Les minéraux argileux des roches intrusives, plutoniques et extrusives continentales.
Les argiles sont de provenances variées, certaines sont d’origine marine,
continentales, volcaniques marine.
Certaines argiles et minéraux argileux sont formées à partir des roches volcaniques comme le basalte.
Il s’agit de l’altération de ces roches par différents processus comme le climat (tropical,
tempéré, saisons, gel, dégel, pluie, humidité).
Dans les granites (intrusive ou
plutonique), la hornblende est détruite en premier et le processus est
accompagné par l’altération de la biotite à la vermicullite par la perte de potassium.
En même
temps, de nouvelles substances,
oxydes de fer et dolomite se forment. Les minéraux calciques et mafiques des basaltes vont se détruire plus facilement.
Les cristaux des basaltes sont plus petits que ceux des granites, et ils peuvent avoir une srtucture vitreuse qui augmente
le niveau d’altération. Plus une roche est basique (45 à 52% en poids de
SiO2), plus elle sera altérée (basaltes,
ophiolites,
gabbros),et plus une roche est acide (pauvre en silice),moins elle sera altérée et ça lui prendra plus de temps.
La météorisation des roches est la 1 ère phase de l’érosion où l’eau joue un rôle
essentiel. Elle provoque des processus
différents :mécaniques (fragmentation, désagrégation), chimiques
(altération), biochimiques (pédogenèse ou formation d’un sol).
La fragmentation des roches est faite par l’eau qui amène la cryoclastie (bris des roches par les
gels/dégels), thermoclastie
(bris des roches par la chaleur),et l’alternance de la sècheresse et de l’humidité.
Les premiers minéraux qui cristallisent en profondeur sont les premiers a s’altérer en
surface. Quand les minéraux sont en profondeur, ils sont soumis à des températures (T) élevées et à de fortes pressions
(P); et quand ils sont placés à la surface,
les conditions de T et P ne sont plus les mêmes, et ne
sont donc plus en équilibre thermodynamique.
Le processus d’altération principal est l’hydrolyse qui ‘’dissous’’ les minéraux
des roches. Plus le climat est équatorial, tropical, humide, plus il y aura altération.
Pour ces climats les hydrolyses
sont fortes, et sont freinées en saison sèche. Sous un climat tempéré, les variations sont grandes:
quand c’est froid et qu’il
ne pleut pas, l’hydrolyse est moindre, et quand c’est chaud et humide,
l’hydrolyse reprend. Si le climat alterne entre humide et sec, les altérations sont
modérées. Il y a aussi des climats locaux qui sont appelés des stations,
comme, par exemple, une carrière dont les roches sont
chauffées par le soleil, ou un microclimat dont l’humidité influence l’altération des minéraux de ces roches en minéraux argileux.
L’hydrolyse,
dans le cas des roches,
comporte toutes les réactions de l’eau avec les minéraux des roches qui vont défaire les édifices des minéraux par les ions
de l’eau, particulièrement les protons qui provoquent la rupture d’un certain nombre de liaisons
chimiques, et les silicates
ont différents niveaux de liaisons. Les basaltes sont altérés en minéraux
argileux, oxydes d’aluminium, oxydes de fer et titane.
Les oxydes, hydroxydes de titane, d’aluminium et de fer sont les résidus les plus stables de l’altération chimique.
Hydrolyse des silicates: il y a départ de SiO2 en cations (ions positifs) basiques et accumulation de sesquioxydes Al2O3.
Les sesquioxydes sont des minéraux qui n'ont pas de structures
cristalline, donc amorphes. Ils résultent de la lixiviation de la silice
présent dans les minéraux. Il est important de noter qu'il est
nécessaire d'avoir une certaine quantité de précipitation et surtout de
chaleur afin d'engendrer cette lixiviation. Ainsi dans les sols en milieu
tropical ce processus de lixiviation est très opérant. Dans les cas
extrême il peut y avoir une concentration d'oxydes d'aluminium suffisant
pour considérer le sols comme minerai d'aluminium ( la bauxite est un
sesquioxyde d'aluminium).
On retrouve aussi la formation de sesquioxydes dans les sols
Québécois, notamment dans l'horizon B des sols développé en milieu
sablonneux. L'horizon B est cette couche rougeâtre orangé situé à environ
10 à 15 cm de la surface. La couleur est dû à la présence de
sesquioxydes de fer résultant de la lixiviation vers le bas de la colonne
pédologique des oxydes amorphes de fer.
L’altération des minéraux primaires résultent en carbonates alcalins ou alcalino-terreux;ou colloïdaux :
argiles, oxydes de
fer et d’aluminium.
L’hydrolyse est produite par les ions H+ et ou OH- qui sont dans l’eau avec du CO2 =hydrolyse
acide, et
l’hydrolyse alcaline est l’altération des roches par les ions OH-
Les minéraux primaires des basaltes s’altèrent
directement en montmorillonite, et les réactions peuvent être très différentes.
Ainsi,la montmorillonite peut s’altérer en kaolinite, et gibbsite, la microcline en muscovite ou en
kaolinite, la muscovite en kaolinite, la kaolinite en gibbsite, la
muscovite en gibbsite.
En général, après la mise en place des roches basaltiques et leurs roches différenciées comme la
phonolite, amènent la
cristallisations des minéraux primaires, ensuite, par les procédés d’altération,
comme l’hydrolyse, il s’y forme la montmorillonite, kaolinite, et par la suite il y a formation d’oxydes.
Les familles principales d’argiles
A) la kaolinite:de type 1/1,sans substitutions, à charges faibles situées sur les zones de rupture sur le côté des feuillets.
B) les illites-vermiculites: dérivent des micas par héritage avec des
microdivisions, ou par ouverture des feuillets suivie
d’une disparition totale ou partielle des ions K+ et sont remplacés par des cations échangeables comme les vermiculites.
Il y a deux stades:elles dérivent des muscovites et des biotites.
C) les smectites-montmorillonites:les feuillets ont un grand potentiel d’écartement et ne permettent qu’une fixation
temporaire des ions K+. L’eau s’infiltre entre les feuillets quand c’est
humide, et ont un retrait quand c’est sec par perte
d’eau (argiles gonflantes). Il y a plusieurs sortes de smectites:montmorillonite,beidellites.Les montmorillonites ferrifères
(nontronites) sont présentes au mont Saint-Hilaire.
D) les chlorites:ces argiles n’ont pas de capacité de gonflement, et les échanges sont réduites parce qu’il y a un feuillet
supplémentaire s’insérant entre deux autres semblables à la vermiculite.
Il y a les chlorites primaires résultant de l’héritage de roches contenant beaucoup de magnésium;et les chlorites primaires,
dues à une aluminisation de quelques vermiculites qui forme un feuillet de type gibbsite.
En milieu neutre sans matière organique soluble, il y a hydrolyse totale. Les constituants des minéraux sont libérés,
la silice
et les bases sont plus ou moins éliminés par drainage. Au contraire, les oxyhydroxydes d’aliminium et de fer sont insolubles
et s’accumulent.
Un granite libérant peu de matières dissoutes peut donner beaucoup d’arènes (sable provenant de roches magmatiques ou
métamorphiques riches en quartz (acide).
Quand la silice n’est pas otée au complet, il y a néoformation d’argile par recombinaison de silice et d’alumine et de fer
parfois, produisant des gels amorphes évoluant rapidement vers l’état
microcristalin. Les oxydes libres prennent la forme
cristalline :goethite/hématite pour le fer et gibbsite pour l’aluminium. Ce processus d’altération dépend de la quantité de
silice qui s’échappe et participe aux néoformations :
1) conditions de drainage et PH; 2) le
temps, la silice se perd peu à
peu sur plusieurs milliers d’années. Dans ces conditions, la néoformation donne des argiles avec un rapport plus ou moins
élevé en silice.
La bisiallitisation est la néoformation de silicates argileux 2/1 (2 couches de
silice), comme les
montmorillonites et vermiculites. L’altération peut former des silicates phylliteux à une couche.
La monosiallisation est celle d’argiles 1/1 (kaolinite) et l’allitisation concernant la cristallisation d’hydroxydes
d’aluminium (gibbsite), la silice est ôtée. En milieu bien drainé ces 3 processus se succèdent souvent à condition que
ce soit chaud et humide, la silice se perd progressivement en une phase lente en climat chaud.
L’allitisation: Il y a perte en silice et cations basiques et l’aluminium demeure;il y a formation de réseaux de types
phylliteux qui sont des silicates argileux ou des hydroxydes;et il y a un changement progressif de l’état de coordinence de
l’aluminium, il est tétracoordonné dans les silicates primaires et devient hexacoordonné en majeure partie dans les minéraux
secondaires.
La néoformation: les minéraux argileux sont formées sur place, les ions se combinent et sont typiques du milieu.
L’héritage:les minéraux sont venus d’ailleurs et accumulés, ou ils viennent du passé en restant intacts dans la roche.
Les transformations:les minéraux hérités ont évolués en prennant un nouvel état en équilibre avec le nouveau
milieu, comme
des transformations par dégradation ou agradation (nouveaux ions). Il y a aussi ceux transformés par recristallisation.
Texte de François Perreault
Références:
Dictionnaire des roches et minéraux, encyclopaedia universalis, Albin Michel,2001.
Dictionnaire des sciences de la terre, continents, océans, atmosphère,
encyclopaedia universalis, Albin Michel,1988.
Origin of sedimentary rocks, Blatt, Middleton, Murray, 2nd edition,1980.
Les bases physiques, chimiques et minéralogiques de la science du sol,
H.Chamayou, J.-P.Legros, 1989.
Pédologie, abrégés, P.H. Duchaufour, 1984-1985.
Marc Beaumier, ministère des ressources naturelles du Québec, pour les
explications sur les sesquioxydes.
