Les réactions d'hydrolyse et la production d'argiles

Généralement, une fracture d'origine quelconque de la roche met l'eau eau contact d'un grand nombre de faces cristallines. Les molécules d'eau, dipolaires, s'orientent : leurs pôles négatifs sont dirigés vers la fracture. Des substitutions d'ions ont lieu entre le milieu cristallin et l'eau. Dans le cas de l'orthose (KAlSi₃O₈), par exemple, les ions H⁺ de l'eau prennent la place des ions K⁺ de l'orthose qui deviennent des ions libres dans l'eau. Ce phénomène d'hydrolyse entraîne donc un déchaussement des cations dans les édifices minéraux et la charpente silicatée n'est plus stable.

Une réaction générale d'hydrolyse peut donc s'écrire : Minéral primaire   +   Eau   ------------>   Minéral secondaire   +  Solution de lessivage.

Les hydrolyses peuvent être totales ou partielles.

Les hydrolyses totales : le minéral est détruit en plus petits composés possibles (hydroxydes, ions)

•  Cas d'un feldspath sodique, l'albite :

(Al₂O₃, 3H₂O)NaAlSi₃O₈    +    8 H₂O     ------------>     Al(OH)₃    +    3 H₄SiO₄    +    (Na⁺, OH^-)

                      Albite                     +   eau                               gibbsite     +  [acide silicique   +   ions]

   précipité            solution de lessivage

• Cas d'un feldspath potassique, l'orthose :

(Si₃Al)O₈K     +     16 H₂O     ------------------->     Al(OH)₃     +     (K⁺, OH^-)

     orthose    +        eau                                      gibbsite         solution de lessivage 

Les hydrolyses partielles : la dégradation est partielle et donne directement des composés silicatés (argiles). Ces composés diffèrent selon les conditions de milieu (abondance de l'eau).

•  Cas d'un feldspath sodique, l'albite :

NaAlSi₃O₈     +     11 H₂O     ------------>     Si₂O₅Al₂(OH)₄     +     4 H₄SiO₄     +     2 (Na⁺, OH^-)

             Albite         +       eau                                    kaolinite           +  [acide silicique   +       ions] = solution de lessivage

• Cas d'un feldspath potassique, l'orthose :

           2.3(Si₃Al)O₈K    +    8.4H₂O     ------------->    K_0.3Al₂(Si_3.7Al_0.3)O₁₀(H₂O)₂     +     3.2Si(OH)₄    +    2(K⁺, OH^-)

               Orthose         +      eau                                           smectite                        +        solution de lessivage 

            2(Si₃Al)O₈K      +     11H₂O     ------------->    Si₂O₅Al₂(OH)₄          +       4Si(OH)₄    +    2(K⁺, OH^-)

               Orthose         +      eau                                    kaolinite             +         solution de lessivage

On constate facilement qu'en fonction de la quantité d'eau disponible, l'hydrolyse de l'orthose, par exemple, peut conduire à la formation d'argiles de nature différente.

Notons que la kaolinite (ou kaolin) est une argile particulière utilisée dans la fabrication des porcelaines.

Les facteurs contrôlant la nature des argiles formées :

Trois facteurs principaux déterminent la nature des argiles formées. Il s'agit de :

      - La nature de la roche-mère : l'altération d'une roche acide (ex : granite) donne plutôt de l'illite ou de la kaolinite, celle d'une roche basique (ex : basalte) donne plutôt des smectites.

- Influence de la nature de la roche-mère sur la composition des minéraux secondaires (Velde, 1992) - 

Source : Cours "Géologie des argiles" - Université de Liège

De plus, les minéraux sont plus ou moins résistants à l'érosion. Ainsi, l'olivine, et les péridots en général, sont les plus fragiles et s'altèrent fréquemment en serpentine (silicate hydrat de Mg et Fe). Les pyroxènes (ex : l'augite) donne une amphibole verte, l'ouralite. Les amphiboles (ex : l'hornblende) se tranforment en minéraux fibreux dont l'amiante. La biotite prend un aspect mordoré puis donne plusieurs minéraux d'altération dont les chlorites, silicate d'Al et Mg hydraté, de couleur verte. La muscovite est moins altérable mais, par hydrolyse, donne des vermiculites ou hydromicas. Le quartz est quasi inaltérable, cependant il peut être légèrement soluble dans l'eau, surtout si elle est alcaline.

      - Le climat qui conditionne bien entendu la présence plus ou moins abondante de l'eau ainsi que la température.

- Hydrolyse et Zonation climatique (Allen, 1997) - (Cours "Géologie des argiles" - Université de Liège) -

      - La topographie commande le drainage : sur une pente (drainage et lessivage bons), la formation de la kaolinite est favorisée ; dans une cuvette (milieu confiné où se concentrent les solutions), se forment plutôt des smectites.

 Pour une altération et un lessivage faible, des argiles de type 2/1 (ex : illites, montmorillonites) se forment. Avec l'augmentation de l'intensité de ces paramètres, ce sont les argiles de type 1/1 (ex : kaolinite) qui sont synthétisées. Pour un fort lessivage, les cations solubles sont entraînés et les phyllosilicates ne peuvent plus se former : il reste alors sur place le quartz et les oxydes de fer et d'aluminium.