Article | 18/06/2025

Le gypse en sapin, une macle des Alpes – Comment se forment les macles de gypse du Trièves

18/06/2025

Bernard Barailler

Ancien membre du Club Dauphinois de Minéralogie et de Paléontologie, Ingénieur INP Grenoble

Olivier Dequincey

ENS de Lyon / DGESCO

Résumé

Les macles du gypse, modèle et paramètres de formation testés sur les gypses de trois sites du paléo-lac du Trièves.

Table des matières

Introduction
Bref rappel du contexte géologique
Les habitus des gypses du Trièves
Retour sur la structure cristalline du gypse
Les 5 différentes macles de gypse
Les macles des gypses du Trièves
Modèle de cristallogenèse des gypses en sapin
Conclusion
Bibliographie

Introduction

Il est rare de trouver un cristal dont la forme est exactement celle de son système cristallin. Il est encore plus rare de trouver des macles^[1] bien formées et préservées de l'érosion.

Dans les contreforts du Vercors, des argiles appelées varves ont préservé des cristaux de gypse. On y trouve des cristaux monocliniques centimétriques ainsi que des macles dites « en sapin ». Ces cristaux de gypse sont présents uniquement dans certaines strates d'argile. En effet, lorsqu'on observe la succession verticale de ces strates, on voit de nombreuses strates sans gypse, certaines avec une majorité de gypses monocristallins et quelques-unes qui montrent un pourcentage plus important de gypses en macles. De plus, on observe des pourcentages de macles différents entre les différents sites du Trièves.

Le contexte géologique de formation des varves du Trièves a déjà été détaillé dans un précédent article (Barailler, 2025b[2]) et la genèse des monocristaux de gypse dans ce contexte a fait l'objet d'un second article (Barailler, 2025c[3]). Nous nous intéresserons ici à la formation des macles et aux paramètres expliquant, d'une part, que la cristallisation aboutissent à un monocristal plutôt qu'à une macle et, d'autre part, que le pourcentage de macles diffèrent d'une strate ou d'un site à un autre.

Figure 1. Gypse en sapin bipyramidé, Marcieu, Alpes, France

Bref rappel du contexte géologique

Le Würm est une période glaciaire du Pléistocène dans les Alpes. Elle s'étend de −115 000 à −11 700 ans avant le présent (AP). À cette époque, des lacs glaciaires se forment au Sud dans la zone du Trièves. L'érosion des piémonts du Vercors et du Dévoluy apporte cycliquement des sédiments et notamment des argiles qui se déposent au fond du lac (Jongmans et al., 2009[9] ; Thomas, 2021[19]).

La carte suivante (figure 2) montre la position du glacier de l'Isère à cette époque. Elle présente également les zones à gypses étudiées. Une première mesure statistique, au dire d'experts, permet d'estimer le pourcentage moyen d'habitus de gypse par m² (monocristaux, macles, autres accolements). On y aperçoit notamment la disparité du taux de pourcentage de macles, noté τ. Ce taux parait plus important au Sud de la carte. Dans la zone de Monestier-du-Percy, environ la moitié des gypses sont des macles.

Figure 2. Le lac du Trièves au Würm et ses zones à gypses

Le pourcentage de gypse en macle, noté τ, est indiqué pour quelques sites.

Les habitus des gypses du Trièves

Les habitus sont les formes cristallines typiques que prend un même minéral dans la nature. Voyons les formes trouvées dans les varves de trois sites isérois, Sinard, Marcieu et Monestier-du-Percy.

Zone de Sinard

La figure suivante montre différents faciès ou habitus des gypses de Sinard : monocristal, macle en sapin, groupements de cristaux en forme de « fleur ». Les cristaux de gypse se trouvent enchâssés dans des argiles appelées varves.

Figure 3. Habitus des gypses de Sinard (Isère) : monocristal, macle en sapin, fleur de gypse

Figure 4. Groupement de cristaux de gypse de 20 cm sur sa gangue d'argile, Sinard (Isère)

À Sinard, on trouve quelques rares gypses en sapin sur le haut du site. Les fleurs de gypse sont statistiquement plus nombreuses et se trouvent dans la partie basse.

Zone de Marcieu

À Marcieu également, on trouve statistiquement les gypses en sapin sur le haut du site et les fleurs de gypse sur la partie basse. Les monocristaux sont présents partout mais généralement dans d'autres couches que les “sapins” ou les “fleurs”. Les couches avec de nombreux cristaux sont souvent espacées de 60 à 80 cm, séparées par des parties plus stériles d'argile très grise. On rencontre parfois des couches très fines plus sablonneuses et au contraire des couches plus dures comportant quelques cailloux et de minuscules monocristaux de gypse. Voici deux exemples de fleurs de gypse et un exemple de gypse en sapin sur gangue d'argile.

Source - © 2025 Yves Saulnier Figure 5. Fleur de Gypse sur argile, Marcieu-le-Bas (Isère)	Source - © 2024 Yves Saulnier Figure 6. Fleur de Gypse, Marcieu-le-Bas (Isère)
Source - © 2024 Yves Saulnier Figure 7. Gypse en sapin sur sa gangue d’argile, Marcieu-le-Haut

Zone de Monestier-du-Percy

Dans le secteur du Percy, on trouve des monocristaux souvent plus petits que ceux des précédents sites. La fréquence des macles y est beaucoup plus importante, de l'ordre de 50 %. Ces macles présentent souvent des branches latérales (figure 8). On peut également trouver plusieurs macles qui partent d'un monocristal (figure 9). L'angle entre ces branches est en moyenne de 25 à 30° pour les cristaux bipyramidés allongés et de 75 à 80° pour celles partant d'un monocristal.

Figure 8. Accolement de 4 macles de gypse, Monestier-du-Percy (Isère)

La plus longue macle [macle (100)] fait 6 cm de long et 1,3 cm de large cm, son ratio d'aspect (rapport longueur / largeur) est de 4,6.

Figure 9. Deux macles de gypse partant d'un monocristal, Monestier-du-Percy (Isère)

Les deux figures suivantes montrent un même gypse de Monestier-du-Percy sous deux angles différents.

Figure 10. Vue de face d'un gypse de Monestier-du-Percy (Isère)

Macles de ratio d'aspect (rapport longueur / largeur) de l'ordre de 2.

Figure 11. Vue de dessus d'un gypse de Monestier-du-Percy (Isère)

Macles de ratio d'aspect (rapport longueur / largeur) de l'ordre de 2.

On trouve aussi des macles simples allongées avec un ratio d'aspect (rapport longueur / largeur) supérieur à 3.

Figure 12. Macle simple de gypse allongée, Monestier-du-Percy (Isère)

Macle de ratio d'aspect (rapport longueur / largeur) AR = 3,3.

On a également souvent des structures fibroradiées avec des macles.

Figure 13. Macles de gypse en structure fibroradiée sur gangue d'argile, Monestier-du-Percy (Isère)

Figure 14. Macles de gypse en structure fibroradiée, Monestier-du-Percy (Isère)

Pour comprendre comment de tels habitus sont possibles, il faut analyser la structure cristalline du gypse.

Retour sur la structure cristalline du gypse

Dans les conditions naturelles, le sulfate de calcium peut constituer trois minéraux différents, selon son dégré d'hydratation. De formule générale CaSO₄·nH₂O, on distingue l'anhydrite (n = 0), la bassanite (n = 0,5), et le gypse (n = 2). La formule chimique du gypse est donc CaSO₄·2H₂O.

Un cristal de gypse est composé d'un empilement de couches d'ions calcium Ca²⁺ et sulfate SO₄²⁻, séparées par des doubles couches d'eau.

Figure 15. Structure cristalline du gypse

Dans les feuillets (Ca²⁺, SO₄²⁻), les liaisons de type ionique sont fortes. À contrario, dans les doubles couches d'eau les liaisons de type hydrogène sont beaucoup plus faibles. Ceci explique notamment la facilité de cliver le gypse en cassant ces liaisons hydrogène (voir les plans de clivage de la figure précédente).

Dans la figure suivante, les rectangles noirs illustrent les principales liaisons périodiques (PBC – Periodic Bond Chain) qui peuvent structurer l'assemblage des molécules dans le réseau cristallin. Il s'agit d'une projection du réseau cristallin suivant (001).

Figure 16. Schéma des principales liaisons périodiques présentes dans le réseau cristallin du gypse

Projection du réseau suivant le plan (001).

Le plan (010) est composé d'une double couche de molécules d'eau et comporte donc de nombreuses liaisons “faibles” de type liaison hydrogène. Énergétiquement parlant, des germes cristallins en position “aberrante” peuvent plus aisément s'y implanter et permettre le développement d’un “individu” d'orientation différente de celle du cristal initial, ce qui aboutit à la formation d'une macle. Le plan (010) est de ce fait un plan de composition d'origine (PCO) pour les macles de gypse.

Les 5 différentes macles de gypse

Une macle est une association orientée de plusieurs cristaux de même nature, reliés par une opération de symétrie. Cinq modalités de formation des macles, appelées ici “lois de macle”, peuvent se manifester lors de la cristallisation du gypse (Follner et al., 2002[7]), et chaque loi de macle est décrite par une macle de contact, ou accolement, et une de pénétration (Rubbo et al., 2012a[14], 2012b[15]). Ainsi, au moins dix habitus gémellaires différents sont liés au gypse.

Géométriquement, chaque loi jumelle est caractérisée par un angle rentrant spécifique. En mesurant sa valeur, nous pouvons identifier la loi jumelle. Cependant, les lois jumelles 100 et −101 ont le même angle rentrant (soit 105°). Ainsi, la goniométrie (mesure des angles) seule ne peut pas distinguer ces jumeaux. Il existe deux méthodologies analytiques pour distinguer ces deux lois jumelles (voir plus bas, Comment différencier les macles 100 et −101 ?) : (i) la mesure de l'angle d'extinction (θ) formé entre les deux individus, au moyen de microscopie optique à polariseurs croisés, et (ii) l'analyse des inclusions fluides dans les cristaux.

Structurellement, un angle rentrant et une pointe de flèche sur les côtés opposés indiquent une macle de contact (Rubbo et al., 2012a[14]), tandis que deux angles rentrants observés sur les côtés opposés des jumeaux identifient une macle de pénétration (Rubbo et al., 2012b[15]).

Les 5 lois de macle du gypse

La figure suivante montre les 5 lois de macle du gypse. La mesure de θ est celle de l'angle rentrant (re-entrant corner).

Figure 17. Les cinq lois de macle du gypse et les 10 habitus de macles (contact / pénétration) correspondants

P et T désignent respectivement les “individus” cristallins parent et jumelé (twinned).

Terminologie.

Si l'on prend un cristal selon la loi de macle 100 de contact, la pointe du cristal ressemble à un « fer de lance » et l'autre extrémité à une « queue d'aronde ». Il en va de même pour la loi de macle de contact −101. D'un point de vue logique, ces deux termes ne peuvent donc pas désigner deux lois de macle différentes, mais plutôt deux parties différentes d'un même cristal.

Toutefois, on peut considérer que le terme « fer de lance » fait référence aux macles qui présentent une “pointe” dans leur habitus, c'est-à-dire les macles 100 et −101 de contact. Tandis que « queue d'aronde » se réfère uniquement à celles qui présentent des coins en retrait sans avoir de pointes, donc 100 et −101 de pénétration.

Dans la suite, pour simplifier, les macles 100 et −101 par pénétrations pourront être qualifiées par abus de langage de macles « en queue d'aronde » (swallowtail).

Les macles −101 et 100 par contact seront également appelées, toujours par abus de langage, « en fer de lance » (arrowhead).

Ce sont ces macles qui seront principalement étudiées dans la zone du Trièves.

L'interface de macle au niveau microscopique

Au niveau microscopique, l'arrangement des atomes qui produit une macle correspond à l'énergie thermodynamique minimale. À l'interface, il faut accommoder les structures cristallines de deux cristaux jumeaux.

Macles par pénétration (ou macles en queue d'aronde)

En prenant comme plan de composition d'origine la forme plate (010), la figure suivante (figure 18) montre les interfaces des macles de pénétration 100 et −101. Dans le premier cas, le plan d'intersection est (100) et le réseau cristallin du premier cristal P fait un angle théorique de 105,02° avec son cristal jumeau T au niveau de leurs plans respectifs (10−1). Dans le deuxième cas, le plan d'intersection est (10−1) et le réseau cristallin du premier cristal P fait toujours un angle théorique de 105,02° avec son cristal jumeau T mais au niveau de leurs plans respectifs (001).

Figure 18. Macles de pénétration 100 (en haut) et −101 (en bas) du gypse

L'énergie interfaciale de macle γ_PT est définie par : γ_PT = (E_PT – E_{non maclé}) / S, où E_PT et E_{non
maclé} sont respectivement les énergies du cristal maclé et du cristal non maclé comprenant le même nombre d'atomes.

Les énergies interfaciales des macles par pénétration (γ_PT) associées à 100 et −101 sont respectivement de 357.10⁻³ et de 64.10⁻³ J/m². On constate que la macle par pénétration −101 demande moins d'énergie (Rubbo et al., 2012b[15]).

Macles par accolement (ou macles en fer de lance)

Dans la figure 19, pour la macle 100, la continuité de la structure est montrée par la disposition des tétraèdres SO₄²⁻ à travers l'interface jumelle. Ce sont les molécules d'eau qui sont fortement réorganisées au niveau de l'interface. Comme on l'a vu précédemment les forces d'interaction des molécules d'eau sont plus faibles et peuvent faciliter cette accommodation. Les PBC (Periodic Bond Chains) sont des liaisons plus fortes. Au niveau énergétique leur décalage doit être minimisé. Dans la figure 19, la couleur grise délimite les séquences constituant les PBC. Les lignes pointillées représentent leur continuation dans l'individu jumeau et l'angle de décalage avec ses propres PBC.

Pour la macle −101, une discontinuité plus marquée apparait. Les PBC [−100]_P et [001]_P traversent l'interface de la macle de contact. Elles rencontrent une discontinuité structurelle dans l'orientation des tétraèdres au sein de la séquence ···SO₄−eau−SO₄···, lorsque les PBC [001] et [101] appartenant à l'individu P traversent l'interface de macle et continuent dans l'individu T. Ceci se produit également pour les PBC [101] et [001] respectivement. L'angle de déviation à travers l'interface est voisin de 8,9°.

Figure 19. Macles par accolement (de contact) 100 (à gauche) et −101 (à droite) du gypse

Les tétraèdres gris distinguent ceux formant les PBC (Periodic Bond Chains) montrant des liaisons plus fortes et dont le décalage doit être minimisé. En partie haute, l'individu cristallin Parent. Au centre, à l'horizontale, se situe l'interface Parent-Jumeau (Twinned) montrant un fort réarrangement des tétraèdres de sulfate. En partie basse, les traits pointillés indiquent les directions des PBC du Parent dans le Jumeau, ce qui permet de visualiser les décalages entre P et T.

Les énergies interfaciales des macles par accolement (γ_PT) associées à 100 et −101 sont respectivement de 13,6.10⁻³ et de 255.10⁻³ J/m². On constate que la macle d'accolement 100 demande moins d'énergie (Rubbo et al., 2012a[14]).

En résumé les macles qui demandent le moins d'énergie sont la macle par accolement 100 (13,6.10⁻³ J/m²) et la macle par pénétration −101 (64.10⁻³ J/m²). Ces deux types de macle devraient être prépondérants dans la nature.

Comment différencier les macles 100 et −101 ?

Inclusions fluides

Sur le terrain, la différenciation entre les macles 100 et −101 est souvent difficile. Toutefois l'analyse des inclusions permet de les différencier (figure 20). En effet, les sous-cristaux composant une macle (100) croissent parallèlement au plan de maclage ; pour une macle (−101) les sous-cristaux croissent de façon oblique par rapport au plan de maclage (Otálora et García-Ruiz, 2014[11]). La figure 21 illustre des inclusions dans une macle −101 de gypse.

Figure 20. Direction de croissance des sous-cristaux et inclusions selon le type de macle

Figure 21. Exemple d'inclusions présentes dans une macle −101 de gypse

Angle d'extinction au microscope polarisant

Une autre méthode consiste à mesurer l'angle d'extinction Δ avec un microscope polarisant. Pour le gypse Δ(100) = 14° alors que Δ(−101) = 26°. Toutefois, cette mesure s'avère parfois difficile à réaliser. Un exemple d'extinction est donné dans une vidéo dont 5 images sont extraites dans la figure suivante pour une macle (100) de gypse en provenance d'Albas (Aude). On voit, vers le milieu de la vidéo, l'extinction successives des cristaux P et T après une rotation de 14°.

Figure 22. Mesure de l'angle d'extinction du plan de macle d'un gypse

Les cristaux “de gauche” et “de droite” séparé par le plan de macle (sur la première image, à gauche) ne s'éteignent pas en même temps en lumière polarisée analysée (images 2 et 4). L'angle d'extinction recherché est l'angle entre les plans de macles des images d'extinction (ici de l'ordre de 14°).

Stries de clivage

De façon analogue, des lignes ou stries de clivage apparaissent sur les monocristaux et les macles. Leur orientation est souvent identique à celle des inclusions et pourrait être également une indication supplémentaire du mode de croissance et donc du type de macle (figure 23).

Figure 23. Orientation des stries de clivages et des inclusions fluides selon le type de macle

La figure suivante (figure 24) est la microphotographie d'une macle (100) d'un gypse d'Albas (Aude) et montre des stries de clivage dont certaines sont soulignées en rouge. La tranche présentée est parallèle à (010) ; le plan de macle est vertical et correspond à la direction de l'axe c du réseau cristallin. La ligne noire au centre est l'intersection du plan de macle et du plan (010), plan de composition d'origine.

La corrélation entre les deux phénomènes inclusions et stries de clivage pourraient être liée aux inclusions fluides secondaires (IFS). Celles-ci sont de petite taille et se forment une fois la croissance du minéral terminée. Elles sont aussi regroupées et s'alignent le long de micro-plans (clivages, macles, mais aussi fractures) (Roedder, 1984 [13] ; Van den Kerkhof et Hein, 2001 [20] ; Gardien et Mahéo, 2018[8]). Une analyse est en cours pour vérifier cette observation sur les macles de pénétration 100 et −101 du Trièves.

Figure 24. Macle (100) d'un gypse d'Albas (Aude) avec quelques stries de clivage soulignées en rouge

2024 Pointcarré / géoforum.fr, billet du 13/10/2024, d'après photo phoscorite

Un critère simple : le ratio d'aspect

Enfin, un critère simple basé sur la dynamique de croissance des macles par pénétration a été développé récemment par Cotellucci et al. (2023b[6]), il s'agit du ratio d'aspect défini par AR= longueur / largeur de la macle. Les “règles” sont les suivantes :

si AR > 2,51 alors c'est une macle 100,
si AR < 1,97 alors c'est une macle −101.

Entre les deux, le ratio d'aspect n'est pas significatif pour conclure. Il est nécessaire d'analyser les inclusions, les clivages, l'angle d'extinction.

Figure 25. Type de macle de gypse par pénétration selon le ratio d'aspect (AR)

Probabilités d'occurrence des différents types de macle par pénétration

Des expériences en laboratoire ont permis de montrer que le taux d'évaporation (ER, Evaporation Ratio, en gramme par heure) permet de donner une probabilité d'apparition par type de macle.

Pour un taux d'évaporation fort, ER > 0,79 g/h, on obtient 100 % de macle −101.

Pour des taux d'évaporation moyens, 0,072 < ER < 0,082 g/h, on a 80 % de macle −101 et 20 % de macle 100.

Pour des taux d'évaporation faibles, 0,022 < ER < 0,030 g/h, on a 55 % de macle −101 et 45 % de macle 100.

On voit que plus l'évaporation est rapide, plus on aura tendance à avoir des macles −101.

Les expériences de croissance en laboratoire montrent également qu'une teneur élevée en carbonate dans la saumure à partir de laquelle les évaporites précipitent pourrait favoriser la formation des macles −101 (Cotelluci et al., 2023a[5]).

Les macles des gypses du Trièves

Habitus typiques

Certaines macles montrent un “socle” formé par un “gros” monocristal sur une face duquel se développe une “excroissance” (figure 26, revoir figure 9). D'autres croissent de façon plus symétrique, sans individu cristallin prépondérant (figure 27). Enfin certaines macles plus allongées, comme à Monestier-du-Percy, forment des accolements (figure 28).

Source - © 2025 Bernard Barailler Figure 26. Croissance d'une macle de gypse à partir d'un monocristal	Source - © 2025 Bernard Barailler Figure 27. Croissance symétrique d'une macle donnant un gypse en sapin, Isère, France
Source - © 2024 Yves Saulnier Figure 28. Accolement de macles allongées de gypse, Monestier-du-Percy (Isère)

Détermination des types de macle du Trièves

Le calcul des ratios d'aspect (AR) des échantillons de gypse en sapin de Sinard et de Marcieu donne 1 < AR < 1,7 donc AR < 1,97. Ceci donne à penser que ce sont des macles (−101). À contrario, les macles de Monestier-de-Percy sont souvent fines et allongées avec un ratio souvent supérieur à 3 et donc à 2,51. Ce seraient alors des macles (100). On y trouve également des macles avec des ratios d'aspect < 1,7 donc des macles (−101). Des ratios compris entre 1,97 et 2,51 sont également mesurés, le type de macle est alors indéterminé.

Figure 29. Ratios d'aspect des macles de gypse selon les sites étudiés du Trièves

Leurs angles de macle sont cependant plutôt compris entre 90° et 100°. Ces valeurs sont inférieures à celle prévue dans les lois de macle 100 et −101 : 105°. Toutefois, dans la nature, des angles analogues peuvent être trouvés. Par exemple en Espagne, l'habitus en « sapin de Noël » présente une plage de valeurs de l'angle rentrant comprise entre 98 et 101° (Rodriguez-Aranda et al., 1995[12]). Une analyse de confirmation des angles d'extinction des macles du Trièves est en cours.

Paramètres influençant la formation des macles du Trièves

Vitesse de (sur)saturation de la saumure

Les taux de sédimentation déduits de l'épaisseur des doublets argileux annuels des varves du paléo-lac du Trièves varient selon les endroits (Barailler, 2025b[2]). Pour la modélisation de la formation des gypses de Sinard (Nord du lac), une valeur moyenne de 2,5 mm/a a été déterminée et retenue (Barailler, 2025c[3]). À Monestier-du-Percy (cf. par exemple les figures 11 et 13), on compte de 7 à 9 couches annuelles sur une épaisseur de 2 mm, ce qui donne un dépôt annuel de l'ordre de 0,25 mm/a, soit un taux de sédimentation environ 10 fois plus faible au Sud qu'au Nord.

En observant la topographie du lac à partir du modèle numérique de terrain actuel (figure 30), on remarque que les bords du lac sont plus pentus au Nord qu'au Sud, ce qui pourrait expliquer, toute chose égales par ailleurs, des dépôts annuels plus épais en bas de pente au Nord, par rapport à des dépôts plus “dispersés” sur pente faible au Sud.

Figure 30. Modèle numérique de terrain actuel et délimitation du contour du paléo-lac du Trièves

Le taux de sédimentation annuel peut être rapproché du taux d'évaporation (ER) évoqué plus haut. En effet, plus le taux de sédimentation annuel est important, plus la vitesse de concentration de la solution par osmose inverse est rapide, et surtout plus la vitesse de concentration de la saumure au moment de passer le seuil de saturation, voire de nucléation spontanée, sera élevée. Par analogie avec les résultats obtenus en maitrisant ER, on peut penser qu'un plus fort taux de sédimentation entraine une plus forte prévalence de macles −101 par rapport aux macles 100. Ceci pourrait alors être l'un des paramètres expliquant la prédominance de la macle −101 au Nord, à Sinard et Marcieu, alors que la macle plus allongée 100 est plus présente au Sud, à Monestier-du-Percy.

Teneur en matière organique

Les différents habitus du gypse semblent liés à des apports plus ou moins marqués de matière organique. La figure suivante (figure 31) montre les différents habitus réalisés en laboratoire en faisant varier la concentration de polytannate dans les gels de bentonite (pH > 7,5) (Cody et Cody, 1988[4]). La bentonite est une argile analogue aux argiles des varves. Le polytannate est un coagulant/floculant à base de tannin organique, il fait office d'apport de matière organique. La partie gauche du schéma concerne le lac glaciaire du Trièves, car sa température est supposée être de l'ordre de T ≈ 4°C donc bien inférieure à 15°C.

L'adsorption d'anions organiques solubles sur des faces spécifiques du gypse inhibe la croissance des cristaux. Tout comme le phosphonate, l'acide tannique (figure 32) polymérisé (ions polytannate) est un inhibiteur de seuil pour le gypse.

Figure 31. Habitus du gypse formé dans des gels de bentonite en fonction de la température et de la teneur en tannin

Figure 32. Structure chimique de l'acide tannique

Les gypses qui croissent en présence d'ions polytannate ou de substances humiques terrestres présentent une fluorescence jaune-vert foncé. On peut également obtenir une fluorescence blanc-bleuté (Taga et al., 2011[18]). Les figures suivantes (figures 33 et 34) montrent les types de fluorescence évoqués.

Figure 33. Gypse d'Albas éclairé aux ultraviolets (Aude)

On observe une fluorescence jaune-vert aux UV longs (395 nm)

Figure 34. Gypse de Sinard éclairés aux ultraviolets (Isère)

On observe une fluorescence blanc-bleuté aux UV.

Ces grosses molécules organiques ne s'insèrent pas dans les sites cationiques ou anioniques du réseau de gypse. Elles se logent probablement dans les plans (010) avec l'eau cristalline. L'adsorption de substances organiques sur les faces du gypse augmente leur rugosité de surface et peut être responsable de la nucléation des jumeaux par pénétration (Cody et Cody, 1988[4]).

La matière organique (MO) peut provenir des organismes présents au Würm ou des sédiments sous-jacents, les marnes noires callo-oxfordiennes (Terres Noires). En résumé, les zones à monocristaux auraient eu peu d'apports de matière organique, alors que les zones avec des fleurs de gypse auraient reçu des apports plus marqués.

Dans une eau peu profonde, la matière organique est rapidement dégradée par l'oxygène. Par contre, en eau profonde, un milieu anoxique préserve la matière organique. Ceci pourrait expliquer la présence de monocristaux dans les couches sédimentaires les plus hautes et les fleurs de gypse dans les parties les plus basses correspondant à une profondeur de lac plus importante. De plus, les pentes du lac au Nord étant plus abruptes que celles du Sud, la teneur en matière organique est potentiellement plus forte au Nord qu'au Sud car plus rapidement préservée par l'épaisseur de la tranche d'eau. De ce fait, on s'attend à une présence de fleurs de gypse plus importante au Nord, à Sinard et Marcieu, qu'au Sud, vers Monestier-du-Percy.

Température du Lac

On peut estimer que la température du lac en profondeur est restée relativement stable au Nord aux alentours de 4°C. Au Sud, à l'inverse, où la profondeur est plus faible, la température a pu baisser favorisant ainsi la nucléation. Ceci pourrait expliquer le pourcentage de macles et de groupements de macles plus important au Sud. La taille des monocristaux y est aussi plus faible (cf. Barailler, 2025c[3]).

Gradient de salinité du lac

Dans un lac, les couches profondes sont plus salées (densité). Dans les sites de Sinard et Marcieu les sédiments pouvaient donc avoir une salinité plus forte, ce qui diminue fortement la nucléation. On a ainsi plus de monocristaux et corrélativement moins d'occurrence de macles (cf. Barailler, 2025c[3]). À l'inverse, au Sud, les eaux plus douces ont pu favoriser la nucléation. Ceci contribue également à expliquer le pourcentage de macles et de groupements de macles plus important au Sud.

L'ensemble de ces critères est cohérent avec les types et statistiques de macle trouvés dans les différents sites du Trièves. Ils illustrent la diversité potentielle de ces macles à partir d'un même modèle de cristallogenèse.

Analyse des cycles de croissance

Dans une même couche de varves, à quelques centimètres de distance, on trouve des monocristaux et des macles en sapin analogues aux photographies des deux figures suivantes. On peut donc supposer que les conditions physicochimiques de croissance ont été analogues sur une même couche. Monocristaux et macles en sapin ont eu les mêmes cycles de croissance. En effet, on peut comparer les fantômes de croissance des monocristaux (figure 35) et les gradins de croissance des macles, associés également à des fantômes de croissance (figure 36). Les traits en pointillés rouges matérialisent les cycles de croissance dans ces deux figures.

Figure 35. Stries de croissance soulignées par des fantômes de croissance dans un monocristal monoclinique de gypse (Sinard, Isère)

Figure 36. Gradins de croissance des macles de gypse en sapin soulignées par des fantômes de croissance (Marcieu, Isère)

Les fantômes de croissance sont des dépôts de matière organique ou d'argile. Ils marquent l'arrêt de la croissance cristalline. Des particules fines peuvent alors se déposer dans les anfractuosités du cristal.

Pour la macle (figure 36), l'échantillon provient de Marcieu, son ratio d'aspect inférieur à 1,97 indique qu'il s'agit d'une macle (−101) par pénétration. Les dépôts successifs d'argile (fantômes de croissance) militent pour une croissance suivant l'axe [101]. Lors de la nucléation, il y a deux cristaux jumeaux contigus qui constituent l'ébauche de la macle. Ensuite, la différence de croissance entre un monocristal et une macle est probablement due à la présence d'une dislocation qui va favoriser la croissance suivant l'axe [101]. Lors d'un nouveau cycle de croissance, cette situation va favoriser la naissance d'un nouveau gradin de macle, alors que le cas du monocristal amène à la création d'une couche enveloppante en mode “naissance et propagation” (birth and spray, cf. Barailler, 2025a[1]).

Cette interprétation serait cohérente avec une croissance des macles par la progression de dislocations (Sunagawa, 2007[17]). Le schéma suivant (figure 37) illustre la croissance d'un gypse en sapin. Il y est représentée une croissance cyclique en gradins de taille dégressive (phases 1 à 5). La mesure du ratio d'aspect des demi-macles droite et gauche de la figure 36 donne une valeur AR = 0,85 ± 0,15 avec un écart-type de 12 %. Pour les macles de la figure 26, on a AR = 0,71 ± 0,06.

Figure 37. Modélisation des différents stades de croissance d'un gypse en sapin

Une croissance cyclique en gradins de taille dégressive (phases 1 à 5) est représentée.

Intéressons nous maintenant aux facteurs qui pourraient expliquer la cyclicité de la cristallisation matérialisée par ces macles en sapin.

Modèle de cristallogenèse des gypses en sapin

Ce modèle se base sur le corps d'hypothèses suivantes.

Les ions sulfate sont le facteur limitant la croissance : Ca²⁺ / SO₄²⁻ >> 1.

La sédimentation progressive, par pression et porosité (osmose inverse), chasse l'eau des couches argileuses inférieures. Ceci augmente la concentration des ions dans la solution restante. Lorsqu'on franchit la courbe de solubilité (ou de nucléation), le gypse cristallise dans les argiles. Les ions sulfate sont consommés au cours du temps avec un ordre de grandeur analogue à celui des monocristaux (cf. Barailler 2025c[3] pour (re)voir l'exposé de ce modèle).

Pour les macles, il existe une dislocation qui favorise la croissance sur l'axe [101].

Lors du dépôt des particules formant les fantômes, la croissance est arrêtée.

Le facteur qui modifie de façon cyclique les paramètres de cristallisation est la sédimentation cyclique des varves.

À partir de ces hypothèses, la consommation des unités de croissance de sulfate au cours du temps pour les macles peut s'opérer de façon analogue à celle des monocristaux (figure 38).

Figure 38. Évolution périodique de la saturation en gypse et étapes associées de croissance de macles et de monocristaux

La courbe bleue montre l'évolution au cours du temps des ions sulfate comme indicateur de la saturation en gypse (C_eq correspond à la concentrtaion à saturation). Les cycles des saisons printemps-été et automne-hiver sont notés respectivement P-E et A-H. La forme de la macle qui évolue dans le temps est illustrée en dessous du graphique et la croissance des monocristaux est présentée par analogie.

Sur la figure ci-dessus, la courbe bleue montre l'évolution au cours du temps des ions sulfate comme indicateur de la saturation en gypse (C_eq correspond à la concentrtaion à saturation). Les cycles des saisons printemps-été et automne-hiver sont notés respectivement P-E et A-H. La forme de la macle qui évolue dans le temps est illustrée en dessous du graphique, et la croissance des monocristaux est présentée par analogie.

Pendant la période automne-hiver, la concentration arrive à sa valeur d'équilibre C_eq. La croissance s'arrête, des particules fines se déposent sur les faces des cristaux nouvellement formées. Elles sont englobées lors de la croissance du gradin suivante et forment ainsi des fantômes de croissance.

Les figures suivantes montrent une version agrandie de ces fantômes dans une macle de Marcieu (figure 39) et dans une macle d'Albas (figure 40). On peut noter une courbure de ces lignes de dépôts.

Figure 39. Macle de gypse en sapin, Marcieu (Isère), avec fantômes de croissance courbes

Figure 40. Détail de fantômes de croissance courbes d'une macle de gypse en sapin d'Albas (Aude)

La courbure d'un fantôme de croissance est soulignée en pointillés rouges.

La matière organique arrive durant le cycle printemps–été, lorsque le lac n'est pas gelé. Elle peut s'insérer dans les doubles couches d'eau de la structure du gypse. L'adsorption d'anions organiques solubles sur des faces spécifiques du gypse inhibe alors la croissance. Ceci conduit à un retard de croissance dans le creux de la macle et produit cette courbure caractéristique des fantômes de croissance. La figure suivante (figure 41) montre également ce type de courbure sur une autre macle de gypse. Elle illustre aussi le décalage entre la structure théorique d'une macle par pénétration et les structures réellement observées dans la nature.

Courbure des fantômes de croissance sur deux macles de gypse montrant l'écart entre théorie et observation concernant les angles des structures

Figure 41. Courbure des fantômes de croissance sur deux macles de gypse montrant l'écart entre théorie et observation concernant les angles des structures

Pour les sursaturations faibles, la dislocation consommerait le gros des unités de croissance. Les macles seraient alors plus allongées. Les structures fibroradiées à la fin de la croissance des macles s'expliqueraient, quant à elles, par la cristallisation de halite dans la solution mère. En effet, cette cristallisation appauvrirait la solution mère en ions Na⁺ et favoriserait alors la nucléation et la création de nombreux cristaux accolés à partir de la dislocation. Mais cette théorie demande encore à être confirmée par la détection de microcristaux de halite dans la structure.

Conclusion

Les schémas suivants retracent un modèle d'histoire des gypses en sapin du lac du Trièves.

Figure 42. Évolution du paléo-lac du Trièves avec développement de niveaux à gypses sous diverses formes – 1/3

1) À l'époque du Würm, un lac glaciaire se forme. Il est gelé en hiver et en automne, d'où un apport cyclique de sédiments qui va former des varves. Par ailleurs les rivières apportent des ions sulfate issus de l'oxydation des sulfures des bassins versant et du lit de la rivière (altération de l'Aalénien à nodules pyriteux). Durant la période printemps-été, des matières organiques sont également susceptibles d'arriver dans le lac.

2) La sédimentation progressive, par pression et porosité, chasse l'eau des couches argileuses inférieures, ce qui augmente la concentration des ions dans la solution restante. Lorsque la courbe de solubilité (ou de nucléation spontanée) est franchie, le gypse cristallise dans les argiles. Il peut prendre alors la forme de monocristaux ou de macles. Parfois des galets peuvent rouler et se déposer sur les argiles. Dans les zones profondes du lac, la matière organique peu dégradée peut s'accumuler et induire la production des fleurs de gypse que l'on trouve en profondeur sur les sites de Sinard et Marcieu.

Figure 43. Évolution du paléo-lac du Trièves avec développement de niveaux à gypses sous diverses formes – 2/3

3) La sédimentation se poursuit, les cristaux croissent en déformant les argiles par la force de cristallisation (cf. Barailler, 2025b[2]). À chaque cycle de dépôt des varves, la pression sédimentaire accentue la sursaturation de la solution mère. Les monocristaux continuent alors à se développer en grossissant par enveloppes successives alors que les macles forment des gradins de plus en plus minces. Parfois les conditions de cristallisation des gypses ne sont pas réunies (trop petites teneurs en ions, paramètres thermodynamiques peu favorables…), les couches d'argile correspondantes sont alors dépourvues de cristaux, du moins de cristaux visibles à l'œil nu.

4) Pendant la durée de présence du paléo-lac, la concentration de l'eau en ions a pu varier en fonction des couches géologiques traversées ou mises à l'affleurement. La concentration en ions sodium peut ainsi diminuer et favoriser la nucléation. Une température de l'eau localement et temporairement plus basse peut aussi favoriser la nucléation et l'apparition de cristaux plus nombreux (et donc plus petits, toutes choses égales par ailleurs). Dans les couches sous-jacentes certains gros cristaux perforent les argiles. D'autres sont proches de galets, ce qui peut induire des apports supplémentaires de fluides et d'ions, et finaliser ainsi leur croissance. La croissance des cristaux s'arrête lorsque la porosité minimale des varves est atteinte (40 %), ce qui stoppe la concentration par éjection d'eau.

Figure 44. Évolution du paléo-lac du Trièves avec développement de niveaux à gypses sous diverses formes – 3/3

5) Le lit du Drac évolue et se déplace vers l'Est. Certaines zones deviennent hors d'eau.

6) L'érosion produit son œuvre amenant les sites à leur configuration actuelle. Sur les fronts de taille, les couches de varves avec leurs cristaux apparaissent. Les cristaux mis à l'air libre sont progressivement dissouts. Ceux qui sont dans les argiles imperméables sont protégés. Ils exhibent alors parfois la forme d'un cristal monoclinique proche de la perfection (figure 35), mais d'autres formes sont aussi présentes.

Remerciements

Le texte soumis a bénéficié des avis et commentaires d’Andrea Cotellucci (Labo. chimie et corrosion, Cogne Accial Speciali, Aoste, Italie), et d’une relecture de Jean-Jacques Aubert (LETI, CEA). José Duarte, Yves Saulnier, Éric Rodari et Louis Dallard sont remerciés pour leurs conseils et la fourniture d’échantillons ou de photographies.

Olivier Dequincey (ENS de Lyon / DGESCO) est remercié pour sa relecture, sa mise en forme et la reprise de certaines illustrations, pour aboutir au texte publié.

Bibliographie

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Bernard Barailler, 2025b. La force de cristallisation, ou quand les gypses déchirent les varves du Trièves !, Planet Terre - ISSN 2552-9250

B. Barailler, 2025c. Un cristal monoclinique exemplaire – Comment se forment les gypses du Trièves, Planet Terre - ISSN 2552-9250

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^[1]Une macle est une association orientée de plusieurs cristaux de même nature, reliés par une opération de symétrie.

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