Pétrifications de Pamukkale (Turquie)

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Florence Kalfoun

ENS Lyon / DGESCO

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

24/06/2002

Résumé

Concrétions de carbonate de calcium de Pamukkale (Turquie).


Figure 1. Pétrifications de Pamukkale (Turquie)

Pétrifications de Pamukkale (Turquie)

L'échelle de ces concrétions est donnée par les brins d'herbes (que l'on aperçoit au milieu de la photographie) et par le buisson de laurier rose en haut à gauche.


Quand une eau très riche en ions Ca2+ et HCO3 - arrive à la surface, milieu pauvre en CO2, il y a déplacement de l'équilibre chimique :

2 ( HCO3 - ) + Ca2+ → CaCO3 + H2O + CO2 (1)

Ce déplacement de l'équilibre s'accompagne d'un dégagement de CO2 vers l'atmosphère et de la précipitation de calcaire. Cette précipitation peut entrainer des concrétions de formes variables, ressemblant à des stalactites, mais aussi des vasques, comme celle que l'on voit en haut de l'affleurement.

  • Pourquoi se forme-t-il des vasques ?

    Imaginons un écoulement sur une pente plus ou moins régulière. Là ou il y a un petit relief, l'eau coule plus vite, sur une épaisseur de tranche d'eau plus faible. Faible tranche d'eau et forte vitesse favorise la perte de CO2, donc la précipitation des carbonates, ce qui réhausse donc l'irrégularité initiale et accélère encore le courant à cet endroit précis. Le phénomène s'exacerbe, et l'irrégularité initiale finit par devenir un "barrage" retenant derrière lui un véritable petit lac. Par ailleurs, la précipitation de CaCO3 est également favorisée par la présence d'algues microscopiques et de bactéries photosynthétiques qui vivent souvent sur les concrétions : elles utilisent le CO2 pour la photosynthèse,et déplace encore plus l'équilibre chimique, favorisant la précipitation de calcaire.

  • L'origine des eaux chargées en Ca2+ et HCO3 -

    L'origine de ces eaux chargées en Ca2+ et HCO3 - peut être double :

    • soit il s'agit d'eau météorique chargée en CO2 (atmosphérique, mais surtout en CO2 dégagé par la respiration dans les sols), et ayant traversé un massif calcaire (déplacement de l'équilibre (1) vers la gauche),
    • soit il s'agit, comme c'est le cas à Pamukkale, région volcanique d'Anatolie centrale, d'eau chaude chargée en CO2 (d'origine volcanique) qui a altéré les silicates calciques de la croûte :

      1. rencontre du CO2 profond avec des eaux : 4 CO2 + 4 H2O → 4 HCO3 - + 4 H+
      2. altération en profondeur : 4 HCO3 - + 4 H+ + 2 H2O + 2 Al2Si2O8Ca → Si4O10Al4(OH)8 + 2 Ca2+ + 4 HCO3 -
      3. à l'arrivée en surface : 2 Ca2+ + 4 HCO3 - → 2 CaCO3 + 2 CO2 + 2 H2O

        (avec Al2Si2O8Ca = silicate calcique (plagioclase) et Si4O10Al4(OH)8 = kaolinite, qui reste sur place)