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Les évaporites, des roches sédimentaires particulières

En milieu naturel, l’eau douce, tout comme l’eau de mer ne sont jamais pures. En effet, l’assèchement d’une flaque d’eau laisse une trace de dépôts de calcaire ou de tartre connus de tous au quotidien. Aussi, tout proche des eaux océaniques, des flaques évaporées peuvent laisser des dépôts de minéraux. Ces derniers entrent dans la constitution de certaines roches appelées évaporites. Ainsi, les évaporites résultent d’un processus de précipitation de minéraux par évaporation d’eau. Ces roches sont connues depuis presque l’apparition de l’Homme moderne et continuent à être utilisées de nos jours.

Que sont ces évaporites ? Comment se forment-elles et en quoi présentent-elles un intérêt pour l’Homme ?

Les évaporites : caractéristiques générales

Figure 1. A : gypse en rose des sables ; B : halite ou sel gemme (crédit photo : E. Force).

Figure 1. A : gypse en rose des sables ; B : halite ou sel gemme (crédit photo : E. Force).

Les évaporites sont des roches sédimentaires montrant souvent des phénocristaux observables à l’œil nu. Ceux-ci se divisent en deux groupes majeurs : les sulfates ainsi que les chlorures. Cela fait des évaporites des roches dites salines. Il s’agit en grande partie du gypse (fig. 1A), aussi nommé sulfate de calcium, de formule chimique CaSO4, 2H2O ; de la halite ou sel gemme (NaCl) (fig. 1B), ainsi que de la sylvite ou chlorure de potassium : KCl.

La reconnaissance des évaporites passe par leur litage sédimentaire, leur solubilité, leur faible dureté, ainsi que leur saveur dans le cas des chlorures. En effet, sur l’échelle de Mohs, le gypse possède une dureté de 2. C’est l’un des rares minéraux rayables à l’ongle. Ce critère permet de discriminer le gypse avec la calcite par exemple. En outre, les évaporites ne réagissent pas à l’acide chlorhydrique et ne contiennent aucun fossile.

Figure 2. A : gypse saccharoïde (crédit photo : F. Magot) ; B : gypse en pied d’Alouette (crédit photo : J. Genty, J.-C. Lehir & N. Lepouder) ; C : gypse en fer de lance (crédit photo : D. Mollex) ; D : gypse fibreux (crédit photo : E. Force).

Figure 2. A : gypse saccharoïde (crédit photo : F. Magot) ; B : gypse en pied d’Alouette (crédit photo : J. Genty, J.-C. Lehir & N. Lepouder) ; C : gypse en fer de lance (crédit photo : D. Mollex) ; D : gypse fibreux (crédit photo : E. Force).

En détails, le gypse s’observe sous différentes formes. Une première est formée de petits grains : on parle de gypse saccharoïde (fig. 2A). Une autre se compose de cristaux verticaux translucides, de couleur jaunâtre et de taille centimétrique. Cette dernière forme montre soit des cristaux isolés, soit des cristaux associés par deux en macles, dont la disposition du plan horizontal fait penser à des empreintes de pattes d’Oiseaux : on parle de « pied d’Alouette » (fig. 2B). De plus, des mailles de grandes tailles sont propres à une autre forme caractéristique du gypse : le gypse en fer de lance (fig. 2C). Par ailleurs, il est également possible d’observer un faciès dit fibreux (fig. 2D).

Figure 3. Halite ou sel gemme (crédit photo : E. Force).

Figure 3. Halite ou sel gemme (crédit photo : E. Force).

Concernant la halite (fig. 3), il s’agit d’une roche grisâtre se caractérisant par une faible densité et une valeur salée. Cette évaporite se constitue d’associations de cristaux cubiques.

Figure 4. Sylvinite (crédit photo : D. Mollex).

Figure 4. Sylvinite (crédit photo : D. Mollex).

La sylvite est généralement observée en association avec la halite pour former de la sylvinite (fig. 4). Cette évaporite forme des lits rouges du fait de la présence d’oxydes de fer. Elle possède aussi une saveur amère.

L'origine des évaporites

Figure 5. Modèles de bassins évaporitiques (illustration : Merzeraux, 2017). A : bassin marin profond d’eau profonde ; B : bassin profond d’eau peu profonde ; C : bassin intramontagneux ; D : bassin peu profond d’eau peu profonde.

Figure 5. Modèles de bassins évaporitiques (illustration : Merzeraux, 2017). A : bassin marin profond d’eau profonde ; B : bassin profond d’eau peu profonde ; C : bassin intramontagneux ; D : bassin peu profond d’eau peu profonde.

Les évaporites résultent de la précipitation chimique de sels dissous dans les eaux marines ou continentales (fig. 5).

Figure 6. Évaporation expérimentale d’une masse d’eau de mer (illustration : Merzeraud, 2017). L’évaporation d’une colonne d’eau de mer de 1 m provoque la précipitation d’évaporites, dans un ordre précis qui est fonction des espèces chimiques et non de leur abondance en solution dans l’eau. Les triangles gris représentent la quantité relative des différents minéraux précipités.

Figure 6. Évaporation expérimentale d’une masse d’eau de mer (illustration : Merzeraud, 2017). L’évaporation d’une colonne d’eau de mer de 1 m provoque la précipitation d’évaporites, dans un ordre précis qui est fonction des espèces chimiques et non de leur abondance en solution dans l’eau. Les triangles gris représentent la quantité relative des différents minéraux précipités.

L’ordre de la précipitation dépend pour commencer du produit de solubilité du sel ainsi que de sa concentration au sein du milieu, ceci, en relation avec le volume d’eau résiduel du bassin alors soumis à évaporation (fig. 6). En effet, le chlorure de sodium (NaCl) est soluble jusqu’à une valeur seuil de 350 g/L d’eau. Ensuite, il précipite à hauteur de 90% après évaporation d’une masse d’eau concentrée à 35 g/L. Ces différentes propriétés permettent de comprendre la précipitation séquentielle des évaporites : le gypse, la halite puis la sylvite (fig. 6).

Ainsi, les évaporites prennent naissance au sein d’environnements riches en sels dissous dans des eaux soumises à évaporation. Ces eaux peuvent être de nature marine comme continentale après lessivage de dépôts sédimentaires : il s’agit d’évaporites lacustres. Aussi, les environnements lagunaires sont des milieux au sein desquels se forment une importante quantité de ces roches sédimentaires, selon une sédimentation cyclique et alternant avec d'autres formations.

Les évaporites recouvrent d’importantes surfaces affleurantes ou souterraines, et présentent certains intérêts pour l’Homme.

Les gisements évaporitiques et leurs utilisations par l’Homme

En France, plusieurs gisements d’évaporites sont constatés. Dans le bassin parisien, il est possible de retrouver de la halite du Trias lorrain ou encore du gypse daté au Tertiaire. De plus, le fossé Rhénan comporte d’importantes quantités de halite et de sylvite tertiaires.

Par ailleurs, il est également possible de remarquer des évaporites dans les diverses orogènes : ces roches sont généralement un niveau de décollement et constituent les semelles des nappes de charriage ou de chevauchement.

La halite est une roche de faible densité et viscosité. En cela, elle peut former des diapirs, mis en évidence lors d’études sismiques du substratum. On la retrouve en abondance au sein de la mer Méditerranée par exemple. Aussi, l’imperméabilité de la halite est une propriété suggérant un possible piégeage d’hydrocarbures, en l’occurrence du pétrole, au niveau des marges passives.

Les évaporites ont été exploitées pour leur propriété conservatrice dans l’alimentation, comme le sel récupéré après l’évaporation de l’eau de mer. De nos jours, seuls quelques salins exploitent cette ressource, utilisée pour la cuisine principalement. D’autres minéraux évaporitiques sont exploités : le gypse est à la base du plâtre, la sylvite est une importante source de potassium entrant dans la composition de nombreux engrais.

Aujourd’hui, certaines évaporites sont exploitées comme source d’éléments chimiques particuliers. Ces derniers sont utiles dans la fabrication des appareils électroniques. Par exemple, le lithium est un composant majeur des batteries dites lithium-ion. Cet élément chimique est retrouvé dans des bassins évaporitiques de l’Altiplano andin notamment en Argentine et en Bolivie.

 

En conclusion, les roches sédimentaires évaporitiques sont des ressources économiques majeures, notamment avec le cas du lithium cité précédemment. Toutefois, leur exploitation a été et est encore à l’origine de problèmes environnementaux. On constate des effondrements de galeries de mines, des déboisements excessifs lié à l’exploitation massive des salines d’antan, une pollution due à la recherche et aux forages de gisements pétroliers dans certains diapirs en mer, etc.

 

Bibliographie

Merzeraud G.. Sédimentologie. De Boeck, 2017. 272 p.. ISBN 978-2807313279

Rouchy J.-M. & Blanc-Valleron M.-M.. Les évaporites. Matériaux singuliers, milieux extrêmes. Vuibert, 2006. 190 p.. ISBN 978-2711753901

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