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9.3 • Métastabilité des paragenèses : l’exemple des silicates d’alumine
Cette barrière d’énergie peut correspondre à la différence d’énergie entre les gros
cristaux des minéraux produits et les nucléii de ces minéraux. Les nucléii ont en
effet une énergie de surface plus grande que les gros cristaux. La ligne en tirets est la
ligne d’énergie des nucléii des phases produites. Elle coupe la ligne d’énergie des
phases réactantes à TE + DT. Ce DT est le dépassement de température nécessaire,
par rapport à la température d’équilibre TE, pour que la réaction se réalise après
franchissement de la barrière d’énergie. La valeur de DT est fonction de l’angle entre
les deux lignes d’énergie : plus cet angle est fort, plus le dépassement est faible ;
plus cet angle est faible, plus le dépassement sera élevé. D’autre part, l’équation des
lignes d’énergie dans l’espace G-T est G = – ST + H et la pente de ces lignes est – S.
En conséquence, l’angle entre les deux lignes est égal à la variation d’entropie de la
réaction : DS. Ainsi, le dépassement en T d’une réaction est inversement proportionnelle à la variation d’entropie de la réaction. Les réactions avec un DS faible, comme
les réactions de transition polymorphique, ont des dépassements en température élevés
tandis que les réactions au DS élevé, comme les réactions de déshydratation, ont des
dépassements en température faibles.
Sur le diagramme P-T de la figure 9.3, les courbes d’équilibre des transitions des
trois silicates d’alumine et de la réaction de déshydratation Ms + Qtz = SiAl + Kfs
+ VH 2 O sont tracées en pointillés. Les lignes pleines indiquent les températures
auxquelles se réaliseraient ces réactions au cours d’une augmentation de température,
en fixant une barrière d’énergie à 1 KJ. On note les valeurs très importantes des DΤ
Figure 9.3 – Cinétique de réactions et dépassement de T.
Influence de la cinétique de réaction sur les conditions effectives de réalisation de
deux types de réaction en considérant une barrière d’énergie de 1kJoule : une réaction
de déshydratation Ms + Qtz = Kfs + SiAl + V au ∆S élevé et les transitions polymorphiques des silicates d’alumine aux ∆S faibles. Le diagramme de phases à l’équilibre des
2 types de réactions est dessiné en pointillés. Les lignes en traits pleins indiquent
les conditions effectives dans lesquelles ces réactions se réalisent au cours d’une
évolution dans des conditions progrades en température. Dans ces conditions, un
micaschiste à Ms + Qtz + And à 550 °C contient Qtz + Sil + Kfs + And lorsqu’il est
porté à 750 °C et Qtz + Kfs + Sil à 900 °C (étoiles et flèches). Dans une évolution
rétrograde en T, les lignes en traits pleins sont déplacées de la même valeur ∆T audelà des courbes à l’équilibre (lignes pointillées) vers les basses températures.
SiAl : silicates d’alumine (D’après Barnicoat et al.)
T
P
˚C
800
600
700
500
0,4
0,6
GPa
and
sil
and
ky
ms + qtz
sial + kfs + v
sil
ky
9782100522682-Nicollet.fm Page 129 Mardi, 29. décembre 2009 4:34 16
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9.3 • Métastabilité des paragenèses : l’exemple des silicates d’alumine
Cette barrière d’énergie peut correspondre à la différence d’énergie entre les gros
cristaux des minéraux produits et les nucléii de ces minéraux. Les nucléii ont en
effet une énergie de surface plus grande que les gros cristaux. La ligne en tirets est la
ligne d’énergie des nucléii des phases produites. Elle coupe la ligne d’énergie des
phases réactantes à TE + DT. Ce DT est le dépassement de température nécessaire,
par rapport à la température d’équilibre TE, pour que la réaction se réalise après
franchissement de la barrière d’énergie. La valeur de DT est fonction de l’angle entre
les deux lignes d’énergie : plus cet angle est fort, plus le dépassement est faible ;
plus cet angle est faible, plus le dépassement sera élevé. D’autre part, l’équation des
lignes d’énergie dans l’espace G-T est G = – ST + H et la pente de ces lignes est – S.
En conséquence, l’angle entre les deux lignes est égal à la variation d’entropie de la
réaction : DS. Ainsi, le dépassement en T d’une réaction est inversement proportionnelle à la variation d’entropie de la réaction. Les réactions avec un DS faible, comme
les réactions de transition polymorphique, ont des dépassements en température élevés
tandis que les réactions au DS élevé, comme les réactions de déshydratation, ont des
dépassements en température faibles.
Sur le diagramme P-T de la figure 9.3, les courbes d’équilibre des transitions des
trois silicates d’alumine et de la réaction de déshydratation Ms + Qtz = SiAl + Kfs
+ VH 2 O sont tracées en pointillés. Les lignes pleines indiquent les températures
auxquelles se réaliseraient ces réactions au cours d’une augmentation de température,
en fixant une barrière d’énergie à 1 KJ. On note les valeurs très importantes des DΤ
Figure 9.3 – Cinétique de réactions et dépassement de T.
Influence de la cinétique de réaction sur les conditions effectives de réalisation de
deux types de réaction en considérant une barrière d’énergie de 1kJoule : une réaction
de déshydratation Ms + Qtz = Kfs + SiAl + V au ∆S élevé et les transitions polymorphiques des silicates d’alumine aux ∆S faibles. Le diagramme de phases à l’équilibre des
2 types de réactions est dessiné en pointillés. Les lignes en traits pleins indiquent
les conditions effectives dans lesquelles ces réactions se réalisent au cours d’une
évolution dans des conditions progrades en température. Dans ces conditions, un
micaschiste à Ms + Qtz + And à 550 °C contient Qtz + Sil + Kfs + And lorsqu’il est
porté à 750 °C et Qtz + Kfs + Sil à 900 °C (étoiles et flèches). Dans une évolution
rétrograde en T, les lignes en traits pleins sont déplacées de la même valeur ∆T audelà des courbes à l’équilibre (lignes pointillées) vers les basses températures.
SiAl : silicates d’alumine (D’après Barnicoat et al.)
T
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˚C
800
600
700
500
0,4
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sil
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ky
ms + qtz
sial + kfs + v
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