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Chapitre 4: diagrammes de phase binaires
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Systèmes avec solution solide: Ab-An
Systèmes eutectiques: Di-An
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1. Plagioclase (Ab-An, NaAlSi3O8 - CaAl2Si2O8)
Solution Solide Complète
Fig. 6-8. Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen (1913) Amer. J. Sci., 35, 577-599.
D’après cours en ligne de Winter
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a = An60
= 60 g An + 40 g Ab XAn = 60/(60+40) = 0.60
D’après cours en ligne de Winter
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F = 2-1+1=2
1. 2 variables intensives indépendentes doivent être spécifiées pour déterminer complètement le système
= situation divariante
2. On peut faire varier 2 variables intensives independamment sans changer , le nombres de phases
Variables intensives peuvent être P, T, X, masse volumique, G-V-S molaire etc.
Du point de vue géologique, les variables les plus intéressantes sont T et X (P constante)
D’après cours en ligne de Winter
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Refroidissement à1475oC (point b) .
D’après cours en ligne de Winter
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Refroidissement à1475oC (point b) .
D’après cours en ligne de Winter
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et dépendent deT
XAnliq X
Anplag
F = 2 - 2 + 1 = 1 (“univariant”)Une seule variable doit être spécifiée:
T XAnliq X
Abliq X
Anplag X
Abplag (P cte)
D’après cours en ligne de Winter
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A 1450oC, liquide d et plagioclase f coexistent à l’équilibre
Réaction continue du type:
liquidB + solidC = liquidD + solidF
D’après cours en ligne de Winter
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fd e
de ef
Principe du levier:
Quantité de liquide Quantité de solide de
ef=
d = composition du liquide, f = composition du solidee = bulk composition
liquidus
solidus
D’après cours en ligne de Winter
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Lorque Xplag h, Xplag = Xbulk la quantité de liquide 0
Donc g est la composition du dernier liquide à cristalliser à 1340oC pour Xbulk = 0.60
D’après cours en ligne de Winter
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Le dernier plagioclase est i quand = 0.60
= 1 et F = 2 - 1 + 1 = 2
XAnplag
D’après cours en ligne de Winter
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Note :oLe liquide cristallise sur un interval T de 135oC *oLa composition du liquide change de b à goLa composition du solide change de c à h
* La temperature et l’interval dépendent de la composition globale
(An/Ab)plag > (An/Ab)liq
D’après cours en ligne de Winter
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Fusion à l’équilibre On chauffe An60 et le premier liquide est g à An20 et 1340oC On continue de chauffer: liquide et plagioclase changent de X Dernier plagioclase à fondre est c (An87) à 1475oC
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Figure 3-5. a. Compositionally zoned hornblende phenocryst with pronounced color variation visible in plane-polarized light. Field width 1 mm. b. Zoned plagioclase twinned on the carlsbad law. Andesite, Crater Lake, OR. Field width 0.3 mm. © John Winter and Prentice Hall.
D’après cours en ligne de Winter
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Cristallisation à l’équilibre:Avec une diminution de la température la composition du liquide et des minéraux devient plus albitiquesComposition finale du solide = Composition initiale du liquidePlagioclase (An/Ab)plag> (An/Ab)liq
Minéraux ferro-magnésiens Mg/(Mg+Fe)sol> Mg/(Mg+Fe)liq
Diffusion (Na+Si4+⇆Ca2+Al3+) très lente (liaisons fortes) : plagios zonésDiffusion (Mg⇆Fe) plus rapide
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Fo - Fa (Mg2SiO4 - Fe2SiO4)
Fig. 6-10. Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure After Bowen and Shairer (1932), Amer. J. Sci. 5th Ser., 24, 177-213.
Mg/(Mg+Fe)solide > Mg/(Mg+Fe)liquide
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Cristallisation fractionée: Soustraction des cristaux lors de leur formation: pas de reaction continues avec le liquide
Pout toutes T: Xbulk = Xliq
•Le liquide s’enrichit en composants non réfractaires (liquide évolué)•La température du liquide descend en dessous de la température du solidus à l’équilibre
D’après cours en ligne de Winter
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Fusion partielle:Les premiers liquides sont soustraits lors de leur
formation Xbulk = 0.60; premier liquide = g
Le liquide et le solide s’enrichissent en composants anorthitiques
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Plagioclase
Liquid
Liquid
plus
Plagioclase
Différence entre les deux types de champs
Bleu clair : une phase
Tout point représente une composition de phase vraie
Bleu foncé: deux phases
Tout point correspond à deux phases à l’interface avec les
champs bleus et connecté par une droite horizontale
D’après cours en ligne de Winter
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•Augmentation de la pression anhydre augmente la température du solidus
•Augmentation de la pression en présence d’eau abaisse le Augmentation de la pression en présence d’eau abaisse le solidussolidus
Figure 5-4. Relationship between Gibbs free energy and pressure for the solid and liquid forms of a substance at constant temperature. Peq is the equilibrium pressure. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.
dG = VdP - SdT à T constante: dG/dP = V
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Systèmes avec solution solide: Ab-An
Systèmes eutectiques: Di-An
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Example: Diopside (CaMgSi2O6) – Anorthite (CaAlSi2O8)Sans solution solide
Fig. 6-11. Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen (1915), Amer. J. Sci. 40, 161-185.
D’après cours en ligne de Winter
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Composition a:
An70
F = 2 - 1 + 1 = 2
Cristallisation à l’équilibre
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1455oC (point b)
F = 2 - 2 + 1 = 1
D’après cours en ligne de Winter
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Refroidissement continu: Xliq descend le long du liquidus
Reaction continuoue: liqA anorthite + liqB
D’après cours en ligne de Winter
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1274oC = 3 so F = 2 - 3 + 1 = 0 invariant◦ (P) T, composition de toutes les phases sont fixes◦ Réaction discontinuoue jusqu’à épuisement d’une
phase.
D’après cours en ligne de Winter
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A gauche de l’eutectique: situation similaire
D’après cours en ligne de Winter
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Cristallisation sur un interval T de~280oC-Une séquence de mineraux cristallise sur cet
intervalLes minéraux qui cristallisent dependent de T
- La séquence change avec la composition
D’après cours en ligne de Winter
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Stillwater complex, Montana. Field
D’après cours en ligne de Winter
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Texture Texture OphitiqueOphitique
Dike de Dike de diabasediabase
D’après cours en ligne de Winter
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• Le dernier liquide qui cristallise dans un sytème binaire eutectique est de composition eutectique•La Fusion à l’équilibre est l’opposé de la cristallisation à l’equilibre
• Les premiers liquides sont de composition eutectique
D’après cours en ligne de Winter
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Cristallisation fractionée:
Fig. 6-11. Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen (1915), Amer. J. Sci. 40, 161-185.
•La fractionation d’une phase n’influence pas la cristallisation•La roche finale aura la composition eutectique et non pas la composition du liquide initial
D’après cours en ligne de Winter
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Fusion partielle:
•Après consomation d’une phase à l’eutectique, le solide est soit Di pur ou An pur•Fusion interompue jusqu’à ce que Tliq de Di ou de An est atteinte
D’après cours en ligne de Winter
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Le mélange de deux composants provoque une dépression du liquidus
Tous les système atteignent le point eutectique Pas de réaction entre liquide et solide:
cristallisation fractionée = cristallisation à l’équilibre
Tous les mélanges An + Di fondent à la même T (1274°)
Fusion fractionée: saut de température du liquidus. Pas de liquide de composition intermédiaire
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Figure 6-16. T-X phase diagram of the system albite-orthoclase at 0.2 GPa H2O pressure. After Bowen and Tuttle (1950). J. Geology.
D’après cours en ligne de Winter
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D’après cours en ligne de Winter
Composition aPremier solide à b: 1090oCDernier liquide à e: 1000oC
Le point eutectique n’est pas atteint
Solide final = d780°C: Intersection du solvusexsolution (perthite)
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D’après cours en ligne de Winter
Composition iPremier solide à j: 1020oCDernier liquide à k: 970oC
Le point eutectique n’est pas atteint
Solide finale = Xi
Intersection du solvusexsolution (antiperthite)
Cristallisation Fractionée-> liquide approche l’eutectique
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Figure 6-17. The Albite-K-feldspar system at various H2O pressures. (a) and (b) after Bowen and Tuttle (1950), J. Geol, (c) after Morse (1970) J. Petrol.
Système hypersolvus Système subsolvus
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•Perthite: Composition a: exsolution de lamelles de feldaspaths riche en Na dans un feldspath riche en K•Antiperthite: Composition i: exsolution de lamelles de feldaspaths riche en K dans un feldspath riche en Na
http://www.ucl.ac.uk/~ucfbrxs/PLM/perthites/DSCN7203.jpg