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Stabilité des cristaux :

Un cristal est un solide dont les constituants (atomes, molécules ou ions) sont assemblés de manière régulière, par opposition au solide amorphe. Par « régulier », on veut généralement dire qu’un même motif est répété à l’identique un grand nombre de fois selon un réseau régulier, la plus petite partie du réseau permettant de recomposer l’empilement étant appelée une « maille ».
▻ – Cristal – Wikipédia — ===> –(⚑)–

La stabilité des cristaux :

La stabilité d’un cristal est assurée par l’équilibre des forces d’attraction et de répulsion qui existent entre les différents éléments d’un cristal :

À température et pression nulles, tous les éléments du tableau périodique, à l’exception de l’Hélium, se trouvent à l’état cristallisé. On peut conclure qu’il existe des forces d’attraction entre atomes de même nature qui sont suffisantes pour assurer la cohésion de l’édifice cristallin. Il s’agit essentiellement de forces électrostatiques entre électrons et entre électrons et noyaux. On peut également observer que les cristaux sont des corps relativement difficiles à comprimer, ce qui traduit la présence de forces de répulsion qui ne deviennent importantes qu’à courte distance. ¹¹¹

¹¹¹ ▻ – Au cœur des matériaux cristallins – Philippe Lours, Fabien Baillon 2.8. 19 mars 2024 – IMT, École des Mines d’Albi-Carmaux – ===> –(⚑)–

◍ – Énergie de cohésion :

Elle mesure l’énergie nécessaire à la destruction d’un cristal.

À la distance d’équilibre des atomes dans le cristal, l’énergie d’interaction présente une valeur minimale appelée énergie de cohésion. Cette énergie correspond à l’énergie nécessaire pour transformer le cristal en un ensemble d’atomes libres. Cette énergie de cohésion varie très fortement d’un élément à l’autre, elle est très fortement liée à la structure électronique (voir tableau suivant) et au type de liaisons qui s’établissent entre les atomes.¹¹¹
¹¹¹ ▻ – Au cœur des matériaux cristallins – Philippe Lours, Fabien Baillon 2.8. 19 mars 2024 – IMT, École des Mines d’Albi-Carmaux – ===> –(⚑)–

◍ – Qu’est-ce que l’énergie :

Qu’est ce que l’énergie ? : Le mot « énergie » vient du Grec Ancien « énergéia », qui signifie « La force en action ». Ce concept scientifique est apparu avec Aristote et a fortement évolué au cours du temps.
Aujourd’hui, l’énergie désigne « la capacité à effectuer des transformations ». Par exemple, l’énergie c’est ce qui permet de fournir du travail, de produire un mouvement, de modifier la température ou de changer l’état de la matière. Toute action humaine requiert de l’énergie : le fait de se déplacer, de se chauffer, de fabriquer des objets et même de vivre.
▻ – L’essentiel sur l’énergie – CEA — ===> –(⚑)–

▻ – C’est quoi l’énergie – Lumni – niveaux – CM1 – CM2– ===> –(⚑)–
Regarder la vidéo de 1mn 52s .

Les forces de cohésion des cristaux:

Le cristal est est en équilibre stable car tout élément su cristal est rrlié à ses voisins par des forces de cohésion et des forces de répulsion.

La stabilité d »un cristal est assurée par l’équilibre des forces de cohésion et les forces répulsion entre les éléments (ions, atomes) constituants le cristal.

◍ – Énergie d’interaction entre les atomes :

Les forces de cohésion et de répulsion des éléments qui constituent un cristal varient en fonction de la distance qui existe entre eux

Afficher schéma dans un autre onglet – –📸–
¹¹¹ ▻ – Au cœur des matériaux cristallins – Philippe Lours, Fabien Baillon 2.8. 19 mars 2024 – IMT, École des Mines d’Albi-Carmaux – ===> –(⚑)–

◍ – Les liaisons entre atomes dans un cristal :

Difficultés :
comprendre la nature non absolue des liaisons : une liaison chimique n’est pas strictement covalente ou ionique, c’est un mélange des deux dicté par l’électro-négativité des entités liées
▻ – Liaisons intra- et intermoléculaires – La liaison ionique – Manon LECONTE – ENS de Lyon – ===> –(⚑)–

▻ – Interactions fondamentales- notions de champ – Digischool– ===> –(⚑)–

◍ – La Cohésion du solide ionique :

L’énergie nécessaire à la formation d’un cristal à partir des composants gazeux.

Énergie réticulaire : variation d’énergie interne qui accompagne la formation d’une mole de solide ionique à partir des ions le constituant en phase gazeuse à 0 °K.
…Exemple Pour le chlorure de sodium, il s’agit de l’énergie de la réaction :
Na+(s) + Cl(g) → NaCl(s)
Remarque L’énergie réticulaire peut être définie pour la réaction dans le sens de formation du solide, mais aussi pour la réaction inverse qui consomme le solide ionique.
L’énergie réticulaire peut être déterminée par un modèle électrostatique ou par un cycle thermodynamique
▻ – La liaison ionique Manon LECONTE – ENS de Lyon – page 3- ===> –(⚑)–

La température et la stabilité des cristaux :

L’augmentation de température appliquée à un cristal, déstabilise les liaisons d’attraction, ce qui diminue les forces de cohésion du cristal.

Un cristal, un solide augmente de volume quand il est soumis à une augmentation de température.

La dilatation thermique des matériaux est liée à leur énergie de cohésion. Si une élévation de température est imposée à un matériau, les atomes le constituant vibrent autour de leur position d’équilibre du fait de l’agitation thermique. Or, on constate que la courbe représentant les variations de l’énergie de cohésion en fonction de la position atomique n’est pas symétrique autour de son minimum (voir Fig.). Il en résulte que la force de répulsion entre deux atomes qui se rapprochent est plus importante que la force d’attraction entre deux atomes qui s’écartent. Il s’ensuit que lors d’une élévation de température, les vibrations des atomes se font avec une amplitude plus grande dans le sens de l’écartement que dans le sens du rapprochement. Ceci donne lieu à une dilatation thermique macroscopique du matériau. Notons que la dilatation thermique est d’autant plus faible que l’énergie de cohésion est plus forte (puits de potentiel profond).

Les forces de cohésion diminuent avec l’augmentation de la distance entre les atomes, et quand elles deviennent inférieures aux forces de répulsion, l’atome se détache du solide.

▻ – Propriétés liées à la structure – Dilatation thermique – IMT, École des Mines d’Albi-Carmaux – ===> –(⚑)–

La pression et la stabilité des cristaux :

La pression exerce une force physique qui s’ajoute aux autres forces électrostatiques d’attraction qui existent entre les élément du cristal.

Les variations de pression, en compression et en dépression, influent sur la structure des cristaux.

◍ – Les minéraux polymorphes :

Ce chapitre sera complété par une page réservée aux minéraux :
En cours de développement

Les minéraux polymorphes possèdent la même composition chimique mais cristallisent en des structures différentes, selon la pression pour un espace de température bien défini.
Un polymorphe se transforme en un autre quand la pression varie et cette transformation est réversible selon le sens de la variationnel de la pression, en compression ou en dépression.

_◾– Les polymorphes de de la silice , SiO₂ : le quartz et la coésite ;

Il existe plusieurs variétés de polymorphes du dioxyde de silicium ou silice, selon le domaine Pression-Température, où ils se forment,
… Parmi tous ces polymorphes, deux retiennent notre attention dans le domaine de la géologie : Le quartz très présent dans les roches acides de la croûte continentale se transforme en coésite quand il est soumis à de fortes pressions dans un espace de températures inférieures à 600 °C.
.. Quartz : Système cristallin – trigonal — densité = 2,65 (constante).
… Coésite : Système cristallin – monoclinique — densité = 2,92 (calculée).

▻ – SiO₂ – silice – quartz et coésite- Académie Aix-Marseille- ===> –(⚑)–
▻ – SiO₂ – silice – Minéralogie du quartz- Futura-sciences- ===> –(⚑)–
▻ – Quartz – Wikipédia – ===> –(⚑)–
▻ – Coésite – Wikipédia – ===> –(⚑)–

_◾– Les polymorphes du silicate d’aluminium, Al₂O(SiO₄) : l’andalousite, la sillimanite et le disthène ou kyanite :

Selon la température, on observe l’existence de 2 ou ou 3 polymorphes :
… 2 au-dessous d’une température de 550 °C environ, l’andalousite et le disthène (à pression plus élevé),
… 3 au-dessus de cette température , l’andalousite, la sillimanite et le disthène (toujours à la pression la plus élevée).

… Andalousite : Système cristallin – orthorhombique — densité = 3,12 – 3,16.
… Sillimanite : Système cristallin – orthorhombique — densité = 3,23 – 3,27
… Disthène ou kyanite – système cristallin – triclinique — densité = 3,53 – 3,65.
… Rq : On observe que la densité du cristal varie avec la pression à laquelle, il se forme .

Rq : Les silicates d’alumine se retrouvent très souvent dans les roches métamorphiques, leur présence ou absence est indice important pour déterminer le domaine Pression-Température dans lequel la roche métamorphique s’est formée.

▻ Al₂O(SiO₄) – Silicate d’alumine – Wikipédia – ===> –(⚑)–
▻ – Andalousite – Wikipédia – ===> –(⚑)–
▻ – Sillimanite – Wikipédia – ===> –(⚑)–
▻ – Disthène ou kyanite-– Wikipédia – ===> –(⚑)–

◍ – Le couple Pression-Température – La ❝remontée adiabatique❞ d’une roches vers la surface :

Cela concerne les roches du manteau et de la croûte continentale.

Quand une roche de la croûte continentale ou du manteau, est soumise à une remontée rapide vers la surface, sans diminution notable de sa température : alors elle peut atteindre son point de fusion et fondre pendant la migration vers la surface .
En effet, les minéraux hydratés (micas, amphiboles) qu’elles contient peuvent recouper leur courbe de fusion et déclencher l’anatexie ou fusion partielle de la roche.
–📸– ▻ – Les magmas primaires basaltiques issus de la fusion du manteau : Planet-Terre – ENS Lyon – ===> –(⚑)–

L’eau :

La présence de l’eau facilite la déstabilisation du cristal.

◍ – L’eau et la cohésion des cristaux :

▹- L’eau est une molécule polaire.

Dans la molécule d’eau, (H₂O), les électrons des atomes d’hydrogène sont fortement attirés par l’atome d’oxygène au point d’être plus proches du noyau d’oxygène que de ceux d’hydrogène. C’est pourquoi l’eau a une charge négative autour de l’atome d’oxygène (zone rouge) et une charge positive vers les atomes d’hydrogène (zone bleu).
▻ – La polarité de l’eau– Wikipédia – ===> –(⚑)–
▻ – Les propriétés de la molécule d’eau– Eduterre – Planet-Terre – ENS-Lyon- ===> –(⚑)–
Rq : les hydrocarbures et les graisses sont des molécules apolaires.

▹- Le cristal au contact de l’eau :

Les ions situés en surface du cristal, établissent des liaisons électrostatiques avec la molécule d’eau très polarisée, les ions positifs du cristal (les cations) avec le pôle négatif de l’eau (le pôle oxygène) et les ions négatifs (les anions) avec le pôle positif de l’eau (le pôle hydrogène).
Rq : c’est la raison pour laquelle, l’eau est un très bon solvant.

Mais, ces liaisons établies entre la molécule d’eau et un ou plusieurs éléments du cristal affaiblissent les liaisons que ces atomes du cristal ont établies avec les autres atomes du cristal.
… Et cela intervient dans les processus de fusion du cristal : la présence d’eau abaisse le point de fusion des roches. Cela explique pourquoi, pour une pression donnée, la température du solidus hydraté du granite est plus basse que celle observée pour le solidus sec du granite.
Rq : Le solidus sec du granite est situé dans un domaine de température qui n’existe plus aujourd’hui dans la croûte continentale, le géotherme moyen de la lithosphère continentale a beaucoup diminué depuis l’archéen (-3 600 à -2 500 ma) où il était supérieur à ce solidus anhydre.

▻ – Électronégativité, liaison polarisée et polarité d’une molécule – Digischool– ===> –(⚑)–

◍ – Un mot sur l’utilisation des « fondants » dans la vie pratique :

Parfois dans la documentation géologique disponible sur internet, l’eau est qualifiée de « fondant ».

Un fondant est utilisé dans le domaine de l’industrie et dans la vie pratique pour deux raisons principales :
… abaisser le point de fusion d’un solide, et
… faciliter la séparation du liquide de la masse encore solide.

FONDANT, en Métallurgie, on donne en général le nom de fondans dans les travaux de la Docimasie & de la Métallurgie, à des substances que l’on joint à d’autres corps pour les faire entrer en fusion, afin que par ce moyen la partie métallique puisse s’en dégager.
▻ – Fondant : Baron d’Holbach, Venel – L’Encyclopédie, 1^re éd. 1757 (Tome 7, p.71-72). – ===> –(⚑)–

Le rôle principal des fondants consiste à séparer la gangue du minerai par diminution de son point de fusion : un minerai siliceux conduira à l’addition de calcite alors qu’un minerai calcaire entraîne l’addition d’un fondant siliceux ou alumineux.
▻ – L’Université desSciences et Tecxhnologies de lille -Murielle Rivenet – Thèse soutenue le 16 décembre 1996 – – ===> –(⚑)–
▻ – La métallurgie du fer – Université du Maine – Faculté des Sciences – – ===> –(⚑)–
▻ – Les techniques de préparation des minerais – p. 63-69 – Presses universitaires du Midi — ===> –(⚑)–
▻ – Castine – Fondant – Wikipédia — ===> –(⚑)– accompagné d’un schéma de principes des filières de fabrication traditionnelle de l’acier au milieu du XX^e siècle.

Remarque : En hiver, on utilise couramment un fondant, le sel NaCl, pour éliminer le verglas qui recouvre la chaussée mouillée, quand la température est au-dessous de 0¨C.
en présence du sel, la température de fusion de la glace, passe au-dessous de la température de la chaussée.
▻ – Le sel fait-il vraiment fondre la neige et le verglas ? Usages, avantages et limites –Reno-Info-Maison – ===> –(⚑)–

Le « Granit Vert » – Altération post-magmatique en présence d’eau :

Dans le Massif de Ploumanac’h, un pluton de granites rouges situé au nord du Massif Armoricain, on observe des granites colorés en « vert », ils sont localisés dans la Vallée des Traouiëro, qui correspond à une faille qui s’est formée en fin de cristallisation du pluton granitiques dans une période que l’on qualifie de post-magmatique.

Ci-dessus deux photos de granites à gros grain, tous les deux de la Clarté, mais celui des Traouïero, à droite, à subi l’altération hydrothermale qui a teinté en vert les plagioclases.

Le granit vert exploité dans la vallée des Traouïero – ===> –(⚑)– – –📸–

*Ce phénomène est est souvent présenté sous le terme de saussuritisation. : https://www.britannica.com/science/saussurite Une définition de l’encyclopédie Britannica.

◾ – L’eau provient des des fluides résiduels qui n’ont pas été mobilisés pendant la cristallisation. En fin de cristallisation, cette eau s’infiltre dans la masse granitique, d’autant mieux qu’elle est à l’état supercritique, donc peu dense (100 gr le litre, l’eau à pression et température normales, c’est 1000 gr le litre) et très fluide.
◾ – Le chemin emprunté par cette eau est constitué des fissures et des failles qui se forment pendant le refroidissement de la masse magmatique qui se contracte en provoquant fractures et effondrements.

Quelques endroits bien délimités des granites des Traouïero ont subi une transformation physico-chimique qui a affecté les plagioclases : blancs à l’origine, ces feldspaths ont acquis une couleur verte plus ou moins prononcée.

◾ – En présence d’eau, les cristaux de plagioclases (feldspaths calco-sodiques) sont déstabilisés et la structure cristalline est dégradée, les ion Ca⁺⁺ présents dans le cristal de feldspath sont libérés.
◾ – Ces ions de calcium libérés, contribuent à la formation de nouveaux minéraux, dont l’épidote (zoïsite) de couleur verte. L’épidote est composée de silice SiO₂ , alumine Al₂O₃, de calcium Ca++, de fer Fe⁺⁺, parfois de fer Fe⁺⁺⁺ et d’eau H₂O.
◾ – L’épidote se matérialise sous forme de microcristaux, dispersés à l’intérieur des cristaux de feldspath altérés ou localisés seulement en bordure selon l’ampleur de la dégradation subie par le cristal. C’est ainsi, que les plagioclases sont teintés de vert.
◾ – Remarque *** – La saussuritisation ne peut pas se produire avec tous les plagioclases, seuls ceux qui contiennent plus de calcium que de sodium sont candidats à ce processus d’altération.

▻ – Fluide supercritique – Wikipédia — ===> –(⚑)–
▻ – L’état supercritique en sciences de la Terre – Eduscol – Planet-Terre- ENS Lyob —- ===> –(⚑)–
▻ – Fluide supercritique – Franco Wiki — ===> –(⚑)–

L’eau, un agent chimique d’altération :

De par ses propriétés et son abondance relative, l’eau se trouve à la base de toutes les altérations exogènes des roches. Les molécules d’eau sont chargées électriquement et se comportent comme des dipôles. Les propriétés de l’eau vis-à-vis des minéraux s’expliquent essentiellement par cette propriété. Pure, elle se comporte comme un acide faible par les ions H⁺ libres qu’elle renferme. ( —> Pour en savoir plus).
▻ – Les propriétés de la molécule d’eau– Eduterre – Planet-Terre – ENS-Lyon– — ===> –(⚑)–

Les réactions mettant en jeu la molécule d’eau sont de différents types et ont lieu essentiellement en climat humide. Les éléments solubles qui en résultent sont lessivés et les parties insolubles restent sur place, se recombinant pour former de nouveaux minéraux, principalement des argiles.

◍ – Actions de l’eau sur les roches :

► La dissolution

La dissolution est d’autant plus forte que la solubilité des minéraux est élevée, les plus vulnérables étant les minéraux des roches salines (sel gemme, potasse, gypse).

– Lapiès – Lapiès sur les côtes de Saint Domingue Un lapiès est une forme de surface du modelé karstique. Il s’agit d’une surface de roches calcaires (ou dolomitiques) creusée par dissolution de trous, de cannelures ou de rigoles, larges de 1 cm à 1 m, séparées par des lames tranchantes.

– Dissolution dans du gypse – Le gypse (CaSO₄, 2H₂O) est une roche exogène, une évaportite, relativement soluble dans l’eau. Dans les zones montagneuses, sa issolution crée des reliefs particuliers sous forme « d’entonnoirs ». L’eau, la neige s’accumulent dans de petites dépressions où la dissolution s’opère, donnant des paysages caractéristiques. ***

► Les oxydations / réductions

Les oxydations concernent surtout le fer qui passe de l’état ferreux à l’état ferrique.

Exemple pour un minéral d’olivine : olivine + oxygène —–> oxyde ferrique + silice.

Fe₂SiO₄ + 1/2 O₂ —–> Fe₂O₃ + SiO₂

Les réductions sont plus rares : elles se déroulent dans les milieux hydromorphes (saturés d’eau de façon permanente ou périodique) et produisent en particulier du fer ferrique au fer ferreux soluble. ***

► L’hydratation

Il s’agit de l’incorporation de molécules d’eau à certains minéraux peu hydratés. Elle produit un gonflement du minéral et donc favorise la destruction de la roche. C’est le cas de la chloritisation ou de la transformation des ferro-magnésiens (pyroxènes, amphiboles) en serpentine, chlorite, épidote.

– Plagioclase + Pyroxène + Eau ————> Amphibole (Hornblende verte)

– Plagioclase + Hornblende + Eau ————> Chlorite + Actinote***.

► La décarbonatation

Elle produit la solubilisation des calcaires et des dolomies sous l’action du CO₂ dissous dans l’eau.

CaCO₃ + nbsp; CO₂ + H₂O ———-> Ca(HCO₃)2 soluble

Il en résulte des paysages particuliers, associés aux régions calcaires, c’est la cas, par exemple des reliefs karstiques.

Les dolines sont des reliefs de surface du modelé karstique. Ce sont des dépressions circulaires dont le fond est occupé par de la terra rossa, résidu argileux rouge de la dissolution des calcaires.***

***▻ – L’eau, agent d’altération des roches – Eduterre – Planet-Terre – ENS-Lyon– ===> –(⚑)-– .

nbsp; ??????

Références concernant cette page :

▻ – Cristal ionique – Wikipédia – ===> –(⚑)–
▻ – III – Cristaux ioniques – cahier-de-prépa – ===> –(⚑)–
▻ – Chapitre III – Les cristaux ioniques – Faculté des Sciences de Rabat- ===> –(⚑)–
▻ – Forces de cohésion d’un cristal ionique– Thepoussin- ===> –(⚑)–
▻ – Polarité – Wikipédia – ===> –(⚑)– – l’eau est une molécule polaire
▻ – [RécréaSciences] – La polarité de l’eau– echosciences-centre-valdeloire – ===> –(⚑)– —- Comment mettre en évidence la polarité de l’eau
▻ – Dissolution d’un cristal ionique et forces en jeu – Thepoussin- ===> –(⚑)–

◍ – Pour poursuivre la lecture :

Page d’accueil – Migmatites et anatexie – Introduction

Introduction au métamorphisme – Métamorphisme – Introduction

L’anatexie ou fusion partielle – Anatexie

Les migmatites – Migmatites