Roche magmatique : Cours – Résumés – TP – TD corrigés – Exercices – Examen corrigé

Une roche est un agrégat naturel de minéraux. On distingue trois grandes familles de roches :

• les roches magmatiques, formées par la cristallisation du magma ;
• les roches sédimentaires qui proviennent de l’accumulation et la consolidation de sédiment ;
• Et enfin les roches métamorphiques qui résultent des transformations que subissent les roches lorsqu’elles sont soumises à des conditions de température et/ou de pression différentes de celles qui étaient présentes lors de la formation de la roche.

Le cycle des roches :

Ces trois grandes familles de roches sont liées entre elles à la surface de la Terre par le cycle des roches. Les roches magmatiques formées par la cristallisation du magma subissent à la surface de la Terre les processus d’érosion qui conduisent à la formation et le dépôt de sédiments. Ces derniers s’accumulent et subissent des processus physico-chimiques qui conduisent à la formation des roches sédimentaires.

Les roches magmatiques et sédimentaires peuvent être soumises à des conditions de température et/ou de pression différentes de celles qui prévalaient lors de leur formation, et se transforment en roches métamorphiques. Enfin, les conditions de température et de pression peuvent conduire à la fusion des roches métamorphiques et la formation de magmas.

Les roches magmatiques

Les roches magmatiques résultent de la solidification (cristallisation, refroidissement) d’un magma. Le magma est un bain silicaté fondu, constitué d’une phase liquide (la plus importante), d’une phase solide (cristaux) et d’une phase gazeuse (0,1- 3%).

Selon le mode de refroidissement du magma, on distingue deux types de roches magmatiques :

• Les roches plutoniques : formées par le refroidissement lent du magma en profondeur. Le magma aura le temps de bien cristalliser, et la roche possédera de gros minéraux visibles à l’œil nu.
• Les roches volcaniques, formées par le refroidissement rapide du magma en surface. Les minéraux n’auront pas le temps de bien cristalliser. Les roches volcaniques sont donc caractérisées par la présence de minéraux invisibles à l’œil nu.

Texture des roches magmatiques :

La texture (on parle parfois de structure) d’une roche magmatique est le terme utilisé pour décrire les dimensions, la forme et l’arrangement entre minéraux dans les roches magmatiques. Les principales textures sont les suivantes :

• Texture grenue (ou phanéritique) : concerne les roches magmatiques dont les minéraux sont visibles à l’œil nu (de grandes tailles). C’est le cas des roches plutoniques.
• Texture microlithiques (ou aphanitique) : concerne les roches magmatiques qui ne montrent pas de cristaux visibles à l’œil nu. C’est le cas des roches volcaniques.
• Texture vitreuse : concerne les roches magmatiques qui sont entièrement ou en grande partie constituées de verre. C’est le cas des roches magmatiques qui ont refroidi très rapidement (en général sous l’eau).
• Texture porphyrique : concerne les roches magmatiques qui possèdent de gros minéraux (phénocristaux) au milieu d’une texture aphanitique ou vitreuse. C’est le cas des roches magmatiques ayant subi deux temps de refroidissement (lent puis rapide).

Différents types de magmas :

Les types de magmas sont déterminés par leurs compositions chimiques, températures, teneurs en gaz et viscosité (résistance à l’écoulement). Ainsi, on distingue trois grands types de magmas :

• Les magmas basiques ou basaltiques : 45-55 % SiO2, riche en Fe, Mg, Ca, pauvre en K, Na. La température de ces magmas : 1000 – 1200°C. Pauvres en gaz et peu visqueux. 2
• Les magmas intermédiaires ou andésitiques : 55-65 % SiO2, intermédiaire en Fe, Mg, Ca, K, Na. La température de ces magmas : 800 – 1000°C. Teneurs en gaz et viscosité intermédiaire. 3- Les magmas acides ou rhyolitiques : 65-75 % SiO2, pauvre en Fe, Mg, Ca, riche en K, Na. La température de ces magmas : 600 – 800°C. Riches en gaz et très visqueux.

Environ 80% des magmas émis par les volcans sont basaltiques, et les magmas andésitiques et rhyolitiques représentent ~10% chacun du total.

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Pétrographie est la science des roches, ayant pour but la formation, la description et la classification et à la nomenclature des roches.

Il existe plusieurs familles de roches, chacune est distinguée par certaines caractéristiques.

On distingue trois grands groupes de roches, déterminées à partir d’un processus de formation (genèse). Cependant, les limites de chaque groupe se recoupent et sont donc partiellement subjectives.

Les trois grands groupe de roches sont :
– les roches sédimentaires, issues d’un sédiment
– les roches magmatiques, issues d’un magma
– les roches métamorphiques, issues d’une autre roche préexistante (sédimentaire ou magmatique)

Un minéral est une substance formée naturellement ou synthétisée artificiellement, définie par sa composition chimique et l’agencement de ses atomes selon une périodicité et une symétrie précises qui se reflètent dans le groupe d’espace et dans le système cristallin du minéral.

Les minéraux sont généralement solides dans les conditions normales de température et de pression et s’associent pour former les roches constituant la croûte terrestre et, d’une façon plus générale, la Lithosphère. Les minéraux sont donc les matériaux élémentaires des roches de la croûte terrestre.

Plan du cours de Pétrographie

1)         NOTIONS DE MINERALOGIE

1.1)      Définition

1.2)      Cristaux et Cristallographie

a)         Définition

b)         Les systèmes de Cristallisation

1.3)      L’identification des minéraux

a)         Couleur

b)         Éclat

c)         Trait

d)        Dureté

e)         Densité

f)         Forme cristalline

g)         Clivage

h)         Effervescence

1.4)      Les principaux minéraux constitutifs de l’écorce terrestre

a)         Les différents types de minéraux

Classe I : Les éléments natifs

Classe II : Les sulfures et dérivés

Classe III : Les halogénures

Classe IV : Les oxydes et hydroxydes

Classe V : Carbonates et nitrates

Classe VI : Borates

Classe VII : Sulfates et dérivés

Classe VIII : Phosphates et dérivés

Classe IX : Silicates

Classe X : Minéraux organiques

b)         Proportions des minéraux et leur utilisation

c)         Exemple de minéraux

2) LA PETROGRAPHIE

2.1) Introduction

2.2) Définition de la roche

2.3) Les roches sédimentaires

a) Introduction

b) Processus de sédimentation

c) Principales roches sédimentaires

2.4) Les roches métamorphiques

                   a) Introduction

                  b) Facteurs de métamorphisme

                   c) Les types de métamorphisme

                    d) Série des roches métamorphiques.

2.4) Les roches magmatiques

                     a) Introduction

                    b) Processus magmatique

                    c) Processus fondamentale de la naissance des roches magmatiques en général

                    d) Principale roches éruptives

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Minéralogie est la science qui étudie les minéraux. C’est donc une science qui s’intéresse avant tout à des objets. Elle est née au xviiie siècle, en même temps que la cristallographie, dont elle a été longtemps indissociable. Elle est étroitement liée à la géologie, dont on peut considérer qu’elle fait partie.

La minéralogie est une activité pratiquée en amateur par de nombreux passionnés. Elle est aussi à la base d’une activité commerciale significative. De très nombreux musées exposent des collections de minéralogie, de taille et d’importance très variable, au contact desquelles naissent de nombreuses vocations de scientifiques et en particulier de géologues. La popularité grandissante de la lithothérapie montre que, pour le grand public, les minéraux sont restés des objets suffisamment exceptionnels pour que l’on continue de leur attribuer des propriétés magiques.

Les minéraux sont des objets naturels remarquables, utilisés initialement par l’homme à des fins décoratives, en tant que matière première (minerais) et probablement pour leurs vertus magiques supposées. Leurs couleurs, la perfection de leurs formes, la variété de leur éclat fascinent toujours les hommes. Au cours des siècles, il s’est constitué un savoir empirique qui a nourri les premiers pas de la minéralogie comme discipline scientifique.

Plan du cours de Minéralogie

CHAPITRE I : NOTIONS DE CRISTALLOCHIMIE

I-1 RAPPELS DE LA STRUCTURE DE L’ATOME ET DES LIAISONS CHIMIQUES

I-1-1 RAPPELS DE LA STRUCTURE DE L’ATOME

I-1-1-1 L’atome

I-1-1-1-1 Représentation symbolique de l’atome

I-1-1-1-2 Masse caractéristique de l’atome

I-1-2 RAPPELS DES LIAISANS CHIMIQUES DANS LES MINERAUX

I-1-2-1 Généralités

I-1-2-2 Liaison ionique

I-1-2-3 Liaison de covalence

I-1-2-4 Liaison métallique

I-1-2-5 Liaison van der waals

I-1-2-6 Types de cristaux

I-1-2-6-1 Les cristaux ioniques

I-1-2-6-2 Les cristaux de covalence

I-2 RAPPELS DE QUELQUES DEFINITIONS (CRISTAL, MINERAL ETC …)

I-2-1 Introduction

I-2-2 Les propriétés physiques des minéraux

I-2-3 Propriétés géométriques des cristaux

I-2-4 Le système cristallin

I-2-5 Morphologie des minéraux

I-2-5-1 Agrégats

I-2-5-2 Types d’agrégats minéraux

I-2-5-2-1 Agrégat grenu (granulaire)

I-2-5-2-2 Agrégats compacts

I-2-5-2-3 Agrégats terreux

I-2-5-2-4 Agrégats aciculaires, prismatiques

I-2-5-2-5 Agrégats radiés

I-2-5-2-6 Agrégats feuilletés, lamellaires

I-2-5-2-7 Agrégats en écailles

I-2-5-2-8 Agrégats fibreux

I-2-5-2-9 Druses

I-2-5-2-10 Concrétions

I-2-5-2-11 Sécrétions

I-2-5-2-12 Oolithes

I-2-5-2-13 Dendrites

I-2-5-2-14 Les enduites et les agrégats réniformes

I-2-6 HABITUS

I-2-6-1 Habitus isométrique

I-2-6-2 Habitus linéaire

I-2-6-3 Habitus bidimensionnel

I-2-6-4 Habitus dendritique

I-2-7 PROPRIETES DES MINERAUX

I-2-7-1 Propriétés optiques des minéraux

I-2-7-1-1 La couleur

I-2-7-1-1-1 Couleur idiochromatique

I-2-7-1-1-2 Couleur allochromatique

I-2-7-1-1-3 Couleur pseudo-chromatique

I-2-7-1-2 Trait (Couleur de la poussière du minéral)

I-2-7-1-3 Effervescence

I-2-7-1-4 Eclat des minéraux

I-2-7-1-4-1 Eclat métallique

I-2-7-1-4-2 Eclat non métallique

I-2-7-1-4-3 Eclat vitreux

I-2-7-1-4-4 Eclat Adamantin

I-2-7-1-4-5 Eclat nacré

I-2-7-1-4-6 Eclat soyeux

I-2-7-1-4-7 Eclat gras ou onctueux

I-2-7-1-4-8 Minéraux mats

I-2-7-1-4-9 Eclat semi-métallique

I-2-7-1-5 Transparence

I-2-7-1-6 Caractères particuliers à certains minéraux

I-2-7-2 Propriétés mécaniques des minéraux

I-2-7-2-1 Cassure

I-2-7-2-1-1 Cassure conchoïdal

I-2-7-2-1-2 Cassure esquilleuse (ou écharneuse)

I-2-7-2-1-3 Cassure terreuse

I-2-7-2-1-4 Cassure granulaire

I-2-7-2-2 Clivage

I-2-7-2-2-1 Clivage très parfait

I-2-7-2-2-2 Clivage parfait

I-2-7-2-2-3 Clivage moyen

I-2-7-2-2-4 Clivage imparfait

I-2-7-2-2-5 Clivage très imparfait

I-2-7-2-2-6 Clivage inexistant

I-2-7-2-3 Macle

I-2-7-2-3-1 Macles simples ou géminées

I-2-7-2-3-1-1 Macle par accolement

I-2-7-2-3-1-2 Macle par pénétration

I-2-7-2-3-2 Macles multiples ou poly-géminées

I-2-7-2-3-2-1 Macle ouverte

I-2-7-2-3-2-2 Macle fermée 24Minéralogie

I-2-7-2-3-2-3 Macles polysynthétiques

I-2-7-2-4 La Dureté

I-2-7-2-5 Densité (La Masse Spécifique)

I-3 DEFINITION DE LA COORDINANCE, ISOTYPISME, ISOMORPHISME ET POLYMORPHISME 26

I-3-1 Généralités

I-3-1-1 Liaison ionique ou hétéropolaire

I-3-1-2 Le rayon ionique

I-3-1-3 Notion de coordinance ou de coordination

I-3-2 Isotypisme

I-3-3 Isomorphisme

I-3-3-1 Conditions des remplacements ou substitutions isomorphiques

I-3-4 Le polymorphisme

I-3-5 Imperfection des cristaux

I-3-5-1 Défauts dans la position des atomes

I-3-5-2 Défaut de FRENKEL

I-3-5-3 Défaut de SCHOTTKY

I-3-5-4 Défaut dans l’alignement des mailles cristallines

I-3-5-4-1 Dislocation coin

Chapitre II- CLASSIFICATION DES MINERAUX (LES NEUF GROUPES)

II-1 MINERAUX NON SILICATES

II-1-1 LES ELEMENTS NATIFS

II-1-1-1 LES METAUX

II-1-1-1-1 L’Or natif (Au)

II-1-1-1-2 Argent natif (Ag)

II-1-1-1-3 Le cuivre natif (Cu)

II-1-1-1-4 Le platine (Pt)

II-1-1-2 LES SUME METAUX

II-1-1-2-1 Le soufre natifs (S)

II-1-1-3 LES NON METAUX

II-1-1-3-1 Diamant : (C)

II-1-1-3-2 Graphite : (C)

II-1-2 LES HALOGENURES

II-1-2-1 Halite (NaCl)

II-1-2-2 Fluorite (CaF2)

II-1-3 LES SULFURES ET SULSOSELS

II-1-3-1 La galène (PbS)

II-1-3-2 Blende ou sphalérite (ZnS)

II-1-3-3 Les cuivres gris : Cu3 (As, Sb) S3-4 (± Ag, Zn)

II-1-3-4 Chalcopyrite : CuFeS2 34Minéralogie

II-1-3-5 Pyrite (FeS2)

II-1-3-6 Molybdénite (MOS2)

II-1-3-7 Stibine (Sb2S3)

II-1-4 LES OXYDES ET LES HYDROXYDES

II-1-4-1 La magnétite (Fe3O4 (Oxyde))

II-1-4-2 Hématite ou oligiste (Fe2O3) (Oxyde)

II-1-4-3 Ilménite (FeTiO3) (Oxyde)

II-1-4-4 Cassitérite (SnO2)

II-1-4-5 Limonite (FeO3.nH2) (Hydroxyde)

II-1-5 LES CARBONATES

II-1-5-1 Calcite (CaCO3)

II-1-5-2 Dolomie (Ca Mg CO3)

II-1-5-3 Aragonite (CaCO3)

II-1-5-4 Azurite (Cu3 [(CO3)2(OH) 2])

II-1-5-5 Malachite Cu2 [CO3 (OH) 2]

II-1-6 LES SULFATES ET TUNGSTATES

II-1-6-1 SULFATES

II-1-6-1-1 Barytine (BaSO4)

II-1-6-1-2 Gypse (CaSO4-2H2O)

II-1-6-2 TUNGSTATES

II-1-6-2-1 Scheelite (CaWO4)

II-1-6-2-2 Wolframites (Fe, Mn) WO4

II-1-7 PHOSPHATES, ARSSENIATES ET VANADATES

II-1-7-1 Les phosphates

II-1-7-1-1 Amblygonite

II-1-7-1-2 Lazurite

II-1-7-1-3 Pyromophilite

II-1-7-1-4 Vivianite

II-1-7-1-5 Atunite

II-1-7-1-6 Apatite

II-1-7-2 Les arséniates

II-1-7-2-1 Adamite

II-1-7-2-2 Annabergite

II-1-7-2-3 Mimétite

II-1-7-2-4 Chnoclase

II-1-7-3 Les vanadates

II-1-7-3-1 Carnotite

II-1-7-3-2 Vanadinite

II-1-7-3-3 Volborthite

II-1-8 LES BORATES

II-1-8-1 Boracite

II-1-8-2 Ascharite

II-1-8-3 Borax

II-1-8-4 Ulexite

II-1-9 LES NITRATES

II-1-9-1 Nitratine NaNO3

II-2 LES SILICATES

II-2-1 Généralités

II-2-2 Classification structurale des silicates

II-2-2-1 Coordination

II-2-2-2 Agencement des polyèdres

II-2-2-3 Enchaînement des tétraèdres [SiO4]4 Ŕ

II-2-3 LES NESOSILICATES ET LES SUBNESOSILICATES

II-2-3-1 LES NESOSILICATES

II-2-3-1-1 Groupe des péridots

II-2-3-1-2 Groupe des grenats

II-2-3-2 LES SUBNESOSILICATES

II-2-3-2-1 Andalousite

II-2-3-2-2 Disthène

II-2-3-2-3 Sillimanite

II-2-4 LES SORO-SILICATES

II-2-4-1 les épidotes

II-2-4-2 La zoïsite (Si2O7) (SiO4) O (OH) Al3Ca2

II-2-4-3 La pistachite (Si2O7) (SiO4) (OH) Ca2 Fe Al2O

II-2-4-4 La piémontite (Si2O7) (SiO4) O (OH) (Al, Fe3+, Fe2+, Mn2+)3(Ca,Ce, La, Y3+)2

II-2-4-5 L’allanite ou orthite

II-2-5 LES CYCLO-SILICATES

II-2-5-1 Le groupe du béryl 50

II-2-5-2 Le groupe de la tourmaline

II-2-5-3 Le groupe de la cordiérite

II-2-6 INO-SILICATES

II-2-6-1 Les pyroxènes

II-2-6-2 Caractères généraux des pyroxènes

II-2-6-2-1 Les ortho-pyroxènes (OPX)

II-2-6-2-2 Les clino-pyroxènes (CPX)

II-2-6-2-2-1 Les pyroxènes monocliniques calciques

II-2-6-2-2-1-1 L’augite

II-2-6-2-2-2 Les pyroxènes monocliniques sodiques

II-2-6-2-2-2-1 L’aegyrine

II-2-6-2-3- Les amphiboles

II-2-6-2-3-1 Caractères généraux des amphiboles

II-2-6-2-3-1-1 les amphiboles ferromagnésiennes

II-2-6-2-3-1-2 Les amphiboles monocliniques calciques

II-2-6-2-3-1-2-1 Actinote-trémolite

II-2-6-2-3-1-2-2 La hornblende

II-2-6-2-3-1-3 Les amphiboles monocliniques sodiques

II-2-7 LES PHYLLO-SILICATES (Tétraèdre en feuillets)

II-2-8 LES TECTO-SILICATES (TETRAEDRE EN FEUILLETS)

II-2-8-1 Famille ou groupe de la silice

II-2-8-1-1 polymorphisme de la silice

II-2-8-1-2 Le quartz (SiO2)

II-2-8-1-3 la calcédoine et l’opale (SiO2)n H2O

II-2-8-1-4 Tridymite et cristobalite

II-2-8-2 Famille ou groupe des feldspaths

II-2-8-2-1 Les feldspaths alcalins

II-2-8-2-2 Les feldspaths sodiques

II-2-8-2-3 Les feldspaths calco-sodiques : les Plagioclases

II-2-8-2-4 Caractères généraux des feldspaths

II-2-8-3 Les feldspathoïdes

II-2-8-3-1 Groupe de la néphéline

II-2-8-3-2 groupe de la leucite

II-2-8-3-3 Groupe de la sodalite

II-2-8-3-4 Groupe des zéolites

II-2-8-3-4-1 Les zéolites fibreuses

II-2-8-3-4-2 Les zéolites lamellaires

II-2-8-3-4-3 Les zéolites isométriques

II-2-8-3-5 Groupe des scapolites ou des wernérites

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