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Les pouzzolanes et les basaltes

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Toutes <strong>les</strong> variétés de plagioclase, depuis l'andésine<br />

jusqu'à la bytownite <strong>et</strong> même l'anorthite sont trouvées<br />

dans <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong>.<br />

<strong>Les</strong> pyroxènes sont toujours présents, sous forme de<br />

diopside CaMgSi206. Par ailleurs, une olivine, la forstérite<br />

Mg2Si04 est systématiquement trouvée, à une<br />

exception près (Volvic).<br />

<strong>Les</strong> minéraux accessoires sont surtout <strong>les</strong> amphibo<strong>les</strong>,<br />

assez fréquents, des micas <strong>et</strong> dans le cas de la<br />

pouzzolane de Corent une montmorillonite provenant<br />

vraisemblablement d'un processus d'altération <strong>et</strong> une<br />

calcite d'origine évidemment extra-volcanique.<br />

La diffraction des rayons X perm<strong>et</strong> par ailleurs de m<strong>et</strong>tre<br />

en évidence la présence d'une phase vitreuse, plus<br />

ou moins importante suivant <strong>les</strong> échantillons [3].<br />

EXPLOITATION DE L'ANALYSE CHIMIQUE<br />

<strong>Les</strong> données de rayons X sont insuffisantes pour situer<br />

exactement <strong>les</strong> roches dans <strong>les</strong> classifications modernes<br />

car el<strong>les</strong> ne sont pas quantitatives. En particulier,<br />

el<strong>les</strong> ne perm<strong>et</strong>tent pas de chiffrer <strong>les</strong> teneurs en<br />

feldspathoïdes <strong>et</strong> en composants fémiques nécessaires<br />

au repérage dans <strong>les</strong> triang<strong>les</strong> de Niggli.<br />

Nous allons voir que l'exploitation de l'analyse chimique<br />

perm<strong>et</strong> de faire c<strong>et</strong>te discrimination <strong>et</strong> qu'elle apporte<br />

par ailleurs des informations nouvel<strong>les</strong>.<br />

L'analyse chimique aété utilisée, en particulier par <strong>les</strong><br />

américains Cross, Iddings, Pirsson <strong>et</strong> Washington<br />

(système CIPW) [4] <strong>et</strong> par Niggli lui-même pour calculer<br />

la composition minéralogique des roches magmatiques,<br />

<strong>et</strong> en déduire leur place dans la classification.<br />

C<strong>et</strong>te composition théorique, appelée «norme»<br />

s'écarte dans bien des cas de la composition réelle ou<br />

«mode» établie par examen de lames minces au microscope<br />

polarisant <strong>et</strong> a pour c<strong>et</strong>te raison été très<br />

critiquée par de nombreux pétrographes. Il s'agit en<br />

réalité d'une fausse querelle <strong>et</strong> <strong>les</strong> <strong>pouzzolanes</strong> en<br />

sont une bonne illustration : la norme correspond à ce<br />

que seraient ces systèmes s'ils étaient en équilibre<br />

thermodynamique; le mode (approché par l'étude diffractométrique)<br />

reflète la composition du système réel<br />

qui, pour des raisons diverses (rapidité du refroidissement<br />

par exemple), a été fixé dans un état hors<br />

équilibre. La comparaison du mode <strong>et</strong> de la norme est<br />

pour c<strong>et</strong>te raison extrêmement instructive.<br />

1 - Calcul du nombre de phases des systèmes en<br />

équilibre<br />

On sait que la variance des systèmes en équilibre est<br />

donnée par la règle de Gibbs:<br />

v = c + 2 — 9<br />

— c est le nombre de constituants indépendants; il<br />

sera ici égal au nombre d'oxydes trouvés par analyse<br />

chimique.<br />

— tp est le nombre de phases.<br />

— v est la variance, c'est-à-dire le nombre de paramètres<br />

qui peuvent varier (composition des phases, pression,<br />

température). Si nous fixons la pression <strong>et</strong> la<br />

température, la formule de Gibbs se réduit à<br />

V = C — 9<br />

Le nombre de phases est maximal quand la variance<br />

est nulle, c'est-à-dire que la composition de toutes <strong>les</strong><br />

phases (seul paramètre restant) est fixée à l'avance.<br />

C'est le cas si <strong>les</strong> phases sont formées d'espèces chimiques<br />

définies. On peut voir que dans ces conditions<br />

c =f, c'est-à-dire que le nombre de phases est égal au<br />

nombre d'oxydes de l'analyse chimique.<br />

Le nombre de phases diminue d'une unité quand une<br />

des phases a une composition non fixée à l'avance.<br />

C'est le cas qui se présente lorsqu'il y a formation<br />

d'une solution solide binaire (c'est-à-dire entre deux<br />

composés définis); la composition de c<strong>et</strong>te phase<br />

s'ajuste sur la composition globale.<br />

Le nombre de phases diminue de deux unités quand il<br />

y a deux solutions binaires, ou encore une solution<br />

solide ternaire.<br />

2 - Nature des phases en présence<br />

La règle de Gibbs ne peut rien nous apprendre sur la<br />

nature des phases, qui résulte de relations thermodynamiques<br />

dont on n'a a priori aucune idée. Il faut faire<br />

intervenir ici <strong>les</strong> données de l'expérience <strong>et</strong> de la littérature.<br />

<strong>Les</strong> minéraux trouvés par diffractométrie X ont des<br />

chances de faire partie des phases stab<strong>les</strong>. Si nous<br />

adm<strong>et</strong>tons ce postulat, critiquable d'ailleurs, nous<br />

pouvons faire le décompte des minéraux trouvés <strong>et</strong> le<br />

comparer au nombre de phases calculé.<br />

Dans le cas des <strong>pouzzolanes</strong> du Massif central, l'analyse<br />

chimique donne, pourun bilancomprisentre99<strong>et</strong><br />

100 %, <strong>les</strong> constituants suivants:<br />

chaux, silice, alumine, magnésie, oxyde de sodium,<br />

oxyde de potassium, oxyde de fer <strong>et</strong> oxyde de titane,<br />

soit huit constituants.<br />

L'analyse diffractométrique révèle la présence de quatre<br />

espèces: plagioclases, diopside, forstérite, hématite.<br />

Toutes <strong>les</strong> phases ayant une composition définie, à<br />

l'exception des plagioclases qui sont des solutions<br />

solides ternaires, le système est bivariant <strong>et</strong> par<br />

conséquent le nombre de phases est égal à 6. Deux<br />

phases ne sont donc pas décelées par <strong>les</strong> rayons X. La<br />

littérature nous apprend que l'une d'el<strong>les</strong> est l'ilménite<br />

FeTi03 forme sous laquelle se trouve le titane dans <strong>les</strong><br />

roches volcaniques [5]. Compte tenu des éléments<br />

restants, la dernière phase est nécessairement soit le<br />

quartz soit un feldspathoïde. Nous adm<strong>et</strong>trons, pour<br />

<strong>les</strong> raisons invoquées plus haut, que ce feldspathoïde<br />

est la néphéline sodique.<br />

Dans ces conditions, il y a concordance entre le nombre<br />

théorique de phases <strong>et</strong> le nombre réel. La détermination<br />

de la proportion de chacune des phases est<br />

alors une simple affaire de résolution d'un système de<br />

huit équations linéaires à huit inconnues.<br />

<strong>Les</strong> calculs peuvent être faits à la main, car la matrice<br />

comporte de nombreux zéros, mais ils sont malgré<br />

tout fastidieux <strong>et</strong> il vaut mieux avoir recours à l'informatique.<br />

Grâce à la collaboration de F. X. Deloye,<br />

nous avons pu résoudre le problème au moyen du<br />

programme «minéraux» qu'il a mis au point [6].<br />

3. Organigramme du calcul<br />

Le calcul consistant en la résolution d'un système linéaire<br />

avec autant d'équations que d'inconnues, il au-<br />

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