AMPHIBOLES & PYROXÈNES

Propriétés physiques

Les pyroxènes cristallisent également soit dans le système orthorhombique, soit dans le système monoclinique. Leurs formes sont en général beaucoup plus trapues que celles des amphiboles, dont ils se distinguent par l'existence de deux clivages perpendiculaires assez grossiers. Les macles sont fréquentes, en gouttière ou en sablier. Les faces sont souvent très nettes dans les cristaux que l'on peut extraire des projections volcaniques, mais les dimensions sont plutôt d'ordre centimétrique. On rencontre dans les skarns et les pegmatites des cristaux de grande taille, parfois utilisés comme gemmes. La coloration varie suivant la teneur en fer du vert clair au brun sombre, presque noir ; la présence de chrome ou de sodium entraîne souvent une coloration vert vif, alors que les pyroxènes lithiques sont généralement roses ou jaunes.

Structure

La structure des pyroxènes est moins complexe que celle des amphiboles puisqu'ils sont constitués de chaînes simples de tétraèdres SiO₄, là encore disposés parallèlement à l'axe c et dont la section est celle d'un trapèze moins étiré. Dans l'enstatite, Mg₂Si₂O₆, les ions Mg²⁺ sont disposés deux par deux suivant les bases des trapèzes et les points faibles de la structure font apparaître deux plans de clivage à 90⁰.

L'analyse cristallographique montre qu'il convient de distinguer deux types de sites pour les cations interstitiels : des sites M₁, limités par six atomes d'oxygène, et des sites M₂, un peu plus volumineux, entourés cette fois de huit oxygènes. Les ions de petite taille (Mg, Fe) occupent toujours les sites M₁. Lorsqu'ils sont seuls présents, ils occupent également les sites M₂, ce qui correspond à une symétrie orthorhombique (orthopyroxènes) ; en revanche, quand il existe des ions plus volumineux (Ca, Na), nécessairement situés en M₂, la symétrie devient monoclinique par glissement latéral des chaînes élémentaires ( clinopyroxènes). Par chauffage vers 1 100 ⁰C, les orthopyroxènes acquièrent le faciès monoclinique. La possibilité de solutions solides entre termes extrêmes dépend donc des proportions relatives de Ca, Mg, Fe, mais aussi de la température, et les composés intermédiaires présentent fréquemment au cours de leur refroidissement des phénomènes complexes d'exsolution ou d'inversion. L'étude minéralogique détaillée des pyroxènes est donc très délicate, et fait appel de plus en plus à des techniques élaborées (microsonde électronique, effet Mössbauer), mais elle permet d'obtenir des informations précises sur l'évolution thermique des roches qui les renferment.

Les principaux types et leurs paragenèses

La classification des pyroxènes est fondée en grande partie sur leurs teneurs respectives en Ca, Mg, Fe, et un diagramme triangulaire permet de faire apparaître la fréquence des différents types et l'existence de domaines d'immiscibilité.

Il faut cependant tenir compte dans bien des cas d'éléments importants comme Na, Fe³⁺, Ti, et on distinguera ici quatre grands sous-groupes.

Conditions de stabilité

Influence de la pression

Dans de nombreuses réactions métamorphiques, les pyroxènes se développent à partir de minéraux moins denses, et la réaction est évidemment favorisée par un accroissement de pression. On a porté une attention particulière à la réaction :

dont on retrouve des traces indiscutables dans les roches « alpines », et qui peut également intervenir dans les changements de phase du manteau supérieur. L'équilibre a lieu vers 700 ⁰C sous 15 kbar, 1 250 ⁰C sous 30 kbar, mais il est probable que la présence d'aegyrine en solution dans la jadeite puisse abaisser sensiblement ces points de transformation.

Déroulement de la cristallisation dans les magmas basiques

L'étude minéralogique détaillée des associations de roches basiques a mis en évidence la complexité de la cristallisation des pyroxènes, dont la marche conditionne en grande partie l'évolution géochimique des magmas résiduels.

Dans les séries tholéiitiques les plus évoluées (Skaergaard), la cristallisation débute par l'apparition simultanée d'un orthopyroxène proche de l'enstatite et d'un clinopyroxène proche du diopside. Puis on observe deux lignées, l'une riche, l'autre très pauvre en calcium, qui s'enrichissent parallèlement en fer. À un stade assez précoce, les hypersthènes font place à des pigeonites, elles aussi pauvres en calcium, alors que les augites associées s'appauvrissent légèrement en cet élément, mais l'évolution générale ne change pas. Finalement, le stade à deux pyroxènes disparaît et on n'observe plus qu'un seul clinopyroxène, qui atteint progressivement des compositions extrêmement riches en fer et proches du pôle hedenbergite.

Dans les séries alcalines, on n'observe qu'un seul type de pyroxène, toujours monoclinique et souvent accompagné de péridots, surtout dans les stades précoces de la différenciation. L'évolution est beaucoup moins accentuée que dans le cas précédent, les deux minéraux marquant le plus souvent un accroissement assez réduit du rapport Fe/Mg.

Très souvent, les pyroxènes des roches plutoniques subissent au cours du refroidissement des exsolutions variées : lamelles d'hypersthène dans des augites, lamelles de diopside dans des hyersthènes, inversion et démixtion complexe des pigeonites. L'étude expérimentale de ces phénomènes est en plein développement – comme plus généralement la cristallochimie des pyroxènes – et il sera sans doute possible prochainement de préciser la cinétique des phénomènes naturels. L'intérêt porté à l'histoire thermique des roches basiques s'est d'ailleurs accru considérablement à la suite de l'observation des échantillons lunaires, où ces phénomènes de déséquilibre sont particulièrement marqués, et où se trouvent enregistrées des informations capitales sur l'évolution des systèmes anciens.