Mots clés : sel, trémie, halite, évaporite

Empreintes anciennes de halite (pseudomorphoses) en Afrique du Sud et milieux actuels de sédimentation d'évaporites en Égypte et en Grèce

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

04/05/2015

Résumé

Dépôts évaporitiques de sel (halite) actuels et traces fossiles de trémies de sel.


Figure 1. Empreintes fossiles (≈ pseudomorphoses) de trémies de sel (halite) dans un silt induré, chemin de Bourke's Luck Potholes  , canyon de la Blyde River , Afrique du Sud

Empreintes fossiles (≈ pseudomorphoses) de trémies de sel (halite) dans un silt induré, chemin de Bourke's Luck Potholes , canyon de la Blyde River, Afrique du Sud

Dans cette ancienne vase devenue maintenant un silt très induré, des cristaux cubiques se sont développés en repoussant la roche non encore indurée. La matière constituant ces cristaux a depuis disparu, laissant la place à une cavité cubique qui a dû être postérieurement remplie par une substance plus facilement érodable/altérable (argile moins indurée…) que la roche environnante. Il ne reste plus maintenant que l'empreinte de ces cristaux, des fantômes de cristaux en quelque sorte. Quels sont les cristaux cubiques susceptibles d'être à l'origine de ces pseudomorphoses ? Les deux candidats les plus classiques sont la pyrite et la halite. Certaines empreintes des faces de ces cristaux (en particulier le gros "cube" au bout de mon doigt) montrent un centre en relief, c'est-à-dire que le cristal lui-même avait le centre de ces faces déprimées. C'est un cas très classique pour la halite (NaCl, cf. La fleur de sel, une forme cristalline de la halite (chlorure de sodium), lien avec les trémies et cubes de sel ), beaucoup moins pour la pyrite, ce qui permet de proposer qu'il s'agit ici de pseudomorphoses de halite.


Figure 2. Dalle à empreintes fossiles de trémies de sel (halite), chemin de Bourke's Luck Potholes  , canyon de la Blyde River , Afrique du Sud

Dalle à empreintes fossiles de trémies de sel (halite), chemin de Bourke's Luck Potholes , canyon de la Blyde River, Afrique du Sud

Vue générale de la dalle ci-dessus.


Figure 3. Vue rapprochée d'une autre dalle du chemin de Bourke's Luck Potholes , Afrique du Sud, montrant des empreintes carrées de cristaux de sel, mais aussi des "étoiles à trois branches"

Vue rapprochée d'une autre dalle du chemin de Bourke's Luck Potholes, Afrique du Sud, montrant des empreintes carrées de cristaux de sel, mais aussi des "étoiles à trois branches"

Ces "étoiles à trois branches" correspondent très probablement à l'empreinte d'un des sommets de cubes.


Figure 4. Autre dalle du chemin de Bourke's Luck Potholes , Afrique du Sud, montrant des empreintes carrées de cristaux de sel, mais aussi des "étoiles à trois branches"

Autre dalle du chemin de Bourke's Luck Potholes, Afrique du Sud, montrant des empreintes carrées de cristaux de sel, mais aussi des "étoiles à trois branches"

Ces étoiles à trois branches correspondent très probablement à l'empreinte d'un des sommets de cubes.

Vue générale de la dalle de la figure précédente.


Figure 5. Schéma extrêmement simplifié d'une trémie de halite (NaCl)

Schéma extrêmement simplifié d'une trémie de halite (NaCl)

Quand un cristal de sel croît, souvent ses arrêtes croissent plus vite que le centre des faces (cf. La fleur de sel, une forme cristalline de la halite (chlorure de sodium), lien avec les trémies et cubes de sel ) , qui se retrouvent de ce fait "en creux" par rapport aux arrêtes. Pour la simplicité du dessin, nous avons dessiné cet excès de croissance des arrêtes sous forme d'un plan sans épaisseur. Ce n'est évidemment pas le cas dans la réalité, ces pseudo-plans étant plus épais à la base au niveau de l'arrête du cube qu'à leur sommet. On comprend pourquoi l'empreinte d'un tel cristal à un centre de face en relief, et pourquoi l'empreinte d'un sommet forme une étoile à trois branches.



Figure 7. Le chemin permettant de visiter les Bourke's Luck Potholes  , canyon de la Blyde River , Afrique du Sud

Le chemin permettant de visiter les Bourke's Luck Potholes , canyon de la Blyde River, Afrique du Sud

Les dalles pavant ce chemin et utilisées pour faire les marches d'escalier sont faites de ces silts indurés riches en empreintes de cristaux de sel. Comme quoi regarder là où on met les pieds est un devoir pour un géologue, même quand les environs immédiats sont extraordinaires(cf. Les marmites de géant de Bourke le chanceux ( Bourke's Luck Potholes ), canyon de la Blyde River, Afrique du Sud ).


Dans quel(s) milieu(x) cristallisent des cristaux de sel isolés et inclus dans des argiles ou autres sédiments ? Étudier ce milieu de sédimentation/cristallisation est impossible sur place dans le canyon de la Blyde River. Les dalles et marches utilisées pour faire le chemin ne sont pas en place, et leur origine n'est pas indiquée. Si elles sont d'origine locale, alors cette sédimentation et cette cristallisation de sel a eu lieu vers -2,5 Ga, âge des roches régionales. Mais peut-être sont-elles importées d'ailleurs en Afrique du Sud, voire de plus loin.

Faute de savoir d'où proviennent ces roches à empreintes de cristaux de sel, on peut chercher dans quels milieux se forment des cristaux de sels séparés les uns des autres. Des cristaux de sels peuvent se déposer au fond d'un lac salé ou d'une lagune marine qui s'évaporent et dont l'eau atteint le seuil de saturation. C'est ce que l'homme fait artificiellement dans les marais salants. Des cristaux de sel se forment et grossissent alors à la surface de l'eau (fleur de sel) et surtout à l'interface eau/vase du fond (cf. La fleur de sel, une forme cristalline de la halite (chlorure de sodium), lien avec les trémies et cubes de sel ). Les cristaux de sels sont y alors généralement jointifs et forment plus souvent des croûtes de sel que des cristaux isolés. Par contre, la nappe phréatique saturée en sel peut imprégner les sables et vases du bord du lac salé ou de la lagune. L'évaporation de cette nappe peut entraîner la formation de cristaux isolés et automorphes au sein des vases et sables bordiers émergés. De même, en plus des croûtes et cristaux qui croissent au fond de l'eau à l'interface eau/sédiments, la saturation de l'eau qui imprègne les sédiments peut entraîner la cristallisation de sel in situ à l'intérieur des sédiments sous-aquatiques. Dans ce cas aussi, des cristaux automorphes isolés peuvent se fabriquer. De tels cristaux qui ont cristallisé in situ dans un sédiment encore meuble peuvent être du sel (cf. Pseudomorphoses de sel ), de la glace (cf. Pseudomorphoses de cristaux de glace, marqueurs paléo-climatiques, carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault ), des sulfates comme à deux endroits sur Mars (cf. figure 3 de Suivre en direct l'exploration martienne : y aurait-il des fentes de dessiccation et du gypse dans Meridiani Planum  ? et figures 24-25 de Les aventures et les résultats de Curiosity entre mai 2014 et janvier 2015, de Kimberley à Pahrump Hills .

Sans savoir dans quel milieu ont cristallisé les trémies visibles dans le chemin de Bourke's Luck Potholes , on peut rechercher des milieux actuels où peuvent cristalliser des cristaux de sels isolés et automorphes à l'intérieur de vase et/ou de sable. Nous vous montrons des photos de deux exemples de tels milieux. Le premier exemple concerne les lacs salés de l'oasis de Siwa au milieu du désert égyptien, lacs temporaires situés en plein Sahara dans une dépression endoréique à une altitude de 20 m sous le niveau de la mer. Le second correspond à une lagune au bord de la mer Méditerranée, la lagune de Mikri Vigla sur la côte Ouest de l'île grecque de Naxos.

Figure 8. Croûte de sel (au premier plan) en cours de formation sous quelques centimètres d'eau au fond d'un lac salé situé à l'Est de l'oasis de Siwa, Égypte

Croûte de sel (au premier plan) en cours de formation sous quelques centimètres d'eau au fond d'un lac salé situé à l'Est de l'oasis de Siwa, Égypte

La baisse du niveau de l'eau fait émerger les parties hautes de cette croûte. Il est très probable que cette eau saturée en sel imbibe les sables argileux visibles au second plan et que des cristaux de sel isolés croissent au sein de ces sables argileux. Des cristaux de sel peuvent aussi croître au sein des sables argileux actuellement sous l'eau.


Figure 9. Détail de la limite entre le lac salé et les sables argileux émergés de ce lac situé à l'Est de l'oasis de Siwa, Égypte

Détail de la limite entre le lac salé et les sables argileux émergés de ce lac situé à l'Est de l'oasis de Siwa, Égypte

La baisse du niveau de l'eau fait émerger les parties hautes de cette croûte. Il est très probable que cette eau saturée en sel imbibe les sables argileux visibles à droite et que des cristaux de sel isolés croissent au sein de ces sables argileux. Des cristaux de sel peuvent aussi croître au sein des sables argileux actuellement sous l'eau.


Figure 10. Détail de la croûte de sel (avec cristaux jointifs) actuellement émergée, lac oriental de l'oasis de Siwa, Égypte

Détail de la croûte de sel (avec cristaux jointifs) actuellement émergée, lac oriental de l'oasis de Siwa, Égypte

Des cristaux de sel isolés peuvent croître au sein des sables argileux sous-jacents.


Figure 11. Lac encore en eau, à l'Ouest de l'oasis de Siwa (Égypte), en mars 2006, alors que le lac oriental presque à sec exhibait une belle croûte de sel à l'affleurement

Lac encore en eau, à l'Ouest de l'oasis de Siwa (Égypte), en mars 2006, alors que le lac oriental presque à sec exhibait une belle croûte de sel à l'affleurement

Si de petits fragments de croûte de sel étaient visibles sur les bords de l'eau, presque aucune croûte de sel n'était visible sous l'eau. Le fond du lac était cependant tapissé d'une vase meuble extrêmement salée quand on la gouttait. Il est probable que des cristaux de sel croîtront au sein de ces sédiments en été, dès que l'évaporation aura fait dépasser le seuil de saturation à l'eau du lac.


Figure 12. Autre vue du fond du lac situé à l'Ouest de l'oasis de Siwa (Égypte), en mars 2006

Autre vue du fond du lac situé à l'Ouest de l'oasis de Siwa (Égypte), en mars 2006

Les sédiments qui s'y déposent ne sont peut-être pas que des argiles sableuses et des évaporites. La teinte bleu-vert caractéristique que l'on devine au fond des trous d'eau laisse supposer l'existence de cyanobactéries (cf. figures 10, 18 et 20 de Les sources thermominérales d'Auvergne : chimiolithotrophie et photosynthèse , et figure 8 de Le Pain de Sucre de Pyrimont, une stalagmite à ciel ouvert ). Il est bien possible que ces sédiments possèdent une importante composante carbonatée.


Figure 13. Cadre morphologique du lac occidental de l'oasis de Siwa, Égypte

Cadre morphologique du lac occidental de l'oasis de Siwa, Égypte

En mars 2006, ce lac n'était pas asséché, et peu de sel y était visible, contrairement au lac oriental.


Figure 14. Vue aérienne des deux lacs de l'oasis de Siwa (Égypte)

Vue aérienne des deux lacs de l'oasis de Siwa (Égypte)

Sur cette image prise fin novembre 2005, la situation est assez semblable à celle de mars 2006 : le lac Ouest (en bas à gauche) n'est pas asséché, alors que le lac Est (en haut à droite) l'est presque complètement. La ligne droite qui traverse ce lac Est correspond à une digue et une route, séparant ce lac en deux compartiments distincts. Les trois photos du lac oriental ont été prises du bord de cette route.



Figure 16. La lagune (asséchée) de Mikri Vigla sur la côte Ouest de l'île de Naxos, Grèce

La lagune (asséchée) de Mikri Vigla sur la côte Ouest de l'île de Naxos, Grèce

Au premier plan, le sable du cordon littoral séparant la lagune de la mer Égée. Au deuxième plan, la croûte de sel tapissant le fond de cette lagune.


Figure 17. Vue aérienne de la lagune de Mikri Vigla, juste au centre de l'image, île de Naxos, Grèce

Vue aérienne de la lagune de Mikri Vigla, juste au centre de l'image, île de Naxos, Grèce

Cette lagune était asséchée le 22/10/2013, jour de la prise de vue de cette image. La lagune est isolée de la mer Égée par un cordon littoral prolongeant la plage. Cette lagune mesure environ 500 x 250 m.


Figure 18. Série de 6 images prises entre 2003 et 2013 montrant l'évolution de la lagune de Mikri Vigla (Grèce) et l'origine probable du sel qui s'y dépose

Série de 6 images prises entre 2003 et 2013 montrant l'évolution de la lagune de Mikri Vigla (Grèce) et l'origine probable du sel qui s'y dépose

18 juin 2003. La lagune est pleine d'eau.

6 août 2003. Quatre semaines plus tard, la lagune contient encore de l'eau, mais le niveau a baissé. On peut supposer que la saturation est (ou va bientôt) être atteinte et que du sel précipite (ou va bientôt précipiter).

10 septembre 2004. On est en fin d'été. La lagune est complètement à sec et son fond est recouvert d'une croûte blanche (du sel). Ce sel peut avoir une double origine : (1) contenu dans l'eau de mer qui remplissait la lagune, le sel s'est déposé à la suite de l'évaporation ; (2) il est probable que la nappe phréatique d'eau de mer soit présente quelques centimètres sous la surface asséchée de la lagune ( Google Earth lui donne une altitude de 0 m). Soumise au chaud soleil grec, cette nappe doit s'évaporer à travers les sédiments, et du sel peut se former in situ dans les sédiments, ou en surface, là où cette nappe devient sub-affleurante par capillarité.

27 février 2005. Cette image prise pendant une tempête d'hiver montre comment la lagune peut se remplir. Les forts vents du SO peuvent amener les vagues à franchir le cordon littoral et à envahir la lagune.

23 octobre 2009. La lagune est à sec et la croûte de sel est sale car elle a perdu sa blancheur. Les lignes sinueuses visibles dans cette lagune correspondent à des traces de véhicules que les habitant (locaux ou touristes) s'amusent à conduire sur ce terrain plat. On voit d'ailleurs de telle marque sur la figure 16.

15 juillet 2013. La lagune est à sec et le fond est très blanc. La croûte de sel a été renouvelée au moins une fois depuis octobre 2009. Il y a eu au moins un remplissage et une évaporation entre octobre 2009 et juillet 2013. Si vous allez sur Google Earth et que vous zoomez sur la lagune, vous verrez que les conducteurs de Naxos ont les mêmes préoccupations "artistiques" que les pilotes de la NASA qui dirigeaient Spirit (cf. Une sélection de panoramas issus de l'exploration de Mars par sondes et robots ).



Mots clés : sel, trémie, halite, évaporite