Des volcans du Massif Central aux prix Nobel et à la bière, une roche peu connue aux usages insoupçonnés : la diatomite

La montagne d'Andance, sur la commune de Saint-Bauzile, Ardèche, se situe au Nord-Est du plateau volcanique miocène du Coiron (ou des Coirons, les deux usages sont possibles), cf. École de terrain - Une journée au plateau du Coiron, à 8 km au Sud-Est de Privas. Cette “montagne” correspond à un ancien maar phréatomagmatique inversé par l'érosion. Ce maar datant du Miocène supérieur était occupé par un lac (lac d'eau douce), qui abritait une très importante flore de diatomées, micro-algues unicellulaires entourées d'un squelette externe siliceux, la frustule. Rappelons que les diatomées sont une famille de micro-algues comprenant certes des espèces marines mais aussi des espèces d'eau douce. L'accumulation de milliards de frustules a progressivement rempli le lac de boue à diatomées, dépôt de boue interrompu provisoirement par au moins un épisode volcanique interne au maar (basalte massif et hyalocastites). La boue à diatomées est devenue diatomite après compaction, avec en particulier un remplissage terminal par une couche de diatomite très pure. Cette couche de diatomite pure, épaisse de 30 à 80 m (le plus souvent 60 m), a été recouverte par les coulées de basalte du Miocène supérieur (6,4 Ma) qui ont envahi toute la région. L'érosion a isolé le remplissage de cet ancien lac et sa couverture de basalte du reste du plateau du Coiron en une espèce de “butte témoin”, la Montagne d'Andance.

La couche de diatomite de la montagne d'Andance est exploitée depuis 1960, d'abord en galeries, puis rapidement à ciel ouvert, d'abord par le groupe CECA, puis, depuis 2016, par Chemviron France. Un autre gisement de diatomite (également d'âge miocène) est exploité en 2019 en France, le gisement de Foufouilloux dans le Cantal. D'autres gisements furent exploités dans ce département jusqu'à la fin du XX^e siècle.

En France comme à l'étranger, on peut noter que les lacs (actuels ou anciens) avec une importante sédimentation diatomitique sont très majoritairement dans les régions volcaniques. Pourquoi ? Tout d'abord, une roche volcanique comprend du verre, qui s'altère plus vite que des macro-cristaux (à composition chimique égale), ce qui libère plus vite silice et sels minéraux (c'est d'ailleurs pour cela que les terres volcaniques sont riches d'un point de vue agricole et que de nombreuses populations vivent au pied des volcans, malgré le danger). D'autre part, les silicates des roches comme un granite ou un gneiss (feldspath, mica…) contiennent de l'aluminium ; une partie de la silice libérée par l'hydrolyse de ces silicates se combinera avec l'aluminium pour donner des argiles. Un basalte contient de nombreux minéraux sans aluminium (pyroxène, olivine), et l'hydrolyse de ces minéraux libère la totalité de sa silice, ne pouvant pas former d'argile. Tout cela explique que les eaux en pays basaltique sont souvent plus riches en silice dissoute que les eaux en pays granitique, bien qu'un basalte contienne moins de silice qu'un granite. Et une eau riche en silice favorise la croissance des diatomées.

La France est le deuxième producteur mondial de diatomite grâce à ses lacs volcaniques miocènes de l'Ardèche et du Cantal. Elle produit entre 200 000 et 250 000 tonnes par an (entre 15 et 20 % de la production mondiale, qui est d'environ 1 800 000 tonnes par an). Avant d'être utilisée, la diatomite brute est lavée, triée, séchée, et éventuellement calcinée. La diatomite ainsi traitée a de multiples usages, usages principalement dus à sa structure faite de milliards de coques creuses multi-perforées et souvent très ornementées. Il y a environ 3 000 000 frustules par cm³ de diatomite, ce qui donne à la diatomite une surface spécifique très élevée. La surface totale des “faces” internes et externes des frustules, de leurs pores et de leurs ornementations est voisine de 100 m² par cm³ de diatomite. Sa très grande porosité et sa surface spécifique exceptionnelle confèrent à la diatomite des propriétés absorbantes et adsorbantes très élevées. Ces propriétés adsorbantes permettent la stabilisation de la nitroglycérine (qui, sinon, explose au moindre choc) et sa transformation en dynamite beaucoup plus stable. Cette stabilisation a fait la fortune de l'auteur de cette découverte, Alfred Nobel, fortune à l'origine des fameux prix. Ces propriétés servent à la filtration, aussi bien à la filtration des piscines qu'à la filtration alimentaire. Par exemple, la fabrication d'1 litre de bière consomme 1 gramme de diatomite, et la France consomme environ 4000 à 5000 t/a pour faire sa bière, et 6000 à 7000 t/a pour faire son vin. Les frustules ornementées et très dures (faites de silice) provoquent de multiples lésions internes dans le tractus digestif de nombreux insectes (en particulier des punaises de lit) et des lésions superficielles de leur cuticule qui cesse d'être imperméable, ce qui entraînent la déshydratation des insectes et leur mort. La diatomite est donc utilisée comme insecticide “bio”. La nature siliceuse de la diatomite lui donne aussi des propriétés abrasives, et on la retrouve dans la poudre à récurer, les dentifrices… Comme on le voit, la géologie se trouve dans les endroits les plus inattendus, nos réfrigérateurs et nos cafés, nos piscines, nos salles de bains, voire nos chambres à coucher dans certains cas irritants.

La carrière de Saint-Bauzile, en activité, est interdite d'accès. Mais une association, l'association Paléodécouverte(lien externe - nouvelle fenêtre)↗, en partenariat avec la société Chemviron exploitant la carrière, organise des visites en dehors de ses périodes d'activité, en particulier pour des groupes et des classes.

En attendant cette visite, nous allons vous montrer cette semaine : (1) des vues globales de la carrière de Saint-Bauzile dans son état de mai 2019 (figures 1 à 4) ; (2) des vues “de près” d'affleurements ou d'échantillons (à l'œil nu ou au microscope) de diatomites ainsi que de déformations synsédimentaires dues aux glissements et tassements de la boue diatomitique (figures 5 à 19) ; (3) des vues montrant les relations diatomite-basalte telles qu'on les voyait en mai 2019 (figures 21 à 24) ; (4) des vues globales, des coupes et des cartes géologiques de la montagne d'Andance (figure 25 à 32).

Cette diatomite de Saint-Bauzile est riche en fossiles exceptionnellement bien conservés. On peut lire à ce sujet un article de Bernard Riou de 1995, Les fossiles des diatomites du Miocène supérieur de la montagne d'Andance (Ardèche, France), et aller au Muséum de l'Ardèche(lien externe - nouvelle fenêtre)↗ pour admirer de tels fossiles, y aller physiquement ou par le web (cf. Le Muséum de l'Ardèche à Balazuc, une occasion de découvrir des fossiles exceptionnels, figures 24 à 52).

La diatomite de Saint-Bauzile montre assez souvent des déformations, souvent (mais pas toujours) de faible ampleur, que ce soient des déformations cassantes (failles) ou ductiles (plis). Ces plis et failles ne sont pas en général dues à des déformations régionales, mais sont d'origine locale : tassements, glissements synsédimentaires de la boue à diatomées, déformations contemporaines de (et associées à) la mise en place des basaltes intra- ou supra-diatomitique… Ces déformations “non tectoniques” montrent aussi bien des signes d'élongation que de raccourcissement.

Un tel mélange de structures indiquant ici raccourcissement et juste à côté un étirement ne sont pas exceptionnelles dans les sédiments lacustres, en particulier sur leurs bords et dans les lacs de petites tailles (cf., par exemple, Tectonique et/ou glissement syn-sédimentaire : association de structures compressives et de structures extensives, lignites de Minerve – La Caunette, Hérault).

Toutes ces observations faites rapidement dans la carrière en mai 2019, plus toutes celles faites à l'extérieur et à l'intérieur de la carrière depuis les 60 ans de sa mise en service permettent de connaitre la structure de la montagne d'Andance et de retracer son histoire géologique.

Au Miocène supérieur, le volcanisme dit des Coirons débute dans ce secteur de l'Ardèche. À Saint-Bauzile, des rencontres entre un basalte remontant par une fissure et une nappe phréatique créent des explosions à répétitions et la formation d'un maar, avec son cratère sommital surmontant une “cheminée” remplie de brèches (un diatrème). Ce maar recoupe (et est établi sur) un substratum de marnes du Crétacé inférieur (Valanginien). Un lac s'installe dans ce maar, lac qui pouvait ressembler au Lagoa de Santiago aux Açores (figure 11 de La caldeira des Sept Cités ( Sete Cidades ), île de Sao Miguel, Açores (Portugal)). Une sédimentation diatomitique commence à remplir le lac. La géométrie du contact diatomite inférieure / brèche de maar est très mal connue. Cette sédimentation est interrompue par une éruption (sans doute interne au maar) qui fait interagir du basalte avec l'eau du lac et les sédiments diatomitiques meubles et gorgés d'eau. Le Sud du lac est partiellement comblé par des hyaloclastites (brèches volcaniques issues d'explosions locales quand du basalte arrive dans une faible tranche d'eau) à ciment siliceux. Ces hyaloclastites à ciment siliceux sont visibles sur la route montant à l'entrée de la carrière. Le Nord du lac est lui partiellement comblé par du basalte formant un lac de lave provisoire. La géométrie du contact lac de lave / hyaloclastites est mal connue. La sédimentation diatomitique reprend dans le lac non complètement comblé, et il se dépose une soixantaine de mètres de diatomite très pure (la couche supérieure, actuellement exploitée). L'arrivée d'au moins trois coulées de basalte recouvre toute la région et remplit ce qui reste du lac de maar. Ces coulées sommitales sont datées de 6,4 Ma. Aux incertitudes de mesures près, c'est aussi il y a 6,4 Ma que se sont mis en place des sills de basalte au sein des diatomites. D'après la notice de la carte géologique de Privas, tout le volcanisme des Coirons s'échelonne de 8,9 Ma (Tortonien, Miocène supérieur) à 4,5 Ma (Zancléen, Pliocène basal). La majorité des émissions date de 6,5 Ma (Messinien). Depuis, l'érosion a fait son œuvre et a inversé les reliefs. Les coulées de basalte (qui occupaient les zones basses) se retrouvent perchées au somment de plateaux, dont le principal, le plateau du Coiron. Les basaltes chapeautant le maar de Saint-Bauzile se retrouvent détachés du plateau principal et forment maintenant une butte témoin, la montagne d'Andance, qui domine le village de Saint-Bauzile (Ardèche).