Mots clés : sel, trémie, halite, évaporite, saumoduc

Les cristallisations de halite (NaCl) dans et autour de l'étang de Lavalduc, Bouches du Rhône

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

05/11/2018

Résumé

Saumure et cristaux de sel, saumoducs et stockage d'hydrocarbures.


Figure 1. Cristaux de halite (NaCl) développés autour d'une tige de “jonc” à la surface de l'eau de l'étang salé de Lavalduc (Bouches du Rhône)

Ces cristaux se développent en deux dimensions, juste à l'interface eau/atmosphère. La forme de ces cristaux dépend de nombreux paramètres : la variation du niveau de l'eau, l'intensité de l'évaporation, la vitesse du vent et l'amplitude des vagues… Se rajoutent à cela des phénomènes de capillarité qui induisent la fabrication d'un bourrelet périphérique à la plaque de sel qui flotte. On voit de nombreux angles droits à la limite extérieure de ce « radeau de sel », trahissant ainsi que la halite cristallise dans le système cubique. Le fond de l'étang, qui n'est qu'à quelques centimètres sous la surface de l'eau, est tapissé de cubes de sel, la forme la plus fréquente de la halite. La couleur rosée est due à des archées halophiles, sans doute Halobacterium salinarum .

Localisation par fichier kmz de l'étang de Lavalduc.



Figure 3. Radeau de halite (NaCl) et cubes de sel, étang du Lavalduc (Bouches du Rhône)

La photo de détail précédente est localisée en bas à droite de cette image.


Figure 4. Radeaux et cubes de sel, étang du Lavalduc (Bouches du Rhône)

La flèche noire, en haut à gauche, localise le radeau de la figure 1. Tous les radeaux de sel sont “arrimés” à une tige ou à une brindille. Ils mesurent statistiquement de 4 à 6 cm de diamètre. Les cubes tapissant le fond de l'étang mesurent statistiquement 0,2 à 0,6 cm de côté. La couleur rosée du fond et de l'eau est due à des archées halophiles, sans doute Halobacterium salinarum .


Figure 5. Radeaux et cubes de sel, étang du Lavalduc (Bouches du Rhône)

La flèche noire, vers le centre, localise le radeau de la figure 1. Tous les radeaux de sel sont “arrimés” à une tige ou à une brindille. Ils mesurent statistiquement de 4 à 6 cm de diamètre. Les cubes tapissant le fond de l'étang mesurent statistiquement 0,2 à 0,6 cm de côté. La couleur rosée du fond et de l'eau est due à des archées halophiles, sans doute Halobacterium salinarum .


Figure 6. Rive Nord de l'étang de Lavalduc, dans son état du 17 septembre 2018

Contexte dans lequel ont été prises les photos 1 à 14.

La couleur rosée du fond et de l'eau est due à des archées halophiles, sans doute Halobacterium salinarum .

Localisation par fichier kmz de l'étang de Lavalduc.


Il existe cinq étangs plus ou moins salés dans le triangle Martigues - Fos-sur-Mer - Istres (Bouches du Rhône), triangle limité au Sud par la Méditerranée et au Nord-Est par l'étang de Berre  : les étangs de l'Estomac, du Pourra, de Citis, d'Engrenier et de Lavalduc, le plus grand des cinq. Ce dernier (l'étang de Lavalduc, où ont été prises toutes les photographies présentées ici), très peu profond, mesure 2,5×1,7 km et couvre une surface de 354 ha. Il correspond au point (à l'air libre) le plus bas de France, puisque sa surface est située 9 à 10 m sous le niveau de la mer. L'eau y est en général saturée en sel, soit une teneur de 360 g/L (contre en moyenne 35 g/L pour l'eau de mer). Comme l'eau est saturée, à chaque fois que le grand soleil ou le Mistral évapore 1 litre d'eau de cet étang, il s'y dépose 360 g de sel. Ce sel cristallise au fond de l'eau, où il forme des “tapis” de cubes de 1 à 10 mm de côté. Il cristallise aussi autour des tiges et autres brindilles qui poussent (ou ont poussé) au fond et qui dépassent à la surface de l'eau. Deux raisons peuvent expliquer cette croissance de cristaux de sel à la surface autour des tiges et brindille : (1) les vagues et la capillarité “mouillent” les tiges quelques millimètres ou centimètres au-dessus de l'eau. Si ces tiges mouillées sèchent, elles se recouvrent d'une croûte de sel ; (2) l'évaporation engendre la précipitation de sel (cf. La fleur de sel, une forme cristalline de la halite (chlorure de sodium), lien avec les trémies et cubes de sel ) formant un voile de micro-cristaux qui flottent en surface par temps chaud et sec, quand il y a seulement une légère brise. Si le vent forci, les vagues un peu plus importantes font “couler” au fond ces micro-cristaux. Mais avant de couler, ils peuvent se déplacer, et être accrochés par les tiges qui dépassent. Et quelle que soit leur origine, ces cristaux autour des tiges servent de germes de nucléation qui favorise la cristallisation.

La hauteur de l'eau dans cet étang varie avec les saisons mais aussi et surtout avec les activités industrielles de nombreuses sociétés (dont la compagnie Les Salins du Midi qui en est le propriétaire, la société Géosel…). Ces sociétés utilisent l'étang de Lavalduc (et aussi l'étang voisin d'Engrenier) comme réserve-tampon de saumure, la puisant ou au contraire la stockant en fonction de leurs besoins. Des canaux plus ou moins salés y débouchent aussi, comme la Roubine du Moutonnier.

L'eau et le fond de cet étang ont une belle couleur rosée, due à des archées, très vraisemblablement Halobacterium salinarum , archées qui contiennent deux pigments rose-orangé : la bactériorhodopsine et la bactériorubérine.

Mi-septembre 2018, le niveau de l'étang de Lavalduc était relativement bas. On pouvait y voir tous les phénomènes de cristallisation ayant lieu durant ce mois de septembre dans l'eau de la bordure de l'étang (les 6 figures précédentes et les 8 qui suivent) mais aussi des cristallisations de sel plus anciennes faites plus haut sur la plage quelques semaines ou mois auparavant, quand le niveau de l'eau était plus élevé. On n'y voit sans doute plus que les cristallisations suffisamment importantes pour avoir été épargnées par les rares pluies de l'été 2018 (figures 15 à 21). Dans ces deux cas, on voit alors très bien diverses formes de cristaux de sel, et toutes montrent que le sel cristallise dans le système cubique. On peut comparer ces cristallisations en cours ou vieilles de quelques semaines seulement avec celles qu'on peut trouver dans les marais salants ou d'autres lacs (cf. La fleur de sel, une forme cristalline de la halite (chlorure de sodium), lien avec les trémies et cubes de sel ), dans des roches phanérozoïques (cf. Pseudomorphoses de sel ), voire dans des roches archéennes vieilles de 2,5 Ga (cf. Empreintes anciennes de halite (pseudomorphoses) en Afrique du Sud et milieux actuels de sédimentation d'évaporites en Égypte et en Grèce ).

Figure 7. Cristallisations de sel formant des “radeaux” accrochés à des brindilles de végétaux halophiles

Les radeaux mesurent en général entre 4 et 6 cm dans leur plus grande dimension.


Figure 8. Cristallisations de sel formant des “radeaux” accrochés à des brindilles de végétaux halophiles

Les radeaux mesurent en général entre 4 et 6 cm dans leur plus grande dimension.


Figure 9. Cristallisations de sel formant des “radeaux” accrochés à des brindilles de végétaux halophiles, étang du Lavalduc (Bouches du Rhône)

Les radeaux mesurent en général entre 4 et 6 cm dans leur plus grande dimension.


Figure 10. Vue d'ensemble d'un secteur où de nombreuses bulles flottent à la surface de l'eau, ou sont “coincées” sous les radeaux de sel accrochés aux brindilles

Ces bulles proviennent sans doute de dégagements gazeux (CO2 ou CH4) dues à des bactéries ou des archées vivant dans la vase du fond de l'étang.


Figure 11. Cristallisations de halite mettant bien en évidence leur morphologie cubique, et bulles de gaz flottant sur l'eau ou coincées sous les radeaux  de sel

Ces bulles proviennent sans doute de dégagements gazeux (CO2 ou CH4) dues à des bactéries ou des archées vivant dans la vase du fond de l'étang.


Figure 12. Cristallisations de halite mettant bien en évidence leur morphologie cubique, et bulles de gaz flottant sur l'eau ou coincées sous les radeaux  de sel, étang du Lavalduc (Bouches du Rhône)

Ces bulles proviennent sans doute de dégagements gazeux (CO2 ou CH4) dues à des bactéries ou des archées vivant dans la vase du fond de l'étang.

Localisation par fichier kmz de l'étang de Lavalduc.


Figure 13. Vue sur le fond de l'étang de Lavalduc dans son état du 17 septembre 2018

On y voit très nettement des ripple marks (très vraisemblablement dues aux vagues et non à un courant). Une croûte de cristaux de sel recouvre ces ripple marks . La croûte semble fragmentée et décollée du fond vaso-sableux. L'effet d'une forte agitation due à un coup de vent ?

Localisation par fichier kmz de l'étang de Lavalduc.


Figure 14. Vue rapprochée sur le fond de l'étang de Lavalduc dans son état du 17 septembre 2018

On y voit très nettement des ripple marks (très vraisemblablement dues aux vagues et non à un courant). Une croûte de cristaux de sel recouvre ces ripple marks . La croûte semble fragmentée et décollée du fond vaso-sableux. L'effet d'une forte agitation due à un coup de vent ?


En septembre 2018, le niveau de l'étang était relativement bas. On pouvait voir une bande de plage exondée dominant la surface de l'eau de quelques décimètres. Cette surface exondée en septembre devait être immergée quelques semaines ou quelques mois auparavant, et beaucoup de sel s'y est déposé, en particulier autour de tiges et de touffes de plantes halophiles, ainsi qu'autour d'un petit arbre mort. Les grandes quantités de sels associées à ces plantes n'ont pas été totalement dissoutes par les pluies tombées entre la dernière exondation et ce 17 septembre 2018. Cela forme des paysages miniatures étranges faisant plus penser à des dépôts de givre et de glace qu'à des dépôts de sel.

Figure 22. Vues aériennes de l'étang de Lavalduc de décembre 2008 (en haut) et mars 2018 (en bas) et montrant la variation du niveau de l'eau et de la largeur des plages

Le niveau assez bas de l'étang en septembre 2018 correspondait approximativement à celui de mars 2018. La flèche noire sur la photo du bas localise la zone où ont été prises toutes les figures qui précèdent.

Localisation par fichier kmz de l'étang de Lavalduc.


Figure 23. Vue générale sur l'étang du Lavalduc (Bouches du Rhône)

Cette photo a été prise depuis le parking du site archéologique de Saint-Blaise. Toutes les photos qui précèdent ont été prise sur la rive Nord, rive totalement plate qu'on voit au fond de la photo. Noter la rive rocheuse à droite (voir détail ci-dessous) et le poteau électrique sortant de l'eau au centre gauche de l'image (voir détail ci-dessous).


Figure 24. Vue sur la côte rocheuse à l'Est de l'étang de Lavalduc (Bouches du Rhône)

Des cristallisations de sel tapissent les rochers situés dans la zone de “balancement” du niveau de l'étang.



Les deux étangs communicants, les étangs de Lavalduc et d'Engrenier correspondaient avant les aménagements humains à deux petits bassins endoréiques (sans exutoire) connectés, alimentés en eaux douces par le ruissellement des eaux pluviales tombant sur leurs (petits) bassins versants, et alimentés en eau de mer à chaque fois qu'une forte tempête faisait entrer l'eau de mer par-dessus le cordon littoral fermant au Sud l'étang d'Engrenier. Des exploitations artisanales de sel y avaient lieu avant le XIXème siècle. Au XIXème siècle, le sel y fut exploité par des salines importantes, bien figurées sur la carte d'état-major datant des années 1850. Cette même carte signale des canaux artificiels (reliant ces étang vers la mer au Sud et vers tout un système de canaux creusés dans la plaine de la Crau au Nord), des pompes et des “portes”, indiquant que l'hydrologie et le niveau de ces étangs était déjà complètement régulé par l'homme. L'exploitation industrielle des salines fut abandonnée en 1910, car le tremblement de terre de 1909 (cf. Le séisme de Lambesc du 11 juin 1909 : contexte géologique et structural du dernier "gros" séisme de France métropolitaine ) détruisit tout le système de canaux qui les reliait à la Crau.

La crise de Suez en 1956 fit prendre conscience à la France de sa vulnérabilité en cas de crise dans l'approvisionnement en hydrocarbures. On chercha donc des sites (si possible souterrains) où stocker plusieurs mois de consommation. Le forage en cavités creusées (après dissolution) dans d'épaisses couches de sel était l'une des possibilités géologiques de stockage souterrain. Il suffit en effet de faire un forage atteignant le milieu d'une épaisse couche de sel, d'y faire circuler de l'eau qui, par dissolution, va creuser une cavité pouvant faire de 100 000 à 600 000 m3. Le sel étant (théoriquement) étanche, on peut alors remplir ces cavités avec des hydrocarbures liquides ou gazeux. Entre 1962 et 1967, des études géologiques montrèrent que les épaisses couches de sel d'âge oligocène du bassin de Manosque-Forcalquier pouvaient se prêter à un tel usage. Trente cavités de ce type furent aménagées juste au Nord de Manosque (Alpes de Haute-Provence) par la société Géosel entre 1967 et 2007 ; elles peuvent contenir au total 9,2 millions de m3 d'hydrocarbures, liquides, soit environ 10 % de la consommation française annuelle de pétrole. Des installations de même type (7 cavités) furent creusées à partir de 1993 à quelques kilomètres à l'Est dans les mêmes couches de sel par la société Géométhane, pour y stocker des hydrocarbures gazeux.

Pour fabriquer ces cavités, il fallait beaucoup d'eau, qu'on pouvait par exemple prendre dans la Durance voisine. Mais on ne pouvait pas rejeter les eaux salées (saumures) ressortant des puits de forage dans l'environnement. On construisit donc des saumoducs[1] de Manosque jusqu'à l'étang d'Engrenier (connecté avec l'étang de Lavalduc) où étaient rejetées ces saumures. En parallèle à ces saumoducs, on construisit des pipe-lines depuis les raffineries de l'étang de Berre jusqu'à Manosque pour le transport des hydrocarbures. Une fois les cavités creusées, il fallait qu'elles soient toujours remplies et maintenues sous forte pression hydrostatique, pour que le fluage du sel (le sel est une roche très ductile) n'en réduise le volume. Si, donc, on enlevait des hydrocarbures, on injectait dans la cavité un volume équivalent de saumure. Et si on rajoutait des hydrocarbures dans la cavité, il fallait en évacuer un volume équivalent de saumure. Les saumoducs permanents et des pompes permettent ce transport de Manosque aux étangs (et vice versa), étangs qui servent donc de réservoirs-tampons de saumure. Ces transferts de saumure Manosque - étangs sont actuellement la principale cause de variation de niveau de ces étangs.

Le complexe étang de Lavalduc - Manosque est un bel exemple pour faire réfléchir et travailler les élèves (1) sur la sédimentation évaporitique actuelle et ancienne, (2) sur les métiers de l'ingénieur liés aux sciences de la Terre, et (3) sur les problèmes d'indépendance énergétique.

Figure 26. Juxtaposition des cartes de Cassini (XVIIIème siècle, à gauche), d'état-major (XIXème siècle, au centre) et IGN (XXIème siècle, à droite) de la région de l'étang de Lavalduc (Bouches du Rhône)

Au XVIIIème siècle, les étangs de Lavalduc et d'Engrenier n'étaient que peu aménagés par l'Homme. La communication entre les deux étangs est nettement figurée, ainsi qu'une communication mer - étang d'Engrenier. C'est par là que rentrait l'eau de mer lors des fortes tempêtes avec un vent du Sud. Les aménagements humains sont nettement visibles sur la carte du XIXème siècle : salines, réseau de canaux, pompes… L'altitude des deux étangs (−9 m) est bien indiquée. Sur la carte du XXIème siècle, on voit que les salines ont disparu, que la surface des étangs est plus grande qu'au XIXème (donc le niveau d'eau légèrement plus haut).

La flèche noire indique la ”plage” où ont été faites les photos 1 à 22. L'astérisque bleu indique le site de prise de vue des images 23 à 25, et l'astérisque rouge le débouché des saumoducs étangs - Manosque.


Figure 27. Vue aérienne et carte géologique correspondante montrant le secteur des stockages Géosel et Géométhane, près de Manosque

La limite de couleurs qui traverse la carte géologique de gauche à droite correspond à la limite entre les cartes géologiques 1/50 000 de Reillane et de Manosque. La carte géologique montre que ces sites sont établis au sommet d'un anticlinal de terrains oligocènes (couleurs roses). La photo aérienne montre deux bassins (voir zoom en bas à droite de la photo). Celui de couleur bleue est connecté à la Durance et est rempli d'eau douce. L'autre, de couleur rose, est rempli de saumure, riche en Halobacterium salinarum .


Figure 28. Cavités de stockage souterrain d'hydrocarbures “Géosel” près de Manosque

Montage de documents Géosel montrant (1) la structure antiforme avec sa couche de sel épaisse d'environ 600 m et ses cavités de stockage d'hydrocarbures liquides implantées à une profondeur de 400 à 1000 m (les cavités de stockage d'hydrocarbures gazeux ne sont pas représentées), et (2) un schéma montrant la forme et la taille typiques d'une cavité du site de Manosque obtenue par dissolution : hauteur de 300 à 400 m, diamètre de 40 à 80 m, capacité unitaire des cavités de 100 000 à 600 000 m3). La taille des mailles carrées du schéma est de 200 m.


Figure 29. Localisation de l'étang de Lavalduc (jaune) et du site de stockage souterrain de Manosque (rouge)

Localisation par fichier kmz de l'étang de Lavalduc.

Localisation par fichier kmz du site de stockage de Manosque.




[1] Saumoduc : littéralement, qui conduit la saumure, comme un aqueduc conduit de l'eau et un gazoduc du gaz. Les saumoducs n'ont pas été inventés seulement à l'époque industrielle, car de tout temps les hommes ont cherché à transporter du sel. Par exemple, au début de règne de Louis XVI, un saumoduc de 21 km de long fut construit entre les sources salées (sortant du Trias supérieur) de Salins-les-Bains (Jura) à Arc-et-Senans (Doubs) où fut construite une Saline Royale, saline qui profitait de la proximité de la forêt de Chaux pour se procurer le bois nécessaire pour faire bouillir l'eau salée et récupérer le sel.

Mots clés : sel, trémie, halite, évaporite, saumoduc