INTRODUCTION LES ROCHES CHIMIQUES la précipitation physico-chimique d'ions en solution. Ces roches sont le résultat de la précipitation physico-chimique

INTRODUCTION

LES ROCHES CHIMIQUES

Ces roches sont le résultat de la précipitation physico-la précipitation physico-chimique chimique d'ions en solutiond'ions en solution..

EXEMPLE DES EVAPORITESEXEMPLE DES EVAPORITES

GENERALITES

Les évaporites se forment par précipitation de selprécipitation de sel après évaporation intense, et avec des vitesses de croissance très rapidesvitesses de croissance très rapides.

LES EVAPORITES

GENERALITES

Les évaporites se forment par précipitation de selprécipitation de sel après évaporation intense, et avec des vitesses de croissance très rapidesvitesses de croissance très rapides.

Elles ont une grande importance économiquegrande importance économique:

Elles forment le toit imperméable de certains des plus grands gisements pétroliers du monde.

8 kilos de sel sont consommés par personne et par an. Celui-ci sert aussi au sablage des routes.

Le gypse va servir à l’élaboration de plâtre et la sylvite à celle de la potasse.

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GENERALITES

Les minéraux principaux en sont le gypsegypse, l'anhydritel'anhydrite et la halitehalite. D'autres minéraux, quoique moins fréquents, peuvent être des constituants importants de certains dépôts salins.

minéraux des évaporites marines minéraux des évaporites continentales

HALITE NaCl halite, gypse, anhydrite …

sylvite KCl epsomite MgSO4.7H2O

carnallite KMgCl3.6H2O trona Na2CO3.NaHCO3.2H2O

kainite KMgClSO4.3H2O mirabilite Na2SO4.10H2O

ANHYDRITE CaSO4 thenardite NaSO4

GYPSE CaSO4.2H2O bloedite Na2SO4.MgSO4.4H2O

polyhalite K2MgCa2(SO4)4.2H2O gaylussite Na2CO3. CaCO3.5H2O

kieserite MgSO4.H2O glauberite CaSO4.Na2SO4

GENERALITES

Leur reconnaissance est essentielle puisqu'elles sont de bons bons marqueurs climatiquesmarqueurs climatiques (climat aride, où l'évaporation excède de loin les précipitations dans la ceinture tropicale des hautes pressions, entre 10° et 30° de latitude).

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GENERALITES

Néanmoins des régions littorales tempérées mais très ventéestrès ventées sont également le siège d'une forte évaporation (salines de Camarguesalines de Camargue).

Dans les marais salants actuels, le confinement du corps d'eau est accompagné d'une intense activité biologique (larves d'insectes, algues, bactéries) : la production de matière organique est estimée à 10 kg/an pour 1m2 de surface de marais salant.

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GENESE ET CONSTITUTION DES DEPOTS EVAPORITIQUES

Composition chimique des eaux de mer et de rivièreComposition chimique des eaux de mer et de rivière

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Eau de rivière (% du résidu solide) Eau de mer (% du résidu solide)

HCO3- et CO3

2- 48,6 0,4

Ca2+ 12,4 1,2

H4SiO4 10,8 <0,01

SO42- 9,3 7,7

Cl- 6,5 55,1

Na+ 5,2 30,6

Mg2+ 3,4 3,7

K+ 1,9 1,1

Fe2+ et Fe3+ 0,6 <0,01

Al(OH)4- 0,2 <0,01

NO3- 0,8 <0,01



Les rivières contiennent principalement HCOHCO3-3- et COCO332-2-, avec

une proportion moindre de Ca2+, H4SiO4, SO42-, Cl-, Na+, Mg2+ et K+

Les océans contiennent en grande quantité de SOSO442-2-, Cl Cl--, NaNa++

et KK++

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Ces différences reflètent en fait la manière dont les sels dissous sont extraits de l'eau de mer et incorporés dans les sédiments:

Na et Cl sont très abondants dans l'eau de mer car d'une part, ils ne sont pas utilisés par les organismes et incorporés au sédiment sous la forme de tests comme Ca et Si et d'autre part, ils n'entrent pas dans le réseau des argiles au cours de la diagenèse comme Al et Fe.

Seule l'évaporation de l'eau de mer, dans des circonstances forcément exceptionnelles, permet leur

extraction des océans

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GEOCHIMIE DES EVAPORITES : EXPERIENCE DE SHEARMAN (1971)

Si l'on observe l'apparition progressive des précipités lorsque l'on fait évaporer de l'eau de mer, on obtient la séquence évaporitiqueséquence évaporitique suivante:

- La calcitecalcite, l'aragonitearagonite et les hydroxydes de fer peuvent précipiter lorsque le volume de l'eau est réduit de 50%50%

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- Le gypsegypse et l'anhydriteanhydrite commencent à précipiter lorsque le volume de l'eau de mer n'est plus que 20%20% du volume initial

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- Lorsque le volume de l'eau n'atteint plus que 10%10% du volume de départ, c’est d’abord la halitehalite qui apparaît, puis il a y précipitation de carnalitecarnalite et de polyhalitepolyhalite. Enfin c’est la sylvitesylvite qui précipite en dernier

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- Lorsque le volume de l'eau n'atteint plus que 10%10% du volume de départ, c’est d’abord la halitehalite qui apparaît, puis il a y précipitation de carnalitecarnalite et de polyhalitepolyhalite. Enfin c’est la sylvitesylvite qui précipite en dernier

- Enfin, lorsque l'évaporation est presque totalepresque totale, des boratesborates et nitratesnitrates précipitent

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Si l'on examine les dépôts évaporitiques naturels, on constate que cette séquence idéale est rarement réaliséeséquence idéale est rarement réalisée. Des répétitions, des cycles tronqués sont fréquents:

c'est le signe d'une évolution mouvementée du bassin évolution mouvementée du bassin évaporitiqueévaporitique, alternant remplissage, périodes d'évaporation, nouveau remplissage avec dissolution d'une partie des espèces précédemment précipitées…

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ENVIRONNEMENT DE DEPÔT DES EVAPORITES

Les évaporites s'observent depuis le Précambrien jusqu'à l'époque actuelle, mais leur répartition spatiale et temporelle est inégale: elles sont particulièrement représentées au CambrienCambrien, au PermienPermien et au TriasTrias.

On classe généralement les évaporites en trois grands types:

les évaporites continentalescontinentales les évaporites marines de milieu peu profondmarines de milieu peu profond les évaporites marines profondesmarines profondes

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LES EVAPORITES CONTINENTALES

Ces dépôts s'accumulent dans des lacs en région aride ou semi-lacs en région aride ou semi-aridearide. La minéralogie de ces évaporites est relativement variable puisqu'elle dépend de la composition des eaux fluviales, elle-même dépendante de la géologie régionale.

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Les Lacs temporairesLes Lacs temporaires

C'est le cas des bassins continentaux fermésbassins continentaux fermés (bassins endoréiques). Ces lacs salés s'appellent selon les lieux sebkha continentalesebkha continentale, chottchott, playaplaya... Les sédiments contiennent beaucoup de matériaux détritiques et relativement peu de carbonates de Ca et Mg il précipite en particulier du carbonate de Na, du sulfate de Na ...

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Les Lacs permanentsLes Lacs permanents

La Mer MorteMer Morte en offre un bel exemple.

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Les Lacs permanentsLes Lacs permanents

C'est un lac alimenté par une rivièrealimenté par une rivière, le Jourdain, mais soumis à une soumis à une forte évaporationforte évaporation: la densité de l'eau atteint 1,331,33.

Depuis 1983, la halite précipite sur le fond.

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Une flottabilité exceptionnelle


On observe en général une répartition horizontale concentriquerépartition horizontale concentrique des différents dépôts (gypse - halite - nitrates) en fonction de leur degré leur degré de solubilitéde solubilité, les plus solubles étant localisés au centre, lorsque l'extension du lac en cours d'assèchement était la plus restreinte.

Cette structure particulière, la présence d'autres types de sédiments continentaux, certaines espèces minérales rares en environnement marin comme le borax, l'epsomite, le trona, la gaylussite et la glauberite permettent de reconnaître des évaporites continentalesévaporites continentales.

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LES EVAPORITES MARINES PEU PROFONDES

Ces évaporites comprennent les dépôts intertidaux et supratidauxintertidaux et supratidaux comparables à ceux qui se forment actuellement le long du Golfe Persique, de certaines zones de la côte d'Afrique du Nord… et les dépôts subtidaux de plate-formesubtidaux de plate-forme, dont nous ne connaissons pas encore d'équivalent actuel.

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Les dépôts intertidaux et supratidauxLes dépôts intertidaux et supratidaux

Ils sont appelés évaporites de sabkhasévaporites de sabkhas.

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Ces sabkhas sont des plaines côtières développées le long de zones continentales arides.

localisation et coupe dans la sebkha El Melah (Tunisie)



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Outre les évaporites, les sédiments de sabkha comportent des éléments comportent des éléments détritiquesdétritiques provenant du continent (amenés par les vents, les cours d'eau) et des sables et bouessables et boues provenant de la plate-forme, transportés lors de tempêtes.

localisation et coupe dans la sebkha El Melah (Tunisie)



Les minéraux typiques des évaporites de sabkha sont l'anhydriteanhydrite, le gypsegypse et la dolomitedolomite.

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Dépôt de halite dans la Sebkha El Melah, Tunisie



Les sédiments de sabkha possèdent fréquemment une nature cyclique: au cours de la progradation (comblement progressif) de la plaine littorale, la sabkha s'avances'avance en direction de la meren direction de la mer, surmontant des sédiments de type stromatolithiquestromatolithique, des boues boues lagonaires bioturbéeslagonaires bioturbées, des corps oolithiquescorps oolithiques.

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- EXEMPLE : La sebkha côtière d'Abou Dhabi

La région est située sur la rive sud du Golfe Persique.

Le climat est chaud et secchaud et sec: la température de l'air varie entre 12° et 47°C, il ne tombe que 40 à 60 mm de pluie par an. Dans la lagune, la température de l'eau est comprise entre 12° et 40°C. La profondeur le long de la côte ne dépasse pas 20 m, 80 m au maximum au milieu du Golfe.

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Dans ces conditions extrêmes l'évaporation est intensel'évaporation est intense: elle est estimée à 1,50 m d'eau par an1,50 m d'eau par an. La salinité est le double de la salinité marine normale.

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La sédimentation est carbonatéecarbonatée. Les dépôts comprennent des sables bioclastiques à bioclastes de Lamellibranches, Foraminifères, Gastéropodes, Coraux, des concrétions algaires, des sables oolitiques et des boues carbonatées.

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Dans la zone subtidalezone subtidale prolifèrent des stromatolithesstromatolithes qui agglutinent les grains de sable calcaire. Des cristaux de gypsecristaux de gypse croissent et détruisent en partie les structures stromatolithiques.

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Dans la zone supratidalezone supratidale précipitent surtout le gypsegypse, l'anhydriteanhydrite, la dolomitedolomite et temporairement la halitehalite sous forme d'un film blanc superficiel.

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A: Photo aérienne de la plaine d'accrétion à Abu Dhabi. a: chenal de marée sous-aquatique; b: lagune infra-tidale; c: zone intertidale à peloïdes; d: tapis algaire; e: zone supratidale (sabkha) évaporitique avec nombreuses traces d'accroissement

B: séquence type de sabkha, montrant la progradation de la plaine littorale depuis un milieu subtidal jusqu'à l'émersion.


Les dépôts subtidaux de plate formeLes dépôts subtidaux de plate forme

Certaines formations évaporitiques de grande extension ne peuvent ne peuvent être expliquées par des dépôts de sabkhaêtre expliquées par des dépôts de sabkha.

Il s'agit vraisemblablement de plates-formes isoléesplates-formes isolées, n’ayant pas de recharge continuelle par les eaux océaniques.

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Dans ce cas, du gypsegypse précipite sur le fond marin, en cristaux généralement de forme prismatique, dressés comme le sont les brins d'herbe d'une prairie (gazon sélénitiquegazon sélénitique).

Sont associées diverses structures sédimentaires comme des cristaux cassés et redéposés, des Péloïdes, des niveaux à stromatolithes…

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A: couches plissées formées de croûtes de gypse B: détail montrant les cristaux prismatiques

(Messinien, Heraklea Minoea, Sicile)



- EXEMPLE : Les évaporites du Messinien

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Le fond de la Méditerranée et ses

pourtours sont recouverts d'une

épaisse série évaporitique d'âge miocène supérieur

(Messinien).




Au début du Messinien (vers 7 Ma) les échanges de la Méditerranée avec l’océan ne s’opéraient qu’avec l’Atlantique par des détroits qui traversaient des régions aujourd’hui localisées dans les chaînes bétique (Espagne) et rifaine (Maroc), et non par l’actuel détroit de Gibraltar qui n’était pas encore ouvert.

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Les dépôts subtidaux de plate formeLes dépôts subtidaux de plate forme::


Mais il ne suffit pas d’isoler tectoniquement la Méditerranée et de l’évaporer complètement pour expliquer l’épisode Messinien:

L’évaporation d’une colonne d’eau de mer de 1000 m de hauteur ne déposerait, en s’asséchant, qu’une colonne de sels de l’ordre de 16 mètres comportant 0.5 m de gypse, 12 m de halite et environ 3.5 m de sels de potassium et de magnésium.

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Les dépôts subtidaux de plate formeLes dépôts subtidaux de plate forme::


Le dépôt d‘un millier de mètres de halite et de plusieurs centaines de mètres de gypse implique donc soit des entrées permanentes ou presque permanentes d’eaux océaniques, quoique en quantités insuffisantes pour compenser les pertes dues à l’évaporation, soit une succession de périodes d’alimentation et d’isolement.

On sait que le Messinien est une période de fluctuation du volume des glaces en antarctique et que ces fluctuations ont pu provoquer des variations sensibles du niveau océanique.

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LES EVAPORITES MARINES PROFONDES

Certains types d'évaporites, souvent laminaires, sont associées à des des critères indiscutables d'environnement profondcritères indiscutables d'environnement profond: grande continuité latérale des lamines individuelles, turbidites, absence d'algues...

Dans ces évaporites, les lamines de gypse, d'anhydrite, de halite, les lamines de gypse, d'anhydrite, de halite, alternent avec des lamines de boue ou de matière organiquealternent avec des lamines de boue ou de matière organique.

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On ne connait pas de modèle actuel…

Néanmoins, on observe dans les marais salants que les cristaux de sels se forment près de la surface de l'eau puis tombent au fond. D'autre part, la stratification des eaux peut entraîner une sursalure dans les couches profondes (comme dans la Mer Morte).

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Formation d'évaporites d'eau profondeFormation d'évaporites d'eau profonde: l'eau se stratifie, sur le fond s'accumulent des sédiments anoxiques (riches en matière organique) qui donneront plus tard des « black shales ». La couche superficielle de l'eau s'évapore et se concentre malgré l'apport latéral d'eau, les cristaux de gypse et de sel se forment et tombent au fond.

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