DÉFAUTS PLANS DANS LES FELDSPATHS ALCALINS

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DÉFAUTS PLANS DANS LES FELDSPATHS

ALCALINS

M. Gandais, C. Willaime

To cite this version:

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JOURNAL DE PHYSIQUE _Colloque_{C2, supplément au no 6 , Tome 39, Juin 1978, page C2-110}

DÉFAUTS PLANS DANS LES FELDSPATHS ALCALINS

M. GANDAIS et C. WILLAIME

Laboratoire de Minéralogie-Cristallographie (*),

Université Pierre et Marie Curie, 4, place Jussieu, 75230 Paris Cedex 05, France

Résumé. - Dans Ies feldspaths déformés en laboratoire ou dans la nature, on observe couramment des défauts plans à faible vecteur faute R. On décrit leurs caractéristiques, déduites de l'examen au microscope électronique et on propose un modèle pour interpréter leur structure.

Abstract. - Planar defects with a short fault vector R has been observed in naturally or experi- mentally deformed feldspars. From TEM study, characteristics of these defects are described and a mode1 is suggested which explains their structure.

1. Introduction.

-

Bien que les feldspaths soient Pour simplifier, nous prendrons lln, = O ce qui les minéraux les plus abondants de la croûte terrestre correspond à R parallèle à [100]. Ce défaut est inscrit et au'un très grand nombre de travaux sur leurs' dans une boucle de dislocation glissile dont le vecteur

_-

propriétés physiques et chimiques aient été effectués,

de Burgers est égal à 1

- -

(Fig. 1).

très peu d'études concernent leurs défauts plastiques. _n2

Toutefois, les premières observations par microscopie

'1

électronisue, de feldspaths déformés-dans la natkre ou en laboratoire, mettent en évidence un trait général : des défauts plans sont souvent associés aux dislocations, constituant une trace de leur glissement. Dans certains échantiOons ayant subi, au laboratoire, une déformation de 5

A,

ils occupent la quasi-totalité de la surface observée.

Dans les plagioclases faisant partie de la série minérale allant de l'albite (NaAlSi,O,) à l'anorthite (CaAl,Si,O,), Marshall et Mc Laren [l] ont observé des défauts de dilatation définis par un vecteur faute R perpendiculaire au plan de faute et des défauts de cisaillement définis par un vecteur R parallèle au plan de faute. Dans la série des feldspaths alcalins qui va de l'albite aux feldspaths potassiques (KAlSi,O,) nous avons observé des défauts sur divers plans : (OlO),

(021), (207)~ (1 11). Les deux premiers défauts ~ o u r RG. 1. - Microscopie électronique, faute (010) [100].

lesquels nous avons pu déterminer R correspondent à des cisaillements. Dans tous les cas, R est faible si bien que le contraste des franges constituant l'image du défaut est faible. La présence générale de ces défauts nous a conduits à en rechercher une interpré- tation structurale.

2. caractéristiques géométriques des défauts. -

Le défaut (010) a été observé dans des échantillons qui ont été déformés en laboratoire en vue d'activer le système de glissement (010) [101]. D'après les observations au microscope électronique,

R =

[il

- , O , -

:,]

avec n,

,

n,

>

4 [2]

.

(*) Associé au C.N.R.S. FIG. 2. - Microscopie électronique, faute (021) [100].

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DÉFAUTS PLANS DANS LES FELDSPATHS

Le défaut (021) a été observé dans un échantillon naturel de la zone broyée Sud Armoricaine. De l'ex- tinction du contraste lorsque l'image est effectuée avec les réflexions 040 et 041 à fort facteur de structure, nous avons déduit que R est parallèle à [100]. Les dislocations bordant le défaut n'ont pas été étudiées en détail, toutefois nous pensons que les vecteurs de Burgers des deux dislocations situées de part et d'autre du défaut sont différents car leur contraste est différent et ceci ne semble pas devoir être attribué à la différence d'orientation des dislocations (Fig. 2).

3. Interprétation. - La structure des feldspaths mise au point par Taylor en 1933 [3] est actuellement incontestée : elle est constituée d'une charpente tridi- mensionnelle de tétraèdres TO,, T étant un atome de silicium ou d'aluminium. L'atome T situé au centre du tétraèdre est lié à 4 atomes d'oxygène situés aux coins du tétraèdre ; chaque atome d'oxygène est lié à deux atomes T. La cohésion de l'édifice est ainsi assurée par un réseau tridimensionnel de chaînes T-O-T. La charpente comporte de larges cavités dans lesquelles se logent les cations M (Na, K ou Ca). On peut relever dans l'ouvrage de synthèse de Smith [4] quelques aspects caractéristiques de la structure : l'angle des liaisons O-T-O est relativement rigide (entre 1030 et 1130 dans les feldspaths alcalins, entre 1000 et 1160 dans les anorthites) tandis que l'angle T-O-T est plus flexible (entre 1300 et 1560 dans les feldspaths alcalins, entre 122O et 1700 dans les plagioclases) ; les distances T-O sont relativement fixes entre 1,6 à 1,75

A

tandis que les distances M-O sont extensibles entre 2,7 et 3,3

A

dans les feldspaths alcalins. Nous considérerons ici la structure de la sanidine, feldspath potassique monoclinique dont le groupe d'espace est C2/m car elle est proche de celle des échan- tillons observés. De plus, c'est la structure de plus haute symétrie, dont celle des feldspaths tricliniques peuvent être considérés comme des variantes. Les paramètres de la maille élémentaire a = 8,56 A,

b = 13,03 A, c = 7,18

A

et = 1160 ainsi que les positions des 52 atomes dans la maille C(a, b, c)

utilisées ici, proviennent des mesures de Cole et al. [5]. Chacun des 52 atomes ayant été numérotés (de 1 à 4 pour les atomes Ky de 5 à 20 pour les atomes T, de 21 à 52 pour les atomes O), des projections orthogo- nales ont été effectuées sur différents plans. Sur le plan (100)* (Fig. 3) qui est perpendiculaire à la fois à (010) et (021), on peut rechercher la position de la trace de ces plans de glissement. On remarque des positions favorables pour lesquelles un nombre mini- mum de liaisons O-T sont coupées : le glissement (010) peut se produire soit entre les atomes Tl, et Tl,, soit entre Tl, et Tl, ; ces deux positions se correspondent par la translation 112 [110] du réseau C. Le glissement (021) peut s'effectuer sur le plan d'oxy- gènes situé entre Tl, et T,,. Cette position est celle qui est envisagée pour les joints de la macle de Ba-

FIG. 3. - Projection de la maille élémentaire C(a, b, c) s u le plan (100)*. Les atomes T sont figurés par de grands cercles, les atomes O par des petits cercles, les ions K par des croix. Les liaisons T-O sont représentées en traits différents suiyant leur niveau. Les

liaisons K-O plus extensibles ne sont pas représentées.

FIG. 3'. -Schéma du plan (100)*. do,, étant double de do,,, la trace de 021 fait un angle de 450 avec [010]* et [001]*. Les lignes a, b, c représentent la trace d'un même plan de faute(021) a une translation du réseau près. La maille C(a, b, c) est représentée en traits pleins. La trace du plan de la figue 5 est dessinée en trait mixte; une maille élémentaire

r

limitée par des faces (021) est dessinée en

tirets.

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C2-112 M. GANDAIS ET C. WILLAIME

FIG. 4. - Projection de la maille C sur un plan perpendiculaire à

(010) et parallèle à [IOO]. Les cercles noirs représentent les atomes déplacés au voisinage immédiat du plan de faute.

FIG. 5. - Projection de la maille

r

sur un plan perpendiculaire A (021) et parallèle à [100]. Les atomes correspondant aux zones b

et c de la figure 3 ont été superposés.

3.1 DÉFAUT (010) [100].

-

Sur la figure 4, les liaisons Tl,-O-Tl,, Tl,-O-T,, sont presque dans le plan de projection et nous avons représenté un dépla- cement Rd'environ 1

A

d'une partie du cristal située d'un côté du plan de faute par rapport à l'autre. Ce déplacement résulterait d'une rotation des liaisons Tl,-O-Tl, et Tl,-O-T,,, avec une translation R du dernier oxygène. De tels déplacements existent aux joints de la macle de Carlsbad et de Baveno [6].

Ce modèle donne une indication sur la manière dont le cisaillement peut se produire entre les 2 parties du cristal, mais ne correspond sans doute pas à la structure réelle du défaut ; en effet il respecte les longueurs des liaisons O-T, mais impose des angles entre liaisons nettement différentes de ceux que l'on trouve dans les structures de feldspath.

Un affinement de ce modèle consisterait à envisager pour le déplacement de l'oxygène charnière de T-O-T, une composante perpendiculaire à R dans le plan de faute de sorte que les angles des liaisons T-O-T soient respectés.

3 . 2 DÉFAUT (021) [100]. - Sur la figure 5, la maille élémentaire ï limitée par des faces (021) et définie sur la figure 3', se projette en deux parties.

Nous devons donc tenir compte des deux traces a ét b correspondant à la section de la maille

r

par un meme plan de faute (021). Nous avons là encore schématisé une possibilité de cisaillement entre deux parties du cristal par un jeu analogue de déformation des quatre liaisons Tl,-O-Tl,, Tl,-O-T,,, Tl,-O-Tl,

et Tl,-O-Tl, avec déplacement de deux oxygène. Ces liaisons sont les mêmes que celles qui peuvent se déformer pour créer le défaut (010) [100]. Mais alors que pour le défaut (010) [100] deux liaisons par maille se déforment, pour le défaut (021) [100] quatre liaisons par maille se déforment. On remarque ici que les premiers atomes T déplacés ne sont pas strictement coplanaires, ce qui donne une épaisseur d'environ 1

A

au plan de faute.

4. Conclusion. - Bien que le modèle proposé ne soit pas encore bien affiné, il montre que des cisaillements peuvent se produire en ne faisant intervenir que de faibles variations des angles des liaisons de la chaîne silicatée,

ce

qui correspondrait à des défauts plans de faible énergie alors que l'énergie des dislo- cations avec des vecteurs de Burgers de l'ordre de 8

A

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DÉFAUTS PLANS DANS LES FELDSPATHS C2-1 13 donc favorisé par la création d'un défaut au passage Remerciements. - Nous tenons à remercier Mlle d'une dislocation. Or les défauts décrits ici ne sont R. Bally qui a effectue les projections d'atomes à qu'un exemple des cisaillements possibles : l'angle et partir d'un programme

Candide

qu'elle a mis au point la souplesse des liaisons T-O-T semble offrir des dans le cadre des études de structures cristallines au possibilités multiples de défauts de ce type avec des laboratoire, ainsi que Mr. C . Guillemin qui a, en plans de cisaillement différents. On peut alors s'at- particulier, préparé les échantillons pour la microsco- tendre à leur présence dans les feldspaths déformés. pie électronique et réalisé les documents photogra-

phiques.

Bibliographie

[l] MARSHALL, D. B. et Mc LAREN, A. C., J. Mater. Sci. 12 (1977)

893.

[2] WILLANE, C. et GANDAIS, M., Bull. Soc. Fr. Minerai. Cristallogr. 100 (1977) 263-271.

[3] TAYLOR, W. K., Z. Kristallogr. 85 (1933) 425.

[4] SMITH, J. V., Feldspar Minerais Vol. 1 (Springer-Verlag, New

York, Heidelberg, Berlin) 1974.

151 COLE, W. F., SORUM, H., KENNARD, O., Acta Cryst. 2 (1949) 280. [6] TAYLOR, W. K., DARBYSHIRE, J. A., STRUNZ, H., 2. Kristallogr.