silicates (suite)

Groupe structural kaolinite-serpentine ou à 7 Å

Il se caractérise par l’association d’une couche tétraédrique et d’une couche octaédrique. Le feuillet a une épaisseur de 7 Å, que révèle un cliché de rayons X. Le plus important des phyllosilicates de ce groupe est la kaolinite Al₄Si₄O₁₀(OH)₈, élément essentiel des kaolins des céramistes (v. argiles). Les serpentines Mg₆Si₄O₁₀(OH)₈, trioctaédriques, sont verdâtres, parfois riches en nickel dans la garniérite ; la variété fibreuse des serpentines, le chrysotile, est utilisée industriellement comme amiante.

Groupe structural talc-mica-montmorillonite ou à 10 Å

Dans ce groupe, le feuillet élémentaire comprend deux couches tétraédriques se faisant face et entre lesquelles se trouve une couche octaédrique. Son épaisseur est 10 Å. Le feuillet est neutre dans le talc (trioctaédrique), Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂, et la pyrophyllite (dioctaédrique), Al₂Si₄O₁₀(OH)₂ (v. argiles). La montmorillonite et les smectites sont aussi des constituants des argiles. Elles sont intermédiaires entre la pyrophyllite et les micas, car le feuillet possède une faible charge négative compensée par des cations facilement échangeables, se situant entre les feuillets avec des molécules d’eau. Les feuillets s’empilent dans un désordre qui caractérise une structure turbostratique.

Les micas XY_2–3(Si,Al)₄O₁₀(OH,F)₂ sont des constituants abondants des roches éruptives et métamorphiques ainsi que des roches sédimentaires, où, sous la forme des illites, ils sont les constituants essentiels de certaines argiles.

Bien que de compositions chimiques très variées, leurs propriétés cristallographiques sont très voisines ; les micas possèdent tous le même clivage flexible et élastique.

Parmi les micas dioctaédriques, le plus important des points de vue pétrographique et industriel est le mica blanc, ou muscovite KAl₂(AlSi₃)O₁₀(OH,F)₂.

Pour les micas trioctaédriques, on peut citer la phlogopite K(Mg,Fe)₃AlSi₃O₁₀(OH,F)₂, les micas noirs biotites, présents dans les granites, de formule
K(Mg,Fe²⁺)_2+x(Fe³⁺,Al)_1–x(Al_2–xSi_2+x)O₁₀(OH,F)₂,
et les lépidolites, minerais de lithium, de formule

Les glaucomies, vertes, sédimentaires, s’apparentent aux micas.

Groupe des chlorites (14 Å)

Ces phyllosilicates sont formés de deux couches tétraédriques incluant une couche octaédrique, comme dans le talc, auxquelles succède une couche du type brucite Mg(OH)₂, dans laquelle une partie des ions Mg²⁺ est remplacée par Al³⁺. Ce sont des phyllosilicates de magnésium, de fer et d’aluminium, de formule (Mg,Al,Fe)₆(Al,Si)₄O₁₀(OH)₈, dont le nom rappelle la couleur verte du chlore, présentant tous un clivage parfait, flexible, non élastique, que l’on trouve surtout dans les schistes métamorphiques et dans certaines roches sédimentaires.

Les tectosilicates, ou silicates du type SiO₂

Les tétraèdres SiO₄ s’associent par leur quatre sommets dans les trois dimensions de l’espace, de sorte que, chaque atome d’oxygène se trouvant lié à deux atomes Si, la composition de l’édifice correspond à SiO₂. L’ion Al³⁺ peut remplacer l’ion Si⁴⁺ et, la charpente tridimensionnelle, de composition (Al,Si)O₂, devenant un macroanion, les tectosilicates apparaissent comme des aluminosilicates. Les atomes Si sont en nombre plus grand que celui des Al, et un atome d’oxygène est lié soit à deux Si par deux valences électrostatiques (au sens de Pauling) compensant sa charge et le rendant « inactif », soit à un ion Si et à un ion Al, dont il reçoit valences électrostatiques. Cet atome d’oxygène « actif » a sa charge – 2 compensée par des cations qui ne peuvent être ni Mg²⁺, ni Fe²⁺, de coordination 6, et dont la valence électrostatique 2/6 = 1/3 est trop grande. Par contre, des ions alcalins K⁺, Na⁺, Li⁺ ou alcalino-terreux tels que Ca²⁺, Ba²⁺, de coordination 8, conviennent, et tous les tectosilicates répondent à la formule générale
(K,Na,Ca_1/2,Ba_1/2,...)_x(Al_xSi_y)O_2(x+y).
Ces considérations expliquent que des éléments chimiques tels que Mg, Fe²⁺, Cr, Mn, abondants dans un magma en voie de cristallisation, ne rentrent pas dans la composition des tectosilicates, que l’on peut répartir dans les trois groupes de minéraux suivants : feldspaths, feldspathoïdes et zéolites.

Les feldspaths

Ce sont les constituants majeurs de toutes les roches éruptives et métamorphiques, et, de loin, les plus abondants de l’écorce terrestre. On les répartit dans les feldspaths alcalins et les feldspaths calcosodiques. L’orthose (ou orthoclase), feldspath potassique KAlSi₃O₈, monoclinique, et l’albite NaAlSi₃O₈, triclinique, peuvent former, à température élevée, des solutions solides continues (K,Na)AlSi₃O₈, dans lesquelles les atomes K et Na, d’une part, Al et Si, d’autre part, occupent, au hasard, les mêmes sites du réseau cristallin. Au refroidissement, l’orthose et l’albite se séparent dans un assemblage épitaxique, qui est une perthite. La sanidine (K,Na)AlSi₃O₈, formée à température élevée, présente un désordre total des atomes Al et Si ; ce désordre est moins grand dans l’adulaire, faciès particulier de l’orthose ayant cristallisé à une température relativement basse (400 °C). Dans le microcline KAlSi₃O₈, la forme la plus stable, les atomes Al et Si sont ordonnés dans le réseau, et le cristal est triclinique. Les rayons X déterminent ce degré d’ordre, qui est lié à l’histoire thermique de la roche. Les feldspaths calcosodiques ou plagioclases Na_1–xCa_xAl_1+xSi_3–xO₈ constituent une série continue de cristaux tricliniques depuis l’albite jusque l’anorthite CaAl₂Si₂O₈.

Les feldspathoïdes

Ces tectosilicates, comme la néphéline NaAlSiO₄, la kalsilite KAlSiO₄, la leucite KAlSi₂O₆, sont des constituants des roches éruptives ou volcaniques peu riches en silice. Les feldspathoïdes du groupe de la sodalite Na₈Al₆Si₆O₂₄Cl₂ possèdent une charpente aluminosilicique plus ouverte, dans laquelle se logent de gros anions ; citons la lazurite, ou outremer (Na,Ca)₈Al₆Si₆O₂₄5(SO₄,S,Cl)₂, constituant du lapis-lazuli, d’une belle couleur bleue, qui est exploité depuis les temps les plus reculés dans un gîte de l’Afghānistān pour la fabrication d’objets d’ornement et qui a été longtemps le pigment bleu des grands peintres.