1988
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Patrick Cordier et al., « Water precipitation and diffusion in wet quartz and wet berlinite AIPO4 », Bulletin de Minéralogie, ID : 10.3406/bulmi.1988.8077
En recuisant des cristaux humides de quartz et de berlinite AlPO4, on induit la précipitation de l'eau. L'évolution de la précipitation a été étudiée en microscopie électronique sur des échantillons recuits dans diverses conditions de température, pression et durée. Au début, on observe des petits contrastes qui ne peuvent être résolus, puis des petites bulles reliées à des boucles de dislocations sessiles deviennent visibles. Ces dislocations sont nucléées pour relaxer la pression de fluide dans les bulles. Pour minimiser l'énergie de nucléation correspondante une boucle de dislocation partielle est d'abord nucléée puis une seconde ayant le vecteur de Burgers complémentaire croît rapidement dans le même plan et rejoint la première. En mesurant la distance moyenne X entre précipités pour diverses conditions de recuit, on déduit le coefficient de diffusion D des défauts ponctuels associés à l'eau à l'aide de la relation X/2 = (2D.t)1/2 où t est la durée du recuit. On trouve dans l'intervalle de température (350-1 000 °C) pour le quartz D(m2s-1) = 10-12 exp (-95 kJ mole-1/RT). Il n'y a pas d'effet visible de la pression de confinement, au moins entre la pression atmosphérique et 700 MPa. La transition α-β affecte un peu les valeurs de D entre 500 et 600 °C mais, excepté pour cet intervalle de température, tous les points expérimentaux s'ajustent bien à l'équation ci-dessus. On développe deux modèles théoriques de précipitation de l'eau. Ils sont basés sur deux hypothèses opposées concernant le mode initial d'incorporation de l'eau. Dans le premier cas on suppose que toute l'eau est dissoute sous forme de défauts ponctuels de substitution (4H)Si avec une concentration fortement sursaturée. La précipitation devrait donc se produire par germination homogène d'embryons critiques. Cette première étape devrait se poursuivre par une étape de croissance tandis que de nouveaux embryons critiques seraient nucléés de façon continue. A l'opposé, dans le second cas, on suppose que la concentration initiale de défauts ponctuels est égale à la concentration d'équilibre dans les conditions de croissance, c'est-à-dire une concentration très faible. Presque toute l'eau serait donc incorporée sous forme de petits agrégats de molécules d'eau trop petits pour être détectés. La précipitation se ferait donc par diffusion d'eau d'agrégat à agrégat, les plus gros grossissant aux dépens des plus petits qui se redissoudraient progressivement. En fait, aucun de ces modèles ne permet de rendre complètement compte de tous les résultats expérimentaux. Ces résultats peuvent être interprétés seulement à partir d'une situation intermédiaire. L'eau est incorporée, durant la croissance, sous forme de petits agrégats et aussi sous forme de défauts ponctuels en sursaturation. Dans le quartz largement étudié dans cet article, cette concentration initiale de défauts ponctuels devient à peu près égale à la concentration d'équilibre seulement pour P ⋍ 700 MPa et T ⋍ 550 °C.