Silicate d'alumine

On appelle communément silicates d'alumine les silicates d'aluminium qui répondent à la formule chimique Al₂SiO₅. On en connaît cinq polymorphes, dont trois sont présents dans certaines roches métamorphiques.

Minéralogie

Andalousite (7,4 × 6,2 cm). Tyrol (Autriche).
Sillimanite du Sri Lanka.
Disthène (31 × 9 cm). São José da Safira, Doce (Minas Gerais, Brésil).

Le groupe des silicates d'alumine comprend trois polymorphes principaux, stables à haute pression et communs dans les roches métamorphiques :

l'andalousite, de densité d = 3,15, orthorhombique ;
la sillimanite, d = 3,25, orthorhombique ;
le disthène ou cyanite, d = 3,60, plus compact et triclinique.

Deux nouveaux polymorphes de très hautes pression et température (14-23 GPa et plus de 2 300‐2 500 K), respectivement triclinique (d = 3,876 à P = 0) et monoclinique (3,982) ont été découverts expérimentalement, mais on ne sait pas encore s'ils existent dans la nature[1].

À basse pression et haute température le silicate d'alumine n'est plus stable et se décompose en mullite[alpha 1] et quartz. La mullite est rare dans les roches naturelles, généralement formées à haute pression.

Pétrologie

Diagramme P-T montrant les domaines de stabilité des phases sillimanite, disthène (cyanite) et andalousite du composé chimique Al₂SiO₅.

Chacun des trois polymorphes « classiques » a son propre domaine de stabilité dans le diagramme P-T (pression-température), et ne se forme que dans les conditions P-T correspondantes (cf. figure). On les trouve en revanche à l'état métastable dans les roches métamorphiques remontées suffisamment vite à faibles profondeur et température. La présence d'un de ces polymorphes, voire de deux ou des trois, atteste que ces roches sont restées durablement dans le ou les domaines P-T correspondants.

Transformation de disthène (ky, cristaux gris) en sillimanite (sil, cristaux orange) dans les kinzigites du massif des Beni Bousera (es) (Maroc) ; lame mince observée au microscope polarisant, en lumière polarisée analysée[3].

L'analyse pétrographique, pétrologique et chimique détaillée des roches et de leurs minéraux permet souvent de savoir dans quel ordre les roches sont passées d'un domaine à l'autre (dans quel ordre les polymorphes se sont formés et éventuellement déstabilisés). Par exemple, dans les rares cas où l'on trouve les trois polymorphes (souvent représentés par les abréviations Sil, And et Ky[alpha 2]), on a pu démontrer l'une ou l'autre des séquences de formation suivantes[4] :

And → Ky → Sil (sept[alpha 3] localités) ;
Ky → Sil → And (six localités) ;
And → Sil → Ky (deux localités, peut-être trois)
Ky → And → Sil (deux localités).

Les deux autres séquences théoriquement possibles, Sil → And → Ky et Sil → Ky → And, n'ont encore jamais été rencontrées.

Notes et références

Notes

La mullite est un silicate d'aluminium dans lequel le rapport Si/Al est variable[2].
Pour l'anglais kyanite.
Y compris la formation géologique norvégienne étudiée dans l'article cité[4].

Références

(en) Y. Zhou, T. Irifune, H. Ohfuji et T. Kuribayashi, « New High‐Pressure Forms of Al2SiO5 », Geophysical Research Letters, vol. 45, n^o 16,‎ 28 août 2018, p. 8167-8172 (DOI 10.1029/2018GL078960).
Les nésosilicates sur l'Encyclopædia Universalis
(en) Jean-Marc Montel, Jacques Kornprobst et Daniel Vielzeuf, « Preservation of old U-Th-Pb ages in shielded monazite: example from the Beni Bousera hercynian kinzigites (Morocco) », Journal of Metamorphic Geology, vol. 18,‎ 2000, p. 335-342.
(en) Donna L. Whitney et Willa J. Samuelson, « Crystallization sequences of coexisting andalusite, kyanite, and sillimanite, and a report on a new locality: Lesjaverk, Norway », European Journal of Mineralogy, vol. 31, n^o 4,‎ juillet 2019, p. 731-737 (DOI 10.1127/ejm/2019/0031-2873).

Voir aussi

Bibliographie

C. A Jouenne, Traité de céramiques et matériaux minéraux, Paris, Septima, 1984, 657 p. (OCLC 34570760), p. 206, 629.
Giovanni Aliprandi, Dario Beruto, Roberto Colombo, M Coulomb et al., Matèriaux réfractaires et céramiques techniques, Paris, Ed. Septima, 1979 (réimpr. 1989) (OCLC 29854917), p. 225, 226, 233-236, 300, 331.

Articles connexes

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[3] La mullite est un silicate d'aluminium dans lequel le rapport Si/Al est variable[2].

[5] Pour l'anglais kyanite.

[7] Y compris la formation géologique norvégienne étudiée dans l'article cité[4].

[1] (en) Y. Zhou, T. Irifune, H. Ohfuji et T. Kuribayashi, « New High‐Pressure Forms of Al2SiO5 », Geophysical Research Letters, vol. 45, n^o 16,‎ 28 août 2018, p. 8167-8172 (DOI 10.1029/2018GL078960).

[2] Les nésosilicates sur l'Encyclopædia Universalis

[4] (en) Jean-Marc Montel, Jacques Kornprobst et Daniel Vielzeuf, « Preservation of old U-Th-Pb ages in shielded monazite: example from the Beni Bousera hercynian kinzigites (Morocco) », Journal of Metamorphic Geology, vol. 18,‎ 2000, p. 335-342.

[Whitney2019-6] (en) Donna L. Whitney et Willa J. Samuelson, « Crystallization sequences of coexisting andalusite, kyanite, and sillimanite, and a report on a new locality: Lesjaverk, Norway », European Journal of Mineralogy, vol. 31, n^o 4,‎ juillet 2019, p. 731-737 (DOI 10.1127/ejm/2019/0031-2873).