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CHLORITES

L’association des chlorites aux phénomènes de diagenèse, de métamorphisme et d’altération des roches en fait un groupe de minéraux dont l’intérêt peut être comparé à celui des minéraux argileux au sens strict, auxquels on les trouve parfois associées dans les sols et les sédiments (fraction «argileuse»). Les chlorites possèdent avec les argiles et, surtout, avec les micas de nombreuses parentés structurales et physico-chimiques, d’où des critères de classification similaires pour ces groupes (phyllites).

Les formes macrocristallines (orthochlorites ) et cryptocristallines (leptochlorites ) se répartissent en de multiples variétés chimiques que l’on peut cependant rassembler en un nombre d’espèces relativement restreint. On rapproche des chlorites vraies plusieurs espèces minéralogiques voisines: chlorites «gonflantes» ou pseudo-chlorites (formées, comme les chorites vraies, de feuillets équidistants de 1,4 nm); septechlorites (équidistance: 0,7 nm).

Caractères physico-chimiques

Du point de vue chimique, les chlorites sont essentiellement des silicates d’aluminium, de fer et de magnésium, qui peuvent contenir en proportions moindres du chrome, du manganèse, du nickel ou du titane, mais qui sont pratiquement dépourvus d’alcalins. Par chauffage, ces minéraux perdent une quantité d’eau importante, représentant 10 à 14 p. 100 du poids initial; dans les cas typiques, ce départ d’eau a lieu, d’une part, vers 600 ⁰C, d’autre part, vers 800 ⁰C. L’analyse du phénomène montre qu’il ne s’agit pas d’eau sous forme moléculaire mais de groupements hydroxyles.

Du point de vue physique, les chlorites présentent une symétrie monoclinique ou pseudohexagonale, et se caractérisent par un clivage très facile parallèle à (0 01); les lamelles ainsi obtenues sont flexibles, comme dans le cas des micas, sans présenter les propriétés élastiques de ces derniers. Les cristaux sont rarement bien formés et d’aspect hexagonal. Ils se présentent parfois sous forme de tonnelets, de masses lamellaires, d’agrégats foliacés, laminaires, vermiculaires ou grenus. La coloration est d’un vert plus ou moins foncé, avec un éclat nacré à gras, une poussière incolore, un aspect parfois transparent ou translucide. Les chlorites chromifères ont une couleur violet à lavande; les ferrifères, gris verdâtre à noir avec poussière verte. Les trois indices optiques principaux sont très voisins les uns des autres; leur valeur moyenne varie de 1,57 à 1,67 suivant que le minéral est riche en Mg ou en Fe; de même, la densité varie de 2,8 à 3,1. La dureté est comprise entre 2 et 2,5.

Structure des chlorites

L’arrangement des atomes dans les chlorites a été élucidé dès 1930 par Pauling. Il s’agit de phyllosilicates constitués par l’alternance de feuillets à structure de brucite Mg(OH)² et de feuillets analogues à ceux de micas trioctaédriques. La maille contient huit atomes tétracoordonnés (Si et Al) et douze atomes hexacoordonnés (Mg, Fe, Al) situés au centre d’octaèdres à sommets O ou OH; l’écart réticulaire est de 1,43 nm. Le déficit de charge correspondant au remplacement des ions Si⁴⁺ par des ions Al³⁺ en position tétraédique est compensé par le remplacement en nombre égal d’ions Mg²⁺ ou Fe²⁺ par des ions Al³⁺ en position octaédrique.

La formule générale des chlorites, en ce qui concerne les seuls éléments majeurs, s’établit ainsi:

Dans la plupart des cas, x est compris entre 1 et 4, alors que le rapport:

peut varier de 0 à 1; ces deux paramètres sont utilisés pour la nomenclature des chlorites, qui est complexe. Parmi les minéraux les plus classiques, on peut citer le clinochlore , aluminomagnésien, et la pennine , sourtout magnésienne. On ne sait pas dans quelle mesure les substitutions Al-Mg qui assurent la neutralité de l’édifice se font au sein même de la couche trioctaédrique ou dans les sites interfoliaires de la couche «brucitique», mais cette dernière a certainement une forte charge positive en raison de la grande stabilité de l’ensemble, qui est tout à fait comparable à celle des micas (où ce sont des ions K⁺ qui assurent la liaison entre feuillets silicoalumineux).

À l’inverse d’autres phyllites ayant un écart réticulaire voisin de 1,4 nm (vermiculites, montmorillonites), les chlorites vraies se distinguent en effet par le caractère non échangeable de leurs ions interfoliaires, par l’absence de propriétés gonflantes sous l’action de polyalcools et par la stabilité de la structure jusqu’à 500 ⁰C. C’est à 600 ⁰C que se déshydrate le feuillet brucitique, et à 800 ⁰C le feuillet micacé. Ces caractères sont essentiels pour l’identification d’une phase chlorite dans un mélange argileux.

Les chlorites oxydées

L’analyse chimique peut révéler une importante quantité de fer trivalent. Dans certains cas, il y a corrélativement une faible teneur en eau (ou OH), qui s’explique comme dans les oxyhornblendes par une réaction d’oxydoréduction véritable:

Dans d’autres cas, la teneur en eau est normale et on considère que Fe³⁺ remplace Si⁴⁺, au même titre que Al³⁺ et avec les mêmes conséquences structurales.

Les septechlorites

Ce sont des minéraux ayant la même composition chimique que les chlorites, mais dont la structure rappelle celle des serpentines et des kaolinites, avec un espacement réticulaire de 0,71 nm. On considère généralement que ces variétés polymorphes, d’ailleurs peu fréquentes, sont moins stables que les chlorites à 1,4 nm. À titre indicatif, on notera que dans les minerais de fer secondaires (type Lorraine) on trouve souvent des chlorites à 0,7 nm (berthiérine ), alors que dans les minerais d’âge primaire il s’agit essentiellement de phyllites à 1,4 nm.

Signification géologique des chlorites

Les chlorites apparaissent dans les roches éruptives par action des solutions postmagmatiques, hydrothermales ou météoriques sur les ferromagnésiens de haute température: pyroxènes, amphiboles et surtout biotites. La transformation est une forte hydratation, accompagnée de l’expulsion de cations, surtout Na, K et Ca (les cordiérites et les grenats s’altèrent aussi partiellement en chlorites).

Lorsque le lessivage se poursuit, le feuillet brucitique perd un certain nombre de ses cations et s’enrichit en molécules d’eau: on passe aux vermiculites, souvent par l’intermédiaire d’interstratifiés (correnstite , par exemple) ou de chlorites gonflantes, puis éventuellement aux montmorillonites. Dans les roches sédimentaires, les chlorites représentent essentiellement des argiles héritées, bien qu’elles puissent subir une certaine agradation.

Au cours de la diagenèse, les chlorites remplacent peu à peu les argiles plus hydratées; puis dans les premiers stades du métamorphisme, elles acquièrent un grand développement et caractérisent certains faciès typiques (schistes verts, chloritoschistes), alors que leur association précise avec d’autres minéraux permet une zonéographie détaillée de certains «subfaciès». Par la suite, les chlorites se transforment en biotites, par mobilisation de Fe et K et perte d’eau, bouclant ainsi le cycle géologique des phyllites.