Ce rappel de connaissances concernant la minéralogie s'appuie sur Lamreyre (1975) et Caillère, et al. (1982).
La plupart des roches sont des agrégats de minéraux pouvant être distinguer les uns des autres par des propriétés différentes (densité, couleur, magnétisme, dureté...). Tous les minéraux possèdent une structure cristalline qui est plus ou moins organisée. Ainsi, on distingue les minéraux qui présentent des structures géométriques quelconques -les xénomorphes- des cristaux qui présentent un arrangement régulier de la matière selon des réseaux tridimensionnels -les automorphes-. Il se peut que l'organisation de la matière soit imparfaite, on parle alors de matière amorphe (Figure AII.1).
Figure A II-1: Structure d'un silicate cristallin (a) et exemple de structures de verres amorphes (b) où les édifices élémentaires sont disposés sans régularité, ni symétrie.
C'est donc l'arrangement de la structure cristalline qui déterminent les propriétés physiques des minéraux.
On a l'habitude de classer les minéraux en deux grandes familles, celle des silicates et celle de tous les autres minéraux où le silicium n'entre pas dans la composition chimique que l'on nomme minéraux non silicatés.
VII.1 Les silicates
Les silicates représentent un ensemble de minéraux dont le point commun est le tétraèdre de (SiO4)4-. Les oxygènes d'un tétraèdre peuvent être en commun avec d'autres tétraèdres de façon à créer des structures pouvant aller de simples chaînes de tétraèdres à de véritables réseaux. Ces structures peuvent constituer de vraies charpentes chargées négativement et où donc les ions ont tendance à se repousser. La stabilité de l'ensemble des compositions tétraédriques est assurée par des liaisons avec des cations. Dans le cas de silicates présentant
La figure AII-2 résument l'ensemble des structures trouvées dans la famille des silicates et le nom qui est associé à chacune d'elles.
(a) (b) (c) (d)
pyroxène amphibole
(e) (f)
Figure A II-2: Structures des nésosilicates (a), des sorosilicates (b), des cyclosilicates (c), des inosilicates (d), des phyllosilicates (e) et un exemple de structure de tectosilicates (f).
Le diamètre de Al3+ est très proche de celui de Si4+, il arrive donc que cet ion se substitue au silicium dans un tétraèdre. Ces substitutions font qu'il se crée un déséquilibre de charges qui doit être compensé par des cations, comme le montre figure AII-3. Ainsi selon le nombre de substitutions, on peut arriver à des compositions chimiques de minéraux de plus en plus complexes. Bien que l'aluminium soit le principal ion pouvant se substituer au silicium, Fe3+ et Ti4+ peuvent aussi jouer ce rôle.
Les cations qui sont le plus souvent trouvés comme compensateur de charges dans les minéraux sont, Na+, K+, Mg2+, Ca2+ et Mn2+. Mais on peut aussi rencontrer d'autres ions pouvant remplacer ces cations, comme par exemple Rb+, Cs+, ou Ba2+.
introduit un déséquilibre de charges compensé par l'insertion entre les feuillets de gros alcalins, ici K.
Finalement, si on se penche sur les éléments d'un réseau silicaté, on peut distinguer d'une part les éléments constitutifs du réseau, soient Si, ses substituts (Al, Fe, Ti), et les oxygènes, et d'autre part les éléments interstitiels dans le réseau que sont tous les cations liés par des liaisons ioniques avec la matrice silicatée.
VII.2 Les minéraux non silicatés
Ces minéraux existent pour la plupart dans les roches en faible quantité. On classe ces minéraux en fonction de leur composition chimique. Il en existe 8 groupes:
• Les éléments natifs: Ce sont les métaux ou les alliages qui se trouvent à l'état natif dans la nature. On trouve ainsi principalement l'or, le platine, l'argent, les alliages Ni-Fe provenant des météorites.
• Les halogénures: On trouve les chlorures qui sont souvent des évaporites formées à partir de solutions concentrées par évaporation en milieu marin ou continental, c'est le cas de la halite NaCl ou de la sylvite KCl. Il existe aussi des fluorures dont l'espèce commune est la fluorite CaF2.
• Les sulfures et sulfosels: Ce sont des minéraux minerais puisque le soufre est associé à des éléments métalliques utiles à l'industrie. On y trouve ainsi la pyrite FeS2, la chacolpyrite CuFeS2, la galène PbS ou la blende ZnS.
• Les oxydes et les hydroxydes: Ce sont également des minéraux minerais, comme l'hématite
αFe2O3, la goethite FeO(OH), le spinelle (MgAl2O4), ou la gibbsite Al(OH)3.
• Les carbonates: Le plus commun CaCO3 se présente sous deux formes la calcite et l'aragonite souvent fibreuse. On trouve aussi la dolomite CaMg(CO3)2 et la magnésite MgCO3.
• Les tungstates: Ils présentent deux minéraux la wolframite (Fe, Mn)WO4 et la scheelite CaWO4.
• Les phosphates: L'apatite Ca5(PO4)3(OH) est l'espèce la plus commune. Elle se présente sous forme de cristaux globuleux.
VII.3 Les minéraux présents dans les loess du Cap Vert
Pour les loess du Cap vert qui constituent la principale phase solide que nous utilisons, le tableau AII-1 présente pour chacun des minéraux recensé les caractéristiques minéralogiques.
Minéral Formule Famille Genre
Quartz SiO2 Tectosilicate ploymorphe de SiO2
Muscovite KAl2(Si, Al)3O10(OH, F)2 Phyllosicilcates Micas Kaolinite Al2Si2O5(OH)4 Phyllosilicates Argiles
Anorthoclase K(Si3Al)O8 Tectosilicates Feldspaths alcalins Augite (Ca, Mg, Fe)2(Si, Al)O6 Inosilicates Pyroxènes
Acmite NaFeSi2O6 Inosilicates Pyroxènes
(Halite NaCl Non silicaté Chlorure Evaporite
Calcite CaCO3 Non silicaté Carbonates)
Tableau A II-1: Présentation des différents minéraux présents dans les loess du Cap Vert
On retrouve dans les loess du Cap Vert aussi bien des silicates que des non silicates. Ainsi les éléments dissous pourront avoir des situations minéralogiques différentes:
• Les éléments dissous à partir des structures non silicatés, qui sont liés par des liaisons ioniques dans le minéral. C'est par exemple le cas de Na+ dans la halite ou Ca2+ dans la calcite.
• Les éléments constitutifs du réseau silicaté, qui sont liés dans le minéral par des liaisons covalentes fortes avec des oxygènes afin d'assurer la stabilité du réseau. C'est le cas de Si, mais aussi de Al, Fe ou Mn qui peuvent être des substituts du silicium.
• Les éléments interstitiels du réseau silicaté qui servent à équilibrer le déficit de charge induit par la substitution de Si4+ par Al3+ par exemple. Les éléments sont donc liés dans la matrice par des liaisons ioniques, beaucoup plus fragiles que les liaisons covalentes. C'est le cas de beaucoup d'ions, comme Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ ou Mn2+.