Évaporite

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Pavé incrusté de halite, Mer Morte.

Les évaporites ou roches évaporites, encore nommées roches évaporitiques ou roches salines, désignent de manière générique des roches sédimentaires constituées de sels minéraux, préalablement dissous en milieu aqueux, mais qui ont précipité, conséquence d'une sur-concentration[1] et qui ont été ensuite lentement asséchés, comprimés, compactés au cours de processus complexes, en particulier lors de la diagenèse ou ses prémices.

Il s'agit d'un terme imprécis, consacré par l'usage[2], et couvrant une gamme de roches sédimentaires dites salines, à grain fin ou grossier, à texture cristalline souvent litée ou en incrustation, parfois fibreuses ou en masse granulaire, affichant des couleurs variées blanches souvent pâles et terreuses, grises à rouges. Ces minéraux et roches formés ou retransformés à divers âges géologiques proviennent également de milieux variés, bordures ou vastes plages ou playas marines, mers fermées, zones lacustres ou lacs salés ou à eaux saumâtres en zones désertiques et arides, lagunes d'évaporation...

Ce terme regroupe essentiellement les roches à base de sel-gemme ou halite, le gypse et l'anhydrite et autres roches sulfatées, les sels de potasse[3], voire les natrons, incluant parmi d'autres minéraux le natron et le trona, les borates, les vanadates et chromates, certaines roches retransformées après solubilisation ou apparaissant par minéralisation secondaire au cours de la diagenèse... auxquelles il est possible d'associer les dolomies et les argiles néoformées.

La majeure partie des couches de roches évaporites, soumises à des pressions suffisamment importantes, présente un comportement plastique singulier. Les semelles glissantes de gypse sous pression favorisant chevauchements de couches et charriages de masses colossales, les couches de sel ou de potasse à l'origine de lents déplacements et de décollements sont souvent des facteurs notables d'instabilité géologique, provoquant ou aggravant les phénomènes tectoniques sous les anciens régions salines[4]. Parfois, ces roches salines à faible densité fluent par gravité ou par compression latérale vers la surface, formant des dômes, des plis, des diapirs, des percements...

Ces roches, à intérêt économique parfois important, se sont formées depuis l'âge du Précambrien.

Formation générale des évaporites[modifier | modifier le code]

Les évaporites se forment par précipitation d'ions en solution, dans un milieu aqueux sursaturé (saumure) soumis en principe à diverses variations thermiques, provoquant par exemple une évaporation plus ou moins intense, voire une cryogénisation ou une ventilation importante à effet desséchant drastique. Une baisse de température provoque des phénomènes de sursaturation, et l'apparition de phases non miscibles, qui expliquent en partie les dépôts massifs principalement en hiver ou saison froide. Le départ de l'eau n'est pas uniquement provoqué par une évaporation en phase aérienne, limitée à des surfaces réduites drastiquement par effet de croûte, mais par l'écoulement ou l'évacuation de l'eau au sein même de la formation rocheuse. Les effets de filtres parfois spongieux, par exemple des vases sous-marines, ou de succion lente s'avèrent efficaces, renforcés par des gradients de pression.

Les alternances drastiques diurnes de température provoquent aussi des phénomènes complexes, loin d'être compris. Les variations saisonnières de dépôts surprennent aussi. Dans les années 1970, le golfe Kara-Bogaz a été étudié à l'est de la mer Caspienne, une mer intérieure alors faiblement saline (1,3 % en masse de NaCl) grâce à l'apport volumineux de la Volga. Dans cette vaste lagune capable en théorie de produire 350000 tonnes de sel, l'essentiel des dépôts à base de minéraux sulfates, notamment de mirabilite Na2SO4·10H2O, ne sont observables qu'en hiver.

Diverses conditions restent nécessaires à la formation de gisements évaporitiques :

  • Le milieu doit être aride, mais pas nécessairement chaud. Ainsi par exemple les ceintures tropicales et équatoriales, les zones arides à climat désertique très froid. Il faut que les apports d'eau continus ou discontinus soient inférieurs à l'évaporation.
  • Le système doit être plus ou moins isolé, de telle façon à minimiser les apports d'eau, qu'ils soient météoriques ou marins. Un tel isolement est possible par une barrière tectonique, volcanique ou sédimentaire. Un apport d'eau est cependant indispensable, car le système a besoin d'un apport d'ions constant.

Les zones favorables étaient ou sont en général les zones intérieures à des vastes continents, les rift continentaux tel les zones du Grand rift africain prolongée au-delà de la Mer Morte, les zones de bassins intracratoniques, les lacs, les zones de collision, les bassins fermés où stagnent un certain temps les eaux, les lagunes...

Environnements évaporitiques[modifier | modifier le code]

Environnements continentaux[modifier | modifier le code]

Ils consistent en des lacs en région aride ou semi-arides, des lacs temporaires (sebkha) ou des bassins partiellement ou totalement confinés (Mer Morte, grand lac salé, mer Caspienne, mer d'Aral, Chott el-Jérid en Tunisie) Les minéraux se déposent de manière concentrique, avec les plus solubles au centre. Les apports d'eau se font par précipitations atmosphériques et eaux souterraines. Les fluctuations du climat influent à long terme sur la précipitation des minéraux.

Environnements marins sub-aériens[modifier | modifier le code]

Il s'agit de milieux à proximité de la mer, étant situés entre les niveaux de marée basse et les niveaux inondés lors de tempêtes fortes. Les sebkhas, plaines côtières partiellement inondées, sont des lieux privilégiés de formation. Elles subissent des inondations ponctuelles permettant le renouvellement des ions, ainsi que l'apport d'eaux de pluie, de rosée. Les dépôts se font à l'intérieur du sable et de la boue, dans des marais peu profonds ou desséchés. Les minéraux formés sont mélés à d'autres éléments terrigènes détritiques du continent, ainsi qu'à des sables.

Environnements de bassin peu profond[modifier | modifier le code]

Ce sont des bassins de taille et de profondeur variables, par exemple les lagunes, ou des bassins de rift soit fermés (bassin à structure en œil), ou à moitié isolés (bassin à seuil)

Environnements de bassin profond[modifier | modifier le code]

On les trouve dans les zones à forte subsidence. Les dépôts se font en lamines, alternant avec de la matière organique, des carbonates...

Minéraux des évaporites[modifier | modifier le code]

Minéraux primaires[modifier | modifier le code]

On entend par minéraux évaporitiques primaires les minéraux formés directement par précipitation d'ions de la saumure après évaporation, non remaniés. Ils se forment en milieu marin ou continental, et précipitent directement à partir d'eaux libres ou par hydrothermalisme.

Les minéraux formées par ordre de fréquence sont :

  • Le sulfate de calcium : gypse (sulfate de calcium dihydraté)[5]
  • Les chlorures : halite NaCl, puis sylvinite une solution solide de NaCl et KCl, puis sylvine KCl et carnallite KCl.MgCl2.6H2O, les trois derniers composants qualifiés de potasse[6]
  • Les chromates
  • Les vanadates

Lors de l'évaporation, les matériaux formés se déposent selon l'ordre de précipitation des sels constituant une séquence évaporitique.

Séquence évaporitique marine
Sels Formule chimique  % d'évaporation d'eau de mer
Calcite
CaCO3
50 %
Dolomite
CaMg(CO3)2
Gypse
CaSO4
80 %
Halite
NaCl
90 %
Sels de magnésium
MgSO4
Sel de potassium
KCl
95 %

Les travaux d'Usiglio et Van t'Hoff ont permis de corréler la formation primitive d'évaporites marines par précipitations des sels dissous et la densité des saumures. il s'agit d'une modélisation simpliste, mais utile aux sauniers qui la maîtrisaient déjà dans ses conséquences pratiques .

L'eau de mer de densité moyenne 1,03 est stable malgré sa salinité. A partir d'une densité supérieure à 1,5, la précipitation de carbonates de calcium se produit. De même, la précipitation de divers oxydes commence. Une saumure de densité 1,13 relargue le sulfate de calcium hydraté ou gypse, et ce n'est seulement qu'à partir de la densité 1,22, que le chlorure de sodium ou sel marin précipite naturellement[7]. Les saumures tendent ensuite à abandonner des sels déliquescents, à base de chlorure de magnésium et de potassium, et de sulfate de magnésium, qu'à partir de la valeur 1,25.

Minéraux secondaires[modifier | modifier le code]

On entend par minéraux évaporitiques secondaires les évaporites remaniées par diagenèse, précoce ou tardive.

Les transformations diagénétiques les plus courantes sont :

  • Transformation du gypse en anhydrite : par apport de chaleur, et perte de l'eau dans le gypse. On observe une déshydratation totale à 90 °C.
  • Transformation de l'anhydrite en gypse : réaction inverse de la précédente, par hydratation
  • Transformation des carbonates en sulfates
  • Transformation des sulfates en carbonates
  • Transformation des sulfates en silice

On observe aussi des transformations métamorphiques.

En réalité, le plus souvent des roches évaporitiques[modifier | modifier le code]

Il faut prendre en compte que la séquence évaporitique de base présentée ci-dessus est une modélisation théorique ou discriminante. Cette séquence est souvent associée à des successions de dépôts détritiques divers, éventuellement remaniés par les agents d'érosion, et d'argiles, parfois transformés en schistes lors de la diagenèse. C'est pourquoi il est préférable de parler globalement de roches, même s'il est possible, en maints endroits, de trouver des amas granuleux, des roches litées ou fibreuses, composées de minéraux quasi-pures.

Les minéraux précipités en masse peuvent ainsi former en pratique des roches : gypse ou gypsite, anhydrite, sel gemme... Les évaporites peuvent aussi être sédimentées en tant que roches détritiques après érosion et transport.

Sources[modifier | modifier le code]

  • Charles Pomerol, M. Renard & Y. Lagabrielle, Éléments de géologie, 12e éd., Dunod, Paris, 2000 (ISBN 2-10-004754-X)
  • Cours de sédimentologie, 2e année de licence Géosciences
  • Cours de sédimentologie, 1re année licence Science de la Terre, Université Joseph Fourier, Grenoble
  • I. COJAN et M. RENARD, Sédimentologie, 2e édition, 1999. Éditions Dunod, coll. Sciences de la Terre, 418 pages.
  • Marie-Madeleine Blanc-Valleron, Jean-Marie Rouchy, Les évaporites, matériaux singuliers, milieux extrêmes , Vuibert, 2006

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Cette augmentation de concentration provient d'apports terrigènes de sels minéraux, et aussi de l'évaporation de l'eau. Le rôle de l'évaporation n'est nullement prépondérant dans leur formation, selon maints géologues.
  2. D'une façon moins solennelle, il s'insère dans le jargon scientifique, sans être forcément défini.
  3. Pomerol et Bellair, option cité (mais 6e édition), le limitent au trois premières, incluant parfois les natrons. Les borates restent une curiosité scientifique selon ces auteurs, pourtant formés à une ancienne école francophone, développant une pétrologie de grande qualité.
  4. La logique de classement de Charles Pomerol et André Bellair se retrouvent ici, lorsqu'ils mentionnent les remarquables comportements plastiques du gypse, du sel-gemme et autres sels potassiques.
  5. Le gypse se dépose en premier dans les marais salants. L'anhydrite (sulfate de calcium anhydre) ou la bassanite (sulfate de calcium hémi-hydraté) est souvent le produit d'une formation ultérieure.
  6. Les sels de potasse, à base de sylvine et de carnallite, sont souvent trouvés en association avec la kaïnite et la polyhalite, dans les bassins potassiques. Notez que le bassin potassique alsacien recèle deux couches de sylvinite et halite.
  7. Cette densité est facilement atteinte en Mer morte.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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