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Les minéraux argileux
LaurieBougeois
ST3 - Polytech" Paris UPMC
8 avril 2015
Structure des argiles Origine des argiles Détermination des argilesRappels sur les roches sédimentaires
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Les minéraux argileux
Roches sédimentaires
Roches carbonatées
calcairesRoches siliceuses
silexRoches carbonées
charbon, pétroleRoches évaporitiques
halite, gypseRoches détritiques
conglomérats, grès Structure des argilesOrigine des argiles Détermination des argiles1. Structure des minéraux argileux
2. Hydrolyse et origine des minéraux argileux
3. Méthodes de détermination des minéraux argileux
3 / 43Les minéraux argileux?
Structure des argilesOrigine des argiles Détermination des argilesQu"est que les argiles?
Définition des argiles
?argiles ausens granulométrique?particules de taille < 2μm ?argiles ausens minéralogique ?Confusion fréquente car argiles minéralogiques fortement représentées dans les particules < 2μm dans sédiments et sols. ?Très importants à étudier car : ?Abondants dans les sols ?Déterminent certaines propriétés des sols (agrégats etc...) ?Pièges à hydrocarbures ?Indicateurs des conditions d"altération (nature dépend du climat) ?Rétention de polluants ?Utilisation économique (céramique, construction, forage) Diversité de structures associée à une diversité de propriétés ?important de les distinguer4 / 43Les minéraux argileux?
Structure des argilesOrigine des argiles Détermination des argilesDéfinitions
Minéraux argileux
Silicates hydratés en feuillets
?phyllosilicates constituants desroches argileuses(argilites/lutites) et des roches carbonatées5 / 43Les minéraux argileux?
Mg2+Nésosilicates
Sorosilicates
Cyclosilicates
OH-Inosilicates
Tectosilicates
Structure des argilesOrigine des argiles Détermination des argilesDéfinitions
Minéraux argileux
Silicates hydratés en feuillets
?phyllosilicates constituants desroches argileuses(argilites/lutites) et des roches carbonatées5 / 43Les minéraux argileux?
Mg2+Nésosilicates
Sorosilicates
Cyclosilicates
OH-Inosilicates
Tectosilicatesolivinesbéryl tourmaline
pyroxènes, amphiboles quartz, feldspaths Structure des argilesOrigine des argiles Détermination des argilesDéfinitions
Minéraux argileux
Silicates hydratés en feuillets
?phyllosilicates constituants desroches argileuses(argilites/lutites) et des roches carbonatées5 / 43Les minéraux argileux?
Phyllosilicates
T O T O ex : kaolinite OH- Al+ ou Mg2+ T O T T O T ex : smectites OT O T T O ex : chlorites Structure des argilesOrigine des argiles Détermination des argilesStructure des minéraux argileux
Entre deux feuillets?espace interfoliaire :
?videsi feuillet électriquement neutre ?cations,cations hydratésouhydroxyles octaédriquessi besoin de neutraliser de la charge négative des argiles L"épaisseur de l"unité structurale varie entre7 et 18 Å
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Les minéraux argileux
Unité structurale
Espace
interfoliaireCouche
tétraédriqueCouche
octaédrique O T O e=3Å e=4Å Structure des argilesOrigine des argiles Détermination des argilesStructure des minéraux argileux
Entre deux feuillets?espace interfoliaire :
?videsi feuillet électriquement neutre ?cations,cations hydratésouhydroxyles octaédriquessi besoin de neutraliser de la charge négative des argiles L"épaisseur de l"unité structurale varie entre7 et 18 Å
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Les minéraux argileux
Unité structurale
Espace
interfoliaireCouche
tétraédriqueCouche
octaédrique Structure des argilesOrigine des argiles Détermination des argilesStructure des minéraux argileux
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Les minéraux argileux
Structure des argilesOrigine des argiles Détermination des argilesDifférents minéraux argileux
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Les minéraux argileux
KaoliniteIllite
Smectite
Structure des argilesOrigine des argilesDétermination des argiles1. Structure des minéraux argileux
2. Hydrolyse et origine des minéraux argileux
3. Méthodes de détermination des minéraux argileux
9 / 43Les minéraux argileux?
Structure des argilesOrigine des argilesDétermination des argilesOrigine des minéraux argileux
Sédiments détritiques
les plus abondants ?proviennent de la destruction de roches pré-existantes10 / 43Les minéraux argileux?
Structure des argilesOrigine des argilesDétermination des argilesOrigine des minéraux argileux
Sédiments détritiques
les plus abondants ?proviennent de la destruction de roches pré-existantes Toute roche exposée aux conditions de surface peut potentiellement subir une dégradation ?Physique ou mécanique (désagrégation)par l"action du gel, de la gravité, du vent, des vagues etc. ?Préserve la nature minéralogique ?Chimiquepar l"action de l"eau (hydrolyse) ?Transforme des minéraux (parfois dissolution totale)10 / 43Les minéraux argileux?
Structure des argilesOrigine des argilesDétermination des argilesHydrolyse
Hydrolyse
Processus par lequel un cation d"un minéral est remplacé par le H+d"une solution acide. Cette réaction a pour consé- quence de détruire le minéral(mise en solution complète) ou de le convertir en une nouvelle espèce. ?Dissolutions complètes : ?Mg2SiO4olivine+ 4H+→2Mg2++ H4SiO4 ?2(CaMgSi2O6)diopside+ 16H+→2Ca2++ 2Mg2++ 4H4SiO4 ?Dissolution partielle : ?KAlSi3O8orthose+ H+ →Al2Si3O5(OH)4 kaolinite+ K++ H4SiO411 / 43Les minéraux argileux?
Structure des argilesOrigine des argilesDétermination des argilesAltération chimique
Fonction de la résistance des minéraux à la solubilisation halitegypse pyrite calcite dolomite olivine augite hornblende biotiteplagioclases Ca plagioclase Na feldspaths K muscovite smectite quartz kaolinite gibbsite, hématite, goethiteAltérabilité décroissante12 / 43Les minéraux argileux?
Structure des argilesOrigine des argilesDétermination des argilesAltération chimique
Fonction de la résistance des minéraux à la solubilisation halitegypse pyrite calcite dolomite olivine augite hornblende biotiteplagioclases Ca plagioclase Na feldspaths K muscovite smectite quartz kaolinite gibbsite, hématite, goethiteAltérabilité décroissante
12 / 43Les minéraux argileux?
olivines pyroxènes Mg pyroxènes Mg, Ca amphiboles biotitesplagioclase Ca plagioclase Ca, Na plagioclase Na, Ca plagioclase K feldspaths K muscovite quartzTempératures (°C)
% silice 1200900
600