Qui suis-je?
Professeur, géologue, je me consacre à la recherche sur la pollution des formations superficielles par les éléments en traces métalliques et métalloïdes au laboratoire HYDRASA/GRESE de l'Université de Limoges.
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3ème épisode l'altération des roches
Le processus géologique qui explique que les éléments chimiques contenus dans les roches, dans les déchets miniers, industriels ou simplement ménagers peuvent se retrouver dans l’eau des nappes souterraines, des sources ou des rivières s’appelle l’altération. Avant d’expliquer (chapitre 4) ce qui se passe pour les déchets, voyons ce qui se passe normalement dans la nature.
Cette figure montre la manière dont un minéral est structuré; les atomes (toujours les mêmes ou presque) sont distants de quelques Angströms (0,00000001 cm) et se répètent dans toutes les directions de l'espace
Figure : 1 - motif de base.
Toutes les roches sont composées de phases solides (le granite par exemple, de quartz, de feldspaths et de micas) dont la plupart sont des minéraux (des cristaux) c'est-à-dire que les atomes y sont ordonnés selon la répétition d’une figure de base appelée maille dont la géométrie est caractéristique et dont la force des liaisons atomiques garantit une stabilité plus ou moins importante. C’est ainsi que l’on peut observer par exemple les pyramides du quartz (l’améthyste des géodes) ou les cubes du sel, visibles avec une simple loupe en mettant quelques grains sur une table. Lorsque l’on ne voit pas ces formes, c’est que notre œil n’est pas assez puissant pour cela ; si on lui adjoignait un microscope optique ou électronique, ces formes seraient visibles. Un calcul rapide nous indique que dans un cristal de 1 mm de côté, le motif de base est répété un milliard de milliards de fois (environ). Ce dispositif garantit notamment une certaine régularité dans la composition chimique et la constance des propriétés (forme des minéraux, solidité, résistance à l'altération...).
Au total, une roche est composée de minéraux et (éventuellement) de phases amorphes.
Cette analyse au dos d'une bouteille de la source du Grand Barbier dans les Monts Dore près de Clermont-Ferrand, concerne une eau très peu chargée en minéralisation.
Figure 2 - étiquette d’eau minérale
Comme chacun le sait, sur Terre, il pleut (en France un mètre d’eau par mètre carré et par an, un peu plus ou un peu moins), l’atmosphère est chargée de gaz carbonique (CO2) et cette eau ruisselle sur les roches ou s’y infiltre en y faisant de nombreux dégâts ou pour être positif, en les modifiant ; c’est ce que l’on appelle l’altération climatique.
Les roches placées à la surface de la Terre en contact avec des eaux venant de la surface s’altèrent, tandis que les eaux qui sont la cause de cette altération voient leur composition modifiée, c’est ce qui explique par exemple qu’un fer à repasser ou une cafetière électrique s’entartre en Périgord (région calcaire) et ne s’entartre pas en Limousin (région granitique pour le dire rapidement). C’est ce qui explique aussi la variété de la composition des eaux minérales (lisez les étiquettes au dos des bouteilles) mais ce n’est pas parce qu’une eau est plus riche en tel ou tel élément chimique qu’elle est meilleure à boire (au contraire, les eaux recommandées pour les biberons sont les moins chargées).
L’intensité de l’altération dépend de toute une série de facteurs
- des facteurs extérieurs (les conditions de l’environnement) : la quantité d’eau qui traverse les roches, une température élevée favorise l’altération, une acidité plus forte également,
- des facteurs liés à la nature des minéraux qui composent la roche ; le quartz ne s’altère pas, certains feldspaths s’altèrent facilement, le calcaire (la calcite) se dissout aisément, les phases amorphes ont par définition des propriétés irrégulières, mais disons qu’elles sont assez sensibles à l’altération,
- des facteurs liés aux composantes physiques de la roche : des fractures permettent à l’eau de circuler, d’être plus et mieux en contact avec les minéraux et donc de se charger en éléments chimiques. Une granulométrie fine (grains de la taille d’un sable par exemple) a les mêmes conséquences tandis qu’une granulométrie très fine (grains de quelques microns) bloque la circulation de l'eau.
Photographie d'un bloc de calcaire près de Marseille qui permet de voir combien cette roche est fissurée; chaque fissure est un conduit qui laisse passer l'eau d'infiltration qui peut ainsi dissoudre le calcaire et se charger en calcium.Figure 3 - fissures dans un calcaire
Dans le porche de l'église de Beaulieu du Dordogne en Corrèze, cette statue a été altérée par l'eau de pluie.Figure 4 - altération d’une statue
Les minéraux (et toutes les phases) présents dans les roches avant que ne commence l’altération (les roches dures dont est constitué la presque totalité du sous-sol) sont les minéraux ou phases primaires ; ceux (celles) qui se forment à leurs dépens, les minéraux ou phases secondaires. En vertu de tout ce que l’on vient de dire, on peut écrire LA grande réaction chimique qui décrit l’altération :
Roche + eau --> argile + éléments chimiques (ions) en solution dans l’eau
Et comme certains minéraux s’altèrent peu, comme il y a du CO2 dans l’atmosphère (et de plus en plus), comme les bactéries sont omni présentes à la surface de la Terre, il est plus juste de dire (voir dessin ci-dessous) :
Phases solides primaires + eau + CO2 + bactéries --> phases solides primaires résistantes (résiduelles) + phases secondaires (nouvelles ou néoformées) + éléments chimiques en solution dans l’eau.
Il en est de même des déchets et des roches.
Cette figure montre les effets de l'altération : certains minéraux restent inaltérés (résidu), d'autres sont dissous (éléments en solution) tandis que certains de ces éléments se recombinent sur place pour donner les minéraux secondaires.
Figure 5 - altération
