Minéralogie des roches mères

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Pierre-Marie Roger Fortier
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O. Grauby, J. Berthonneau, R. Pellenq & A.

1 CENTRE INTERDISCIPLINAIRE DE NANOSCIENCE DE MARSEILLE Minéralogie des roches mères Alpes du Sud (France) 1 cm O. Grauby, J. Berthonneau, R. Pellenq & A. Baronnet Marcellus shale (USA) GAZ ET HUILES DE SCHISTE, CNRS, 14/01/2013

Roche mère schiste? terme mal choisi : "mauvaise" traduction de l'anglais shale shale = " toute roche sédimentaire litée à grain très fin, en générale argileuse ou marneuse ".

2 Roche mère schiste? terme mal choisi : "mauvaise" traduction de l'anglais shale shale = " toute roche sédimentaire litée à grain très fin, en générale argileuse ou marneuse ". (Dictionnaire de Géologie de Foucault et Raoult) Les roches mères/magasins de ce gaz de schiste sont classiquement les black shales ou les "argiles et marnes noires" Quartz + calcite (sidérite, dolomite) + Feldspaths + Pyrite + Argiles

3 4 échantillons Marcellus Eagle ford Haynesville Middle East (800 m)

Argile = phyllosilicate de taille < 2µm Phyllosilicate : Silicate en feuillet 2 cm 200 nm Mica (biotite) Propriétés

4 Les argiles? Nombreuses définitions Le terme argile n a pas le même sens : - en mécanique des roches, - en physique du sol - en poterie Argile = phyllosilicate de taille < 2µm Phyllosilicate : Silicate en feuillet 2 cm 200 nm Mica (biotite) Propriétés caractéristique des argiles Pour deux raisons essentielles : Matériaux pseudo-bidimentionnel (rpt épaisseur/ largeur de l ordre de 20) Matériaux finement divisés kaolinite Adsorption (Plasticité) kaolinite : 150 m 2 /g Smectite : 700 m 2 /g

5 Le feuillet TO (Si 2 O 5 ) 2- (Mg,Fe 2+ ) 3 ou (Al,Fe 3+ ) 2 (OH) 4 Feuillet électriquement neutre Couche octaédrique trioctaédrique Le feuillet TOT Couche octaédrique dioctaédrique (Si 4 O 10 ) 4- (Mg,Fe 2+ ) 3 ou (Al,Fe 3+ ) 2 (OH) 2

6 Le minéral est constitué par l empilement des feuillets d (001) = 7,2 Å Feuillet TO Espace interfoliaire Espace interfoliaire Phyllosilicate TO

7 Phyllosilicates TO Alumineux : les kaolins Si 2 O 5 (OH) 4 Al 2 Kaolinite, Dickite & Nacrite Polytypes Phyllosilicates TO Magnésiens : les serpentines Si 2 O 5 (OH) 4 Mg 3 Lizardite, Chrysotile & antigorite Phyllosilicates TO Férrifères Si 2 O 5 (OH) 4 (Fe 2+, Fe 3+ ) 2-3 Berthièrine Si 2-x Al x O 5 (OH) 4 R 2+ a R 3+ b c avec a + b + c = 3 b x = 2c x varie de 0,45 à 0,9 R 3+ : Al majoritaire, de 0,37 à 1,03 Fe 3+ de 0,01 à 0,27 R 2+ : Fe 2+ majoritaire de 1,33 à 1,84 Mg 2+ de 0,08 à 0,66 : de 0,04 à 0,27

8 Phyllosilicates TOT La couche tétraédrique n est pas toujours siliceuse! Substitutions isomorphiques de Si par des cations de valence = les substitutions isomorphiques hétérovalentes Si 4+ par Al 3+ Si 4+ par Fe 3+ Le feuillet TOT présente une charge Cette charge est compensée par l ajout d un cation : le cation interfoliaire Cation échangeable ou fixe Cation hydraté ou anhydre Classification des TOT en f de la charge du feuillet

9 Classification des phyllosilicates TOT

10 Les Chlorites Phyllosilicates TOTO 14 Å Chlorite la plus commune Clinochlore (Si 3 Al 1 O 10 ) (OH) 2 Mg 3 (Mg 2 Al) (OH) 2 (Si 3 Al 1 O 10 ) (OH) 2 Fe 2+ 3 (Fe 2+ 2 Al) (OH) 2 Chamosite septé-chlorite ou Chlorite à 7 Å

11 Les Interstratifiés argileux Association au sein d un même cristallite, de feuillets de nature différente. Smectite Illite Interstratifié Illite/Smectite Interstratifié irrégulier vs Interstratifié régulier

$Diffraction des rayons X 15 Å$

12 Méthode de caractérisation Diffraction des rayons X 15 Å 17Å 10 Å

13 Méthode de caractérisation MET EDX

14 4 échantillons Marcellus Eagle ford Haynesville Middle East Smectite + Kaolinite

15 Illite Illite + Interstratifié Illite/Smectite + Fe-Chlorite et/ou berthièrine

16 Illite Illite + Interstratifié Illite/Smectite + Fe-Chlorite

17 Kaolinite + Smectite + Illite + Fe-Chlorite (800 m)

$simuler les diffractogrammes$ Programme ASN (Sakhrov &

18 Quantification Nécessité de simuler les diffractogrammes Programme ASN (Sakhrov & Dritts) + E. Ferrage Berthonneau et al. (2014)European journal of mineralogy (sous presse)

19 En conclusion Cortège argileux assez différent Marcellus Illite + Interstratifié Illite/Smectite +(Fe-Chlorite)? Haynesville Illite + Interstratifié Illite/Smectite + Fe-Chlorite et/ou berthièrine Eagle ford Middle East Kaolinite + (Smectite + Illite + Fe-Chlorite) Smectite + Kaolinite Outils d Identification & Quantification disponibles (couplage Simulation DRX & MET-AEM) Reste le problème de la berthièrine et de la chamosite Ces deux argiles diffractent à 7Å Ces deux argiles présentent des compositions chimiques similaires La chamosite se forme par diagenèse à partir de la berthiérine via l intermédiaire un interstratifié irrégulier Berthiérine/Chamosite

20 Si 2,85 Al 1,15 O 10 (OH) 2 (Mg 2,85 Fe 2+ 0,15 )(Mg 1,97 Al 1,07 ) (OH) 6 Interstratifié irrégulier Lizardite/Clinochlore

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