Surfaces altérées et minéraux secondaires

Maintenant que nous avons montré que les résultats expérimentaux, nous nous

proposons de décrire l’effet de l’altération sur les phases minérales considérées dans

cette étude.

Evolution des minéraux primaires

Les planches des Figure 4.9, Figure 4.11 et Figure 4.12 présentent les résultats

obtenus au MEB pour la caractérisation des surfaces des phases minérales avant et

après altération (charges expérimentales). La Figure 4.9 représente des cristaux avant

lixiviation. Les minéraux primaires identifiés dans les échantillons correspondent à

ceux qui avaient été au préalable déterminés par EDS : olivine, pyroxène, spinelle.

Les spectres EDX (Figure 4.10) permettent d’obtenir une composition

semi-quantitative de ces minéraux. Nous avons ainsi pu confirmer que les pyroxènes sont

très riches en Mg et Ca et contiennent peu de Fe. Ils appartiennent donc à la série

diopside-augite-pigeonite (clinopyroxènes). Les olivines sont très riches en Mg leur

composition est très proche de celle du pôle forstérite.

Dans ce qui suit, nous nous sommes particulièrement intéressés aux olivines.

Après 10 jours de lixiviation en système fermé (Figure 4.11), les surfaces semblent avoir

été peu modifiées par l’interaction avec les fluides d’altération. En effet, que l’on

observe les minéraux issus de la série A (altérés en milieu acide) ou de la série B

(altérés en milieu basique), les grains présentent des surfaces intactes, des angles peu

arrondis et pas de figures de dissolution.

Nous en déduisons que l’altération en système fermé (à l’échelle d’une dizaine de

jours) a peu d’effet visible sur les surfaces minérales. Cela est en accord avec les

modélisations effectuées avec PHREEQC dans lequel nous avons calculé que le système

n’évolue que très peu après les quelques premières heures. Les grains les plus fins de la

poudre se dissolvent très rapidement et la solution atteint des concentrations proches

de celles à l’équilibre.

Au contraire, les surfaces minérales des olivines observées après 125 jours de

lixiviation en système semi-ouvert présentent d’importants indices de dissolution

(Figure 4.12).

Figure 4.9 : Minéraux primaires observés dans la poudre de dunite utilisée pour les expériences de lixiviation. De

gauche à droite et de haut en bas : olivine (vue d’ensemble), olivine (surface), pyroxène (de la série

Figure 4.11 : Etat de surface des minéraux primaires (olivines) après 10 jours de lixiviation en système fermé. Il est

possible que les placages et autres petits minéraux visibles sur les photographies soient un mélange de minéraux

secondaires, de fragments d’olivine et d’antigorite. Toutefois, ceux-ci sont trop petits pour être analysés avec

précision.

Figure 4.12 : Diversité des puits de dissolution observés dans les olivines des séries AC (images A, B, E) et BC (images

C, D, F). Images SEM : A - grandissement : M = x1 300, tension d’accélération : Vacc = 10 kV ; B - M = x10 000, Vacc = 10

kV ; C - M = x4 000, Vacc = 5 kV ; D - M = x10 000, Vacc = 5 kV ; E – M = x4 000 , Vacc = 10 kV ; F - M = x7 000 , Vacc = 15 kV.

Ces figures de dissolution sont beaucoup plus abondantes sur les minéraux altérés

à pH acide (série AC), mais sont aussi visibles sur les minéraux altérés à pH basique

(série BC). Il s’agit notamment de puits de dissolution coniques, similaires à ceux

observés par Velbel (2009).

Minéraux secondaires

L’altération de minéraux ferromagnésiens peut théoriquement entrainer la

précipitation de minéraux secondaires tels que phyllosilicates (saponites, nontronites,

serpentines) et oxydes et hydroxydes de fer. Ces minéraux ont tous été identifiés

comme produits de l’altération dans les matrices de chondrites carbonées altérées (ex :

Zolensky et al., 1993).

Toutefois, les fractions fines mises en suspension (canon à ultrasons) et récupérées

après lixiviation dans les échantillons A, B, AC et BC n’ont pas permis d’observer de

tels minéraux. Les images BEI obtenues sur ces fractions montrent une très grande

homogénéité en termes de minéralogie, et les spectres EDX sont ceux de silicates de

magnésium et de fer. La composition correspond à celle de l’olivine, mais aussi de

l’antigorite, et il faudrait effectuer d’autres analyses sur ces poudres (ex : DRX) pour

déterminer si ce sont des fragments d’olivine ou des cristaux d’antigorite. Si ce sont des

antigorites, il est très probable qu’une grande partie de celle-ci provienne de la poudre

de départ, tout comme l’olivine, et que seule une faible fraction se soit formée pendant

l’expérience. En effet, nous avions identifié de l’antigorite dans les échantillons

naturels utilisés pour l’expérience.

D’autre part, j’ai présenté en introduction une synthèse de Brearley (2006) qui

détaille les différents minéraux d’altération retrouvés dans les chondrites. Parmi

ceux-là figurent de nombreuses évaporites (carbonates, halogénures, sulfates). Nous avons

donc évaporé les lixiviats AC125 et BC125 (à l’étuve, à 40°C), afin de concentrer les

éléments en solution et d’observer les minéraux qui précipitent. En effet, si la

thermodynamique prédit que certains minéraux sont sursaturés en solution et

devraient précipiter, c’est la cinétique chimique qui contrôle la précipitation : les

minéraux les plus sursaturés ne sont pas forcément ceux qui précipitent en premier.

Dans le cas des expériences AC125 et BC125, les résultats sont très différents. Parmi

les minéraux issus de l’évaporation de BC125 (Figure 4.13), on retrouve uniquement

deux phases : des cristaux cubiques et des sphérules.

Les spectres EDS (Figure 4.14) des cristaux cubiques indiquent qu’ils sont

composés de chlore et de sodium, ce sont donc des cristaux de halite. Les sphérules

sont riches en carbone, oxygène, et contiennent aussi Na, Si, Ca, F et Cl. Leur forme

sphéroïde et leur composition suggèrent qu’il s’agit d’un assemblage amorphe de divers

carbonates et silicates.

Figure 4.13 : Minéraux secondaires précipités à partir du lixiviat BC125. A gauche un cristal de halite et à droite des

sphérules de carbonate amorphe.

Les minéraux issus de l’évaporation de l’expérience AC125 sont beaucoup plus

variés. Les images SEI et BEI présentées dans la Figure 4.15 montrent la présence de

halite, comme pour BC125, mais aussi un grand nombre d’autres minéraux ne

contenant pas ou peu de silice.

Figure 4.15 : Minéraux issus de l’évaporation du lixiviat AC125. A et C sont des images BEI, B est une cartographie EDS

et D est une image SEI. Les spectres EDS obtenus sur les différentes phases de B sont présentés dans la Figure 4.16 ; C

et D représentent un carbonate de calcium (calcite ou aragonite).

Les spectres EDS (Figure 4.16) de ces minéraux montrent qu’il s’agit

essentiellement d’évaporites : halite (NaCl), sylvite (KCl), gypse ou anhydrite (CaSO

4

),

calcite ou aragonite (CaCO

3

). De petits silicates de magnésium sont aussi présents,

mais il est difficile de déterminer si ce sont des fragments d’olivine ou des petites

antigorites. Nous avons également observé un cristal composé uniquement de silice. Il

pourrait s’agir d’un petit éclat issu du mortier qui a servi à broyer la poudre de

péridotite utilisée dans l’expérience, mais il est possible d’envisager que ce soit une

calcédoine (SiO

2

) amorphe cristallisée lors de l’évaporation.

Figure 4.16 : Spectres EDS des minéraux présentés dans la Figure 4.15.

Dans le document Isotopes du tungstène - Nouvelles applications à l’étude des processus terrestres et astéroïdaux (Page 160-168)