Figures de Widmanstätten

OCTAEDRITES
 
L’origine des figures de Widmanstätten dans les octaédrites n’est pas simple à comprendre. Voici ma vision des choses toujours susceptible de discussions.
 

C’est le domaine ésotérique de la science des alliages. Le diagramme complet est beaucoup plus complexe. Au niveau amateur, je proposerai plutôt des caricatures générales qui me paraissent d’un abord plus aisé pour l’étude des octaédrites.
Le métal des météorites est l’alliage Fe-Ni. On le définit par les concentrations respectives de l’un dans l’autre, c.à.d. Ni / Fe+Ni.
 

 
Tout se joue sur les proportions relatives de Ni.
Si Ni est  ≤ 5%, il n’y a pas d’excès de Ni dans la kamacite. Elle forme une phase homogène à toutes les températures. C’est l’hexaédrite.
Si Ni ≥ 5%,  il se trouve en excès qui se différencie aux températures inférieures ∼ 500 °C, et provoque une démixtion de phases.
Cristallisent la kamacite (Fe+peu Ni) et la taénite (Fe+ davantage Ni). La taénite peut dépasser les 25% Ni.
 
Ces deux alliages de ferronickel diffèrent entre eux par la teneur en nickel. Mais tous les deux appartiennent au système cubique, donc ils pourront syncristalliser dans un « même réseau cristallin » multiple (avec une plus grande maille commune que les mailles individuelles différentes).
La kamacite cristallise dans la classe cubique centré et la taénite dans la classe à faces centrées.
Quand le ferronickel fondu cristallise vers 1370°C, les alliages se forment en fonction de la teneur en nickel du ferronickel initial, de la température au moment de la cristallisation et de la vitesse de refroidissement. Même si le fondu tombe à une température de 1000°C, les atomes de fer et de nickel continuent à migrer (diffuser) vers les cristaux en croissance jusqu’à ce que la température atteigne les 500°C.
Le rôle du diagramme est (uniquement) de nous dire laquelle des phases est possible, car en équilibre thermodynamique.
 
Ici, il faut s’imaginer le topo.
Considérons la masse métallique se trouvant à l’état solide par exemple à 12OO°C.
Vers 800°C, la kamacite et la taénite sont toujours compatibles. On n’a qu’une seule phase solide. Puis suite à des diffusions (migrations) d’atomes, cristallise une phase Fe-Ni moins riche en Ni, la kamacite (de composition variable d’ailleurs) en expulsant de son cristal l’excès de Ni.
Il s’en suit un enrichissement en Ni dans la phase mère qui a son tour va aussi cristalliser dans une autre molécule, donnant de la taénite + riche en Ni. Le tout restant solide.
Cela se produit très lentement le taux du refroidissement étant d’environ 1°C à 10°C / million ans. (preuve que cela se passe dans l’espace).
Quand cette portion de taénite a fini de se déposer, la masse nourricière ne possède plus localement d’excès en Ni, elle donne alors une couche de kamacite.
Puis le cycle recommence dans l’entièreté du métal.
Dans les sections, on obtient successivement des bandes de l’une et l’autre variété d’alliage. La largeur de ces bandes est une fonction du taux de refroidissement et du taux de Ni.
Ces bandes en 2D sont évidemment la coupe d’un solide en 3D. Vous avez tous vu dans les livres ces octaèdres bariolés de traits qui représentent l’octaèdre du cristal idéal des 2 partenaires. Si la coupe est parallèle à une face, on a le schéma en triangles équilatéraux. Cela grâce au fait que le cristal est de symétrie cubique (au sens de la symétrie).
Celui qui a collectionné des cailloux sait que les systèmes cristallins se subdivisent. En particulier on a ici le cubique centré et le cubique à faces centrées. Ce n’est pas la même disposition des atomes, mais il subsiste une certaine parenté (ou similitude) entre ces systèmes. Ils restent compatibles, en ce sens que le second cristal pourra se construire sur les fondations du 1^er, c’est-à-dire sur le réseau multiple. On appelle cela une épitaxie.
 
Pour les forts en thème, disons que la kamacite se joint sur son plan {101}, à la taénite se liant par le plan {111}. Cette épitaxie produit un petit écart de 3% qui sont tolérés par l’alliage.
 

 
En pratique on peut distinguer l’une phase de l’autre car la taénite est plus dure. Elle aura donc tendance à créer un relief sur la section polie.
 
On peut continuer l’étude de la cristallisation. Des cristaux échappent à cette logique. Ils formeront la plessite.   C’est un mélange de petits cristaux de kamacite et de taénite. Leur aspect sera donc noirâtre, granuleux.
 
Corrollaire.
 
Dans la nature minérale, on n’est pas dans un labo d’apothicaire. La nature se purifie jusqu’à créer des émeraudes et des rubis, mais les déchets restent sur place, aux abords. Ainsi les tourmalines ont été appelées les poubelles des pegmatites parce que leur structure accepte la plupart des ions étrangers qui n’ont pas pu trouver place dans d’autres minéraux plus exigeants. C’est pour cette raison que les tourmalines sont souvent polychromes.
Dans le cas des octaédrites, la plessite joue un rôle de poubelle.
 
Le processus de cristallisation est une excellente voie de purification. La structure rigoureuse est un filtre.
Tout comme la distillation, les cristallisations fractionnées purifient la matière. Des diagrammes d’état qui rebutent les étudiants ne sont que des rapports de la manip. Ils permettent  a posteriori de prévoir ce qui se passera.
Proficiat !
Roger.

Me revoici, excusez-moi la 1ère figure est restée dans la plume.
A mettre à la 3e ligne.

Merci Roger, très intéressant comme toujours !

C'est un sujet que je connais un peu pour avoir été celui de mon mémoire d'étudiant lorsque j'étais à l'Ensiacet : "Étude des vitesses de refroidissement des corps parents de météorites de Fer et Pallasites" ...

Je ne vais pas avoir trop le temps cette semaine pour intervenir sur le forum, Pour compléter, voici deux illustration, on voit bien que la largeur des bandes est fonction du taux de nickel initial et de la vitesse de refroidissement.



Profil de diffusion du Ni dans un bande de taénite en fonction de différentes vitesses de refroidissement :

Bonjour et merci pour toutes ces infos .

Les ataxites ne montrent pas de figures de Widmanstatten, or leur composition en Nickel est assez proches (pour celles pauvres en Nickel) des octaeédrites. Elles sont pourtant composées principalement de taénite mais sont très pauvres en kamacite : c'est cela qui explique l'absence des Widmanstatten si j'ai bien suivi vos explications?

Et d'où viens cette quasi absence de kamacite dans les ataxites?

Voici une 1ère réponse...

 
https://youtu.be/6a2Q2aIlyV8

Warin Roger a écrit:

Voici une 1ère réponse...

 
https://youtu.be/6a2Q2aIlyV8

Hahaha excellent!!!

ATAXITES
 
Les ataxites sont des alliages Fe_Ni plus riches en Ni que les octaédrites.
La teneur en Ni ~ 15 – 30 % ou plus.
On a constaté que dans ces concentrations, l’espèce kamacite ne cristallisait pas. Donc tout l’alliage sera figé vers 500 °C en une seule phase, la taénite.
Ces constations expérimentales ont été consignées sur le graphe corrélant la T° aux %Ni.
 
Pour les alliages correspondant à la bande jaune, on voit que jamais le point figuratif [(T) en f(conc.Ni)] ne traverse la courbe d’équilibre entre la kamacite et la zone interdite dans laquelle on a kamacite + taénite.
En se refroidissant, cet alliage riche en Ni ne donne que de la taénite, cristallisée dans le Système cubique à faces centrées. Il n’y a qu’une seule phase cristalline.
Cependant, les écarts à ce processus donnent un mélange difforme de plessite, kamacite + taénite (mécanisme de purification).
 

 
Remarque : je n’ai jamais lu quelque part quelle pourrait être la genèse de ces alliages riches en Ni. A mon avis la source n’a pas une origine primordiale.
Il doit s’être produit en un lieu un enrichissement isotopique.
J’en connais un, c’est celui qui se passe dans les processus de sulfurisation.
Le métal inclus dans les chondres est uniquement de la kamacite, les excès de Ni ayant été éliminés. Où ?
Roger.

Et question:
Est ce qu'il y a la une explication pour la classification lettre et numero:  IAB, IC, IIAB, ....... jusqu'a IVB qui est si difficile a expliquer?
La classification visuelle, octahedrite fine, medium....  coarse, et meme les ataxites, c'est clair, c'est visible, mais l'autre...........
Alors toute aide serait tres Welcome.

Bonsoir impactika,

Je peux partiellement répondre à la question et les spécialistes complèteront et me corrigeront.

La classification originelle remonte aux années 50, ou une première tentative de classification des irons a été établie sur la base de traces de 3 éléments : le Gallium, Germanium et Iridium. Cette méthode a permis de différencier 4 classes de météorites métalliques à l'origine, mais la famille s'est fortement agrandie depuis (une quinzaine de classes).

Les classes actuelles sont sensées indiquer une provenance identique d'un corps parent : par exemple toutes les IAB proviendraient du même astéroïde, même s'il y a pu avoir des impacteurs différents.

Il y a assez peu d'astéroïdes identifiés comme source. Mais les scientifiques pensent que Hebe 6 par exemple, qui est un des gros astéroïdes et qui serait lié aux chondrites H serait le corps d'origine du groupe IIIE, qui seraient non pas des irons liées à la différentiation mais aux impacts subis (d'après mes lectures de Richard Norton).

Le problème est que les classifications chimiques sont souvent représentées dans plusieurs classes "structurales". Par exemple les IIAB peuvent être des Hexahedrites ou des Octahedrites (Coarse), ou bien les IID ont des représentantes chez les Medium ou Fine Octahedrites. Mais une bonne observation des lignes de Widmanstatten (ou de l'absence de celles-ci) ou des lignes de Newman permet de limiter les classes possibles : par exemple les plus grosses largeurs de kamacite (supérieures à 3,5 mm) désignent normalement une météorite du groupe IIAB ou IIG.

Merci Eraz.
Mais bien difficile a expliquer, en montrant des exemples, a des nouveaux. Et pourtant c'est toujours les fers qui les interessent le plus!.

J'ai un tableau qui est vraiment bien, qui ressemble au premier tableau de Roger, mais en un peu plus complet et qui met en relation les textures et les % de fer/nickel avec la classification chimique. Je le trouve très clair et intéressant, j'ai juste une interrogation sur les droits d'auteur en le publiant ici.

Je sais que c'est toléré quand c'est un court extrait et que les sources et références bibliographiques sont clairement indiquées (en plus c'est un excellent livre que je conseille à tous les anglophones : "Field guide to Meteors and Meteorites", by Richard Norton and Lawrence Chitwood).

Je le met en ligne si j'ai un accord de la modération .

Oui en zone pour les passionnés non visible de l’extérieur ...

https://meteorites.superforum.fr/f28-zone-privee-pour-les-passionnes

Merci METEORPASSION,

Vous pouvez donc voir le tableau ici : https://meteorites.superforum.fr/t9499-tableau-structure-irons-et-groupes#132940

Sur le même sujet, cette page est également très instructive (et d'ailleurs le site dans sa globalité...)
Meteorite.fr - All about Meteorites
Un lien à garder sous la main !  

ponyred a écrit:

Sur le même sujet, cette page est également très instructive (et d'ailleurs le site dans sa globalité...)
Meteorite.fr - All about Meteorites
Un lien à garder sous la main !  

C est le site de Bruno et Carine, 
Ils passent de temps en temps sur le forum.

Bonjour à tous,

J'ai cherché des infos plus précises sur l'origine de la classification chimique et sur la signification éventuelle des lettres et chiffres de celles-ci, sans grands résultats jusqu'à ce que je trouve ceci, sur... Wikipedia.

En anglais:

Chemical classification

A newer chemical classification scheme based on the proportions of the trace elements Ga, Ge and Ir separates the iron meteorites into classes corresponding to distinct asteroid parent bodies.^[15] This classification is based on diagrams that plot nickel content against different trace elements (e.g. Ga, Ge and Ir). The different iron meteorite groups appear as data point clusters.^[2][16]
There were originally four of these groups designated by the Roman numerals I, II, III, IV. When more chemical data became available these were split, e.g. Group IV was split into IVA and IVB meteorites. Even later some groups got joined again when intermediate meteorites were discovered, e.g. IIIA and IIIB were combined into the IIIAB meteorites.^[17]
In 2006 iron meteorites were classified into 13 groups (one for uncategorized irons):^[2]

• IAB
  
  
  
  • IA: Medium and coarse octahedrites, 6.4-8.7% Ni, 55-100 ppm Ga, 190-520 ppm Ge, 0.6-5.5 ppm Ir, Ge-Ni correlation negative.
    
  • IB: Ataxites and medium octahedrites, 8.7-25% Ni, 11-55 ppm Ga, 25-190 ppm Ge, 0.3-2 ppm Ir, Ge-Ni correlation negative.
    
  
  
  
• IC
  
• IIAB
  
  
  
  • IIA: Hexahedrites, 5.3-5.7% Ni, 57-62 ppm Ga, 170-185 ppm Ge, 2-60ppm Ir.
    
  • IIB: Coarsest octahedrites, 5.7-6.4% Ni, 446-59 pm Ga, 107-183 ppm Ge, 0.01-0.5 ppm Ir, Ge-Ni correlation negative.
    
  
  
  
• IIC: Plessitic octahedrites, 9.3-11.5% Ni, 37-39 ppm Ga, 88-114 ppm Ge, 4-11 ppm Ir, Ge-Ni correlation positive
  
• IID: Fine to medium octahedrites, 9.8-11.3%Ni, 70-83 ppm Ga, 82-98 ppm Ge, 3.5-18 ppm Ir, Ge-Ni correlation positive
  
• IIE: octahedrites of various coarseness, 7.5-9.7% Ni, 21-28 ppm Ga, 60-75 ppm Ge, 1-8 ppm Ir, Ge-Ni correlation absent
  
• IIIAB: Medium octahedrites, 7.1-10.5% Ni, 16-23 ppm Ga, 27-47 ppm Ge, 0.01-19 ppm Ir
  
• IIICD: Ataxites to fine octahedrites, 10-23% Ni, 1.5-27 ppm Ga, 1.4-70 ppm Ge, 0.02-0.55 ppm Ir
  
• IIIE: Coarse octahedrites, 8.2-9.0% Ni, 17-19 ppm Ga, 3-37 ppm Ge, 0.05-6 ppm Ir, Ge-Ni correlation absent
  
• IIIF: Medium to coarse octahedrites, 6.8-7.8% Ni,6.3-7.2 ppm Ga, 0.7-1.1 ppm Ge, 1.3-7.9 ppm Ir, Ge-Ni correlation absent
  
• IVA: Fine octahedrites, 7.4-9.4% Ni, 1.6-2.4 ppm Ga, 0.09-0.14 ppm Ge, 0.4-4 ppm Ir, Ge-Ni correlation positive
  
• IVB: Ataxites, 16-26% Ni, 0.17-0.27 ppm Ga, 0,03-0,07 ppm Ge, 13-38 ppm Ir, Ge-Ni correlation positive
  
• Ungrouped meteorites. This is actually quite a large collection (about 15% of the total) of over 100 meteorites that do not fit into any of the larger classes above, and come from about 50 distinct parent bodies.
  

Additional groups and grouplets are discussed in the scientific literature:

• IIG: Hexahedrites with coarse schreibersite. Meteoric iron has low nickel concentration.^[18]
  

^{https://en.wikipedia.org/wiki/Iron_meteorite}

Bonsoir,
J’admire l’opiniâtreté d’Eraz. Personnellement en tant qu’amateur, l’étude des fers me déconcerte. Je n’aime pas l’accumulation de données expérimentales si je ne sais les insérer dans un ensemble.
Vous avez eu l’occasion de connaître mon opinion sur l’alternance des figures de Widmanstätten. Elles sont directement corrélées aux teneurs de nickel.
La suite du discours m’est étrangère. Je crois qu’on rentre dans un domaine réservé aux chercheurs et que l’amateur doit se taire.
Dans la nomenclature des fers interviennent des idées distinctes. La description des octaédrites se base sur la texture relative de bandes de kamacite-taénite.
Puis se superposent des notions chimiques, à mon avis étrangères à l’aspect général de la météorite ferreuse (texture fine ou grossière).
Il existe des redondances et chevauchements désagréables pour la compréhension.
Les éléments en traces sont précieuses, et les proportions de Ni, Ge, Ga, Ir et semblent bien importantes pour cibler un corps  parent.
Ce que j’en retiens c’est l’affinité de ces éléments pour disparaître aussi dans le noyau terrestre.
J’espère un jour lire l’opinion d’un chercheur éclairé sur ce sujet peu explicité il me semble. La question se pose pour moi. Quand l’élève est prêt le Maître paraît dit l’adage indou. Je suis à l’écoute.

Merci Eraz, et aussi Roger qui résume humblement l'impression commune.

Ce qui me semble aussi important, c'est de savoir lesquels dans ces divers critères de classification sont significatifs pour déterminer la communauté de corps-parent. Qu'est-ce qui varie au sein du même corps-parent, et qu'est-ce qui est fixe ? J'imagine que la vitesse de refroidissement doit varier avec la profondeur. Le taux de Ni est-il indépendant de la profondeur ? Sinon, un rapport isotopique ? Si oui, lequel ?

Warin Roger a écrit:

Vous avez eu l’occasion de connaître mon opinion sur l’alternance des figures de Widmanstätten. Elles sont directement corrélées aux teneurs de nickel.
La suite du discours m’est étrangère. Je crois qu’on rentre dans un domaine réservé aux chercheurs et que l’amateur doit se taire.

Bonjour à tous,

Je rebondi sur la remarque de Roger (que je trouve très vraie). La classification chimique finale me semble un "effort" louable pour relier un type de météorite à un corps parent (un astéroïde, qui a du se fractionner en plusieurs autres astéroïdes ou en perdre des morceaux qui sont arrivés finalement sur terre sous forme de météorites).

La démarche me semble louable, car c'est le même principe de recherche de parents pour certaines achondrites (HED, martiennes et lunaires, etc) qui est utilisé ici. Mais il a AMHA concrètement peu d'intérêt pour l'amateur dans l'état actuel des connaissances.

Par contre, la simple étude des figures de Widmanstatten permet de cerner la probable classification chimique (et de différencier ataxite/octaedrite/hexahédrite) et ceci est accessible pour n'importe quel amateur avec relativement peu de matériel.

En passant, ce serait d'ailleurs sympa et formateur de fournir une échelle lors du jeu d'identification de météorite pour celles qui ont des figures de W.

eraz "En passant, ce serait d'ailleurs sympa et formateur de fournir une échelle lors du jeu d'identification de météorite pour celles qui ont des figures de W"

oui, mais on ne peut généralement le faire qu'avec nos propres bestioles