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Remerciements au professeur Pierre-André Bourque de l'Université Laval au Québec qui m'a autorisé à utiliser ses travaux et chaleureusement encouragé à mes débuts.
Sur ce tableau on remarque que deux éléments, le silicium Si et l'oxygène O, représentent près des trois quarts (74,4 %) de l'ensemble des éléments chimiques composants les minéraux.
On comprends pourquoi un groupe de minéraux, appelé Silicates, composés à partir des éléments Si et O avec certains autres ions Fe, Mn, K, Al, etc., représente à lui seul 95 % du volume des matériaux de la croûte terrestre.
Lors de la formation de la Terre, la différenciation s'est opérée sous l'effet de la gravité, les éléments les plus lourds ont migré vers le centre et les plus légers en surface.
Ce qui explique que le noyau central soit composé essentiellement de Fer Fe et de Nickel Ni peu présents dans la croûte alors que les éléments légers comme l'Oxygène O et le Silicium Si sont restés en surface.
On distigue, trois catégories : les silicates des roches acides (feldspaths, micas, sphènes, tourmaline, béryl, zircon), les silicates des roches basiques (pyroxènes, amphiboles, péridots, zéolites) et les silicates de métamorphisme dont font parties les grenats (même si on trouve des grenats dans certaines pegmatites).
Les Silicates représentent 95 % du volume de la croûte
Les silicates de transformation métamorphique se distinguent également en fonction de leur teneur en aluminium et en eau ou hydroxyles :
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silicates d’alumine:
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anhydres ou peu hydratés : andalousite, disthène
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hydratés : argile
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silicates non exclusivement alumineux:
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anhydres ou peu hydratés : grenats,
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hydratés : chlorites, serpentine
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Les quatre atomes d'Oxygène s'organisent en pyramide tétraédrique, le silicium occupe le centre du tétraèdre. Le tétraèdre est chargé négativement comme le démontre le bilan de charge ci-dessous.
Le tableau qui suit présente les principales caractéristiques des silicates.
Dans les minéraux, les charges doivent être neutres.
Il y a deux façons de neutraliser les charges :
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lier ensemble les tétraèdres par leurs oxygènes (liens tétraèdre à tétraèdre),.
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ajouter des ions positifs, comme des fer, des magnésium, ou des potassium (liens métalliques).
1 LIAISON OXYGENE
TETRAEDE ISOLE
Tétraèdres isolés, la structure est chargée à -4 (le trait rouge illustre les pôles négatifs correspondant aux 4 oxygènes).
CHAINE SIMPLE
Lorsque chaque tétraèdre partage un oxygène (en bleu sur le schéma qui suit), on obtient une chaîne simple de tétraèdres. Il en résulte que pour chaque tétraèdre deux charges négatives ont été neutralisées et qu'il en reste deux autres à neutraliser (les traits rouges); la structure est chargée à -2.
CHAINE DOUBLE
Lorsque deux chaînes simples s'unissent par leurs oxygènes (en bleu sur le schéma qui suit) pour former des chaînes doubles, on obtient une structure de formule générale Si4O11, chargée à -6.
STRUCTURE EN COUCHES
Lorsque des chaînes doubles s'unissent, chaque tétraèdre partage trois oxygènes (en bleu sur le schéma qui suit); la formule générale est Si4O10 avec une charge de -4. On aura une structure en couche.
C'est à partir de ces quatre structures de base, tétraèdre isolé, chaîne simple, chaîne double et couche, que seront formés les silicates.
2 LIAISON IONIQUE Mg ou Fe
Les groupes des olivines, pyroxènes, amphiboles et micas seront formés par l'addition d'ions métalliques positifs comme le fer, le magnésium, le calcium, le potassium, etc., qui viendront neutraliser la structure (lien métallique).
Cas 1 : Liaisons de tétraèdres isolés par des ions métalliques : l'olivine. Plusieurs tétraèdres isolés sont unis par leurs quatre pôles négatifs grâce à des ions positifs Fe ou Mg; c'est le minéral olivine. La proportion de fer et de magnésium peut varier.
Cas 2 : Liaison de chaînes simples par des ions métalliques: les pyroxènes. Autour d'une chaîne simple, les positions disponibles pour les ions fer et magnésium se trouvent en périphérie et au sommet de la chaîne (voir plus haut). Ici encore, la proportion de fer et de magnésium est variable. La vue en bout d'une chaîne simple montre la position qu'occupent les ions fer et/ou magnésium, au sommet et en périphérie. Ces ions unissent ensemble plusieurs chaînes, montrées ici encore en bout, pour former les pyroxènes.
Les liens assurés par les ions métalliques, fer ou magnésium, sont plus faibles que les liens assurés par le partage d'oxygène entre les pôles de tétraèdres. C'est ce qui est responsable de l'existence de deux plans de faiblesses (lignes rouges) à angle droit. Ces plans de faiblesses correspondent au clivage. Les pyroxènes se caractérisent donc par deux plans de clivage, à 90° l'un de l'autre.
Cas 3 : Liaison de chaînes doubles par des ions métalliques: les amphiboles. Dans le cas des amphiboles, on a toujours l'unité de base silicium-oxygène, mais ici une certaine quantité d'atomes d'oxygène est remplacée par des radicaux hydroxyles (non illustrés sur le modèle). A la différence des pyroxènes, on a ici des chaînes doubles. Les positions disponibles pour les ions fer et magnésium se trouvent en périphérie et au sommet de la double chaîne (voir plus haut). La vue en bout d'une chaîne double montre la position qu'occupent les ions fer et/ou magnésium au sommet et en périphérie. Ces ions unissent plusieurs chaînes pour former les amphiboles.
Comme dans le cas des pyroxènes, il y a des plans de faiblesses qui passent par les liens les plus faibles (lignes rouges) et qui définissent les clivages. Dans ce cas, les plans sont à 120° et le complément 60°. Les amphiboles possèdent donc deux plans de clivage, l'un à 120° et l'autre à 60°.
Cas 4 : Liaison de couches de tétraèdres par des ions métalliques: les micas. Dans le cas des micas, dont la structure de base est formée de couches planaires de tétraèdres, les positions disponibles pour les ions fer et magnésium se trouvent au sommet de la couche (voir plus haut), comme le montre la vue en bout d'une couche. Chez les micas il y a deux types de couches planaires: la couche tétraédrique, notée T et formée des tétraèdres silicium-oxygène (une certaine quantité d'aluminium peut se substituer au silicium), et la couche octaédrique, notée O et formée des ions Fe-Mg et des oxygènes. Ces deux types de couches forment des feuillets, lesquels sont unis par de gros ions, comme le potassium dans le cas de la muscovite, un micas commun. Les micas possèdent un plan de clivage, parallèle aux couches.
Dans le cas du quartz, il n'y a pas d'ions métalliques puisque tous les coins des tétraèdres sont liés entre eux par leurs oxygènes pour former un réseau tridimensionnel. Il n'y a pas de plans de faiblesse, donc pas de clivage.
Chez les feldspaths, la structure est plus complexe. Les tétraèdres sont de deux sortes : des tétraèdres SiO4 et des tétraèdres AlO4. Ceux-ci forment un réseau tridimensionnel où les coins des tétraèdres sont liés par les oxygènes, avec des ions positifs Na, K, Ca se situant dans les interstices du réseau chargé négativement.
TRAVAIL EN COURS
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