Diffusion dans les phyllosilicates : Aspect naturel et expérimental

Abstract

Les chlorites et les micas sont des phyllosilicates, qu’on trouve dans différents contextes géologiques (diagénétique, métamorphique, magmatique). Ils représentent des hétérogénéités et des homogénéités chimiques liées principalement à l’environnement thermodynamique dans lequel ils se trouvent. Dans ce volume sont présentés les résultats d’une étude expérimentale, entrepris sur des phlogopites magmatique affectées naturellement par la diffusion, afin de comprendre le rôle que peut avoir cette dernière dans l’homogénéisation diagénétiques (basse température) et métamorphiques (haute température). Des expériences de recuit à 650°C (t = 3 mois), 750°C (t = 11 jours), 850°C (t = 11 jours) et 90°C (t = 11 jours) ont été réalisé sue ces phlogopites dans le but d’amorcer la diffusion naturelle et de mesurer les différents paramètres (diffusivités, énergie d’activation, facteur de fréquence) qui contrôlent la cinétique cationique dans ces minéraux. Les coefficients de diffusion (Fe, Mg, Ti, Si, Na, Ba) mesurés varient entre 10⁻¹⁰ et 10⁻¹⁵ cm².s⁻¹, les énergies d’activation se situent entre 50 à 150 kj.mole⁻¹ dans un domaine de température situé entre 750°C à 900°C. La projection de ces résultats dans le diagramme d’Arrhenius (f(1/T) = logD) confirme la hiérarchie des diffusivités cationiques trouvées avant les expériences de recuit. L’expérience à 750°C pendant une durée de 11 jours montre que l’homogénéisation atteint la limite d’observation à l’échelle micrométrique. Par contre l’expérience à 650°C (t = 3 mois) montre que le temps est le paramètre essentiel dans l’homogénéisation à basse température. L’effet du temps d’une part et la température d’autre part sur l’homogénéisation des phlogopites sont aussi vérifiés pour les chlorites. Ainsi le passage d’une hétérogénéité à une homogénéité chimique dans les chlorites diagénétiques de basse température (inférieur à 300°C) dépend essentiellement du temps. L’effet de la diffusion est évalué par la variation du rapport Fe/Fe+Mg (∆xFe) et Al/Al+Fe+Mg (∆xAl): leur tendance vers une valeur nulle signifie que la diffusion est importante et l’homogénéisation est complète. Le passage de 0.5 à 0.02 (valeurs de ∆xFe) nécessite environ 1 milliard d’années. En outre la température est le paramètre essentiel dans l’homogénéisation des chlorites métamorphique. ∆xFe joue le rôle d’indicateur thermique. L’application du modèle de diffusion dans les phlogopites montre que l’homogénéisation de ces chlorites à haute température nécessite environ 1 milliard d’années.