Introduc)on rapide à l observa)on microscopique des minéraux et roches. Pavel Pitra Géosciences Rennes

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1 Introduc)on rapide à l observa)on microscopique des minéraux et roches Pavel Pitra Géosciences Rennes

2 Minéraux caractérisés (entre autres) par l arrangement ordonné des atomes (un réseau cristallin) structure interne géométrique et régulière

3 Minéraux se forment par empillement de parallélépipèdes élémentaires tous iden)ques entre eux et caractéris)ques de l espèce ( maille cristalline) 7 systèmes cristallins René J. Haüy : Traité de Cristallographie; 1822

4 Il y a 7 systèmes cristallographiques possibles a b c, α β γ triclinique α=β=γ=90 Quadra)que ou tétragonal 4 a=b=c, α=β=γ 90 Monoclinique 2 Rhomboédrique ou trigonal 3 α=β=γ=90 Orthorhombique 222 Hexagonal 6 α=β=γ=90 Cubique 43 α = β = 90, γ = 120

5 les 7 systèmes cristallins possèdent différentes combinaisons caractéris)ques des éléments de symétrie centre axes de rota)on (ordre 2, 3, 4, 6) plans miroirs déterminent les propriétés de minéraux, y compris les propriétés op4ques

6 propriétés op)ques interac)on ma)ère lumière lumière par)e du spectre électromagné)que phénomène vibratoire (f = V / λ ) polychroma)que

7 interac)on ma)ère lumière rayon à l interface entre 2 millieux réflexion (α incid = α refl ) réfrac4on (changement d orienta*on et de vitesse du rayon)

8 indice de réfrac)on caractérise l éfficacité du millieu à changer la direc)on de la lumière (réfracter) n = V vide/air / V millieu rela)on indice vitesse de la lumière grand indice pe)te vitesse ex. : eau 1.336, verre 1.53, grenat 1.77, diamant 2.42 indice relief

9 relief des minéraux observable qualita)vement au microscope lien direct avec l indice de réfrac)on grand indice fort relief quan)fiables : réfractomètre ou huiles

10 couleur dépend de l absorp4on de certaines longueurs d onde couleur d un objet = combinaison des couleurs primaires de la lumière non absorbées par l objet (ex. noir absorbe tout, blanc reflète / transmet g) peut varier en fonc)on de l orienta*on dépend de la couleur de la lumière ex: objet blanc sous le soleil est bleu en lum. bleue

11 Lumière polarisée vibre dans une seule direc)on filtres polarisants (sinon aussi réflexion)

12 microscope polarisant

13 microscope polarisant pla)ne tournante 2 polariseurs polariseur (E- W) analyseur (N- S) 2 types d observa)ons pour iden)fier les minéraux en lumière polarisée non analysée (LPNA) en lumière polarisée et analysée (LPA)

14 Observa)ons en LPNA vérifica)on du microscope avant observa)on posi)on du condenseur ouverture du diaphragme objec)f bien engagé negeté des fils du ré)cule intensité lumineuse vérifier que POL et ANAL sont bien croisés (image noire)

15 Observa)ons en LPNA taille des minéraux forme des minéraux couleur + pléochroïsme relief clivages

16 Forme (habitus)

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20 Couleur incolore (= blanc) / coloré / opaque peut varier en fonc)on de l orienta*on = pléochroïsme normal (+ sombre // POL) inverse (+ clair // POL)

21 relief des minéraux lien direct avec l indice de réfrac)on, n grand indice fort relief

22 Clivages plans de division ± faciles ; qualité variable une ou plusieurs lignes sombres clivages X fractures

23 Clivages orienta)on p/r aux direc)ons cristallograph. si plusieurs mesurer l angle

24 Observa)ons en LPA teinte de polarisa4on angle d ex4nc4on reconnaissance de macles + signe d allongement

25 Teinte de polarisa)on résultat de l interac)on des ondes lumineuses qui interfèrent à la sor)e de l analyseur (= couleurs d interférence) teintes absentes = noir minéral isotrope teintes gris, blanc ou différentes couleurs minéral anisotrope déterminer la biréfringence

26 Minéraux isotropes mêmes propriétés dans toutes les direc)ons (même indice de réfrac)on, même couleur, ) ne changent pas la direc)on de vibra)on de la lumière polarisée toujours noirs en LPA ma)ères amorphes (non cristallines) p.ex. verre minéraux cubiques p.ex. grenat, spinelle

27 Minéraux anisotropes propriétés (indice de réfrac)on, couleur, ) varient selon les direc)ons lumière se propage à des vitesses dans les direc)ons = indice de réfrac)on varie ellipsoïde des indices indicatrice

28 Ellipsoïde des indices en lame on en observe des sec)ons = ellipses leur forme varie en fonc)on de la sec)on!

29 Biréfringence un rayon de lumière incidente est divisé en deux rayons polarisés perpendiculairement (parallèles aux axes des ellipses) biréfringence, δ = n g - n p

30 Biréfringence les deux rayons vibrent dans des direc)ons différentes (perpendiculaires) ne se propagent pas à la même vitesse il existe un décalage entre eux à la sor)e (différence de marche, ) l analyseur remet les deux rayons dans le même plan interférence = certaines λ sont supprimées, d autres accentuées couleurs (teintes de polarisa)on)

31 Teintes de polarisa)on correspondent à la différence de marche, dépendent de la biréfringence de la sec)on (forme de l ellipse), δ = n g - n p (différence entre les deux indices différence des vitesses de propaga)on des deux ondes) et de l épaisseur de l échan)llon (lame), e

32 Echelle de Michel- Lévy rela)ons teintes de polarisa)on biréfringence épaisseur Δ = e δ Sørensen, 2013

33 Teintes de polarisa)on dépendent des sec4ons

34 Ex)nc)on 4 posi)ons, à 90 d interval, où chaque minéral apparaît noir (éteint)

35 Ex)nc)on 4 posi)ons d éclairement max., à 45 p/r à l ex)nc)on: teintes de plus en plus intenses, mais ne changent pas de caractère

36 droite Ex)nc)on oblique mesurer l angle d ex)nc)on

37 Observa)ons en LPA teinte de polarisa4on angle d ex4nc4on reconnaissance de macles + signe d allongement

38 Macles associa)ons de deux ou plusieurs individus de même espèce dans un seul cristal, avec des orienta)ons, mais symétriques ex)nc)ons en alternance

39 PÉTROLOGIE descrip)on et interpréta)on des roches texture = agencement rela)f des minéraux taille (pe)t / grand ; homogène / hétérogène) forme (automorphes?; déformés?; «roulés»?) orienta)on préféren)elle? minéralogie = quels minéraux

40 3 grandes familles de roches sédimentaires par dépôt de débris ( strates) magma)ques par cristallisa)on d un liquide (magma) métamorphiques par re- cristallisa)on d une roche existante

41 Roches sédimentaires généralement par dépôt de débris forma)on de «couches», strates composé de grains + ou gros, ou abîmés dominés par quartz calcite argiles

42 Roches magma)ques par cristallisa)on d un liquide (magma) forma)on de cristaux souvent automorphes, sans orienta)on préféren)elle texture, taille de grains dépend de la vitesse de refroidissement, donc profondeur

43 Roches magma)ques minéralogie dépend de la compo. chimique minéraux clairs quartz, feldspaths minéraux foncés (ferro- magnésiens) olivine, pyroxènes, amphiboles, mica noir (bio)te)

44 Roches et minéraux magma)ques K-feldspath anorthitique (Ca) Plagioclase Quartz Pyroxène albitique (Na) Amphibole muscovite Biotite Olivine intrusives (plutoniques) granite granodiorite diorite gabbro péridotite extrusives (volcaniques) rhyolite dacite andésite basalte komatiite {minéralogie} felsique intermédiaire mafique ultramafique {chimie} acide intermédiaire basique ultrabasique 80% % SiO 2 3% % FeO+MgO 7% 4 1% K 2 O+Na 2 O couleur claire couleur sombre

45 diagramme de Streckeisen basé sur la composi)on minéralogique: propor)ons rela)ves de minéraux clairs roches avec >10% de minéraux clairs quartz (Q) SiO 2 feldspaths alcalins (A) (surtout orthose, KAlSi 3 O 8 ) plagioclases (P) (albite NaAlSi 3 O 8 anorthite CaAl 2 Si 2 O 8 ) feldspathoïdes (F) (leucite, nephéline, haüyne)

46 diagramme de Streckeisen plutonique volcanique

47 Roches métamorphiques par re- cristallisa)on d une roche existante forma)on de nouveaux minéraux, mais préserva)on de composi)on chimique! changement de la forme de la roche changement de minéralogie (+ composi)on des min.) changement de texture (taille de grains, ) souvent en présence de déforma4on forma)on de structures (folia)on, schistosité) définies par l orienta)on préféren)elle des minéraux

48 Roches métamorphiques

49 Minéraux métamorphiques forma)on de minéraux métamorphiques dépend: des condi)ons de pression et température de la profondeur du contexte géodynamique de la composi)on chimique de la roche ini)ale r. magma)ques ferromagnésiennes ( r métabasiques) sédiments argileux ( métapélites) sédiments carbonatés ( marbres)

50 Minéraux métamorphiques grande variété dans r. métabasiques chlorite, épidote, amphiboles, pyroxènes dans métapélites muscovite, chlorite, bio)te, grenat, stauro)de, disthène, sillimanite, andalousite, cordiérite