est fermé quand il échange de l'énergie avec l'extérieur mais qu'il n'échange pas de matière.

Un système est ouvert quand il échange de l'énergie et de la matière avec l'extérieur.


Quand au cours de la transformation, la composition chimique ne varie pas (système fermé), on parle de transformation isochimique (-> topochimique).

Quand la composition chimique évolue, le système varie durant les transformations. Ces transformations sont dites allochimiques (= métasomatiques).

Le système peut associer plusieurs phases. Par exemple, dans le granit, on trouve trois phases : le quartz, le feldspath et le mica. L'eau pourrait être considérée comme une quatrième phase de ce système. C'est un système hétérogène. Si on fondait ce granit, le liquide obtenu serait un système homogène.

Composition de la croute terrestre : Du mineral a la roche

1\ Distinction minéral / roche.


Les niveaux d'organisation des roches et des minéraux sont différents (différence entre cristal, minéral et roche). Une roche est constituée par la juxtaposition de grains minéraux (la même espèce de minéral ou des espèces différentes) présentés, eux-mêmes, sous forme de cristaux. Le cristal est un individu alors que le minéral est l'espèce à laquelle appartient l'individu. La roche est la population regroupant les différents individus appartenant à une ou plusieurs espèces.


2\ Assemblage des minéraux.


Deux éventualités pour expliquer l'origine des minéraux dans une roche :

  • Minéraux néoformés : les minéraux apparaissent par cristallisation au moment de la formation de la roche. Il y a mise en ordre d'éléments chimiques pré-existant au moment de cette cristallisation.

  • Minéraux hérités : les minéraux existaient en tant que tel au moment de la formation de la nouvelle roche.

Composition de la croute terrestre : Substances minerales

Définition :

Un minéral est une substance naturelle de composition chimique et de structure atomique bien définie qui se présente souvent sous forme de cristaux. On connaît 1500 à 1800 espèces minérales. 200 sont relativement connues. On trouve dans ces minéraux 8 éléments chimiques fondamentaux, produisant des assemblages distincts.


1\ Les silicates.


Revoir le document précédent.

 

Composition de la croute terrestre : Les cristaux

Définition.

Un cristal est un solide minéral, naturel, homogène, ordonné à l'échelle atomique et défini par une composition chimique précise. Ce cristal est limité par ses faces généralement planes, faisant entre elles des angles parfaitement définis. Les cristaux se forment à partir de liquides fondus et de vapeurs.


1\ Cristallisation expérimentale.


C'est une cristallisation à partir d'un liquide amorphe qui sera soit une solution d'ions soit un liquide en fusion haute température (HT). La cristallisation est l'apparition, dans un liquide amorphe, d'une phase ordonnée (cristalline).

Ce mécanisme comprend deux phases successives : la germination (ou nucléation) et la croissance. Les températures et la composition jouent un rôle prépondérant dans cette cristallisation (la pression est, elle, peu importante).


a\ Surconcentration de solution.


Le liquide amorphe est une solution d'éléments chimiques dissous dans l'eau. Si la solution est saturée, elle contient un grand nombre d'ions (son maximum). Un cristal placé dans une solution saturée ne peut ni croître ni se dissoudre (décroître).

La cristallisation d'une solution se produit si il y a sursaturation (on « dépasse » le degré de dépassement). Pour que celle-ci se produise, elle doit atteindre son entropie minimale (état stable). On obtient un résultat par évaporation et l'on a deux cas possibles :

  • Si la surconcentration est faible, il y a peu de germes mais qui atteindront la taille critique (germe de grande taille). Présence de peu de cristaux mais de grande taille.

  • Si la surconcentration est forte, il y aura de nombreux nucléi à la taille critique : on obtiendra au final des cristaux très petits et très nombreux.

Composition de la croute terrestre : Substances chimiques



 


1\ Répartition naturelle.


a\ Les huit éléments principaux.


Ces huit éléments comptent pour 98% du poids total de la croûte.


  • Le plus abondant est l'oxygène, que ce soit en masse ou en volume. La croûte est aussi appelée oxysphère.

  • Si : 27,7%

  • Al : 8,1%

  • Fe : 5,01%

  • Mg : 2,1%

  • K : 2,6%

  • Ca : 3,63%

  • Na : 2,85%.

Structure sismologique de la Terre

1\ Nature des ondes P, S et L.


Les ondes P se propagent dans tous les matériaux.

Les ondes S ne se propagent pas dans les liquides.