Ardoise : Mica et Quartz

[Juliett]

Bonjour,

Je suis étudiante en Histoire de l'Art et nous avons un cours (en relation avec l'UPMC) sur l'environnement et le patrimoine.
Je dois faire un exposé sur un matériau : l'ardoise. Les trois points généraux sont une approche géologique, de construction et de restauration. Vraiment un cours et un exposé intéressants.
Je suis actuellement entrain d'étudier la résistance de l'ardoise à son environnement et pour cela je souhaite partir de sa composition :
j'ai notamment trouvé ceci :

Silice 50 %, Alumine 30,1 %, Oxyde de Fer 8 %, Magnésie 2,3 %, Potasse 3 %, Soude 1,3 %, Eau 3,3 % et Divers 2 %



Cependant je me pose diverses questions?

le Quartz appartient il à la famille "Silice"?

des données de composition j'en ai déduis que : (mais est ce vrai?)

le Quartz correspond (+ou -) aux 50% de Silice
l'alumine correspond à de l'oxyde d'alumine qui est par altercation du Mica

Ainsi j'ai tendance à dire que l'ardoise est essentiellement constitué autour du Quartz et du Mica?

et qu'ainsi ses propriétés physiques sont par
- le Quartz --> résistance à la pression et au poids (échelle de Mohs) ??
- le Mica --> résistance à la déformation ?

J'ai d'autres questions mais j'attends de voir les premières réponses

je vous souhaite également un bon dimanche
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[Tawahi-Kiwi]

Bonjour et bienvenue sur les forums Futura-Sciences,

L'ardoise est une roche qui n'a pas une composition strictement determinee. C'est plus ou moins l'analyse chimique que tu donnes au dessus, mais cela peut varier dans une certaine mesure.

L'analyse que tu fournis est une analyse de roche totale. Lorsque tout est broye et qu'on analyse chaque element chimique, c'est ce que l'on obtient.
Sans information supplementaire, ce que cette analyse dit est qu'il s'agit d'une roche alumino-silicatees (SiO₂ et Al₂O₃) avec une proportion non negligeable de FeO, K₂O et Na₂O et la presence d'H₂. Sans interpretation, cela ne nous dit rien sur la quantite de quartz, de mica, de felspath, d'oxyde de fer ou d'eau presente dans cette roche.

En gros, d'un point de vue geologique, une ardoise est une roche metamorphique; de la boue qui a ete mise a haute pression et quelques centaines de degres. La boue a exactement la meme composition que ce que tu donnes, sauf que H₂O est plutot de l'ordre de 50%. L'eau est eliminee durant le metamorphisme.

Les mineraux initiaux (dans la boue) sont du quartz et des argiles principalement. Apres metamorphisme, les argiles ont perdu de l'eau et deviennent des micas.
Un examen microscopique confirmerait que l'ardoise est formee essentiellement de micas, quartz et oxydes de fer.

Pour l'interpretation de l'analyse chimique:

Le quartz, sa composition est SiO₂, c'est donc 100% de SiO₂.
Les micas, c'est (K,Na)Al₂[Si₃AlO₁₀)(OH)₂ => 46% de SiO₂ + 40% d'Al₂O₃ + 10% de (Na₂O+K₂O) + 4% de H₂O.

En comparant ces compositions avec la composition totale, tu peux deduire grosso-modo la composition de ta roche.
La presence d'H₂O necessite des mineraux hydrates, dans ce cas-ci, seuls les micas peuvent remplir ce role.
Pour assurer 3,3 % H₂O, il faut que la roche soit composee (de 3,3/4) de 82,5% de micas.
Ces 82,5% de micas utilisent tout le Na₂O+K₂O disponible (en fait plus, ce qui indique la probable presence d'argiles); les micas utilisent toute l'alumine (~33%) et utilisent 38% de la silice disponible.

Donc si on retire ces 82,5% de micas hors de la roche, il nous reste 12% de SiO₂, 0% de Al₂O₃, 10 % de FeO+MgO, 0% de Na₂O+K₂O et 0% de H₂O.

Les 12% restant de SiO₂ sont du quartz; les 10% de FeO+MgO peuvent etre interpretes comme des oxydes de fer (hematite, magnetite).

Ainsi j'ai tendance à dire que l'ardoise est essentiellement constitué autour du Quartz et du Mica?

L'ardoise est donc, sur base de cette analyse, formee de 82% de micas, 12% de quartz et le reste d'oxydes de fer.
Si l'on voulait une analyse plus precise, beaucoup de parametres seraient a prendre en compte mais en premiere approche, c'est plus ou moins ca.

L'abondance de mica explique la texture de l'ardoise. Le feuilletage est une consequence directe de ce mineral feuillete (cf. structure cristalline des phyllosilicates). Cela peut egalement expliquer la resistance de la roche aux chocs. Il s'agit de la combinaison entre la presence de micas et l'agencement des cristaux de micas dans la roche.
Le quartz joue un peu dans la resistance aux intemperies, qui est en effet lie a la durete (Echelle de Mohs) et la resistance chimique.

T-K

[Juliett]

Merci de m'avoir éclairer tout est plus clair !
Je connais à présent le pourquoi du comment des propriétés de l'ardoise et les propriétés physiques qui en font un matériau résistant.

Cependant pour nuancer, dans une moindre mesure, je voulais parler de ses "défauts" :

- la présence de nodules de calcaire --> altération avec une eau riche en CO2 (qu'on oppose à l'eau pure, j'image donc que l'eau riche en CO2 est tout simplement l'eau qu'on retrouve dans les pluies...? )

- la présence de pyrite de fer --> oxydation

Mais cependant il me reste des questions, ces pyrites de fer sont elles les oxydes de fer dont vous parlez? hematite, magnetite ? ou alors des masses distinctes et anecdotiques ?


En tout cas merci pour votre réponse

[Tawahi-Kiwi]

- la présence de nodules de calcaire --> altération avec une eau riche en CO2 (qu'on oppose à l'eau pure, j'image donc que l'eau riche en CO2 est tout simplement l'eau qu'on retrouve dans les pluies...? )

La calcite est "facilement" dissoute et peut donc fragiliser la pierre lorsqu'elle laisse des cavites. Ce serait particulierement le cas dans les villes ou l'eau de pluie peut etre plus acide.

- la présence de pyrite de fer --> oxydation

La pyrite est toujours de fer. Pyrite = FeS₂. Elle s'oxyde en sulfates qui sont egalement solubles et produisent de faible quantite d'acide sulfurique.

Mais cependant il me reste des questions, ces pyrites de fer sont elles les oxydes de fer dont vous parlez? hematite, magnetite ? ou alors des masses distinctes et anecdotiques ?

L'oxydation de la pyrite peut eventuellement donner de la goethite (FeOOH ) ou de l'hematite Fe₂O₃. Mais ces mineraux peuvent egalement etre present dans la roche originelle lorsqu'elle est legerement alteree.
Dans l'analyse donnee dans le message #1, un petite partie des 8% de FeO serait pris par la pyrite, le soufre est dans les ~2% de divers; le reste du fer est soit de la magnetite, soit dans d'autres mineraux (dont les micas/argiles qui peuvent contenir des quantites plus ou moins importantes).

T-K

[A voir en vidéo sur Futura]

[Juliett]

Merci pour ces réponses, elles m'aident vraiment à éclaircir
de cette façon, j'ai pu ajouter les équations bilan :
de l'alteration du calcaire Capture d’écran 2014-11-30 à 18.17.16.png
et de l'oxydation des pyrite Capture d’écran 2014-11-30 à 18.31.40.png

je pensais aussi parler des clous qui tiennent les ardoises, car le véritable problème de conservation des toitures vient de là :
Plus généralement, l’ardoise reste un matériau fiable et résistant à son environnement au fil des temps. La principale contrainte n’est pas une caractéristique propre à la roche, mais propre aux éléments permettant son utilisation : les clous et leur corrosion. C’est à dire le résultat qu’exerce un réactif liquide ou gazeux sur un métal. Dans notre cas, nous pouvons parler de l’air humide qui agit sur le fer. Cette réaction est communément rouille et est définit par l’équation suivante.
Fe + 3O2 + 12H+ --> Fe3+ + 6H2O*


Qu'en dites vous ?

[Tawahi-Kiwi]

Oui, de maniere generale, une ardoise trop riche en pyrite ou en carbonates ne sera pas utilisee pour la construction. L'alteration de ces mineraux n'est donc qu'un inconvenient mineur dans l'utilisation de l'ardoise. L'alteration de la pyrite peut eventuellement accelerer l'oxydation des clous.

Le fer est evidemment un autre probleme, mais il ne concerne pas l'ardoise en elle-meme. La reaction est correcte, meme si il y a d'autre maniere de l'ecrire (entre autres, produisant FeO(OH) et Fe₂O₃.nH₂O).

T-K

[Geocroiseur63]

Merci pour ces réponses, elles m'aident vraiment à éclaircir
de cette façon, j'ai pu ajouter les équations bilan :
de l'alteration du calcaire Pièce jointe 265440
et de l'oxydation des pyrite Pièce jointe 265441

je pensais aussi parler des clous qui tiennent les ardoises, car le véritable problème de conservation des toitures vient de là :
Plus généralement, l’ardoise reste un matériau fiable et résistant à son environnement au fil des temps. La principale contrainte n’est pas une caractéristique propre à la roche, mais propre aux éléments permettant son utilisation : les clous et leur corrosion. C’est à dire le résultat qu’exerce un réactif liquide ou gazeux sur un métal. Dans notre cas, nous pouvons parler de l’air humide qui agit sur le fer. Cette réaction est communément rouille et est définit par l’équation suivante.
Fe + 3O2 + 12H+ --> Fe3+ + 6H2O*


Qu'en dites vous ?

Bonsoir,

Pour votre problême de fixation des ardoises par des clous de fer , qui soumis à la pollution vont se corroder assez rapidement ,il existe plusieurs solutions : les clous en acier galvanisé , et les colles spéciales couvreur à base de silicone : un point de colle et celà tient ..! et ce sans aucuns problêmes de corrosion , et une durée hors pair..!

Géocroiseur63.