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Matière 3 : F413 Géochimie.

Crédits : 1

Coefficient : 1

Connaissances préalables recommandées

Maitriser les cours de cristallographie et minéralogie.

Contenu de la matière :

Cours

I. Introduction

-définitions et généralités -rappels sur la classification périodique des éléments -rappels sur les liaisons chimiques -notion de cristallochimie

II. Lois de répartition des éléments

-éléments majeurs et éléments en traces : règles de substitution -éléments majeurs -éléments en traces -Affinités

Examen.

Références bibliographiques :

Albert Jambon, Alain Thomas. Géochimie : géodynamique et cycles. Dunod, 2009, 406 pages. Claude Allègre. Géologie isotopique. Belin, 2005, 496 pages. Philippe Vidal. Géochimie. Dunod, 2003, 190 pages.

Introduction à la géochimie

Chapitre I

I.1-définitions et généralités

I.2-rappels sur la classification périodique des

éléments

I.3-rappels sur les liaisons chimiques

I.4-notion de cristallochimie

I. 1. Définitions et généralités

surlaterre. La datation relative est basée sur les disciplines de la stratigraphie et du paléomagnétisme. géochimie.

Ȉminéraux).

relative). I.2-rappels sur la classification périodique des éléments

Électronégativité

entières. uneliaisonchimique. H 2,2He Li 0,98 Be 1,57 B 2,04 C 2,55 N 3,04 O 3,44 F

3,98Ne

Na 0,93 Mg 1,31 Al 1,61 Si 1,9 P 2,19 S 2,58 Cl

3,16Ar

K 0,82 Ca 1 Sc 1,36 Ti 1,54 V 1,63 Cr 1,66 Mn 1,55 Fe 1,83 Co 1,88 Ni 1,91 Cu 1,9 Zn 1,65 Ga 1,81 Ge 2,01 As 2,18 Se 2,55 Br 2,96 Kr 3 Rb 0,82 Sr 0,95 Y 1,22 Zr 1,33 Nb 1,6 Mo 2,16 Tc 1,9 Ru 2,2 Rh 2,28 Pd 2,2 Ag 1,93 Cd 1,69 In 1,78 Sn 1,96 Sb 2,05 Te 2,1 I 2,66 Xe 2,6 Cs 0,79 Ba 0,89 *Lu 1,27 Hf 1,3 Ta 1,5 W 2,36 Re 1,9 Os 2,2 Ir 2,2 Pt 2,28 Au 2,54 Hg 2 Tl 1,62 Pb 1,87 Bi 2,02 Po 2 At 2,2 Rn 2,2 Fr 0,7 Ra 0,9 **Lr

1,3RfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvTsOg

*La 1,1 Ce 1,12 Pr 1,13 Nd 1,14 Pm 1,13 Sm 1,17 Eu 1,2 Gd 1,2 Tb 1,2 Dy 1,22 Ho 1,23 Er 1,24 Tm 1,25 Yb 1,1 **Ac 1,1 Th 1,3 Pa 1,5 U 1,38 Np 1,36 Pu 1,28 Am 1,13 Cm 1,28 Bk 1,3 Cf 1,3 Es 1,3 Fm 1,3 Md 1,3 No 1,3 ĺRayon atomiqueĺÉnergie d'ionisationĺĺ

Tableau périodique des élémentsutilisant l'échelle d'électronégativité dePauling

* Liaisons ioniques (dans les grands minéraux)

Ilyapénétrationdesenvironnements

électroniques(définieparPauling).

Lesminérauxcristallisésquisont

caractériséspardesliaisonsioniques sontdeduretémoyenne,ilsontun pointélevéetune mauvaiseconductivitécalorifique(ex :lemicas).

Onpeutapprécierlepourcentagede

cesliaisonsdanslesélémentspar différence.

I.3-rappels sur les liaisons chimiques

* Liaisons covalentes sont durs et indéformables (ex : diamant).

NB:carbone+liaisonscovalentes=diamant

carbone+liaisonsioniques=fusain * Liaisons métalliques particulières.

Ilestexceptionnelédificechimique

soitfaitseultypedeliaison.

Laplupartsontàliaisonsioniques

accompagnéesdeliaisonscovalentes.

Cristallochimie

cristallochimieestlachimiedescomplexes. cristallographie structurescristallines.

Bases de la cristallochimie

possible; possibles. tétraédriques(atomesdesilicium). fer). stabilité.

Stabilitédesassemblagesioniques

1.Polyèdredecoordination

rayonsioniquesentrecationetanion:C/A.

C / A < ou = 0,155 assemblage linéaire

C / A < ou = 0,225 assemblage triangulaire

C / A

C / A < ou = 0.732 assemblage octaédrique

C / A < ou = 1 assemblage cubique.

4.Règlesdesubstitution

(Cesontlesrèglesdeladiadochie). Lorsque deux ions ont la même charge, celui qui a le plus petit rayon

Ex : 0,66 pour Mg

0,74 pour Fe

préférence.

Ex : Ca (0,99) mais sa charge est 2+

Na (0,98) avec une charge de 1+

équilibré

Na et Ca.

I. Classifications géochimiques

II. Comportement des éléments et réservoirs géochimiques III. Fractionnement et équilibre géochimiques IV. Utilisation du fractionnement élémentaire en géochimie

I.Classificationsgéochimiques

auxcomportementsprocheslesunsdesautres.

Exemplesderéservoirsgéochimiques:

1.Croûte-Manteau-Noyau

3.

1.Si,Al,K,Na

2.H,K,Na

3.Cu,Yb,U

a) classification basée sur l'énergie de formation des oxydes et des sulfures. b) cette classification distingue plusieurs grandes familles : -les éléments lithophiles: Na, K, Si, Al, Ti, Mg, Ca -les éléments sidérophiles: Fe, Co, Ni, Pt, Re, Os -les éléments chalcophiles: Cu, Ag, Zn, Pb, S -les éléments atmophiles: O, N, H, les gaz rares géochimique: -élémentsalcalins(Li,Na,K,Rb,Cs), -élémentshalogènes(F,Cl,Br,I), Les éléments atmophiles(O, N, H, les gaz rares) se concentrent dans Les éléments sidérophiles (Fe, Co, Ni, Pt, Re, Os) associés au fer, Les éléments chalcophiles(Cu, Ag, Zn, Pb, S) forment aisément des sulfures.

Les éléments lithophiles :

Deux tendances sont distinguées dans la famille des éléments lithophiles: les éléments volatils et les éléments réfractaires géologiquesessentielsetmajeurs):

Exemple:leKouleNa.

ouleCr.

1. le manteau et la croûte (refroidissement, convection)

2. la croûte continentale (préservation) et la croûte océanique (recyclage).

lesrochesterrestres. limitentlesmécanismesdetransportet. solaire:laphasenébuleuse. représentent"laTerreinitiale».

Les autres planètes du système solaire :

I. 3. Comportement des éléments et réservoirs géochimiques cristallisationfractionnée.

Lesrochessédimentairesseformentpar

pressionetenprésencedefluidesaqueux.

I. 3. a -les éléments majeurs

Les éléments majeurs constituent les minéraux primaires ou cardinaux tétraèdrequiestdebasedelafamille manteau:lessilicates.

2.minérale(%enSi)est:

amphiboles) feldspaths,quartz).

Manteauetlesrochesmétamorphiques.

Ca, surtout présent dans les roches magmatiques (fusion continentale et manteau) et les carbonates sédimentaires.

Al, fréquent ou se concentre dans :

dessilicates(SiO4). fractionnée.

évolutiondansletemps.

métamorphisme) métamorphisme)

PG3:érosionetsédimentation

(chaleurinterneetradioactivité). minérauxmicacés. anionssolubles(Cl,SO4). minérauxargileux.

I. 3. b -les éléments mineurs ou en traces

(incorporation) formedetraces,2catégoriestracessont distingués:

Ba+,ceséléments:

fractionnéedeBowen).

Nb4+,Th4+,U4+),ceséléments:

danslacroûtecontinentaleterrestre. contraintesquiluisontimposées. fonctionnementdelaplanète.

1.1 MÉLANGES GÉOCHIMIQUES

commundanslanature. façonquantitative.

1.2 SÉPARATIONS DE PHASES ET FRACTIONNEMENT

modèlestypiques.

1.2.1 Fusion partielle

concentrationCetdefractionF:

1.2.2Cristallisationfractionnée

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