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De la composition chimique des minéraux
à la thermobarométrie

 

ANALYSE CHIMIQUE DES MINÉRAUX DANS UNE LAME MINCE DE ROCHE : LA MICROSONDE ELECTRONIQUE

Document 1 : LA TELEVISION MINERALE

Ecran avec visualisation d'une lame mince d'amphibolite des Tauern, Autriche (X400)

Stage = platine orientable commandée manuellement par 3 verniers.

Les chiffres sous Y, Y et Z, figurent les coordonnées du point de mesure.
- -  Le tir d'électrons se fait entre les deux traits rouges.
X : abscisse

Y : ordonnée

Z : Perpendiculaire au plan XY de la lame mince

Les quatre rectangles en bas de l'écran correspondent aux quatre spectromètres, fonctionnant pour l'analyse considérée, sur les cinq disposés autour de la colonne centrale. Chaque spectromètre est réglé pour un certain nombre d'éléments chimiques dont la nature apparaît, dans le rectangle correspondant, au moment de la mesure. L'importance relative de l'élément est visualisée par une colonne verticale plus ou moins haute.
E.2 : gain (facteur d'amplification du signal émis, ici X2).
LIF, PET, TAP : Abréviations désignant les systèmes de détection des spectromètres, par exemple : LIF = Lithium fluorure.

 

EXPLOITATION DES RÉSULTATS : LA THERMOBAROMÉTRIE

 

Document 2 : Analyse d'une lame de micaschiste, Ile de Groix : listing en % d'oxydes

Oxydes

Minéraux cogénétiques analysés

phengite
a

grenat
(cœur)

phengite
b

grenat
(périphérie)

SiO2

49,10

37,58

48,58

37,13

TiO2

0,19

-

0,14

0,18

Al2O3

29,96

21,02

-

-

FeO total

4,46

23,75

4,58

30,08

MnO

-

7,28

-

1,47

MgO

2,30

1,51

2,21

1,47

CaO

-

8,57

-

8,28

Na2O

0,54

-

0,30

-

K2O

9,99

-

10,20

-

Total

95,94

99,90

95,97

99,63

(tout le fer est exprimé en % de FeO, c'est à dire FeO total = FeO + Fe203 X 1,11)
La phengite est un mica blanc.

Totaux : grenat, minéral anhydre, total environ 100% ; phengite, minéral hydraté, total inférieur à 100%

 

Document 3 : Analyses recalculées en formules cationiques

Cations

Minéraux cogénétiques analysés

phengite
a

grenat
(cœur)

phengite
b

grenat
(périphérie)

Si

3,284

3,003

3,253

2,986

Al4+

0,716

-

0,747

0,014

Al3+

1,599

1,999

1,617

1,979

Ti

0,009

-

0,007

0,011

Fe3+

0,186

-

0,218

-

Fe2+

0,064

1,588

0,039

2,024

Mn

-

0,493

-

0,101

Mg

0,229

0,180

0,221

0,177

Ca

-

0,735

-

0,714

Na

0,071

-

0,039

-

K

0,852

-

0871

-

 

Document 4 : Détermination des domaines de pression et de température à l'aide de minéraux cogénétiques dans un micaschiste à grenat, biotite, plagioclase et silicates d'alumine.

a- Localisation des analyses de minéraux en contact.

sonde4.gif (7704 octets)

- Les variations de composition chimique dans le couple grenat-biotite vont permettre de déterminer les variations de température.
- Les variations de composition chimique dans le couple grenat-plagioclase , à l'équilibre avec le silicate d'alumine et le quartz, vont permettre de déterminer les variations de pression.

b- Diagramme

sonde5b.GIF (148 octets) Fourchettes de pression et de température résultant des désaccords entre les différents calibrations barométriques et thermométriques.

 

Document 5 : Détermination des  pressions et températures d'après l'analyse des amphiboles d'une amphibolite des Tauern, Autriche.
a- Localisation des sites d'analyse.

sonde6.GIF (9068 octets)

Amph1 = amphibole matérialisant une première schistosité S1
Amph2 = amphibole matérialisant une deuxième schistosité S2
Amph3 = amphibole recoupant les plans de schistosité S2
Ep = épidote
Plg = plagioclase (albite)

b- Relation Pression-Température.

Quelques sites d'analyse effectués
dans les amphiboles

Température en °C

Pression en kbar

3

530

4,5

5 (cœur)
6
7
(périphérie)

300
310
560

0,3
0,4
5,5

63

620

6,7

11 (cœur)
12
10
(périphérie)

200
450
670

0,2
4,4
7,5

67 (cœur)
68
(périphérie)

610
580

5,6
4,5

71

300

0,6

73 (cœur)
72 (périphérie)

480
440

2,1
2

74 (Cœur)
75 (périphérie)

560
570
3,5
2,4

61

200

0,5

Les quelques sites exploités dans ce document sont rangés dans le tableau 5b dans l'ordre des phases de déformation que matérialisent respectivement les différentes amphiboles.

 

La microsonde électronique
sonde1.jpg (44828 octets)
sonde2.jpg (26753 octets)1  Cathode
2  Ion pomp
3  Alignment coils
4  Electron absorber liner tube
5  Condenser lenses
6  Aperture system
7  Beam regular
8  Faraday cup
9  Wavelength dispersive spectrometer
10 Diffracting crystal
11 Gas counter
12 Specimen
13 Specimen chamber
14 Specimen stage drivers, optical position encoder
15 Energy dispersive spectometer

16 E.D.S. operture
17 Probe forming lens
18 Backscttered electron detectors
19 Specimen airlook

 

Complément 1

Au cours des déformations successives, les minéraux nouvellement formés peuvent être de nature différente des précédents, ou  peuvent  être de même nature. Dans ce dernier cas, leurs compositions chimiques sont différentes si les conditions P-T ont été différentes au cours des épisodes de déformation.
Cela signifie que les roches métamorphiques ont une mémoire structurale, mais aussi une mémoire chimique.

 

Complément 2

Les zonations chimiques des minéraux peuvent être pressenties par observation microscopique (variations de couleurs, présence ou absence d'inclusions), mais elles ne sont vraiment et finement détectables qu'à la microsonde électronique. Chaque analyse ponctuelle effectuée à l'intérieur d'un minéral est caractéristique des conditions P-T à un instant ponctuel t de sa cristallisation !

Les zonations chimiques sont caractéristiques de réactions continues (de variance 2, d'après la règle des phases) et de réactions d'échange (de variance 3). Les réactions inter-minérales (de variance 1) sont, quant à elles, directement observables au microscope.

Seules les réactions de variances 2 et 3 sont utilisables pour effectuer des calculs thermo-barométriques, (pour lesquelles on ne doit jamais utiliser de moyennes d'analyses). Les réactions inter-minérales ne doivent être utilisées qu'à titre indicatif, pour contrôler le passage, à un instant ponctuel t, d'un chemin P-T calculé, à travers la courbe correspondant à la réaction réelle (sans faire intervenir des minéraux non observés dans la lame !), ainsi que pour contrôler le sens du chemin pour cette réaction.
Il est donc très peu performant de se servir uniquement de réactions inter-minérales si on veut obtenir des chemins P-T-t quantitatifs complets (progrades/rétrogrades).

 

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