TRACES ÉLÉMENTS EN

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La localisation des éléments en traces

On distinguera les éléments en traces qui sont exprimés minéralogiquement de ceux qui ne le sont pas.

Éléments en traces exprimés minéralogiquement

Dans certains cas, les éléments en traces forment, en combinaison avec d'autres éléments, un minerai de très petite taille, inclus dans un minéral plus grand. Ces microinclusions, dont la taille est inférieure à 50 micromètres, ont été particulièrement bien étudiées à propos des minerais. La microscopie optique, la microanalyse à sonde électronique sont les techniques les plus couramment utilisées pour les mettre en évidence et préciser leur composition chimique.

La formation de ces minéraux suit les règles classiques de la chimie des solutions (qui font intervenir, par exemple, le produit de solubilité, la concentration, la température, la pression) ou les règles de démixtion des solutions solides. C'est par l'examen de leur forme, très variée le plus souvent, et des relations avec le minerai hôte que l'on peut préciser leur mode de formation. Les exemples de ce type sont nombreux, et l'on peut citer le cas du tellure, qui apparaît en micro-inclusions de tellurures (de plomb, d'or et d'argent, de nickel, par exemple) dans les sulfures, celui du germanium, qui peut apparaître sous forme de micro-inclusions de sulfures complexes dans les sulfures, etc.

Éléments en traces non exprimés minéralogiquement

Les substitutions diadochiques

V. M. Goldschmidt (1937, 1945) a dégagé les critères qui conditionnent la substitution mutuelle de deux ions (diadochie) dans une même structure, purement ionique et sans défauts. Il a pu montrer que le comportement géochimique des éléments est indépendant de leur situation dans le tableau périodique. Ce comportement est soumis au principe suivant : quand deux ions peuvent se substituer mutuellement dans une structure donnée (ions diadochiques), celui qui apporte une énergie maximale à la structure est incorporé préférentiellement.

En partant de ce principe, on peut déduire les règles suivantes : la diadochie entre deux ions est possible quand la différence des rayons ioniques ne dépasse pas 15 p. 100 ; quand deux ions de même charge mais de rayons différents sont en compétition dans une structure donnée, c'est celui dont le rayon est plus petit qui est fixé ; si les rayons ioniques sont similaires ou identiques, c'est l'ion dont la charge est plus forte qui est incorporé au réseau.

Ces principes sont difficilement applicables aux minéraux, étant donné l'influence de liaisons covalentes qui, de règle générale, coexistent avec les liaisons ioniques et qui modifient profondément le comportement idéal prévu par les règles de Goldschmidt. De plus, ces mécanismes sont valables pour des ions dont la coordinance est constante. Mais nous savons que, dans un minéral, il est très courant de trouver le même élément avec plusieurs valences, et par conséquent avec différents rayons ioniques et différentes coordinences.

Pour les éléments en traces, l'application des règles de Goldschmidt conduit à trois types structuraux qui sont fonction du type de localisation de l'élément dans le minéral :

– camouflage : l'élément en traces remplace diadochiquement un élément majeur de même valence (Ga3+-Al3+ ; Ge4+-Si4+, par exemple) ;

– capture : l'élément en traces possède une valence supérieure à celle de l'élément majeur (Sc3+-Mg2+ ; Pb2+-K+, par exemple) ;

– admission : l'élément majeur possède une valence supérieure à celle de l'élément en traces (Mg2+-Li+ ; OH-F ; Al3+-Be2+ ; Si4+-Be2+, par exemple).

L'atome d'un élément en traces en substitution diadochique occupe donc dans le cristal des positions fixes et joue le même rôle du point de vue de la stabilité de l'ensemble que l'élément majeur qu'il a substitué. Cependant, différents auteurs ont déjà signalé plusieurs éléments dont le comportement s'écarte de celui qui est prévisible par les règles de Goldschmidt. En ce qui concerne la diadochie, le concept d'électronégativité permet de comprendre le comportement « aberrant » de certains atomes vis-à-vis de celles-ci.

Les éléments en traces situés hors du réseau

Le développement des techniques analytiques, et en particulier de la microanalyse à sonde électronique, a permis (J. Goni et C. Guillemin, 1964) de montrer sur des exemples réels que le schéma de substitution diadochique dans les minéraux ne correspondait pas toujours à la réalité et qu'il existe des localisations hors du réseau. Celles-ci peuvent être intercristallines ou intracristallines. Dans le premier cas, les éléments sont accumulés dans les interfaces des minéraux ; c'est le cas du cuivre, du plomb, du zinc dans certains granites, du cobalt et du nickel dans les serpentinites. Dans le second cas, les éléments sont dans les discontinuités physiques à l'intérieur des minéraux. C'est le cas du cuivre, du chrome, du vanadium dans certaines biotites, du plomb dans certaines aragonites. Ces cations entrent alors dans des combinaisons chimiques, essentiellement sous forme oxydée ou oxyhydratée, et sont fixés par adsorption physique ou retenus par des forces de Van der Waals.

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Écrit par :

  • : Directeur adjoint du service géologique national au bureau de recherches géologiques et minières (B.R.G.M.),
  • : ingénieur civil des Mines, chargé de recherche au C.N.R.S., chef du servicegéochimique, détaché au Bureau de recherche géologique et minière (B.R.G.M.

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Pour citer l’article

Jean GONI, Michel LELEU, « TRACES ÉLÉMENTS EN », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/elements-en-traces/