3 Méthodes expérimentales
3.1 Stratégie expérimentale .1 Choix des compositions étudiées
Au cours de cette thèse, nous avons effectué une étude structurale et rhéologique systématique des deux diagrammes1 Na2O-Al2O3-SiO2 et K2O-Al2O3-SiO2, ainsi que du mélange entre le K et le Na dans les aluminosilicates. La figure 3.1 illustre les deux diagrammes Na2O-Al2O3-SiO2 et K2O-Al2O3 -SiO2 avec les compositions étudiées, et la figure 3.2 les différents verres mélangeant le sodium et le potassium à teneur constante en SiO2et Al2O3. Nous avons de plus étudié quelques compositions dans le diagramme Li2O-Al2O3-SiO2 (Fig. 3.3). Nos compositions vont des silicates purs aux aluminosilicates avec différentes proportions d’aluminium, et ce, à différentes teneurs en silice (de 50 à 90 mol % Figs. 3.1 et 3.3).
Le système Na2O-K2O-Al2O3-SiO2 (NKAS) constitue la base des magmas haplo-andésitiques et haplo-granitiques. Les relations liquide-minéraux, d’un intérêt géologique crucial, ont été très étudié (voir par exemple les études de Schairer, 1950; Schairer & Bowen, 1955, 1956; Schairer & Yoder, 1960). Les liquidus des produits sont maintenant connus, bien que certaines compositions « extrêmes » posent des problèmes expérimentaux, comme par exemple la Kalsilite (KAlSiO4) ayant un point de fusion supérieur estimé proche de 1750°C (Fig.3.1,Schairer & Bowen, 1955).
Les compositions feldspatiques (Orthose/Albite) ont un rapport M/Al de 1 (avec M un élément al-calin). Ce sont des compositions sur les joints tectosilicates des diagrammes NAS et KAS. De par leur importance géologique, nous avons choisi d’étudier différentes compositions le long de ce joint tectosi-licate sur les deux diagrammes, et d’effectuer les mélanges Na-K dans des compositions tectosilicatées. De faibles déviations du joint tectosilicate (id est du rapport M/Al = 1) peuvent produire des varia-tions importantes de viscosité des aluminosilicates fondus (Riebling, 1966; Taylor & Rindone, 1970; Toplis et al. , 1997b,a). Nous avons donc synthétisé des produits le long du joint 3 (M/Al=3) des deux diagrammes, ainsi que des compositions à 75 mol% SiO2 présentant différents rapports Na/Al dans le diagramme NAS. Des données de viscosité, calorimétrie et spectroscopiques sont déjà disponibles pour les silicates d’alcalins (voir par exemple Poole, 1949; Bockris et al. , 1955; Richet et al. , 1984; Richet & Bottinga, 1985; Richet, 1987; Murdoch et al. , 1985; Maekawa et al. , 1991a,b; Mysen & Frantz, 1992, 1993a, 1994b; Neuville, 2006). Les compositions présentées dans les figures 3.1 et 5.2 couvrent l’essentiel du domaine vitrifiable des diagrammes NAS et KAS. Les données acquises sur ces produits vont nous permettre de mieux comprendre les effets des rapports Al/Si et M/Al sur les propriétés des aluminosilicates fondus peralcalins, peralumineux et tectosilicatés. Les mesures effectuées sur les mé-1. Nous nommerons par la suite les diagrammes Na2O-Al2O3-SiO2 , K2O-Al2O3-SiO2 et Li2O-Al2O3-SiO2 respecti-vement diagrammes NAS, KAS et LAS.
R=3 R=1 (a) R=1 R=3 (b)
Figure 3.1: Diagrammes de phase des systèmes a) Na2O-Al2O3-SiO2 (NAS) et b) K2O-Al2O3-SiO2 (KAS) en fractions pondérales (Levin et al. , 1964). Les isocourbes représentent les tem-pératures de liquidus des phases minérales. R = M/Al, avec M = K ou Na. R = 3 : joint 3. R = 1 : joint 1, ou encore joint tectosilicate. Les compositions étudiées sont les points rouges.
3.1 Stratégie expérimentale
Figure 3.2: Mélanges Na2O-K2O dans les compositions tectosilicatées étudiées.
Figure 3.3: Diagramme de phase Li2O-Al2O3-SiO2 en fractions pondérales (Eppler, 1963). Les verres étudiés sont les carrés rouges. Les isocourbes représentent les températures de liquidus des phases minérales.
langes Na-K à différentes teneurs en silice dans des compositions tectosilicatés nous apporteront quant à elles certains éléments de réponses concernant l’effet alcalin mixte dans les aluminosilicates d’alcalins et la nature du mélange Na-K. En complément des données sur les diagrammes KAS et NAS, ainsi que sur les mélanges NKAS, nous avons étudié des verres dans le diagramme LAS le long des joints Li/Al = 1 et Li/Al = 3 (Fig. 3.3). Les premiers résultats obtenus nous permettront d’avoir une perspective plus globale sur l’impact de la taille du cation alcalin sur les propriétés structurales et rhéologiques des aluminosilicates vitreux et fondus.
Pour faire le lien entre ces compositions ternaires/quaternaires et les magmas naturelles, nous avons choisi certaines compositions naturelles riches en éléments alcalins. Comme nous l’avons vu lors de l’état de l’art, les laves de l’Erebus (Antarctique), du Vésuve (Italie) et du Mont Dore (France) sont très riches en sodium et potassium, et présentent chacunes des intérêts différents et pertinents. Nous avons donc choisis d’étudier ces produits à l’aide des méthodes expérimentales utilisées pour caractériser les propriétés des composition synthétiques. L’ensemble des résultats obtenus nous permettra de proposer une approche de l’étude rhéologique des laves permettant d’apporter des résultats quantitatifs à des fins d’applications directes, comme par exemple la modélisation des écoulements visqueux.
3.1.2 Choix des techniques analytiques utilisées
Les techniques utilisées pour caractériser les propriétés des aluminosilicates fondus et vitreux doivent nous permettre d’avoir une approche à la fois structurale, rhéologique et thermodynamique. Nous avons donc choisi d’utiliser la viscosimétrie comme outil de caractérisation des propriétés rhéologiques proches de la T g, celle-ci permettant de plus une caractérisation des propriétés thermodynamiques par le biais de la théorie d’Adam et Gibbs (1965). Le lien entre structure et rhéologie des aluminosilicates fondus nous a conduit à utiliser principalement deux types d’outils structuraux : les spectroscopies Raman et RMN.
La spectroscopie Raman est non-sélective et donne une vision globale du paysage moléculaire des verres et silicates fondus à courte et moyenne distance. Elle permet de connaître le type de liaisons, les espèces Qn ainsi que les différents anneaux de tétraèdres présents dans le verre étudié , la présence et la proportion d’anneaux de tétraèdres (Bell et al. , 1968, 1971; Sen & Thorpe, 1977; Galeener, 1979; Mysen et al. , 1980b; Sharma et al. , 1981; Galeener, 1982a,b; Seifert et al. , 1982; Galeener et al. , 1984; McKeown et al. , 1984; McMillan & Piriou, 1982; McMillan et al. , 1982; Mysen et al. , 1982; McMillan, 1984; Phillips, 1984; Sharma et al. , 1985; Mysen, 1990; McMillan et al. , 1992, 1994; Pasquarello & Car, 1998). Il est à noter que la spectroscopie Raman, outre son aspect qualitatif certain, est aussi un outil quantitatif qui permet l’étude et la quantification de l’état RedOx du fer dans les verres par exemple (Magnien et al. , 2006, 2008), ou encore l’étude des éléments volatils tels que l’eau que nous présenterons plus tard.
La spectroscopie RMN est une sonde spécifique permettant d’étudier l’environnement à courte dis-tance d’un atome en particulier, apportant ainsi des informations sur sa coordinence et ses interactions avec ses proches voisins. Cet outil a apporté de nombreuses réponses concernant la coordinence de l’alu-minium et du sodium dans le diagramme NAS en fonction de la composition chimique par exemple (George & Stebbins, 1996; Lee & Stebbins, 2000, 2003a, 2009). Elle permet de quantifier la proportion
3.2 Synthèse des verres
d’espèces Qn dans les silicates d’alcalins (Murdoch et al. , 1985; Maekawa et al. , 1991a; Stebbins et al. , 1992) mais aussi d’observer les différentes interactions entre les éléments grâce à des techniques de spectroscopie 2D (voir la revue de Massiot et al. , 2008et références citées).
L’étude des produits naturelles a également été réalisée à l’aide de mesures de viscosité et de la spectroscopie Raman. Nous avons caractérisé les compositions chimiques des verres des ponces, puis refondu celles-ci afin d’obtenir un silicate fondu ayant une composition proche de celle du magma parental à l’exception bien sûr de la teneur en volatils. Cette approche nous permet de quantifier les viscosités des différentes laves, et couplée à une modélisation des effets des cristaux, des bulles et des volatils, de proposer un modèle ad hoc de viscosité pour les volcans étudiés. Dans le cas du volcan Erebus, l’étude conjointe des informations apportées par les inclusions vitreuses et des relations entre les états RedOX du fer et du soufre dans les magmas permet d’apporter des informations quant aux conditions P/T/fO2 que le magma a rencontré (voir Oppenheimer et al. , 2011 et références citées). Dans le cadre d’une collaboration avec Clive Oppenheimer de l’université de Cambridge, nous avons effectué de la spectroscopie XANES au seuil K du fer in situ sur des phonolites de l’Erebus fondues à haute température. Nous présenterons aussi ces résultats dans cette thèse, qui mettront en avant l’intérêt des données expérimentales dans le cadre de la compréhension d’un édifice volcanique.
3.2 Synthèse des verres
3.2.1 Verres simples
Les verres synthétiques ont été préparés à partir de poudres d’oxydes SiO2, Al2O3, Na2CO3, K2CO3 ultra-pures selon le protocole décrit dans Schairer & Bowen (1955; 1956) . Les poudres, hygroscopiques, ont été séchées préalablement durant une nuit à 1100°C pour l’Al2O3 et le SiO2; et à 350°C pour le Na2CO3 et le K2CO3. Après un refroidissement dans un dessiccateur, les poudres ont été pesées dans les proportions voulues dans un creuset en platine, sur une balance Sartorius de précision 0.1 mg. Les produits ont ensuite été mélangés une première fois dans un mortier mécanique en agate pendant une heure, dans de l’éthanol. Ensuite, après séchage des poudres, une première fusion lente a été effectuée afin de décarbonater les poudres de carbonates de sodium et potassium et de lier les alcalins à la silice et l’alumine pour éviter leur volatilisation précoce (Schairer & Bowen, 1955, 1956). Cette étape a été effectuée en montant la température de 500 à 1200 °C en 24 à 72 heures, la durée dépendant de la chimie (quantité de carbonates et viscosité) du produit. Ensuite, les produits ont été portés jusqu’à fusion complète, au dessus de leur température de liquidus. Ceci a notamment impliqué des températures de plus de 1693°C pour le verre de Leucite et de plus de 1720°C pour le verre de Kalsilite (Schairer & Bowen, 1955). Après la trempe du creuset dans de l’eau, les variations de poids ont été suivies par pesée, afin de déterminer si la décarbonatation était complète et si aucune perte d’alcalins ne s’est produite. Puis, le verre a été broyé à l’aide d’un mortier-pillon albich en acier. D’éventuelles limailles de fer, provenant du mortier-pillon albich, peuvent se trouver dans les fragments de quelques millimètres de verre après ce premier broyage. Un aimant a donc été passé dans ces fragments afin de retirer toute limaille et d’éviter la contamination du produit. Ensuite, les fragments de verre ont été placés dans le mortier en agate mécanique pendant une heure. La poudre obtenue a été refondue. Cette étape a été 75
répétée trois fois (quatre cycles broyages-fusion en tout), ceci afin d’assurer une homogénéité maximale de ces verres, qui à la vue de leur forte viscosité à haute température ne peuvent être homogénéisés par brassage à l’état liquide. Finalement, les verres ont été trempés de la haute température à une température environ 50° plus basse que leur Tg, où ils ont été recuits pendant 24 heures. Le recuit permet de relaxer les contraintes accumulées dans le verre pendant la trempe, et ainsi de le carotter pour obtenir les cylindres servant à effectuer les mesures de viscosité. Le tableau 3.1 référence la composition chimique et les noms des différents produits synthétisés et étudiés.
Table 3.1: Noms, compositions chimiques nominales (no) et analysées (an) et densité des produits synthétisés. Les concentrations en Li2O ont été déterminées à partir de la différence à 100 (voir texte). v : volatilisation lors des analyses à la microsonde. n.a. : non analysé. Voir sous-section 3.3.1 pour les conditions de mesures à la microsonde de la composition des verres.
Produit %SiO2 %Al2O3 %K2O %Na2O %Li2O densité NAK83.8.0 no mol% 83.00 8.50 0.00 8.50 0.00 no pds% 78.16 13.58 0.00 8.26 0.00 an pds% 78.91 (29) 13.96(19) 0.00(3) 7.13(18) n.a. 2.317(5) NAK83.8.2 no mol% 83.00 8.50 2.12 6.38 0.00 no pds% 77.33 13.44 3.10 6.13 0.00 an pds% 77.82(58) 13.19(12) 3.01(12) 5.98(16) n.a. 2.318(7) NAK83.8.4 no mol% 83.00 8.50 4.25 4.25 0.00 no pds% 76.52 13.30 6.14 4.04 0.00 an pds% 76.81(19) 13.19(26) 5.99(15) 4.01(17) n.a. 2.317(4) NAK83.8.6 no mol% 83.00 8.50 6.38 2.12 0.00 no pds% 75.72 13.16 9.13 2.00 0.00 an pds% 76.10(21) 13.15(13) 8.68(9) 2.06(11) n.a. 2.323(6) NAK83.8.8 no mol% 83.00 8.50 8.50 0.00 0.00 no pds% 74.94 13.02 12.03 0.00 0.00 an pds% 75.11(68) 13.19(18) 11.59(17) 0.11(3) n.a. 2.313(7) KA75.00 no mol% 75.00 0.00 25.00 0.00 0.00 no pds% 65.68 0.00 34.32 0.00 0.00 an pds% v - - v - 2.426(5) NA75.00 no mol% 75.00 0.00 0.00 25.00 0.00 no pds% 74.41 0.00 0.00 25.59 0.00 an pds% v - - v - 2.430(4) NA75.02 no mol% 75.00 2.00 0.00 23.00 0.00 no pds% 73.44 3.32 0.00 23.23 0.00 an pds% 74.92(51) 3.43(8) 0.04(4) 21.59(52) n.a. 2.416(8) Suite à la prochaine page
3.2 Synthèse des verres
Suite du Tableau 3.1 : Compositions étudiées
Produit %SiO2 %Al2O3 %K2O %Na2O %Li2O densité NA75.06 no mol% 75.00 6.00 0.00 19.00 0.00 no pds% 71.58 9.72 0.00 18.70 0.00 an pds% 71.19(54) 10.29(32) 0.07(5) 17.94 n.a. 2.402(1) NA75.09 no mol% 75.00 9.00 0.00 16.00 0.00 no pds% 70.24 14.30 0.00 15.46 0.00 an pds% 70.13(51) 14.63(10) 0.07(2) 15.16(33) n.a. 2.393(3) NAK75.12.0 no mol% 75.00 12.50 0.00 12.50 0.00 (NA75.12) no pds% 68.74 19.44 0.00 11.82 0.00 NaAlSi3O8 an pds% 68.71(46) 19.49(23) 0.00(1) 11.81(20) n.a. 2.369(1) NAK75.12.2 no mol% 75.00 12.50 2.38 10.10 0.00 no pds% 67.94 19.22 3.38 9.45 0.00 an pds% 68.28(61) 19.23(30) 3.37(11) 9.11(28) n.a. 2.374(3) NAK75.12.5 no mol% 75.00 12.50 4.82 7.68 0.00 no pds% 67.15 18.99 6.77 7.09 0.00 an pds% 67.48(57) 18.91(12) 6.73(27) 6.87(8) n.a. 2.368(3) NAK75.12.6 no mol% 75.00 12.50 6.25 6.25 0.00 no pds% 66.69 18.86 8.71 5.73 0.00 an pds% 65.77(62) 18.57(47) 8.50(38) 5.55(29) n.a. 2.371(3) NAK75.12.7 no mol% 75.00 12.50 7.32 5.18 0.00 no pds% 66.35 18.77 10.15 4.73 0.00 an pds% 65.67(80) 18.15(61) 9.75(47) 4.50(13) n.a. 2.372(1) NAK75.12.10 no mol% 75.00 12.50 9.88 2.62 0.00 no pds% 65.56 18.54 13.54 2.36 0.00 an pds% 64.75(61) 18.17(30) 13.19(11) 2.37(28) n.a. 2.370(4) NAK75.12.12 no mol% 75.00 12.50 12.50 0.00 0.00 KAlSi3O8 no pds% 63.73 18.37 16.11 0.00 0.00 an pds% 64.84(66) 18.69(40) 16.39(48) 0.08(4) n.a. 2.357(4) NA75.16 no mol% 75.00 16.00 0.00 9.00 0.00 no pds% 67.30 24.37 0.00 8.33 0.00 an pds% 67.38(52) 24.47(54) 0.04(2) 8.10(20) n.a. 2.375(4) NAK67.16.0 no mol% 66.67 16.67 0.00 16.67 0.00 NaAlSi2O6 no pds% 59.45 25.22 0.00 15.33 0.00 an pds% 59.41(45) 25.46(31) 0.02(2) 15.11(45) n.a. 2.422(6) NAK67.16.16 no mol% 66.67 16.67 16.67 0.00 0.00 KAlSi2O6 no pds% 55.06 23.36 21.58 0.00 0.00 an pds% 54.21(38) 23.62(18) 21.08(15) 0.10(2) n.a. 2.401(5) Suite à la prochaine page
Suite du Tableau 3.1 : Compositions étudiées
Produit %SiO2 %Al2O3 %K2O %Na2O %Li2O densité NAK58.21.0 no mol% 58.00 21.00 0.00 21.00 0.00 no pds% 50.30 30.91 0.00 18.79 0.00 an pds% 49.96(93) 31.40(52) 0.00(2) 18.71(37) n.a. 2.465(1) NAK58.21.5 no mol% 58.00 21.00 5.25 15.8 0.00 no pds% 49.08 30.16 6.97 13.79 0.00 an pds% 49.24(26) 30.49(22) 6.25(5) 13.33(10) n.a. 2.462(3) NAK58.21.10 no mol% 58.00 21.00 10.50 10.50 0.00 no pds% 47.96 29.47 13.61 8.96 0.00 an pds% 48.13(46) 29.82(15) 12.33(12) 9.05(19) n.a. 2.460(4) NAK58.21.15 no mol% 58.00 21.00 15.80 5.25 0.00 no pds% 46.87 28.80 19.96 0.00 0.00 an pds% 47.87(41) 29.64(23) 17.71(13) 4.23(8) n.a. 2.452(2) NAK58.21.21 no mol% 58.00 21.00 21.00 0.00 0.00 no pds% 45.84 28.16 26.01 0.00 0.00 an pds% 46.41(54) 28.40(41) 24.94(52) 0.13(4) n.a. 2.442(1) NAK50.25.0 no mol% 50.00 25.00 0.00 25.00 0.00 NaAlSiO4 no pds% 42.30 35.89 0.00 21.82 0.00 an pds% 41.59(40) 36.12(55) 0.04(4) 21.75(46) n.a. 2.494(2) NAK50.25.6 no mol% 50.00 25.00 6.25 18.80 0.00 no pds% 41.13 34.90 8.06 15.91 0.00 an pds% 40.46(40) 34.55(33) 7.84(26) 15.86(28) n.a. 2.499(5) NAK50.25.12 no mol% 50.00 25.00 12.50 12.50 0.00 no pds% 40.03 33.96 15.69 10.32 0.00 an pds% 40.29(20) 33.97(35) 15.45(29) 10.28(25) n.a. 2.494(4) NAK50.25.18 no mol% 50.00 25.00 18.80 6.25 0.00 no pds% 38.96 33.05 22.97 5.02 0.00 an pds% 38.80(36) 33.33(26) 22.99(22) 4.32(11) n.a. 2.452(2) NAK50.25.25 no mol% 50.00 25.00 25.00 0.00 0.00 KAlSiO4 no pds% 37.99 32.23 29.78 0.00 0.00 an pds% 38.51(55) 32.20(43) 29.40(34) 0.10(5) n.a. 2.463(6) NA65.09 no mol% 65.00 8.75 0.00 26.25 0.00 no pds% 60.79 13.89 0.00 25.32 0.00 an pds% 61.75(45) 13.67(24) 0.03(2) 24.56(73) n.a. 2.472(4) NA58.10 no mol% 58.00 10.50 0.00 31.50 0.00 no pds% 53.55 16.45 0.00 30.00 0.00 an pds% 54.61(28) 16.42(18) 0.05(2) 28.92(37) n.a. 2.502(5) Suite à la prochaine page
3.2 Synthèse des verres
Suite du Tableau 3.1 : Compositions étudiées
Produit %SiO2 %Al2O3 %K2O %Na2O %Li2O densité KA90.05 no mol% 90.00 5.00 5.00 0.00 0.00 no pds% 84.60 8.00 7.40 0.00 0.00 an pds% 83.74(24) 7.90(15) 7.26(13) 0.00(3) n.a. n.a. KA80.05 no mol% 80.00 5.00 15.00 0.00 0.00 no pds% 71.4 7.60 21.00 0.00 0.00 an pds% 74.85(44) 7.56(14) 15.12(22) 0.00(4) n.a. 2.320 KA72.07 no mol% 72.00 7.00 21.00 0.00 0.00 no pds% 61.60 10.20 28.20 0.00 0.00 an pds% 61.41(28) 10.17(24) 27.42(33) 0.00(2) n.a. 2.408 KA65.09 no mol% 65.00 8.75 26.25 0.00 0.00 no pds% 53.70 12.30 34.00 0.00 0.00 an pds% 53.32(55) 12.49(43) 31.68(28) 0.00(3) n.a. 2.451 LA77.05 no mol% 77.00 5.75 0.00 0.00 17.25 no pds% 80.80 10.20 0.00 0.00 9.00 an pds% 82.17 10.68 0.00 0.00 7.15 2.319 LA75.12 no mol% 75.00 12.50 0.00 0.00 12.50 LiAlSi3O8 no pds% 73.20 20.70 0.00 0.00 6.10 an pds% 74.50 20.74 0.00 0.00 5.77 2.344 LA72.07 no mol% 72.00 7.00 0.00 0.00 21.00 no pds% 76.30 12.60 0.00 0.00 11.10 an pds% 78.14 13.23 0.00 0.00 8.63 2.348 LA67.16 no mol% 67.00 16.50 0.00 0.00 16.50 LiAlSi2O6 no pds% 64.90 27.10 0.00 0.00 8.00 an pds% 66.88 27.48 0.00 0.00 5.64 2.369 LA60.10 no mol% 60.00 10.00 0.00 0.00 30.00 no pds% 65.30 18.50 0.00 0.00 16.20 an pds% 67.46 18.78 0.00 0.00 13.76 2.392 LA50.25 no mol% 50.00 25.00 0.00 0.00 25.00 LiAlSiO4 no pds% 47.70 40.40 0.00 0.00 11.90 an pds% 48.88 40.44 0.00 0.00 10.67 2.431 Fin du tableau 3.2.2 Verres naturels
La fusion totale des produits pyroclastiques (ponces et bombes volcniques) des dépôts des volcans étudiés nous a permis d’obtenir des verres naturels, dont la composition chimique a l’intérêt d’être représentative de celle du magma parental dépourvu de bulles, volatils et cristaux. Ces produits sont nécessaires pour les mesures de viscosité. Avant d’être fondues, les bombes volcaniques de l’Erebus ont été cassées, puis environ 100 grammes de fragments ont été placés dans un creuset en platine. 79
Élément Vésuve GP79 Vésuve GP79 P MtDore MD MtDore P Erebus Ref SiO2 54.49(40) 54.60(89) 76.74(20) 74.40(69) 57.43(46) Al2O3 19.31(25) 20.52(37) 13.03(04) 12.22(19) 19.84(24) Na2O 4.44(23) 5.37(1.14) 3.43(04) 4.08(53) 7.03(35) K2O 8.55(16) 7.07(85) 5.36(03) 4.23(35) 4.63(16) CaO 5.19(25) 4.38(1.05) 0.41(01) 0.35(1) 2.57(11) MgO 1.75(09) 0.40(10) 0.05(04) 0.04(1) 0.89(5) FeO 4.07(12) 3.32(58) 0.89(07) 0.68(0) 5.31(19) TiO2 0.54(10) 0.31(10) 0.15(10) 0.13(8) 0.96(13) MnO 0.12(06) 0.11(3) n.a. n.a. 0.19(20) GeO2 0.01(02) 0.01(2) n.a. n.a. 0.01(1)
SrO 0.06(09) 0.10(10) n.a. n.a. 0.06(7) P2O5 n.a. n.a. 0.03(00) 0.02(0) n.a.
ZnO n.a. n.a. 0.09(11) 0.00(0) n.a. Total 98.55(51) 96.20(2.73) 100.18(06) 96.16(76) 98.95(68) densité 2.542(2) - 2.328(5) - 2.534(3)
Table 3.2: Compositions chimiques (en pds%) mesurées à la microsonde SX50 au service CAMPARIS Paris 6 des produits naturels étudiés. Vésuve GP79 : verre obtenu à partir de la fusion des ponces grises du niveau Euf3 de l’éruption AD79 du Vésuve (Italie). Vésuve GP79 P : analyse du verre des ponces grises du niveau Euf3 de l’éruption AD79 du Vésuve (Italie). MtDore ref : verre obtenu à partir de la fusion de ponces de la Grande Nappe, échantillonnées à Farges (France). MtDore P : analyse du verre des ponces du site de Farge de la Grande Nappe de ponces du Mont Dore. Erebus Ref : verre obtenu à partir de la fusion d’un morceau de bombe volcanique de l’Erebus (Antarctique), échantillonné par Clive Oppenheimer.
Concernant les ponces du Vésuve et du Mont Dore, elles ont au préalable été triées, afin de vérifié leur pureté (présence de terres, sable...) et de pouvoir les nettoyer. Après cette étape préliminaire, elles ont été placées dans un creuset en platine. Ensuite, afin de suivre la déshydratation de ces produits et d’avoir leur teneur en eau par perte au feu, un processus de fusion particulier a été adopté. Tout d’abord, les produits ont été portés à 200°C dans leur creuset de platine pendant une nuit, puis refroidis et pesés. Cette étape a été effectuée afin d’enlever l’eau adsorbée à la surface et dans la porosité ouverte des échantillons. Les produits ont ensuite été portés à 1200°C, puis trempés une première fois afin de mesurer leur perte de masse. Ils ont finalement été chauffés à 1550-1600°C pour obtenir un silicate fondu. L’adoption de températures élevées a été nécessaire pour fondre les oxydes de fer présents dans les ponces et laves. Le liquide silicaté obtenu a été trempé, et le verre en résultant pesé, pour déterminer la perte de masse entre 1200°C et la température de chauffe finale afin de vérifier si la déshydratation des produits était totale. Enfin, comme pour les verres de synthèse, nous avons effectué trois cycles de broyage-fusion pour obtenir des verres homogènes, avec une étape finale de recuit à ∼50° sous leur T g estimée à partir de données de la littérature sur des compositions similaires. Les verres obtenus ont été analysés à la microsonde SX50 (voir sous-section 3.3.1), les résultats sont fournis dans le tableau 3.2.
3.3 Caractérisation usuelle des verres : microsonde électronique et densité