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6.2 • Réactions solide-solide entre minéraux anhydres
chimique SiO 2 : il s’agit du quartz a, du quartz b, de la tridymite, de la cristoballite,
de la coésite et de la stishovite. Chacune de ces espèces est stable dans un domaine
particulier de conditions P-T. Deux carbonates, la calcite et l’aragonite, ont la même
composition CaCO 3 ; l’aragonite est, en principe, le polymorphe de haute pression.
Le carbone (C) cristallise, suivant la profondeur, sous la forme de graphite ou de
diamant.
Trois silicates d’alumine ont aussi la même formule chimique. Ce sont l’andalousite,
la sillimanite et le disthène. Ces minéraux ont une composition chimique exprimée
par la formule Al 2 SiO 5 . Comme tous les silicates, ils sont constitués par des empilements réguliers, plus ou moins compacts, d’anions oxygène O 2– (rayon ionique
ri = 1,4 Å) qui délimitent des cavités tétraédriques dans lesquelles sont logés les petits
cations Si 4+ (ri = 0,42 Å), et des cavités octaédriques dans lesquelles entrent les
cations Al 3+ (ri = 0,51 Å) légèrement plus volumineux que les Si. La forme exacte des
empilements (ou réseaux cristallins) diffère d’un minéral à un autre, ce qui explique
que les trois polymorphes ont des caractéristiques physiques différentes : dimensions
de la maille cristalline, par exemple, ou propriétés optiques et densité. À la densité la
plus élevée (celle du disthène) correspond l’empilement le plus compact. Mais le
passage d’une structure à une autre n’implique que des modifications relativement
faibles de la forme du réseau cristallin et des déplacements ioniques de l’ordre de
grandeur de la dimension de la maille cristalline (quelques Å).
Chacun de ces silicates d’alumine correspond à des conditions de stabilité bien
définies dans un espace P-T (figure 6.2 a). Il est possible de constater que, à température donnée, c’est la phase de haute pression qui présente la densité la plus élevée.
Les droites qui délimitent les champs de stabilité des trois polymorphes représentent
Figure 6.2 – Transformations polymorphiques : les silicates d’alumine.
a) Diagramme de phases selon Holdaway, 1971.
b) Situation des surfaces d’énergie libre dans un diagramme G-T, à 2 et 4 kb. À 2 kb,
chacun des trois polymorphes est caractérisé par un domaine de température dans
lequel il représente la phase la plus stable (configuration qui représente l’énergie libre
la plus faible). À 4 kb, l’énergie libre de l’andalousite est toujours plus élevée que celle
des deux autres polymorphes : ce minéral n’est pas stable dans ces conditions de
pression.
KY : disthène (r = 3,6); SIL : sillimanite (r = 3,25); AND : andalousite (r = 3,15); kk,
aa et ss : surfaces d’énergie libre du disthène, de l’andalousite et de la sillimanite.
(Kornprobst, 2001)
9782100522682-Nicollet.fm Page 81 Mardi, 29. décembre 2009 4:34 16
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6.2 • Réactions solide-solide entre minéraux anhydres
chimique SiO 2 : il s’agit du quartz a, du quartz b, de la tridymite, de la cristoballite,
de la coésite et de la stishovite. Chacune de ces espèces est stable dans un domaine
particulier de conditions P-T. Deux carbonates, la calcite et l’aragonite, ont la même
composition CaCO 3 ; l’aragonite est, en principe, le polymorphe de haute pression.
Le carbone (C) cristallise, suivant la profondeur, sous la forme de graphite ou de
diamant.
Trois silicates d’alumine ont aussi la même formule chimique. Ce sont l’andalousite,
la sillimanite et le disthène. Ces minéraux ont une composition chimique exprimée
par la formule Al 2 SiO 5 . Comme tous les silicates, ils sont constitués par des empilements réguliers, plus ou moins compacts, d’anions oxygène O 2– (rayon ionique
ri = 1,4 Å) qui délimitent des cavités tétraédriques dans lesquelles sont logés les petits
cations Si 4+ (ri = 0,42 Å), et des cavités octaédriques dans lesquelles entrent les
cations Al 3+ (ri = 0,51 Å) légèrement plus volumineux que les Si. La forme exacte des
empilements (ou réseaux cristallins) diffère d’un minéral à un autre, ce qui explique
que les trois polymorphes ont des caractéristiques physiques différentes : dimensions
de la maille cristalline, par exemple, ou propriétés optiques et densité. À la densité la
plus élevée (celle du disthène) correspond l’empilement le plus compact. Mais le
passage d’une structure à une autre n’implique que des modifications relativement
faibles de la forme du réseau cristallin et des déplacements ioniques de l’ordre de
grandeur de la dimension de la maille cristalline (quelques Å).
Chacun de ces silicates d’alumine correspond à des conditions de stabilité bien
définies dans un espace P-T (figure 6.2 a). Il est possible de constater que, à température donnée, c’est la phase de haute pression qui présente la densité la plus élevée.
Les droites qui délimitent les champs de stabilité des trois polymorphes représentent
Figure 6.2 – Transformations polymorphiques : les silicates d’alumine.
a) Diagramme de phases selon Holdaway, 1971.
b) Situation des surfaces d’énergie libre dans un diagramme G-T, à 2 et 4 kb. À 2 kb,
chacun des trois polymorphes est caractérisé par un domaine de température dans
lequel il représente la phase la plus stable (configuration qui représente l’énergie libre
la plus faible). À 4 kb, l’énergie libre de l’andalousite est toujours plus élevée que celle
des deux autres polymorphes : ce minéral n’est pas stable dans ces conditions de
pression.
KY : disthène (r = 3,6); SIL : sillimanite (r = 3,25); AND : andalousite (r = 3,15); kk,
aa et ss : surfaces d’énergie libre du disthène, de l’andalousite et de la sillimanite.
(Kornprobst, 2001)
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