Séance n°8 : Les tectosilicates - Classification de Streckeisen

Les tectosilicates sont des silicates dont l'agencement des tétraèdres est constitué d'une charpente à trois dimensions où chaque oxygène des sommets des tétraèdres est partagé avec les tétraèdres voisins. Le modèle type est le quartz [SiO2].

tectosilicate

Vue 3D de l'architecture d'un tectosilicate. Rond rouge : silicium. Rond bleu : oxygène

Il existe plusieurs groupes de silicates. Le quartz et ses polymorphes en constituent le modèle. Les feldpaths sont des tectosilicates alumineux, calciques ou alcalins (sodiques ou potassiques). Les feldspathoïdes sont des tectosilicates présentant un fort déficit en silice. Les tectosilicates sont les plus abondants des silicates, puisqu'ils représentent plus de la moitié des minéraux de la cropute terrestre :

camembert

Le quartz

  Le quartz est un tectosilicate cristallisant dans le système rhomboédrique.

quartz

Position de l'indicatrice du quartz

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Quartz automorphe dans une rhyolite (LPNA)
(© Michel Dubois)

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Quartz automorphe dans une rhyolite (LPA)
(© Michel Dubois)

Les feldspaths plagioclases

Généralités

Les feldspaths sont construits sur le même modèle. Toutefois, des substitutions Si-Al peuvent se produire. En effet, lorsque les ions ont un rayon ionique relativement voisin, les ions peuvent se substituer, Al3+ est donc incorporé dans les sites tétraédriques en substitution de Si4+. Notez que la substitution n'implique pas forcément que les ions soient de même charge.

  1.  multiplions la formule [SiO2] par 4 -> [Si4O8].
  2.  on substitue alors un Si4+ par un Al3+ -> [Si3AlO8]- (une charge négative apparaît)
  3.  on substitue deux Si4+ par deux Al3+ -> [Si2Al2O8]2- (deux charges négatives apparaissent)
    1.  on compense la charge électrique par un cation bivalent Ca2+ : anorthite   [Si2Al2O8]Ca

Les ions Na+ et Ca2+ ont des rayons ioniques voisins; ils peuvent alors se substituer. On appelle solution solide une série de minéraux dont la formule évolue entre deux pôles extrêmes; on parle aussi de série isomorphe. La série entre l'albite et l'anorthite s'appelle la série des plagioclases ; sa formule générale est :

(Na,Ca)[Si2Al(Si,Al)O8]

Une autre façon de l'écrire est de déterminer précisément la quantité de silicium et d'aluminium dans le plagioclase. Appelons x la fraction molaire de silicium qui reste après substitution par l'aluminium dans le plagioclase. La formule peut s'ecrire :

[Si2+xAl2-xO8](Nax,Ca1-x)

La fraction molaire d'albite dans le plagioclase peut être déterminée grâce à l'utilisation de méthodes puissantes, telle que la microsonde dont nous re-parlerons ou à des méthodes optiques plus simples (mthode de Michel-Levy). La formule que nous venons d'écrire est une formule structurale, c'est-à-dire qu'elle comprend des informations sur la structure (notation entre crochets) et la composition, c'est-à-dire la fraction molaire de chaque élément dans le minéral. La formule strcuturale d'un minéral dépend de beaucoup de facteurs, notamment de la disponibilité des élements dans le magma qui est en train de cristalliser et de la compétition entre les différentes phases minérales en train de cristalliser.

Diagramme de phases albite-anorthite

Reconnaissance des plagioclases au microscope

Le critère le plus facilement reconnaissable pour l'identification des plagioclases au microscope est l'existence de macles polysynthétiques, dites "en pyjama".

plagioclase
Plagioclases : macles polysynthétiques (LPA)
(© Michel Dubois)

Détermination de la teneur en anorthite des plagioclases (méthode de Michel-Levy)

Le principe de la méthode est de mesurer l'angle entre Np et le plan d'accolement des macles polysynthétiques. Cet angle est fonction de la teneur en anorthite du plagioclase

Choix de la section

La section doit être judicieusement choisie. Elle doit répondre à trois critères :

1. En position nord-sud, les différentes lamelles du plagioclase doivent présenter la même teinte de biréfringence (c'est la position d'égal éclairement) plagio_1

2. Les angles d'extinction de chacune des familles de macles par rapport à la position d'égal éclairement doivent être identiques (a1=a'1). Cet angle sera noté avec précision. plagio_2

3. En tournant de 45° par rapport à la position d'égal éclairement, les différentes lamelles ont même teinte et même intensité, les plans de macle ne sont plus visibles (c'est la position d'éclairement commun). La section apparaît alors homogène : plagio_3

Repérage du N'p de la section : il se fait à l'aide de la lame d'onde

plagio_4

Report de l'angle dans l'abaque ci-dessous :

plagio_5

Deux cas se présentent :

• si a > 19° : il y a alors une seule solution (%An >36)
• si a < 19°: il y a deux solutions possibles. L'indétermination est levée en comparant la réfringence du plagioclase avec celle du baume du Canada (ou du quartz) par la méthode du liseré de Becke
- si la réfringence du plagioclase est supérieure à celle du baume : %An>20
- si la réfringence du plagioclase est inférieure à celle du baume : %An<20

Les feldspaths alcalins

Généralités

Les feldspaths avec Na et K sont dits feldspaths alcalins. Il existe une solution solide entre l'albite et l'orthose stable seulement dans certaines conditions (haute pression et haute température). Plusieurs cas se présentent :

• la roche cristallise dans des conditions de grande profondeur (haute pression) : l'albite et l'orthose cristallisent alors indépendamment, il n'y a pas de passage par le stage feldspath unique.
• la roche cristallise à faible profondeur (basse pression) : il existe un seul feldspath alcalin
- la roche remonte lentement en surface : les deux minéraux ne peuvent plus coexister dans la même structure, il y a alors exsolution
- la roche remonte rapidement, l'exsolution ne peut pas se produire, il persiste alors dans la roche un seul feldspath alcalin (Na et K à la fois)

Diagramme de phases albite-orthose

 

Les différentes variétés de feldspaths alcalins

Les différentes formes de feldspaths alcalins dépendent des conditions de formation et de l'étendue des solutions solides. Chez les variétés de faible pression et de haute température, il existe une solution solide complète entre albite et orthose. Deux cas se présentent en fonction des conditions de refroidissement : dans le cas d'un refroidissement lent, le phénomène d'exsolution se produit et on forme.

perthite
 Perthite : exsolution d'albite dans une microcline (LPA) (© Michel Dubois)

Les feldspathoïdes

Les feldspathoïdes sont des tectosilicates. La substitution Si-Al est plus importante. D'autre part, ces minéraux ne sont pas stables en présence de quartz; ils réagissent avec le liquide magmatique siliceux pour former des feldspaths (réaction péritectique).

Diagramme de phases leucite-quartz

Le magma dans lesquels ces minéraux précipitent est pauvre en silice; on parle de magma sous-saturé. Les fedspathoïdes sont donc des minéraux marqueurs d'un pauvreté du magma initial en silice. Les principaux feldspathoïdes sont :

• leucite [Si2AlO6]K
• néphéline [SiAlO4]4Na3Al
• la série isomorphe haüyne-sodalite-noséane
hauyne_lpna
Haüyne (feldspathoïde) (LN)
(© Michel Dubois)
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Haüyne (feldspathoïde) (LPA)
(© Michel Dubois)

Relations mutuelles entre tectosilicates

Myrmékite

myrmekite
Mymékite : interpénétration quartz-albite (LPA) (© Michel Dubois)