Absence silicium natif sur Terre

[Géomac]

Bonjour,

Simple question :

Alors que le cuivre, le plomb, le fer et même l'aluminium natif existent, le silicium natif n'existerait pas.

Comment cela se fait sachant que le silicium est pourtant stable (la preuve mon échantillon de silicium artificiel gris métal brille toujours autant. Cela veut dire qu'il est stable. Pourquoi alors il n'y aurait pas de silicium natif dans la nature ?

Merci !

[phoscorite]

Bonjour

Juste une remarque sur la stabilité d'un solide minéral. Un truc qui ne se décompose pas devant nos yeux n'est pas forcement "stable" pour la thermodynamique.

Le diamant, par exemple, n'est pas "stable" à basse pression.

[Invité jean francois06]

es tu sur d'avoir du silicium? Et pas un oxyde?

[BUT]

Bonjour

 

D'après Mindat, du Silicium natif aurait été trouvé à Cuba, sur un gisement aurifère dénommé - avec un optimisme probablement incantatoire - "Nuevo Potosì". C'est la localité-type pour le Silicium. Une référence biblio en espagnol, de 2011, est donnée sur la page de ce gisement. Il y a également la photo d'un spécimen.

Et si l'on consulte la page "Silicon", toujours sur Mindat, une vingtaine d'autres localités sont indiquées où du Silicium natif a été signalé: entre autres en Russie (une douzaine de localités), en Chine, au Canada, aux Etats-Unis (la fameuse Josephine Creek), au Brésil, en Turquie, etc.

Parmi ces localités, il y a des placers, des volcans actifs (Kamtchatka, Kouriles), des fulgurites et cratères d'impacts, des massifs ophiolitiques (sans chercher à l'exhaustivité).

[mr42]

Ni l’aluminium ni le silicium métalliques ne sont stables dans les conditions habituelles. Il se combinent de façon irréversible avec l’oxygène de l’air en alumine ou en silice. Si on peut conserver du silicium ou de l’aluminium métalliques, c’est parce qu’il se forme une fine couche d’oxyde protecteur invisible à l’oeil nu mais suffisamment étanche pour empêcher l’oxydation de se poursuivre. À l’inverse du fer qui se couvre de rouille car la rouille ne forme pas une barrière continue et l’oxydation peut se poursuivre jusqu’au coeur de l’objet. L’acier dit inoxydable contient du chrome et c’est une fine couche d’oxyde de chrome qui bloque l’oxydation.

 

Pour séparer de l’aluminium ou du silicium de leurs oxydes respectifs, il faut des conditions extrêmement réductrices. Il paraît que ça existe au moins pour l’aluminium.

Je serais quand même curieux de savoir quelles circonstances ont permis d’obtenir de l’aluminium métallique de façon naturelle.

[mr42]

Cette question assez simple en soulève une autre nettement plus ardue :

Comment des éléments aussi difficiles à réduire que l’aluminium ou le silicium peuvent-ils se

retrouver à l’état métallique natif à partir de processus naturels ?

On peut difficilement invoquer un processus de nature thermochimique. Les réducteurs possibles pourraient être l’hydrogène ou le carbone. Industriellement, on sait réduire la silice en silicium par réaction avec le carbone à haute température dans un four à arc. On aimerait décarboner le procédé en remplaçant le carbone par l’hydrogène mais aucune solution viable n’a été trouvée.

L’aluminium est encore plus difficile à réduire que le silicium. Il est essentiellement produit par électrolyse.

 

L’article suivant propose un mécanisme pour la formation de silicium natif : un phénomène non thermochimique (l’impact d’une météorite) permet la formation temporaire d’un radical moléculaire SiO qui se décompose en Si + SiO2.

 

https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2014/pdf/1090.pdf

 

Un autre article invoque également l’intervention d’un processus non thermochimique qui peut être un impact mécanique mais aussi la foudre :

 

https://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2011/pdf/2231.pdf

 

En ce qui concerne l’aluminium, je n’ai rien trouvé d’équivalent.

L’article suivant tente de relier la présence de particules d’aluminium retrouvées dans des sédiments de l’océan indien à une activité hydrothermale. Le processus reste vague. Je suis très sceptique sur la possibilité de réduire l’aluminium à partir d’hydrogène, surtout en milieu aqueux.

 

https://drs.nio.org/drs/bitstream/handle/2264/621/Mar_Geol_240_177.pdf?sequence=1

 

Quelqu’un a-t-il des idées sur l’origine de l’aluminium natif ?

[phoscorite]

Il y a 3 heures, mr42 a dit :

Quelqu’un a-t-il des idées sur l’origine de l’aluminium natif ?

Pas d'idée arrêtée, je suis juste perplexe comme vous. J'ai parcouru le papier de Marine Geol et ses références aux environnements géologiques connus susceptibles d'engendrer des conditions très réductrices (volcanisme sous-marin, serpentinisation des ultrabasites, magmatisme alcalin acide).

La référence aux skarns qui est citée dans ce papier m'a fait dresser l'oreille, car un skarn est fondamentalement (pour un chimiste) le produit d'une réaction acide-base et nous savons par expérience qu'il y a souvent un couplage fort entre les réactions acide-base et les réactions redox, l'une pouvant entrainer l'autre et vice-versa. C'est un peu ce qui se passe aussi dans le domaine des fumeurs noirs, et dans la serpentinisation des ultrabasites.

Mises à part ces généralités, les quantités d'Al produites ont l'air d’être très faibles et on peut soupçonner que les bonnes conditions de genèse ne sont réunies que dans des micromillieux. Espérons que les chercheurs en trouvent dans suffisamment de situations pour permettre une approche de type métallogénique du problème.

[mr42]

Merci pour cette réponse. J’ai cité l’article de Marine Geology car c’est le seul que j’ai trouvé.

Je ne suis pas qualifié pour juger des arguments géologiques mais je note quand même quelques points faibles.

Les échantillons ont été trouvés en milieu sédimentaire sans lien clair avec leur contexte de formation et sans minéraux associés.

L’origine anthropique me semble trop vite écartée. La pureté n’est pas un bon argument, les analyses présentées sont compatibles avec de l’aluminium d’extrusion qui ne comporte le plus souvent aucun élément d’alliage.

J’irais même plus loin car si on a réuni des conditions permettant la réduction de l’aluminium, alors on peut réduire la plupart des métaux. Il n’y a guère que quelques composés de Ca, Mg, Na, K qui pourraient résister. Dans ces conditions, on devrait obtenir un aluminium très impur avec notamment une forte teneur en silicium. Le raffinage de l’alumine est une étape clé dans la production industrielle d’aluminium.

Savez-vous s’il existe d’autres références permettant d’y voir plus clair ?

[jjnom]

Il y a 12 heures, mr42 a dit :

L’origine anthropique me semble trop vite écartée

D'un autre côté, vue la vitesse de sédimentation dans les plaines abyssales (de l'ordre de 1cm/1000 ans) et si les précautions nécessaires ont été prises pour éviter toute pollution alumineuse...

Faudrait en savoir plus sur la méthodologie des prélèvements.

[phoscorite]

Bonjour

 

Dans le papier de Dekov (ci-joint) ce sont des carottages issus d'une campagne à la mer, on peut penser que c'est assez sérieux au niveau des opérations.

Sur l'origine non anthropique des particules, Dekov avance l'argument que l'Al particulaire ne contient ni Cu, ni Mn, qui sont pour lui des ingrédients ordinaires de l'alliage Al industriel. Je laisse le métallurgiste nous dire ce que ça vaut comme argument.

 

Dans ce papier fort intéressant, Dekov invoque une origine magmatique (juvénile) mais je n'ai pas compris deux points :

- comment il sépare ses particules d'Al solide du reste de la roche basique-ultrabasique pour les balancer dans l'océan

- et pourquoi il écarte une synthèse dans la fluide hydrothermal ; entre parenthèses, il n'évoque même pas la possibilité qu'il y ait une phase gazeuse associée (ça me fait penser à AlCl3).

MarGeo1995_Dekov_Native_aluminium_metalliferous_sediment_EPR.pdf

[mr42]

Merci pour ce nouveau document beaucoup plus fouillé que celui que j’avais trouvé.

L’argument métallurgique est toujours le même et ne tient pas la route. Le grade 1050 contient au minimum 99,5 % d’Al et il est mondialement utilisé pour la fabrication de profilés. Voir les spécifications ci-jointes :

https://lugand-aciers.fr/la-1050-alliage-daluminium/

Je crois de moins en moins à la possibilité d’une réduction directe à Al0 qui donnerait inévitablement un métal impur.

Le papier de Dekov propose néanmoins une voie qui permettrait de sortir de cette impasse en passant par un niveau intermédiaire Al+1.

La formation (dans des conditions qui restent à préciser) d’une molécule telle que AlCl normalement instable présente deux points forts :

- ce serait une voie spécifique de l’aluminium qui expliquerait la pureté élevée,

- le niveau d’oxydation +1 serait peut-être plus facile à obtenir que le niveau zéro.

Le métal serait ensuite produit par dismutation.

C’est un processus assez proche (mais quand même bien compliqué) de celui proposé pour le silicium par Nazarov.

[phoscorite]

Il y a 1 heure, mr42 a dit :

Je crois de moins en moins à la possibilité d’une réduction directe à Al0 qui donnerait inévitablement un métal impur.

Par curiosité, j'aimerais bien comprendre cet argument. Pourquoi ça doit être impur même si on réduit une espèce en solution ou un composé gazeux ?

Et vous pensez qu'on devrait avoir un amorphe plutôt que des cristaux bien fichus ?

[jjnom]

J'avais un temps pensé que les carottages auraient pu entrainer de l'Al anthropique en profondeur et ainsi autopolluer les prélèvements.

Avec cette figure extraite du doc déniché par Phoscorite, ça ne semble pas être le cas, puisque la surface n'est pas plus riche en Al.

 

La présence d'Al0 varie assez peu autour d'une valeur de 1% et ne tombe jamais à zéro.

Le ou les mécanisme(s) en jeu serai(en)t donc en action de façon permanente...?

Autre point: peu de particules = grosses particules et particules nombreuses = petites particules.

Comme si, à partir d'un stock à peu près stable, il fallait choisir entre nucléation et croissance, pour reprendre du vocabulaire de magmato.

[phoscorite]

il y a 56 minutes, jjnom a dit :

La présence d'Al0 varie assez peu autour d'une valeur de 1% et ne tombe jamais à zéro.

Pour ma part, je trouve ça suspect.Ça voudrait dire qu'il y en a partout.

[mr42]

Il y a 5 heures, phoscorite a dit :

Par curiosité, j'aimerais bien comprendre cet argument. Pourquoi ça doit être impur même si on réduit une espèce en solution ou un composé gazeux ?

Et vous pensez qu'on devrait avoir un amorphe plutôt que des cristaux bien fichus ?

Si on arrive à réduire l'aluminium, alors on réduira la plupart des composés métalliques présents. Il faut donc au préalable que les composés susceptibles de contaminer l’aluminium soient éliminés. C’est une étape indispensable de la production industrielle.

Une mise en solution peut faciliter la concentration des composés d'Al mais la réduction de l’aluminium est impossible en solution aqueuse. Ou alors, il faut imaginer que dans des conditions extrêmes de température et de pression il en soit autrement...

Quant à savoir comment ça cristallise, nous n’avons pas d’idées assez précises sur le processus.

[phoscorite]

Il y a 2 heures, mr42 a dit :

Il faut donc au préalable que les composés susceptibles de contaminer l’aluminium soient éliminés.

Merci. Vous voulez dire qu'on obtiendrait un alliage Al-Fe-Ti, par exemple, au lieu de plusieurs solides cristallins ?

 

Il y a 3 heures, jjnom a dit :

La présence d'Al0 varie assez peu autour d'une valeur de 1% et ne tombe jamais à zéro.

Le ou les mécanisme(s) en jeu serai(en)t donc en action de façon permanente...?

Ou bien les tamis utilisés pour classer les échantillons sont en Alu...

Des artefacts de préparation, on en a tous fait l'expérience, et on ne les publie jamais...

[mr42]

À titre d’exemple, l’électrolyse de l’alumine a lieu en solution. Le solvant est un bain de fluorures fondus. Du fluor, le plus électronégatif de tous les atomes combiné à Na et Ca qui sont parmi les plus électropositifs, ça donne une idée du cahier des charges. La molécule d’eau est bien trop tendre pour cet exercice.

Il faudrait peut-être voir du côté des supercritiques où il se passe parfois des choses curieuses.

 

Il y a 8 heures, phoscorite a dit :

Merci. Vous voulez dire qu'on obtiendrait un alliage Al-Fe-Ti, par exemple, au lieu de plusieurs solides cristallins ?

Il faudrait voir les diagrammes de phases un par un.

L’exemple du silicium natif est très parlant avec la présence de grandes quantités de fer, principalement sous forme de composé défini FeSi.

Personnellement, j’aurais plutôt parlé de « ferro-silicium natif » tant le fer est présent. Il y a pourtant bien silicium natif dans la mesure où Si et FeSi cristallisent séparément.

 

Il y a 8 heures, phoscorite a dit :

Ou bien les tamis utilisés pour classer les échantillons sont en Alu...

Des artefacts de préparation, on en a tous fait l'expérience, et on ne les publie jamais...

Une grille en aluminium, c’est quand même étrange, surtout en aluminium pur mais la composition fait vraiment penser à de l’aluminium d’extrusion et des profilés en aluminium, on en utilise partout.

[phoscorite]

il y a 55 minutes, mr42 a dit :

Le solvant est un bain de fluorures fondus.

Merci. C'est peut-être une idée à creuser, une solution autre qu'une solution aqueuse, du type sels fondus dans laquelle l'activité de H2O est très basse.

Je m'étais aussi demandé si on pouvait avoir un composé chloré de Al un peu volatil qui serait réduit en phase gazeuse dans H2 et CH4. Ce serait plus simple, dans ce cas, d'expliquer la dispersion de Al° dans les sédiments.

 

il y a une heure, mr42 a dit :

Il faudrait voir les diagrammes de phases un par un.

Si comme dans le cas de Si on fabrique plusieurs solides simultanément, il est envisageable que seul Al survive à une oxydation ultérieure et que l'on perde les autres.

Mais ça fait beaucoup de Si...

[jjnom]

Il y a 12 heures, phoscorite a dit :

Ou bien les tamis utilisés pour classer les échantillons sont en Alu...

Nan, nan. Ca ne se fabrique pas en alu. En général, c'est de l'acier inox.

 

Quand on creuse un peu la biblio de mister Dekov, on voit qu'il trouve des natifs et alliages variés dans les boues abyssales: outre Al, il y a des Ni et Ni-Fe, des Cu et Cu-Zn, des Cu-Sn, des Pb-Sn-Cu, des Ag-Cu, du Hg...

Ce n'est pas un chercheur, c'est une mine!

Pour dire que ça ne concerne pas que Al.

Un poil génant: chaque papier discute un élément soit Al, soit Ni, soit Cu...mais je n'arrive pas à savoir si, sur un même site et niveau on a plusieurs éléments natifs ou alliages.

[phoscorite]

Il y a 2 heures, jjnom a dit :

on voit qu'il trouve des natifs et alliages variés

Oui, j'avais remarqué aussi. Mais on ne peut pas reprocher à un chercheur d'exploiter... un filon, et les sédiments métallifères, c'est un sujet vendeur.

J'ai eu aussi un problème en constatant qu'il ne discute jamais la composition du sédiment dans son ensemble. Ce serait la moindre des choses, si Al° est juvénile, de voir si d'autres types de particules de matériel igné UB basique sont entrainées et balancées dans l'eau de mer avec Al°.

[jjnom]

Retour sur le point de départ: le Si de Geomac et l'intervention de BUT

- à Nuevo Potosi, le Sin est en inclusions dans l'or (anti oxydant de luxe!). L'encaissant est de la litsvenite, une roche issue de l'altération de roches ultrabasiques. Contexte ophiolitique.

- à Joséphine, Orégon, le Sin est dans dans des alliages Ni-Fe contenus dans de la josephinite (truc rare, genre nougatite 😉). Contexte ophiolitique

- au Tibet (Luobusa), Sin est dans un silicure de Fe, à l'intérieur d'une chromitite. Il y a aussi du Fen et du CSi. Contexte ophiolitique.

- dans des chromitites russes, on trouve plein de natifs: Cr, W, Ni, Co, Si, Al, Fe, Ta. Contexte ophiolitique.

Un article intéressant, au moins au plan de la photo et qui explique les moyens permettant de distinguer le naturel de l'atificiel: https://www.researchgate.net/publication/253509179_Rock-forming_moissanite_Natural_a-silicon_carbide.

Le Sin est dans du CSi (moissanite = carbure de silicium) en compagnie de silicure de Fe. Le tout dans une roche de type kimberlite.

Qu'on parle ophiolites (et plaines abyssales) ou kimberlite, on regarde toujours en direction du manteau...

[mr42]

Bon résumé, il faut juste rajouter les échantillons lunaires de Si- FeSi. Pour ces derniers, on est probablement dans un contexte d' impact violent dans une ambiance pauvre en oxygène.

Le facteur commun, ce sont les très hautes pressions.

Rien ne dit que l’aluminium natif soit possible dans les mêmes conditions.

[phoscorite]

Il y a 9 heures, jjnom a dit :

Un article intéressant, au moins au plan de la photo et qui explique les moyens permettant de distinguer le naturel de l'atificiel

Très intéressant, en effet, comme paragenèse, la combinaison de phases de haute pression et de phases hydratées.

Mais ça reste un caillou volant et je doute sérieusement que ce soit une kimberlite : la roche totale contient très peu de Cr, Ni et de Zr et les auteurs admettent qu'ils n'ont pas trouvé trace de LREE dans les inclusions. La roche est hydratée, altérée, et donc la géochimie pourrait être modifiée ; c'est classique pour Ni,  mais je n'y crois pas trop en ce qui concerne Cr et Zr. En fait, la stœchiométrie de la roche totale (hors C) est proche de celle de l'enstatite pure, et je me demande si ce n'est pas une céramique (de celles dont on fait les prothèses et les couronnes dentaires).

A part ces doutes, je suis quand même d'accord qu'on en revient toujours à des roches ultrabasiques : mais le passage par la case haute pression ne me parait pas évident, je dirais plutôt que ces occurrences ont en commun, à part d’être ultrabasiques, est d'avoir été hydratées à basse pression.

[mr42]

Une étude venant du domaine de la métallurgie sur la répartition des différents composés de silicium dans un haut fourneau.

Elle fait apparaître le monoxyde gazeux SiO comme un important précurseur de Si métal et de SiC. Voir en particulier la figure 6.

Un détail qui pourrait peut-être intéresser les géologues : SiS gazeux pourrait jouer un rôle analogue à celui de SiO.

https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/45/5/45_5_662/_pdf

[jjnom]

Il y a 12 heures, phoscorite a dit :

je dirais plutôt que ces occurrences ont en commun, à part d’être ultrabasiques, est d'avoir été hydratées à basse pression.

La machine à réduire est en haut? en bas? 2 machines?

Le papier ci-dessous envisage une machine bien profonde dont l'exutoire serait une ride médio-océanique. Mais ça n'est peut-être pas l'unique possibilité.

Les ophiolites comme source de diamants... vous connaissiez?

Origin-of-ultrahigh-pressure-and-highly-reduced-minerals-in-podiform-chromitites-and-associated-mantle-peridotites-of-the-Luobusa-ophiolite-Tibet_2015 (1).pdf