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Thèse de doctorat/ PhD Thesis Citation APA:

Honnorez, J. (1967). La palagonitisation: un aspect du volcanisme sous-marin: l'altération du verre basique de Palagonia (Sicile) (Unpublished doctoral dissertation). Université libre de Bruxelles, Faculté des sciences, Bruxelles.

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UNIVERSITE LIBRE

DE BRUXELLES

FACULTE DES SCIENCES

---l

1

LA PALAGONITISATION

UN ASPECT DU VOLCANISME SOUS - MARIN :

L’ALTERATION DU VERRE BASIQUE DE PALAGONIA

( SICILE )

Thèse présentée pour l’obtention du grade de Docteur en Sciences Géologiques et Minéralogiques

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José HONNOREZ

UNIVERSITE LIBRE

DE BRUXELLES

FACULTE DES SCIENCES

LA PALAGONITISATION

UN ASPECT DU VOLCANISME SOUS-MARIN :

L’ALTERATION DU VERRE BASIQUE DE PALAGONIA

( SICILE )

Thèse présentée pour l'obtention

du grade de Docteur en Sciences

Géologiques et Minéralogiques

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José HONNOREZ

THESE ANNEXE

L’existence du Sial sur le fond de la mer tyrrhénienne,

entre les îles éoliennes, est contestée par L.Glangeaud (1952 et

1959).

L’étude des enclaves holocristallines provenant de 1’

horizon de ponces de la Petrazza (Stromboli) et leur comparaison

avec celles que Relier (1966) a observées à Salina, apportent une

contribution à la résolution de cette controverse.

A mes parents ...

II.

REMERCIEMENTS

Au moment d’achever ce travail, je tiens à rendre un respec­ tueux hommage et à exprimer ma très profonde gratitude à Monsieur le Professeur I.de Magnée.

Je remercie tout d’abord le Président du Centre National de ■ Volcanologie grâce à qui j’ai pu m’initier à l’étude théorique des

volcans et vivre la volcanologie active au sein de l’équipe d’Haroun Tazieff.

Je remercie le Directeur du laboratoire de Géologie Appliquée qui m’a engagé dans son service, me procurant ainsi non seulement une aide financière mais encore me laissant le loisir de rédiger ma thèse.

Je remercie le savant, trop modeste, pour les''cbnseils et'les suggestions qu’il m’a toujours prodigués; qu’il veuille bien m’excuser d’avoir eu à corriger un texte qu’une prolixité mal contenue avait rendu trop long.

Merci enfin et surtout à l’homme de coeur qui a si bien su. m’encourager et me soutenir chaque fois que l’instabilité d’une cer­

taine politique scientifique avait eu raison de mon moral.

C’est à Monsieur le Professeur A.Rittmann que revient l’ini­ tiative de ce travail et je. lui exprime ici toute ma reconnaissance dé m’avoir orienté vers un sujet aussi neuf et passionnant que le volca­ nisme sous-marin.

Je le remercie encore pour l’enseignement qu’il m’a prodigué à chaque instant de chacun de mes séjours dans son Institut de Volcano­ logie de Catania, me faisant profiter généreusement de ses observations personnelles et de sa grande expérience.

Je lui suis également reconnaissant de l’aide tant sur le

terrain•qu’au laboratoire qu’il n’a jamais cessé de me prodiguer au cours de mon travail et pour l’attention qu’il a bien voulu pdrber à. la correction de mon manuscrit.

Qu’il soit assuré'que je me souviens encore avec émotion; de la chaleureuse sollicitude dont sa famille a su m’entourer durant mon séjour en Sicile.

MM. M.E.Denaeyer et'H,Tazieff m’ont inoculé le virus yolcanologique” : je leur en ai une profonde reconnaissance.^ ^:.

Je remercie MM. les Professeurs J.Jedwab et J.Michot qui

m’ont permis de fréquenter leurs laboratoires, mettant à ma disposition leur appareillage et leur personnel. Je les remercie surtout de la

III,

Je dis toute ma gratitude à Monsieur le Professeur W.De Keyser, Directeur des laboratoires de chimie industrielle de l’U.L.B., et

particulièrement à MM. E.Pahlavouni et R.Wollast, qui m’ont permis d’utiliser leurs appareils de diffraction X, d’ATD, de thermobalance et de mesures de densités.

Je remercie aussi Monsieur R.Van Tassel, chef du Service de Minéralogie de l’Institut Royal des Sciences Naturelles, qui a mis à ma disposition l’appareil de diffraction X et les collections de miné­ raux de l’IRSN.

Que Monsieur P.De Kleermaeker, technicien de ce laboratoire, soit également remercié.

Que MM. les Professeurs R.M.GarrelB, G.Marinelli et F.Tonani des Universités de Harva r d, de Pise et de Florence, reçoivent ici

l’expression de ma gratitude et de mon admiration la plus profonde

envers c,e s hommes exceptionnels, non seulement par leur pensée scienti­ fique mais encore par leur modestie. Je les remercie- d’avoir bien

voulu m’exposer patiemment' leurs visions des faits au cours d’inoublia­ bles et nombreuses discussions.

Merci à l’ami, le Dott, N.Lo Giudice pour l’aide constante qu’il m’a apportée en Sicile, aussi bien pendant mon séjour dans l’Ile. que lorsque, retourné en Belgique, j’avais besoin d’un complément

d’information. A travers lui, c’est la Sicile et ses gens, surtout les ”picciotti” que je veux remercier de l’accueil spontané et total qu’ils m’ont fait dans la belle Ile.

Que mes camarades assistants de l’U.L.B soient aussi remerciés pour les mille et un services qu’ils m»ont rendus alors que je les

importunais. Grand merci à MM. J.Blankoff, L.Doyen, P.Dumont, L.Franssen, A.Herbosch, J.M.Legrand, R.Monteyne et B.Viniks'.

Enfin, que mes camarades techniciens de l’Ü.L.B soient éga­ lement remerciés et plus spécialement;

- Mlle C.Chaval pour l’honnêteté professionnelle, le soin etla

patience exemplaires qu’elle n’â pas cessé de démontrer au cours des

analyses chimiques. r-;'

- Mlle N.Cromps pour l’art et la bonne volonté dont elle a*fait preuve dans la reproduction fidèle des nombreuses figures illustrant ce

travail. .

IV.

Je m’en voudrais de ne pas remércier MM. les Dr. E.Bonatti, M.Carapezza, V.H.Forjaz, R.Nayiidu, Noris Morandi, M.Sacerdotti et

E.Sommavilla avec qui je corresponds depuis plus de cinq ans. Grâce à cet échange épistolaire d’idées, j’ai pu mener à bien mon travail siir le volcanisme sous-marin qui s’exprime aujourd’hui par cette thèse sur la palagonitisation. j

Pour terminer, je remercie aussi Mlle M.Cayseele et Madame H.Walgraeve qui ont dactylographié ce texte.

PLAN SUIVI

Le texte de cette thèse est réparti en trois volumes;'...

un tome principal qui représente la thèse proprement dite, une première annexe qui groupe' les tableaux hors-texte et les illustrations du pre­ mier volume, et une seconde annexe qui rappelle les grandes lignes de la géologie des Monts Hybléens.

Le volume principal comporte une introduction et quatre chapitres.

Dans la mesure du possible, j’ai voulu éviter de confondre les observations directes ou indirectes avec des déductions ou des vues de l’esprit. C’est la raison pour laquelle les deux premiers cha­ pitres se veulent objectifs alors que les deux derniers reflètent souvent des opinions personnelles.

L’introduction est entièrement consacrée à la matière vitreuse. Elle rappelle brièvement l’historique des études sur les verres volca­ niques basiques et sur leur altération, les connaissances actuelles sur l’état vitreux et se termine par la définition de quelques termes utilisés dans les chapitres suivants.

Le premier chapitre est consacré à l’étude descriptive du terrain: il présente les affleurements où les roches étudiées ont été prélevées, les situe dans leur contexte géologique (repris plus en détail par l’annexe 2) et justifie le choix du sujet et le but du travail.

Le de\ixième chapitre décrit et compare successivement trois paires de faciès d’hyaloclastites. Il présente la détermination de leurs différents constituants à l’aide de diverses techniques:

V. ■

Le troisième chapitre, intitulé "Discussions”, commente les conclusions partielles et les interprète à la lumière de certains

travaux de la recherche verrière et métallurgique. Ces nouvelles déduc­ tions sont encore étayées par d’autrés observations de terrains et

d’autres études•de laboratoire, toutes originales. '

Enfin, le dernier chapitre, rassemble, en les résumant sous le titre "Conclusions générales", les conclusions des chapitres précé- . dents et il se termine pour le rappel systématique de la succession • '' d’événements qui aboutissent à la palagonitisation.

L’annexe 2 présente une synthèse de la géologie hybléenne. Elle a été écrite dans le seul but de permettre une lecture plus aisée du corps principal de la thèse à celui qui connaît mal cette région de

la Sicile. Elle réunit tant des données tirées de la littérature que des observations personnelles, le plus souvent inédites.

Remarques:

- De manière à alléger le volume principal et à permettre de les consul­ ter plus facilement, les tableaux ont été renvoyés dans l’annexe 1 chaque fois que possible. Il en est de même pour les figures et les photos.

- La bibliographie a été scindée en trois parties: celle qui se rap­ porte à la palagonitisation se trouve à la fin du volume principal ainsi que celle qui a trait aux théories sur l’état vitreux. Une liste des titres des ouvrages sur la géologie des Monts Hybléens est présentée à la fin de l’annexe 2.

- Il a été fait usage de la première personne du singulier lord de la rédaction, lorsqu’on ne voulait engager que l’opinion de l’auteur ou qu’il s’agissait d’une observation que seul l’auteur pouvait faire à un moment donné de l’élaboration du travail.

VI

TABLE DES MATIERES

0 -.INTRODUCTION. ' ' ' ’

-0.1 - Terminologie des.verres basiques ... p. 2 0.1.1 - Verres frais . ...p. 2 0.1.2 - Verres altérés . ... p. 5

.0.2 -.Historique de l’étude du processus d’altération des

verres basiques. ... ... p. 10 . .0.3 -. L’état vitreiix , > . . . ...p. 21

0.3.1 - Introduction . , . . p. 21

0.3.2 - Définition de l’état vitreux ... p. 22

0.3.3 - Les structures de la matière vitreuse... p. 22

0.3.4 - Formation, d’un verre complexe. ... p. 29

0.3.5 - Formation d’un verre volcanique...p. 32

0.3.6 - L’eau dans les verres. . .'... p. 34

0.3.7 - Définition de quelques termes utilisés ... p. 35

' I - CHAPITRE I - OBSERVATIONS DE TERRAIN.

I. l - Description des affleurements étudiés. . . ... p. 3â

, . . .1.1.1 - Âcqua Amara ... p. 39

. . 1.1.2 - Poggio Raffp ... ... p» 41

■ ‘ 1.2- Description macroscopique des échantillons prélevés, p. 41 ' ■ ' 1.2.1 - Formations 3 et 4 d’Acqua Amara.-".- ... p. 42 ■ ' ■ '1.2.2 - Conclusions partielles . . . . -. ... P» 47

1.2.3 - Formations 3 et 4 du Poggio Raffo... P* 49

1.2.4 - Conclusions partielles... p. 51

“ II' -' CHAPITRE II - ETUDES EN LABORATOIRE.

VII. 11.1.1.4.1 - Zéolites...p. 56 A. Microscopie...p. 56 B. lîayons X... p. 57 Conclusions partielles... p. 6l C. ATD... .... . . . p. 62 Conclusions partielles... ^ ^ 55 D. Spectro... p. 6? Conclusions partielles...p. 67 11.1.1.4.2 - Spadaîte ... p. 6S A. Microscopie... p. 6B B. Rayons X. . . .• .... ... p. 6B ,C. Spectro... .... . •... p. 70 11,1.1.4.3Calcite et opale .. . . . .. . . . p.70 A. Microscopie . . . ,...p. 71 B. Rayons X. p. 71 C. Spectro ... p. 71 II.1.1.4.4 - Carbonate. ...p. 72 11,1.1.4.5. - Ordre de su c c e s s ia n. p. 73 11.1.2,- Eléments constitutifs•vitreux . . II.1.2.1 - V^,... .... . . . Conclusions partielles. . . .... . • . . 11.1,2.2 Séparât ion des types de verre .. . . , . II. 1.2.3 - Rayons X... .... ... . . Conclusions partielles. ... 11.1.2.4 - ATD . ...

Conclusions partielles. . . i . 11.1.2.5 - Analyses chimiques. . . . . ; ; . . II.I.2.5.I- Remarques préliminaires. . ; ; . . a) % HgO contenue. . ... , . . . b) Valeur de la méthode analytique Conclusions partielles ... . p. 74 . p. 74 . p. 74 . p. 74 . p. SO . p. êz

. p. 63

. p. 35

. p.

65

chimi-’a) Degré d’oxydâtion... .... . . p. B9 b) Calcul des différences entre

Vt et V^. . . . . . p. 90

VIII. ‘-y-.: . --1 ■ ■

11.1.3 - Structure des granules vitreux . . , ... p. 95

11.1.3.1 - ... . .. . .... p. 95

II. 1.3.2 - G2 . . . .. . .' . p. 97 11.1.3.3 - G2 ... .... , p. 97 11.1.3.4 - G^... .... ... p. 9Ô •II."1.3.5 - Granules holocristallins... ...p.lOO

11.1.3.6 - Comparaison des différents types de

gr’a-nules . . . ... p.lOO 11.1.3.7 - Conclusions partielles... .. . . p.l02 11.1.4 - Analyse modale au compteur de points ... p.l03 11.1.5 - Densités et porosité ... p.l05 11.1.6 - Différences entre les hyalo massives noires et

brunes ... .... • P.106 11.1.6.1 /."Microscopie... p.l06 11.1.6.2 T-'Macroscopie ... p.l06

11.1.6.3 - Rayons X...p.l07 11.1.6.4 - atd . ... ..'... p.lOâ

11.1.6.5 - Analyses chimiques... p.lOâ à) Différences relatives. ... p.lOâ b) coefficient d'oxydation... p.llO c) ^'en H20‘^... p.llO

11.1.6.6 - Conclusions partielles... p.llO II.2 - Etude de 1'hyalo stratifiée d’Acqua Amara ... p.ll2

II. 2.1 - Eléments^,constitutif s cristallisés... p,112 11.2.1.1 - Olivine., ... • • " P*H2 11.2.1.2 - Clinopyroxène ... p.ll3 11.2.1.3 - Plagioclase ... p.ll3 11.2.1.4 - Minéraux secondaires. ... p.ll3 11.2.1.4.1 - Zéolite... p.ll3 ... a)-Microscopie... p.ll3 . . - b). Rayons X... p.ll4 c) ATD . '... p.114 11.2.1.4.2 - Spadaîte ... p.ll5 11.2.1.4.3 - Calcite et opale...p.ll5 11.2.1.4.4 - Ordre de succession... .... . p.ll6 II.2.2 -• Eléments constitutifs vitreux... p.ll6

IX.

11.2.3 - Structure des granules vitreux... • P*H7 ^1-2» /^2’

11.2.4 - Structure de l’hyalo stratifiée. . ... p.llÔ 11.2.5 - Composition modale ... ... p.llS 11.2.6 Différence entre les roches brunes et les

-roches noires. ... '. . . p.ll9 11.2.6.1 - Microscopie et rayons X . . . .... . . p.ll9 11.2.6.2 - ATD . '... ... .... . p.119 Thermobalance ... p.l20 11.2.6.3 - Analyses chimiques... p.l20 ' a - Différences relatives... ... p.l20 b - Degré d’oxydation ... p.l21 c - Pourcentage ... p.l21 11.2.6.4 - Densités et porosité. ... p.l21 11.2.6.5 - Conclusions partielles. ... p.l22 II.3 - Etude de l’hyalo massive du Poggio Raffo...p.l23

II.3.1- Eléments constitutifs cristallisés ... p.l23 ,11.3.1.1 - divine ... p.l23 II.3.1.2 - Minéraux secondaires...p.l24

II.3.1.2.1 - Zéolitës...p.124 a) Rayons X...p.l24 b) ATD... p.124 . 11.3.1.2,2 - Spadaîte... • • • P*125 11.3.1.2.3 - Carbonate... *... p.l26 11.3.1.2.4 - Calcite et opale ... p.l26 11.3.1.2.5 - Ordre de succession... p.l27 11.3.2 - Eléments constitutifs vitreux... g.l2Ô

II.3.3 - Structure des granules vitreux . . ... p.l2Ô

%-2 ’ ^2 ’ ^Z '

11.3.4 -, Structure des hyalo massives... p.l29 11.3.5 -•Différence entre les roches brunes et les

X.

11.3.5.4 - Densités et porosité. ... p.l32

11.3.5.5 - Conclusions partielles... p.l33

III - CHAPITRE III - DISCU-SSIQN.. . , .. , vi

III.-1 - Réfutation des principales objections portant sur

les causes de l’altération du verre volcanique . , p.136

p.136

III.1.1 - Importance de l’altération atmosphérique . 111.1.1.1 - Différences entre les hyalo

halmyro-lisées et les hyalo altérées en condi­

tions atmosphériques ... p.l37 111.1.1.1.1 - Coloration de la roche... p.l37 111.1.1.1.2 - Coefficient d’oxydation... p.l37

III.l. 1.1.3 - Densités ef porosité < . . . . . p.l3^ 111.1.1.1.4 - Composition chimique globale . .r p.l39 111.1.1.1.5 - H20'^ et H^O"... p.141

111.1.1.1.6 - Minéraux sesondaires ... p.l42 111.1.1.1.7 - Verres-et minéraux primaires . . p.l44 111.1.1.2 - Conclusions... p.l45 ... p.146

... p.146

... p.147

... p.150

III.1.2 - Le verre ”frais” ... III.1.2.1 - Propriétés physiques , .111,1.2.2 - Composition chimique . . III. 1.2.3 - Conclusions. . . .

III.2 - Conditions chimiques et physiques au début de la ' . . pdlagonitisation... il...

III.2.1 - Rappel historique. . . . .. .. .

III,2.2. - Le processus de diffusion,de l’eau dans le verre... III.2.3 - Conditions chimiques ...

111.2.3.1 - La composition du verre.

111.2.3.2 - La quantité d’eau contehûê dans le verre p.150 p.150 p.151 p.153 p.153 p.154

III.2.3.3 - La composition-de la solution,

palago-■ nisante. . . • • . . . . . • • P»I55 III.2,3..4. -, Le pH. ... , ; . .. . ... p.156

XI.

.- •4 III.2.3.4-4 ■- Comportement de l’aluminium. . . P.l6l III..2.-3.4-5 - Hypothèse de la zéolitisation

”in situ”...p.l62 III.2.3.4*6 - Hypothèse proposée .... . . .. p.I64 141.2.4 - Conditions physiques . . . . V‘7 '. : '".*'p.l65 - III.2.4.1 - La pression airibiante . . >,1. ... ... p.165 III.2.4.2 - La température ambiante. ... ., . . . p.lô5 ‘111.2,4.3 - Le refroidissement des laves

sous-marines comparé à la trempe des aciers . • et des verresi industriels... p.l6? • III.2.4.3.1 - La trempe industrielle... p.l6?

111.2.4.3.2 - Le refroidissement des laves

sous-marines ... p.l69

111.2.4.4 - Conclusions... p.l71 III.3 - Le processus de palagonitisation dans le temps . . p.l?2

lïl.3.1 - Quand commence la palagonitisation?... p.l?2 111.3.1.1 - Hyalo à ciment de calcite ou de sable. p.l?2

III.‘3.1.1.1 - Exemples de la Columbia River

' ' ' ■ Plateau et d’Alaska. . ... . . p.l?2

■ III.3.I.I.2 - Exemples des Monts Hybléens. . . p.l73 " ■- III.3.I.I.3 - Genèses possibles des :calcites

\ . associées aux hyalo.. . . p.l74

111.3.1.1.4 - Dosage du SrO. . ... .4 . . . p.l75 111.3.1.1.5 - Conclusions... . . . p.l77

“ ■ i. . ■

111.3.1.1.6 -Mode d’action des sédiments

empêchant la palagonitisation, . p.l77 111.3.1.2 - Eruptions sous-marines actuelles . . . p.l7Ô

■ III.3.I.2.I - Pantelleria. ... p.17^ IÏI.3.1.2.2 - Vatnajdkull. ... p.l7Ô 111.3.1.2.3 - Capèlinhos ... p.l79 111.3.1.2.4 - Vetsmann ... , ‘... p.l79 111.3.1.3 - Observations au microscope ... p.lâO

111.3.1.4 - Conclusions. .... . . p.lCO

XII

III.3.3 - Quand cristallisent les minéraux secon­

daires?... p.lÔ9 111.3.3.1 - Les zéolites...p.lâ9

111.3.3.2 - La spadaîte... p.lÔ9 111.3.3.3 - La calcite... p.l90 111.3.3.4 - Conclusions... p.l91 111.4 - Rôle des gaz volcaniques... p.l91 111.5 - Bilan chimique de la palagonitisation... p.l93

Conclusions... p.l97

IV - CHAPITRE IV - CONCLUSIONS GENERALES... p.l9Ô

BIBLIOGRAPHIE SUR LA PALAGONITISATION ... p.204

2

0.1.1 - Terminologie des verres frais.

Les verres volcaniques de composition basaltique ont reçu un grand nombre de noms, que certains auteurs interprétaient différemment, si bien qu’une grande

confusion règne encore actuellement dans la terminologie du faciès vitreux des laves basiques.

C’est Breithaupt (1826, p.ll2) qui donna en 1826 un premier nom au verre basique de Sâsebühl, près de Gdttingen, parce qu’il croyait observer un minéral nou­ veau. Il l’appela TACHYLYTE, mot qui fut souvent ortho­ graphié tachylite par la suite.

La description originale de la tachylyte est très succincte et comme il est compréhensible, tout critère microscopique fait défaut. L’auteur déclare que ce

"nouveau minéral" ressemble beaucoup à une obsidienne rhyolitique sombre, si ce n’est qu’il ne contient que de 50 à 55 de silice. Il ajoute qu’il est facilement fusible, d’où son nom.

En 1846, von Vfaltershausen (I846, p.202-204) appela SIDERŒ-ffiLANE le verre volcanique constituant, avec la palagonite, le "piperno Tuff" de Palagonia. Il s’agit d’un verre noir à vert olive, transparent en éclat mince et complètement soluble dans l’acide chlorhydrique.

En 1847, Hausmann (1847, p.545) donne le nom d’ HYALCMELANE au verre basique de Bobenhausen, sans raison aucune. Il semblerait que cet auteur eût ignoré l’exis­ tence des termes tachylyte et sidéromelane préexistants.

Cependant, d’une part Breithâupt n‘’avait pas lié au terne tachylyte un cï'itère de solubilité dans Hcl;

d’autre part,. 1’hyaD cnelano, d’Hausnann est beaucoup plus soluble que la tach^O.ytc de Erbith'âÜpt. Aussi des 1Ô77» Rosenbusch (1C77> p-445) lui-môme décide d’abandonner le critère de solubilité dans lés acides pour différen­ cier les verres basiques.

Par la suite Penck (1079, p*12i) ainsi que Judd et Coles (1Ô33, p.461) montrent qu’urïe soi-disant distinc­ tion entre tachylyte et hyalomelane, basée sur leur comportem.2nt vis-à-vis des acides, tombe d’elle-même devant les faits observés.

En IÔ77, Rosenbusch (1Ô77, p*445) avait proposé de désigner l’ensemble des verres basiques sous le nom de BASALTVITROPirfR.

Mais dès IBB7, le même auteur' (1BB7) constatant que le suffixe "vitrophyr” entraîne la conception d’une

struct\ire pcrphj’rique, ce qüi est rarement le cas pour les basaltes, décide d’abandonner le terme qu’il avait créé dix ans plus tôt et il propose de le remplacer par celui d’HYALOBASALT.

Entretemps, en IBBO, Cohen (lÔBG) avait déjà propo­ sé le terme d’OBSIDIENNE BASALTIQUE pour désigner

l’en-■ i: i‘

semble des verres basiques. Ce terme est repris, en 1894, par Zirkol (1894, p»92).

Jusqu’à ce que commence la longue joute entre Peacock, Fuller et Fermer, aucun nom nouveau n’est pro­ posé pour désigner les verres basiques.

Mois en 1926, Peacock (I926) a Créé le nom HYDRO- TACilYLTIi. distinguer les tachylytes d’Islande, qui

*■ 4.

contiennent 13 5^ do H2O au lieu des 2 k 3 % que l’on trouvé habituellement dans les autres tachylytes, toutes les autres caractéristiques étant identiques.

4.

classent en même temps le sidéromelane dans le groupe des , ,."minéraloîdes” créé par Niedzwiedzki (1909). Mais ils ob- servent que cette différence n’est pas liée à la composi­ tion chimique du verre ou au rapport Fe202-FeO. Selon eux, cette différence serait liée à la vitesse de refroidisse­ ment plus rapide pour le sidéromelane que pour la tachylyte.

En I92Ô, Peacock (192Ô, p.373) déclare;

” We believe that there is still rootii: for s-idéromelane as'

>T

” a'spécifie name to dénoté idéal basaltic glass

Cependant, selon Fermor (I92S) le sidéromelane a une composition chimique différente de celle:des basaltes et il propose d’utiliser les termes TACHYLYTE pour désigner le verre basaltique frais normal et ‘SIDEROIvïELANE pour la varié- ■' té dont la composition chimique est différente de'belle

d’un basalte, '

Finalement, en 1932, Fullèr (1932, p.104-107) observe la trahSition du sidéromelane (verre clair) à la tachylyte (verrè semi-opaque) dans la croûte des pillows du ^'plateau dè fa Columbia River”. Il explique (1932, p.l07) là’ diffé­ rence entre ces deux types de verres de la manière suivante:

JJ Thé gradatiohal increase in the précipitation of iron ” oxide emphazises thé distinction betweén transparent " sidéromelane which has suffered ultrarapid'chilling, and ' ^ • JJ the more famil-iar -opaque-tâchylyte, which has formed

• • biénéath ah insulating lâyer'of glass ”.

En 1962, Einarsson (1962, p.lôy) explique à son tour la différence entre le sidéromelane et la tachylyte non pas ■ par leur vitesse de •refroidissement respective, mais par la

pression s’ékerçaht sur le magma.

5

* f ^ . r- J

car sa viscosité est alors trop grande pour permettre

la cristallisation, ^

2) Par contre, si le magma monte çaimement à la surface et donc si la pression diminue;-progressivement, l^état nor­ mal du fer est Fe20^. Dans ce cas, que la lave se re­ froidisse brusquement ou lentement, elle ne peut donner

que de la tachylyte. - ^

Terminologie des verres altérés. •

C’est en IÔ

46

46

p.

34

"Die braune Grundmasse des Tuffes, welche in der letzten JJ Zeit von rair vielfach untersucht worden, zeigt sich als JJ ein rteues, von allen jetzt bekannten verschiedenes

" Minerai., dem ich den Namen Palagonit beigelegt habe ", Il l’a défini comme une substance:

JJ'Der Palagonit ist yollkommen durchsichtig, von weingelber JJ bis colophoniumbrauner Farbe, von Glasglanz und muschlich- " splittrigem Bruche, In der âussern Erscheinung hat er mit

ff • ••

” arabischem Gummi oder braunem Zucker grosse Aehnlichkeit", Et il ajoute

JJ lÊber seine Crystailisation hat trotz ailes Nachsuchens bis' jetât-noch gar nichts ermittelt werden kônnen ”,

• En

1853

.203

213

JJ Auf den VerwitterungsflSchen,.. komrat der Sidéromelan, ” von Palagonit umhüllt sehr deutlich zum Vorschein... ” et plus loin il continue:

JJ In Folge der mitgetèiiten Beobachtungen steht es daher ” fest, dass dieser Palagonit,.. aus Sideromelan entstanden

TT ; '

” sei, dem 3 atome passer hingcfügt sind,.. .

Mais dès

1847

tillons de ■palagonite rapportés de Sicile et.d’Islande par S.von Waltershausen et“ constate que leur • composition est

identique à celle d’un magma basique normal Pyrpxenische Misçhung).

A,des Gloiseaux (1862, p.462) écrit en-, 1862:

6.

” essentiellement variables . >

Il fait allusion aux variétés de palagonite qu’avait distinguées S.von Waltershausen., à savoir: l’hyblite (des Monts : Hybléès, Sicile ) de couleur brun colophane,' la notite

(Val di.Noto, Sicile) de couleur rouge-et la korite (du Sudafell, Islande) de couleur brun foncé.

Penck (1Ô79, p.567) à son tour, constate en 1Ô79 que la palagonite n’est qu’un simple mélange d’éjectas basiques principalement vitreux accompagnés de leurs produits d’alté­ ration et du matériel qui les cimente et il déclare catégo­

riquement:

-J.è--JJdass ein als Palagonit zu bezeichnender KOrper nicht

” exlstiert ^

C’est en‘1925 que coniraence la longue lutte entre Peacock d’une part et Fermer d’autre part. .

Ce long "dialogue de sourds" ne se terminera qu’en

1931, 'sans que les auteurs ne se soient mis d’accord sur la terminologie à employer.

. Suite à ses études sur les" basaltes de Bhusawal (Inde), Fermer (1925 ), conclut que la "palagonite orange" pauvre en Al^Q^ et riche en Fe^'^'^ n’est .que dé la ÛHROLOPHAEITE (x) tandis que la "palagonite verte" relativement riche en Al^O^ et pauvre en Fe^^^ (le fer y est Fe^^) est de la

DELESSITE.- ;

^ Tyrell et Peacock . .

De son côté Peacock \/\S2o) étudie les tufs d’Islande et conclut qu’il existe deux variétés de palagonite: la "QEL-PALAGONITE’’, isotrope et formée à basse température et la "FIBRO-PALAGONITE" anisotrope et formée à haüte tempé­ rature. Il ne parle pas encore de "chlorophaéite". (*)

(*) Le terme chlorophaéite a été nréé par Macculloch (lâl9) pour désigner un "minéral" qui empâte et recouvre les ..obulles et fissurés des basaltes amygdalaires des îles

L;=;, - A' cela Fermer (192Ô) répand en 192Ô en disant' que si vie matérièl initial et le processus de formation sont diffé-

tents, le produit final est identique: c’est la chloro- -phaéite.

•Par conséquent, il propose'd’abandonner le nom de "palagonite” dans le sens d’un^produit bien individualisé et de le consacrer à la roche; il serait alors synonyme de tuf palagonitique. .

Il distingue cependant deux variétés de chlorophaéite: une première non alumineuse qui’ serait’ un minéral bien dé­

fini et la seconde alumineuse ne serait qu’un terme inter­ médiaire de la transformation du matériel de départ en chlorophaéite non alumineuse.

i ' La même année Peacock (1923) fait dé son côté' la mise

au point suivante: la chlorophaéite est un ”minéraloîde”, donc un'produit bien individualisé naturellement riche en fer et pauvre en Al20'^* Il résulte" de l’altération de dolé-

rites et basaltes sous l’action d’eaux hydrotherraales. La palagonite est un autre "minéralolde”, ..donc égale­ ment bien individualisé, qui résulte de l’altération du

sidérOràelane.sous l’action de l’eau "exotique”. On n’y ob­ serve ni concentration de fer ni^élirnination d’Al^O^.

'Le même auteur précise (l^3w sa pensée eh 1930 en disant:.., V'.f

Chlorophaéite and^Pala.gonite are therefore distinct in

” comparison, in occurence, in appearence. and in mode of

” origin ’’ " ' '

car il constate d’après lés analyses chimiques que la pala-

-gonite est deux fois plus riche en. AI

2

2

moins riche en oxydes ferromagnésiens que la chlorophaéite. /^Mais ses observations sont basées sur plusieurs analy­ ses pour la chlorophaéite et deux, seulement pour la palago-

nitei ' ,

” On the meagre Chemical evidence at présent available,

” Palagonite-raust be accepted as having a Chemical composi- ” tion within the range of composition of the secondary ” hydrous glassy substance or raineraloîd tô which the term ” Chlorophaeite has been applied. If as a resuit of analysys

of such pure material (pure mineraloîd) of a sélection ofthe " occurences regarded by Dr.Peacock as true Palagonite, it I’ can be shown that Palagonite does not fa 11 within the

" range of composition, shown by substances definitely accep- IJ ted as Chlorophaeite, then it will be necessary to agréé ” that Palagonite is a different substance,...

Mais c’est avec entêtement qu’il termine sa phrase, par ces mots :

’’ though even then it may belong to the chlorophaeite ” sériés ”.

En fait, Fermer et Peacock ne pouvaient se mettre d’ac­ cord, toutes questions personnelles étant mises à part, puisque les substances dont ils parlaient (palagonite et chlorophaéite) n’étaient pas individualisées et bien con­ nues, comme l’un, et l’autre le croyaient. Ces substances ne constituent que différents termes d’une suite de stades intermédiaires de l’altération d’une roche vitreuse en un produit final lui-même non cristallisé ou cryptocristallin.

La confusion est d’autant plus grande que les prémis­ ses étaient fausses et les méthodes utilisées par les deux , auteiirs étaient inadéquates. En effet, Peacock reprend la

notion,de S.von Waltershausen qui croyait voir dans la palagonite un minéral bien défini.. -

: • D’autre part. Fermer utilise le terme chlorophaéite alors que son inventeur Macculloch (lâl9) n’en avait donné aucune caractéristique optique et que. les analyses chimiques ,de ce soi-disant minéral recueilli dans différentes loca­

lités ne concordent pas du tout.

De pius, la notion de ”minéraloîde” introduite en 1909 par Niedzwiedzki ne fit qu*embrouiller les données, car i.elle donnait a\ix deux auteurs la fausse assurance qu’un .'Corps, minéral pouvait être bien individualisé et posséder

une composition chimique bien définie, sans•être"cristallisé.

Enfin, le grand reproche que l’on est en droit de faire à Peacock et Fermer, est de:ne pas avoir essayé de vérifier/Si les substances qu’ils étudiaient sont cristal­ lisées ou pas. Or, en 1930, la technique de's Rayons-X était déjà suffisamment développée pour permettre cette simple

constatation. ...

p: . Bien qu’il'se soit associé à Peacock dans un article (I92B), Fuller (I92Ô, 1931 et 1932) s’est toujours tenu à l’écart de la querelle terminologique quicpposa Peacock à Fermer durant plus de six ans.

Il préfère se concentrer sur l’étude du mécanisme du volcanisme sous aquatique du Columbia River Plateau et essaie d’expliquer la formation des différents types de roches basiques qui affleurent dans cette région.

■ Il arrive, et c’est le cas ici, que les substances libérées lors de l’altération du verre basique, cristalli­ sent sous forme de zéolitesÿ oie minéraux argileiix ou même de chlorites.

C’est dé ces substances que traite le présent travail, ainsi que du verre altéré résiduel qui les accompagne.

Mais il ne sera pas question des verres basiques qui auraient subi des transformations plus poussées, comme c’est le cas dans les spirites„variolites, schalsteine et autres roches similaires.

Il ne sera pas davantage question des verres basiques qui auraient évolué sous l’action d’un métamorphisme, aussi bénin soit-il.

En conclusion, depuis lâ26 il a été proposé sept noms pour désigner les verres basiques frais.

10.

composition chimique, l’indice de réfraction, l’opacité, etc..., les autres sur des critères tels que la solubilité dans les acides, leur mode de formation, etc... Les uns en faisaient des minéraux nouveaux bien individualisés,, .d’au-., très les appelaient ”minéraloîdes”; d’autres enfin consta­ taient ..qu’il ne s’agissait que d’un mélange,.

Aussi la confusion est actuellement totale et l’utili­ sation d’un nom déjà existant ne ferait quyay.gmenter cette confusion.

C’est pourquoi dans les pages qui suivront, je .n’uti­ liserai que les expressions ”verre frais” et ”verre altéré” ou ”verre palagonitisé” pour désigner le,faciès basique, vitreux, mais avec la restriction suivanlje: Il ne s’agit .pas ,de la matière vitreuse microlitique constituant la

mesostase de la plupart des laves, mais de la partie super­ ficielle des laves ba.3lques sous-marines (coulées,

dykes ou pillows) ou des granulés (papilli et "clastes” ) des roches élastiques basiques sous-marines qui se sont cqnsolidées entièrement à 1’état vitreux.

Le terme ”PalaKoniti3atLon*’ désignera le processus complexe qui transforme le verre frais en verre altéré.

0.2 - HISTORIQUE DE L’ETUDE DU PROCESSUS D’ALTERATION DES

- ■ ■ VERRES BASIQUES '

Dans le passé, 1’altération. du verre basique frais avait été attribuée à des agents postérieurs au dépôt du matériau de départ. C’est du moins ce que, pensaient, S. y on Waltersha.usen (IS46) et Bunsen (1S47). ___

11.

• Basalte +. H^O + O2—>'Chlorophaéite + chabaslte + X

où X représente la magnésie, la chaux et les alcalis remis en' solution.

La même année, Peacock (1924-1925) distingue trois stades lors de lt>altération des verres basiques frais d’Islande:

1) le "bleaching” des bords des fragments de verre frais;

2) le passage de ces bords décolorés à un minéral fibreux (riche en H2O et Fe2Û^, mais pauvre en CaO et en alcalis);

3) la formation de calcite et de zéolites (qui représentent la fixation du CaO et des alcalis perdus au deuxième stade). L’année suivante, Peacock (1926, p.70-71. et 76) écrit à propos des tufs d’Islande;

” Tuffs which are characterised by gel-palagonite are those which n , ;v; i;.' : : ■

„ hay.e been submerged and haxe therefore been actéd on at raised ” pressure and low température, while those which contained dominant

ti

rr fibro-palagonite were always associated with hot springs

Selon cet auteur, l’hydratation du verre basique ne peut se faire.qu’à pression ou température élevée.

C’est pourquoi Peacock pense que l’eau, météorique n’a aucune influence puisqu’elle agit à basses températiire et pression.

. Quant aux transformations chimiqu'es que subit le verre basique lors de l’altération, il constate que:

” The change from sideromelane to palagonite is further accompanied „ by a partial loss of lime and soda, and almost complété oxidation

” of iron and a progressive lowering of refractive index ”. Et il ajoute enfin:

” palagonite is instable, it tends to cristallise with a partial

tt . ■ ... . ^ ^

-„ loss of water, into chlorites and zeôlites ”.

Peacock et Fuller (192B, p.36Ô) résuiiLent leur opinion sur le mode d’altération des verres basaltiquès en scindant trois cas:

1)”Chlorophaeite has been formed by late magmatic hydrothermal... ^solutions on olivine and pyroxene, or on the basic constituants ”of the vitreous groundmass of basalts and dolerites; ... resulting „in the production of a fluid product which intimately penetrated "the rock and was deposited in cavities; ... the product of this it

12.

Les auteurs ne disent pas si l’eau magmatique provient de la même lave qui ,a donné naissance à la coulée, ou s’il s’agit de l’eau d’Une coulée surincombante ou de fumerolles.

2) Ils poursuivent en déclarant (p.3Ô0)r

” In palagonite however, which résulta frora the hydratation of 'n

„ sideromelane... by water or water vapor of exotic origin... ” a concentration of iron or an élimination of alumina are not tt

„ to be expected ”.

Dans ce cas il ne s’agit plus d’eau magmatique, mais les .au­ teurs ne spécifient pas si cette eau agit pendant le dépôt de la roche ou après,

3) Enfin, ils envisagent le.cas particulier des tufs profondément altérés et dans lesquels le sidéromelane n’est plus reconnaissa­ ble. Ce sont les ”white tufs characterised by the turgid gray

- material". • v. '..u. - 'V ' '

Ils déclarent (p.376): ; ...

” The field evidence... strongly indicates that the

palagoniti-ÎT

„ sation.of these tufs was effected by steam generated in the ” quenching of the extruded material. At the vents this steam ,

T!

„ would probably be charged with acidic volatiles-.

Fuller (1932, p.105) semble avoir été en 1932 le premier à penser que l’altération du verre basique était due à l’action syn- génêtique'de l’eau de la rivière vaporisée lors du refroidissement

brusque'du magma basaltique à son contact.

” The coïncidence of this lack, of alteration with the end of the n

„ flow strongly suggests the palagcnitisaticn of the breccia to be ” syngenetic with the advanee of the lava ”.

Mais il ajoute un peu plus

loin:;-.” ... the reason for the sharp contact between the two faciès ”

„ (brèche fraiche et brèche altérée) is problematical.,”, r.;

Selon Noe Nygaard (1940)» les zéolites--qui_ cimentent..les éclats de verres basiques des "brèches palagonitiques" représentent le

produit d’altération de la palagonite. .La calcite peut- parfois jouer le même rôle.

’au-13.

teur détermine les variations chimiques que le verre basique a subies lors de son altération. Il a pu constater que les concen­

trations du fer et du titane sont restées constantes, mais que le fer a été complètement oxydé. Il constate encore que la solubilité

des autres composants se classe, du moins soluble au plus soluble, de la maniéré suivante: Ca0,,Si02, MgO, Al20^ et Na20, Hoppe,expli­ que la relativement ^grande solubilité■de l’Al20^ par la réaction

alcaline du verre avec l’eau de mer* ' r ''

Dans la seconde partie de son travail, HcSppe procède à des essais d’altération du verre basique frais de Palagonia" dans des solutions aqueuses dont le pH est successivement de 3, 5, 9 et 11. Cette étude expérimentale, la première et actuellement encore la seule pour l’altération des verres basiques^ constitue la grande originalité du trava^il de Hoppe.

La figure 10 de son article (voir fig. 1 ) nous permet de voir l’influence du pH de la solution aqueuse sur la quantité de substan­ ce dissoute lors de l’altération du verre basique.

A l’aide de ces résultats, l’auteur imagine lés conditions dans lesquelles'S’est produite l’altération du verre basique de la roche de Palagonia. Elle se serait produite dans l’eau de mer à une

température d’environ 200°. ' '

Mais cette transformation serait postérieure à la mise en place de la roche puisque l’élévation de la tèmpérature jusqu’à 200° se ferait; selon Hoppe, sous l’effet d’intrusions et d’épan­ chements basiques ultérieurs. Les substances, salines présentes, r.:' après la formation de la palagonite, peuvent donner naissance aux zéolites qui cimentent les grains de verres volcaniques.

En 1951, Hentschel qui étudie les ”schalsteine” Dévoniens de' la Lahn, conclut que la calcite et les zéolites de ces roches sont le résultat de l’altération chimique,subie par des verres basiques.

L’altération se poursuivant, on assiste à la chloritisation non seulement de la palagonitej mais.aussi des minéraux ferromagné- siens, à 1’albitisation des zéolites et des plagioclases, à l’appa- tition de l’épidote et du sphèhe.■ Le tout s’accompagne-d’une déshy­

dration partielle. •

Il faut signaler que• ces roches ont subi un métamorphisme

,, ^ _ 14.

^ la suite des travaux essentiellement descriptifs, parmi les -quels ceux de Baklund (1910), de Beliankin et Vlodavets (1927 et 1931) de Kupletskii (I94Ô) et Lebedev et Gonchakova (1955), Ljakhovitch re- preild en 1957, le relais des études soviétiques sur les trapps de (la­ ves basiques à "palagonite". Ayant plus spécmalement‘étudié les la­

ves (x) de Yakôutie, de Sibérie orientale et extrême orientale,

Ljakhovitch (1957,: p.l93) définit, d’après Kupletskii (1940), les pa- lagonites comme un ensemble de formations amorphes ou faiblement biré­ fringentes, riches éh eau et possédant, en lames minces, une couleur brun clair, jaune ou verte qui remplit .la mésostase et les amygdales

de' différentes roches. - • ;

En fait, Ljakhovitch réunit sous»ce même nom, des types de matiè­ res minérales, souvent mal définies, aussi variées que des colloïdes, des verres, des chlorites, des celadonites, des serpentines, etç..v

Il faut bien tenir présent à 1’esprit que Ljakhovitch parle de ”palagonites” représentant un maximiira de 35 % du volume de coulées ou d’intrusions‘de laves basiques. Il n’est donc pas question des ”pala- gonites” formant T’éésehtiel de volcanites élastiques vitreuses.

D’ailleurs le térrnie ”tuf palagonitique” ou un synon3rme quelconque n’ apparaît jamais dans la littérature russe, ou du moins je n’en ai pas trouvé de tracé.

Ljakhovitch (1957, p.2lB) applique aux ”palagonites” la même sub­ division génétique que Kupletskii (1940) avait utilisée pour les basal

tes de Timan (distr.d’Arkhangel). Il y aurait trois générations de ”palagonites” différentiées par leur âge et leurs conditions de forma­ tion.

1 - Les ”palagonites” individualisées en forme de ”gouttes” (Kaplja) dans les faciès de basaltes vitreux de contact.

2 - Les ”palagonites” dés mésostases interstitielles de basaltes à structure ophitique.

3 - Les ”palagonites” pseudomorphosant les cristaux d’olivine.

Selon Ljakhovitch (1967, p'.217-220), les“ «gouttes” de palagpnite seraient le résultat d’un processus primaire précoce de démixt.ipn à haute température, pour lequel il'crée le vocable «déliquation” f ’

(Otlikvirovartyi), et qui conduirait,à une émulsion grossière, au Sein d’un magma riche en volatils. Les plagioclases et les pyroxènes cîe^.^ces

15.

roches restent frais, alors que les olivines sont presque toujours pseudoraorphosées en palagonite (3me espèce), lors d*une autopneumato-

lyse tardimagnatique. ;

En liaison avec ses recherches sur l’activité pouzzolanique des tufs zéolitiques (à analcime ou/et herschelite) des champs phlégréens, Sersale (1959 a-f, I960 a-c) étudie expérimentalement la zéolitisation des verres volcaniques artificiels par traitement hydrothermal. Les verres artificiels sont obtenus par fusion et trempe de laves dont les compositions chimique et minéralogique sont préalablement contrôlées.

’)fr “ ■

L’éventail des laves est très varié: rhyolite, trachyte, traohi-

andésite, "leucophonolite", ”leucotephrite” (x) leucitite, basalte,etc.. Les différentes espèces de verres volcaniques sont spumis^es., en.auto­ clave, à des pressions et des températures de plus en plus élevées pen- dant des durées de 24 à 30 heures: de 30 à 200 kg/cm2 et de 235 à 375®C. . : - -i- i. , ' ; )

Ces différents essais sont faits en présence d’une .soliition aqueuse de .1 ^ k OH (et parfois 3 %) et ensuite de 1 ^ Na OH (et parfois 3 5^)* L’un : ou l’autre essai est également reproduit en présenpe d’eau seule.

...Sersale constate que plus le verre est acide (rhyolite), trachyte et trachi-andésite) plus l’orthose se forme facilement alors que plus le verre est potassique et plus la leucite apparaît facilement. L’orthose est accompagnée par l’analcime lorsque la solution est sodique. Si l’on part d’un verre basaltique (ou de leucitite néphélinique) l’analcime ap­ paraît toujours quelles que soient la pression, la température et la composition de la solution. Aucun essai à basse pression et température

n’a été effectué sur ces deux verres. .

Pour les autres verres, c’est la chabazite, 1’herschelite (variété de chabazite) et l’analcime qui apparaissent seules, associées, ou ac-

compagaan.t la leucite et la kaliophyllite. Aucun verre n’a donné de pla- gioclase, ni des minéraux argileux. Le travail de Sersale représente non seulement la seule étude expérimentale moderne sur la zéolitisation des verres volcaniques qui me soit connue, mais encore il est bon de noter dès à présent que les espèces de zéolite que cet auteur obtient sont des espèces dont il sera souvent question au coiirs de ce travail, bien que les pression et température mises en oeuvre par Sersale soient, selon moi, beaucoup plus élevées que celles qui ont présidé à la formation des

zéolites à partir des hyalo de Palagonia. Mais les conditions physiques plus élevées compensent peut-être le facteur temps "raccourci”?

16.

En 1961, Jônsson ■.(1961, 'p..S5 ) déclare : "The above seems to demonstrate that palagonitisation can be expected everywhere-, • where volcanic glass of basaltic composition, i.e. sideroraelane,

is présent and where water is available.

L^altération, selon cet auteur, pourrait dans certains cas être, un phénomène postérieur au.-dépôt ,;de la roche. Enfin, il ne serait pas nécessaire de faire appel à des influences thermales, l’eau du squs-fsol agissant seule.,

•Ma-thews ,(1961 et 1962) qui .étudie les échantillons dragués sur le fond de 1’At^-antique Nord, constate que les oxydes de manga­ nèse, -les zéolites,: la mpntmorillonite et la calcite sont associés aux produits d’altération de ila "palagonite" et: des "basaltes vé­ siculaires".

En'196^»., Nayud.u compare les descriptions des "tufs palagoni- tiques" classiques (Islande et Coliimbia. River) à ses observations microscopiques sur les roches de,la partie ouest des Etats-Unis et

sur les échantillons dragués sur le fond de l’Océan Pacifique. ,• Il en conclut que la palagonite résulterait .'d’une simple hydra tation ‘du sidéromelarie sans qu’aucun constituant de ’ce dernier ne: ■

sait mis en solution. ,11 utilise d’ailleurs le terme de "fresh palagonite" (I964, p.20). Cette hydratation se ferait.jsoüs l’effet

de'îl’eau de mer chauffée au contact de la lave et ^serait pénécon- temporaine de l’.éruption sous-marine. Par la suite'V'ln palagonite, "Unstable palagonite" (I964,' p.l2),'-évoluerait lentément en une association de phillipsite, d’oitydes de manganèse et de fer et des

carbonates (calcite et dolomite ).k,Nayudu va même, .jusqu’à proposer (1964, p.16-17)':

’’ Furthemore it is suggested that the frequent occurence of

inter-Tf

„ calated limestone lenses between submarine lava flows and calca- " rous mud around pillows may resuit from the alterations of pala-ti

Selon -ce't -aute-ur^ l-^a-seociat-ion oxydes de Fe-Ün - zéolites - carbonates, suggère un pH d’envjx>n S ou même sup>érieur à S.

Selon Bonatti (1965^, p.7 à 9), il y aurait deux générations de palagonites:

1) la palagonite postéruptive qui résulterait de l’hydratation lente du sidéromelane sous l’action de l’eau de mer à la tempé­ rature atmosphérique. Dans ce cas la vitrification et la granu­

lation de la lave sont suivies de son hydratation. Selon Bonatti, la quantité de palagonite ainsi produite est négligeable.

2) La palagonite syngénétique de l’éruption sous-marine. Elle ré­ sulterait de l’hydratation instantanée de la lave sous l’action de l’eau de fber à haute température. Une couronne de palagonite formée en premier lieu protège le noyau de sidéromelane d’une hydratation ultérieure. Mais cet auteur n’explique pas comment un verre hydraté fpalagonite”) peut se former syngénétiquement à partir d’un verre non hydraté ('sidéromelane^, dont il n’explique d’ailleurs pas la genèse.

Au cours de l’hydratation à haute température, une partie de fer, du manganèse et de quelques autres constituants passe en solu­ tion, mise en solution facilitée par les gaz acides magmatiques dissous dans l’eau de mer (1965^, p.l2). Ensuite la palagonite s’altérerait lentement et à la température atmosphérique, au con­

tact de l’eau de mer: .

” Contact with sea water seems anyway to be a necessary condition " for the palagonite to be altered ” (1963, p.94ô).

Les produits de cette altération de la palagonite seraient une smectite (nontronite) et surtout la phillipsite qui selon

lâ.

Tout récemment, Bonatti (à paraître ) a résumé sa conception du mécanisme du volcanisme basique des mers profondes (dans son cas; le Pacifique sud) et de l’altération du verre basique. ...

Cet auteur conçoit la palagonitisation en deux stades:

1°) Au cours du "strong lava-water interaction" qui caractérise les "hyaloclastic éruption" des mers profondes, la lave se granule- rait (selon l’hypothèse que j’ai proposée en 1961) et s’hydrate­ rait à haute température (1000°C, Bonatti, à paraître , p.l7). Il en résulterait une hyalo formée'de grains de palagonite et dé smectite.

En même temps se produirait le "Chemical leaching" dès' granules de lave libérant du Fe et du Mn, libération qui serait facilitée par les gaz magmatiques acides dissous dans l’eau de mer.

■ ~ A •. ....

2®) Postérieurement une lente altération, à basse température, des grains de palagonite sur le fond de l’océan' provoquerait l’appari- tmon de 'Zéolites (Phillipsite)„et éventuellement de smectites. Selon Bonatti l’analcite et la natrolite se formeraient à des températures plus élévées. De plus, le Fe-Mn se déposerait sous forme de nodules de manganèse et encroûtements d’oxyde autour 4es

galets de volcanites. • :

Il faut remarquer que le terme "glass" n’apparaît jamais dans son schéma n®23. En effet, selon Bonatti, la lave est d’abord granu­ lée avant d’être hydratée. Cet auteur ne situe; jamais l’instant de la vitrification dans le déroulement de l’éruption.

Alors que pour Bonatti, l’hydratation dU'verre volcanique se produit surtout à haute température,- au cours de l’éruption qui a donné naissance à l’hyaloclastite, Moore (1966) estime qu’elle se produit après l’éruption, lentement et à basse tempérdure.

Cet auteur étudie des échantillons de piilows et de coulées ba­ saltiques sous-marines dragués autour d’Hawaii ainsi que d’unç çoulée

sous lacustre du Fuji (Japon). Toutes ces laves ont des âges diffé­ rents (+ 400.000 à 200 ans) et se sont mises en place à des profon­ deurs variant de 3 à 5000 m.

que la diffusion de l^eau dans le verre peut s’exprimer par la for­ mule :

où-S ést l’épaisseur de la couche de verre.hydraté, en^ . - T est le temps ky (millier d’années).

G est une constante.

La valeur de G varie de 4^0 à ZOOOJt /ky pour les verres basal­ tiques d’Hawaii alors que Friedman et Smith (i960 p.4â2) avaient trouvé que G varié entre 0,36 et 14/ /ky pour les obsidiennes. Selon Moore (1966, p.D.l6S):

” The température factor is probably not important for samples ” collected from the top surface of lava flows such as those ” collected ...”

Par contre, la composition chimique du verre contrôlerait la vitesse d’hydratation et il faudrait encore tenir compte de l’érosion de la couche de verre hydraté par les courants marins ainsi ‘que des varia­ tions de la composition chimique et du ph de l'eau de mer, également sous l’action dés courants.

Lors de la palagonitisation, le verre résiduel aurait perdu Na, Ga et Mn, alors que K, Fe et Ti se sont enrichis. '

Les derniers en date, Garapezza et Morandi (1966a, p.149 et

150) ont décrit les minéraux secondaires qu’ils ont observés dans une . » -N - J - . .

hyaloclastitë provenant des Monts Hybléeas.

-La diffraction des rayons X indique que le "ciment” de cette, roche est un minéral "tipo montmorillonite espandibile" et l’A T D exécuté sur le "tout venant" de la roche indique qu’il s’agirait d’une "montmorillonite ferrifera (nontronite)".

Ges deux auteurs ont ensuite procédé‘ (1966b) à une étude expé­ rimentale de l’altération hydrothermale du verre frais isolé de la même hyalo hybléenne; successivement à 200, 500 et 1000 bars, à des températures variant de 300 à 7Ô0°G, durant des périodes variant de quelques heures à 21 jours et toujours' en veillant à ce que P

20.

300°< t< 450® verre—== montmont + mt + plag.

450°< t< 560° verremont—m-mont--^m-mont + mt + plag.

560° < t'«v 7Ô0° verre:^T-?s-mont—^m-mont—^ m-mont , + mt + plag-ï—ï»-amph.

. + mt + plag.v "' ' , '-vï

mont = montmorillonite. ' ’

m-mont = meta-montmorillonite = montmorillonite semi-hydratée méta- stable à basse température.

mt, plag. et airiph. = magnétite, plagioclase calcique et amphibole ("magnesio riebeckite”)•

Carapeaza et Morandi concluent (1966b, p.l77) à une origine pri­ maire des minéraux argileux des hyalo hybléennes:

” I dati sperimentali da noi ottenuti portano ad aramettere che ’’ le grandi quantité di montmorillonoidi présent! nelle ialo- ” ^clastite iblee, siano il resultato di une transformazione

primaria quasi contemporaneamente al gigantesco quenching " naturale da cui le ialoclastiti stesse si originarono ”.

Ils terminent en.supputant la genèse des autres minéraux secon­ daires des hyalo. Ils proviendraient, selon eux, de la transformation seccessive des minéraux qui résultent de l’altération primaire du verre: l’amphibole se transformerait en chlorite et le plagioclase en zéolite.

Il est remarquable que Carapezza et Morandi aient obtenu des minéraux argileux et des plagioclases (et pas de zéolite) en travail­

lait entre 200 et 1000 bars et entre 3OO et 7âO‘’C à partir d’un verre basaltique naturel, alors que Sersale obtient de l’analcime (et ni plagioclase, ni argile) en travaillant entre 30 et 200 bars et en^re

235 et 375°G à partir d’un verre basaltique artificiel.

A la fin de cette année la revue soviétique ”Nauka” publiera un recueil .d’articles consacrés au sujet qui nous occupé, et qui s’intitule:

”Vodnye vulkanitcheskie stikla i postvulkanitcheskie mineraly (tseolity)’’ soit: ”Verres volcaniques aquatiques et minéraux- postvolcaniques •

21.

0.3 - L’ETAT VITREUX

f •

0.3.1 - Introduction. 1

Ce n’est que vers les années 30 que des chercheurs, Zachariasen d’une part et Randall, Roksby et Cooper d’autre part, pensèrent à aborder l’étude de ”la structure du verre” à l’aide des méthodes et des outils de la technique scien­ tifique contemporaine, ce qui leur permit d’émettre les pre­ mières théories modernes sur la matière vitreuse.

Ce n’est que depuis 15 ans qu’on l’étudie de manière vraiment intensive et que des programmes de recherches à longues échéances lui sont consacrés. D’où le retard actuel de nos connaissances en la matière, à une époque où les structures de tant de composés minéraux et organiques sont

déjà connus depuis longtemps, (x) ^

\ Ce manque d’intérêt scientifique pour l’état vitreux découle du fait qu’après plusieurs siècles de productions massives, l’industrie verrière a atteint la quasi perfec­ tion dé ses produits et ce par une succession d’améliora­ tions purement empiriques! La fabrication du verre à vitre, de la glace et de la gobeletterie, c’est-à-dire l’essentiel de la production verrière mondiale, ne pose pratiquement

plus de problème. '

Par contre, les exigences et la diversification actuel­ le de l’industrie des verres spéciaux (optiques, pyrex, .anticorrosif, antireflet, etc...) sont devenues telles que

les producteurs verriers se voient obligés de consacrer une part de leur budget, plus ou moins importante, à la recher­ che fondamentale sur l’état vitreux.

D’où les progrès de quelques pays durant ces dernières années. D’où aussi l’existence de plusieurs théories toutes aussi valables et vérifiées les unes que les autres!

22.

on ne pensait qu’à une seule structure et à un seul verre: le verre sodo - calcique ou verre à vitre.’ Aujourd’hui, on parle, beaucoup plus prudemment, "des structures de l’état vitreux".

f

Remarque : Toute la bibliographie relative à la matière vitreuse est groupée après la bibliographie traitant du volcanisme

sous-marin.

0.3.2 - Définition de l’état vitreux (d’après Mackenzie I960). Est vitreuse toute matière isotrope, organique ou in­ organique, où la périodicité tri-dimensionnelle à grande échelle (>20 A).,des atomes fait défaut.et dont la viscosité • est supérieure à 10^^ poises.

On ne dit plus que le verre se forme par congélation progressive d’un liquide sous-refroidi, car certains verres proviennent directement de la condensation de vapeurs orga­ niques, sans passer par l’état liquide.

0.3.3 - Les structures de la matière vitreuse.

_ Signalons, en guise de préiambule, .qu=’_il\_es't^

de réaliser que toute variation de composition du,liquide "verrogène", c’est-à-dire capable de former-un verre, im­ plique une variation de structure du verre correspondant. Il est donc essentiel de définir la composition exacte du verre que l’on étudie'. > .

- - > ■' On insiste, en général, sur la filiation des verres et des liquides, mais il semble plus correct de souligner l’analogie, à basse température ;Ventre la matière vitreuse

et la matière cristallisée. - 'V

En effet, on sait qu’aux environs du point de fusion, -- le liquide possède une structure voisine de celle du cristal

est apparentée à la structure du cristal qui aurait dû se former à partir de la composition donnée. Cette structure vitreuse peut donc être déduite de l’étude du cristal cor­ respondant. Dans les verres comme dans les cristaux, les atomes ne font qu'osciller autour des positions fixes qu’

ils occupent.

Nous ne ferons que citer la vieille théorie molécu­ laire de Tammann (1925) qui fait intervenir les molécules des constituants du verre comme unités structurales; les oxydes se" combinent stoechiométrlquement avec. SiO, , PO,

A'

ou pour former des silicates, phosphates ou borates, 'l’excès d’oxydes restant libre sous sa forme moléculaire.

Se basant sur la ressemblance des diagrammes obtenus par la diffraction des rayons X sur les verres et sur les liquides, Tammann considérait les verres comme des liquides sous-

refroidis de très grande viscosité.

Nous verrons maintenant les principales théories mo­ dernes interprétant les structures de la matière vitreuse

silicatée. _ . _ _ •

Théorie du réseau continu tridimensionnel désordonné de Zachariasen-Warren.

Gardant en tête le fait que les verres et les cristaux ont souvent des compositions chimiques et des propriétés mécaniques semblables, Zachariasen (1932) postula:

” As in crystal, the atoms in glasses muSt form extended „ threedimensional networks. For a tetrahedral glass (e.g. " silicate) this will mean that at least three corners in tt

„ each tetrahedron are shared with other tetrahedra. The " principal différence between a crystal network and a glass ti

„ network is the presence of symmetry and periodicity in the " former and the absence of periodicity and symmetry in the

latter ".

Trois ans-plus tard, Zachariasen (1935) limita le mo­ dèle de sa théorie en disant: .

" (this model) does not mean to imply that so called vi-tt

24.

n

extension

La même année, Warren •■(1935 ) proposa son schéma désor­ mais classique de la structure d’un verre silicaté (voir fig.2 et 4) ■ qu’il avait étudié à l’aide de la diffrac­ tion des rayons X. Signalons au passage que d’autres tra­ vaux aiix rayons X ont conf irmé, .de manière tout aussi con­ vaincante, d’autres théories structurales de la matière vitreuse.

La théorie de Zachariasen-Warren postule que, lorsqu’ on ajoute' des quantités de plus'en plus grandes de modifi­ cateur,' le réseau du verre de silice se relâche de plus en plus pour s'adapter et le réseau se maintient vaille que vaille, chaque tétraèdre restant connecté aux autres par des ponts d’oxygène. Mais l ’auteur ne dit pas ce qu’il advient de ce réseau lorsqu’on a ajoüté tellement d’oxyde métallique que tous les ponts entre tétraèdres Si 0^ sont rompus.

En fait, Zachariasen avait conqu sa théorie en étudiant des verres silicatés dont la teneur en oxyde métallique ne variait que de 20 à 50 Il hë pouvait devinér les modifi­ cations radicales de structures et de propriétés qui se produisent pour les teneurs de-10 à 20 % et à plus de 60 %

en oxyde de métal. ' *

Théorie dés "cristallites” de Randall, Rooksby et Cooper. Randall, Rooksby et Cooper (1930) découvrent que les diagrammes obtenus par diffraction dés rayons X'sur du Si02, Ca Si 0^, Na^ 0.^ ou-dés feldspaths vitreux présen­ tent des bandes corréspondant aux raies les plus fortes des mêmes-produits cristallisés-. "Ils en concluent- que ces verres sont constitués d’agrégats de petits corps cristallisés, les "cristallites”, dont les dimensions moyennes varient de 10° à 10~' cm dans la silice vitreuse, c’est-à-dire du même ordre de grandeur que la maille unitaire de la cristobalite

7 A- (7.10"^ cm). . ^