Les derniers articles
Loading...
jeudi 29 mai 2014

Argiles

Les feldspaths (KAlSi3O8 – NaAlSi3O8 – CaAl2Si2O8) sont un groupe de minéraux trouvés dans la plupart des roches et formant jusqu’à 60% de la croûte terrestre. Les feldspaths cristallisent à partir du magma sous la forme de veines au sein de roches ignées de type plutonique (formées en profondeur comme le granite) ou volcanique (formées en surface comme le basalte). On en trouve également dans beaucoup de roches métamorphiques formées par recristallisation de roches sédimentaires. Ils appartiennent à la famille des tectosilicates correspondant à des structures tétraédrique où chaque tétraèdre MO(M = Si, Al) partage ses 4 quatre sommets avec quatre autres tétraèdres MO4:



Ainsi si l'on part d'un granite qui contient 74,5% de silice SiO2; 14% d'alumine Al2O3; 9,5% d'oxydes alcalins (Na2O ou K2O) et 2% d'oxydes d'ions alcalino-terreux (Ca,Mg)O ou de métaux de transition (Fe,Mn)O, deux grand types de réactions peuvent conduire aux feldspaths:

6 SiO2 + Al2O3 + (Na,K)2O → 2 (Na,K)[AlSi3O8
2 SiO2 + Al2O3 + (Ca,Mg,Fe,Mn)O → (Ca,Mg,Fe,Mn)[Al2Si2O8

Pour les feldspaths alcalins on peut identifier l'orthoclase et la sanidine de formule K[AlSi3O8] ainsi que l'albite de formule Na[AlSi3O8]. Pour les feldpsaths alcalino-terreux le principal est l'anorthite Ca[Al2Si2O8] qui forme la série des plagioclases Ca1-xNax[Al2-xSi2+xO8] par mélange avec l'albite. 
L'altération en surface par l'eau et les acides humiques (plantes) des feldspaths conduit aux micas selon le bilan:

3 K[AlSi3O8] + 2 H+ + 12 H2O → KAl2[AlSi3O10](OH)2 + 2 K+ + 6 Si(OH)4


Comme le montre la figure ci-dessus, les micas sont formés d'une couche octaédrique Al(OH)3 prise en sandwich entre deux couches tétraédriques Si2O3(OH)2  avec substitution (Si ↔ Al) en site tétraédrique imposant la présence d'ions potassium intercalés entre les feuillets.  Il existe toute une famille de micas par substitution (K ↔ Li, Na, Ca) et (Al ↔ Mg, Fe) :

Muscovite: KAl2[AlSi3O10](OH)2 
Paragonite: NaAl2[AlSi3O10](OH)2 
Margarite: CaAl2[Al2Si2O10](OH)2 
Phlogopite:  KMg3[AlSi3O10](OH,F)2 
Illite: K(Mg3-xFex)[AlSi3O10](OH)2·H2O
Biotite:  K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH,F)2
Zinnwaldite: KLiFe[AlSi3O10](OH,F)2 
Lépidolites: KLi2-xAl1+x[Al2xSi4-2xO10](OH,F)2

Les micas peuvent à leur tour être altérés toujours via l'eau et les acides humiques (forêts de conifères, latérites, podzols) pour donner naissance aux argiles 1/1:

2 KAl2[AlSi3O10](OH)2 + 2 H+ + 3 H2O → 3 Al2[Si2O5](OH)4 + 2 K+


Cette structure de type 1/1 car formée d'une feuillet tétraédrique condensé avec un feuillet octaédrique est à la base de des kaolinites Al2[Si2O5](OH)4 utilisées pour fabriquer la porcelaine ou comme charge minérale dans les papiers, les caoutchoucs ou les peintures. Par insertion d'une monocouche dans le gap de van der Waals de la kaolinite, on obtient l'halloysite Al2[Si2O5](OH)4·2H2O entraînant un désordre turbostratique au niveau de l'empilement des feuillets. Les deux atomes d'aluminium du feuillet octaédrique peuvent aussi êytre remplacés par trois atomes divalents pour former les serpentines (Mg,Fe)3[Si2O5](OH)4 :


Par substitution (Fe ↔ Ni) on obtient les garniérites de belle couleur verte. En raison de l'asymétrie du feuillet argileux, tétraédrique d'un côté et octaédrique de l'autre, il existe une tension structurale dans les serpentines qui peut conduire à l'enroulement du feuillet sur lui-même aboutissant à la forme fibreuse de type chrysotile que l'on retrouve dans l'amiante blanche:


L'enroulement peut être évité en inversant de temps en temps l'orientation des tétraèdres, conduisant à la forme lamellaire de type antigorite forme courante de serpentine utilisée en sculpture et en joaillerie. 
L'altération des feldspaths peut aussi conduire à des argiles neutres de type 2/1 selon le bilan:

2 K[AlSi3O8] + 2 H+ + 4 H2O → Al2[Si4O10](OH)2 + 2 K+ + 2 Si(OH)4


On obtient ainsi la pyrophyllite Al2[Si4O10](OH)2 qui par substitution  (Al2 ↔ Mg3) donne le talc Mg3[Si4O10](OH)2. Ici aussi, différentes substitutions donnent naissance à une grande variété d'argiles de type (2/1):

Smectites: Al2[Si4O10](OH)2 (n = 0, ∞)
Montmorillonites: NaxAl2[AlxSi4-xO10](OH)2·2H2O
Saponites: NaxMg3[AlxSi4-xO10](OH)2·2H2O
Vermiculites: (Mg,Ca)x(Mg,Fe)3-x[AlSi3O10](OH)2·2H2O

Les prairies et les chernozem se forment ainsi sur des sols argileux riches en illites et en smectites. La vermiculite est pour sa part employée dans les emballages puisqu'en la chauffant à 300°C elle peut multiplier son volume par 20 aboutissant à un matériau de très faible densité (ρ = 0,09 g·cm-3). La montmorillonite aurait quant à elle pu abriter les tous premiers rybozymes auto-réplicants sur une terre abiotique.
L'existence d'un gap de van der Waals neutre dans les argile (1/1) ou (2/1) permet d'insérer toute molécule neutre de nature organique ou minérale. On peut ainsi très bien insérer dans le gap d'une argile (2/1) un mono-feuillet M(OH)où M est tout cation divalent:

3 M(OH)2 + M2Al[AlSi3O10](OH)2 → M5Al[AlSi3O10](OH)8


On obtient ainsi les structures chlorites, argiles de type (2/1/1) avec des phases comme le clinochlore (Mg,Fe)5Al[AlSi3O10](OH)8 ou la pennantite Mn5Al[AlSi3O10](OH)8. Les terres agricoles ou les sédiments marins sont ainsi des mélanges de chlorites et d'illites.
Enfin l'altération ultime des chlorites conduit à des hydroxydes lamellaires et de la silice selon le bilan:

M5Al[AlSi3O10](OH)8 + 10 H2O → 2 Al(OH)3 + 3 Si(OH)4 + 5 M(OH)2

0 commentaires:

Enregistrer un commentaire

 
Toggle Footer