Mots clés : gypse, anhydrite, déshydratation, hydratation, variation de volume, déformation, eau, contraction, dilatation

Métamorphisme et décollement de gypse

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

06/11/2006

Résumé

Déshydratation - réhydratation, changements de volumes et décollements de gypse, nappe des gypses, Maurienne (Savoie).


Figure 1. Décollement de gypse, Bramans (Savoie)

Décollement de gypse, Bramans (Savoie)

C'est la quatrième semaine que nous étudions un affleurement dans la nappe des gypses à Bramans (73).

Cette semaine, nous vous montrons les effets de la variation de volume de la réaction :

[CaSO4, 2H2O] (gypse) <--> CaSO4 (anhydrite) + 2 H2O

Le gypse est un sulfate de calcium hydraté (CaSO4, 2H2O) ; c'est la forme la plus fréquente des évaporites sulfatées. Ce gypse peut se déshydrater et se transformer en anhydrite (CaSO4) s'il est porté à une température supérieure à 100°C. Il s'agit donc d'une réaction métamorphique. C'est d'ailleurs une réaction très utilisée dans l'industrie, puisqu'elle est à la base de la fabrication du plâtre (dans le cas du plâtre, la déshydratation n'est que partielle). Cette transformation s'accompagne d'une augmentation de masse volumique (2,3 g.cm-3 pour le gypse, 2,5 à 2,8 g.cm-3 pour l'anhydrite), et donc d'une diminution de volume.

À l'inverse, à basse température, l'anhydrite peut réagir avec l'eau et donner du gypse, réaction qui s'accompagne d'une diminution de la masse volumique et d'une augmentation de volume. C'est cette réaction qui se produit quand on gâche du plâtre (même si la réhydratation du plâtre est beaucoup plus rapide du fait de sa déshydratation partielle).

Dans les Alpes, les masses de gypse ont été portées à une température relativement élevée pendant l'orogenèse, et le gypse des zones internes a été transformé en anhydrite. On devrait donc plutôt parler de la nappe des anhydrites que de la nappe des gypses.

Cette anhydrite reste stable tant qu'elle n'est pas remise en présence d'H2O à basse température. Et c'est ce qui arrive actuellement à cause de l'érosion. Cette érosion décape les terrains, met à l'air libre de l'anhydrite initialement enfouie et donc sans contact avec de l'eau. Cette anhydrite, une fois à l'air libre et soumise à l'action des eaux de pluie, s'hydrate et se retransforme en gypse. Cette transformation se fait en surface, et gagne progressivement la profondeur. Il s'agit là d'une réaction métamorphique due à une baisse de la température et à un apport d'H2O. On parle souvent de rétro-métamorphisme quand il s'agit de réaction à température (et/ou pression) décroissante.

L'augmentation de volume lors de l'hydratation est d'environ 15%, ce qui fait une variation de longueur d'environ 2,5% dans chaque direction x, y et z, soit 6,25% d'augmentation de surface. Cette réaction métamorphique entraîne une dilatation (de 6,25%) de la surface des couches superficielles, sans variation de la surface des roches situées en profondeur. La superficie hydratée se décolle donc de sa base anhydre en formant des bombements souvent fracturés à leur sommet.

Les photographies de cette semaine illustrent ces décollements.


Figure 3. Vue « grand champ » d'un autre secteur de l'affleurement, montrant plusieurs décollements de gypse (Bramans, 73)

Vue « grand champ » d'un autre secteur de l'affleurement, montrant plusieurs décollements de gypse (Bramans, 73)

Les décollements du milieu, gauche et droit, de la photo sont détaillés dans les photos suivantes


Figure 4. Détail du décollement du milieu, à gauche, de la photo 3 (Bramans, 73)

Détail du décollement du milieu, à gauche, de la photo 3 (Bramans, 73)

Figure 5. Détail du décollement du milieu, à droite, de la photo 3 (Bramans, 73)

Détail du décollement du milieu, à droite, de la photo 3 (Bramans, 73)

Figure 6. Un autre exemple de décollement de gypse (Bramans, 73)

Un autre exemple de décollement de gypse (Bramans, 73)

Comme sur la première photo, on observe la fracture du sommet du bombement de la couche de gypse décollée


On a, là, la visualisation naturelle des variations de volume entraînés par des réactions métamorphiques, ce qui est assez rare. Un autre exemple, déjà traité mais nécessitant l'utilisation d'un microscope et la préparation de l'échantillon, est l'augmentation de volume de la coésite quand elle se transforme en quartz.

La semaine prochaine, nous terminerons l'exploitation de cet affleurement en regardant les effets de réactions biologico-diagénético-métamorphiques.

Mots clés : gypse, anhydrite, déshydratation, hydratation, variation de volume, déformation, eau, contraction, dilatation