La géologie

Les gisements de sel gemme ou halite sont très nombreux, certains étant exploités depuis fort longtemps comme celui de Hallstatt (Autriche), Cardona (Espagne), Slanic Prahova (Roumanie). On dit aussi que c'est une évaporite, c'est à dire une roche résultant de l'évaporation intense d'eau de mer (plus de 10 cm/an).

A - La Halite

Les évaporites, comme les argiles et les grès, sont des roches sédimentaires qui diffèrent des roches ignées (granite) ou métamorphiques (gneiss). Dans les gisements, ce sel a l'aspect d'un enchevêtrement de cristaux. Il est parfois blanc, transparent. Le plus souvent, des argiles le colorent en gris (Saint Nicolas) ou en rouge (Winsford).

A noter que les activités minières concernant le sel sont soumises à une réglementation spécifique (code minier). En France, le fondement en est une loi de 1810 qui a inspiré le législateur d'autres pays ayant fait partie de l'empire de Napoléon Ier.

En France, les principaux gisementsgisements de sel, formés au TriasTrias (II) et à l'OligocèneOligocène (III), correspondent aux bassins salifères suivants :

• bassin aquitain
• bassin subalpin (Valence-Manosque)
• région Comté-Bresse
• région Lorraine-Champagne
• région Alsace

Mer Oligocène en France

Donc la mer en se retirant au cours du secondaire et tertiaire a déposé des évaporitesévaporites. Ces gisements peuvent être surélevés à la suite de plissements comme en Autriche ou dans la Cordillère des Andes où des dépôts de sel gemme ont été soulevés à de très hautes altitudes. Ces gisements peuvent même être transformés en lacs ou sources salées à la suite d'infiltration d'eau qui lessiveront ces gisements de leurs sels.
Quatre de ces bassins français donc se situent sur un axe à l'aplomb du couloir Rhin-Rhône. L'industrie chimique s'est implantée le long de celui-ci, réglant ainsi le problème des coûts de transport.

2 - Cristallisation du sel, petite expérience à la portée de tous…

A température ordinaire la cristallisation commence à 250 g/l dans l'eau distilléeeau distillée et à 37° elle commence à 300 g/l soit en cubes plein de halite soit en trémiestrémies de sel cristaux creux à base carrée. On a apparition de sel solide dès que la température diminue ou dès que l'eau s'évapore, à partir d'une solution saturée. Pour ne pas modifier le volume d'une solution saturée dont la température dépasse un peu les 100 degrés on la met dans un ballon bouché avec un tube fin qui permet la recondensation des vapeurs qui retombent ainsi dans le bocal. La cristallisation est meilleure si la vitesse est lente, quelques jours, les cristaux seront plus gros.

Cristal de halite.

Ils se forment par agglutinationagglutination les minuscules servant de germesgermes, ensuite on a des agrégats de petits grains, puis les gros se forment par accrétionaccrétion. La cristallisation dépend des germes et des conditions : avec la même solution et dans des conditions presque identiques on peut avoir de nombreux petits cristaux ou quelques plus gros.

3 - La structure cristalline du chlorure de sodium (NaCl)

Les ionsions Cl^- et Na⁺ forment deux réseaux cubiques. Le chlorure de sodiumsodium cristallise dans le système cubiquesystème cubique. Son monocristal est un cube de 5,63 angstroems de côté ; sa densité est de 2,165.

Maille élémentaire de halite.

La figure illustre une maille du cristal NaCl coïncidant avec celle du réseau des ions Cl^- . L'ion Na⁺ figurant au centre est entouré de six ions Cl-, placés aux sommets d'un octaèdre.

Une température de 800° C est indispensable pour la fusionfusion alors qu'il se dissout dans l'eau à la température ambiante. En effet, les composés ioniques, solides à la température ambiante, sont généralement solubles dans l'eau. Deux facteurs expliquent pourquoi un composé ionique comme le NaCl se dissout dans l'eau :

• la cohésion du cristal est assurée par une force d'attraction électrostatiqueélectrostatique qui s'exerce entre les ions de signes contraires. La force de cohésion du cristal ionique est divisée par 80 quand il est plongé dans l'eau. Les chocs dus aux moléculesmolécules d'eau peuvent donc plus facilement dissocier les ions, surtout les ions en surface.
• lorsqu'un ion Na⁺ ou Cl^- se détache, il est enrobé de molécules d'eau qui orientent vers lui leur pôle de signe opposé. On assiste à un phénomène d'hydratationhydratation.

Halite sur calcite.

Les forces d'attraction produisent un travail qui fait perdre de l'énergieénergie au système et le stabilise. Le bilan global de la dissolution est faiblement endothermiqueendothermique. La dissolution du NaCl ne requiert que 4,3 Kj mol^-1 alors que l'énergie de cohésion du cristal est égale à 787 Kj mol^-1. Les substances comme le NaCl, dont la mise en solution provoque la dissociation de leurs ions constitutifs sont des électrolytes : leurs solutions conduisent le courant électriquecourant électrique.

Halite rose.

Le clivageclivage du cristal se fait dans des plans perpendiculaires et redonne donc toujours des structures cubiques plus petites ( et ce jusqu'à la maille élémentaire !).

Clivage de la halite.

Il arrive aussi que sur les cristaux eux-mêmes on puisse remarquer des stries de croissance.

Stries de croissance sur cristal de sel.

La cristallisation peut, parfois prendre des formes étranges comme au Lac Assal où la cristallisation en sphères est due au développement de bactériesbactéries halophileshalophiles extrêmes, engendré par la richesse en matièresmatières organiques. La salinitésalinité du Lac Assal est de 350g/litre soit 10 fois plus que la teneur en sel de la mer Rougemer Rouge. Le Lac présente une partie solide, la banquisebanquise, d'une superficie de 52 km² avec une épaisseur maximale de 60 m, et une partie saumuresaumure de 54 km² de surface avec une profondeur qui peut atteindre jusqu'à 40 m. Le Lac recèle trois caractéristiques de sel : la saumure, la banquise et le sel cristallisé de forme cubique. Les éléments nécessaires pour le sel de cuisine à savoir le sodium (Na) et le chlorechlore (Cl) sont présents dans la banquise à 98% du poids et dans le sel cristallisé à 99 %.

Lac Assal, cristallisation en billes du sel.

B - Dallol

Ce site situé 100 mètre sous le niveau de la mer au milieu d'un désertdésert de sel constitue l'une des régions les plus chaudes de la planète. Les températures de plus de 50° à l'ombre sont courantes et l'ombre bien entendu quasi inexistante. Ici au milieu des émissionsémissions de fumeroles, on découvre d'énormes concrétionsconcrétions jaunes et oranges créés par des dépôts successifs de souffre et de sel pouvant atteindre 5 mètres de hauteur. Autour de ces pudding de souffre, les rares flaques se sont transformées quant à elles, en de véritables mares d'acideacide ultra concentré

Dallol, cristallisations de sel et de soufre.

La Death Valley aux Etats-Unis est encore un endroit couvert de sel, restes d'évaporation d'un lac récent qui s'est asséché il y a seulement quelques milliers d'années. Le fond de la vallée de la Mort est à plus de 90 mètres sous le niveau de la mer, alors que le mont Whitney, à 50 km, s'élève à plus de 4 400 mètres.

Vallée de la mort.

C - Les dômes de sel

Il faut regarder quelles sont les masse volumiquesmasse volumiques des roches et des minérauxminéraux et constater que le sel a une masse volumique plus faible que les autres minéraux et roches

Tableau de quelques masses volumiques de roches et mineraux

et donc qu'il aura tendance à remonter surtout sous l'effet de pressionspressions importantes qui sont présentes dans une série de couches géologiques et qui auront tendance à rendre les roches légèrement plastiquesplastiques, suffisamment en tous les cas pour qu'elles puissent se déplacer sans se casser.

Anomalie gravimétrique

La figure montre les courbes de niveaux des anomaliesanomalies de gravitégravité mesurées au dessus d'un dôme de sel. Les courbes de niveau "s'enroulent" autour d'un centre avec une régularité qui montre qu'on a une masse anormale "sphérique" enfouie.

Profil de l'anomalie gravimétrique

La figure montre un profil de mesure (sur la ligne qui coupe la figure précédente) et la courbe calculée qui ajuste les données.

On voit donc que le fait de mesurer l'anomalie gravimétrique au dessus d'une masse anormale permet de déterminer sa profondeur et son extension si sa densité est connue. On conçoit l'intérêt de ces méthodes pour la prospection minière.

Lorsqu'un dôme de sel remonte, les séries sédimentaires cassantes formant le toittoit du dôme subissent des déformations tridimensionnelles composées d'étirement radial et concentrique. On observe de forts gradientsgradients du taux d'extension le long de ces structures. L'extension est accommodée par des failles normales radiales le long des flancs du dôme, et par un amincissement extrême au sommet du dôme. Le champ de déformation varie fortement avec la géométrie du dôme de sel, circulaire, elliptique, linéaire et présence ou non d'une pente de surface, et le champ de contraintes régional.

Les géologues s'intéressent à ces structures pour différentes raisons :

• Parce qu'elles peuvent bouger dans des champs de faille ou par fluagefluage comme c'est le cas dans le deltadelta du Nil. Vers l'est, la constructionconstruction de cet édifice, le plus grand de la Méditerranée, est caractérisée par l'influence de dépôts salifères sous-jacents, entraînant une structuration typique de la couverture sédimentaire récente, et par les effets d'une tectonique active (branche septentrionale immergée du « RiftRift » de Suez ?) qui contrôle clairement la répartition des nombreux diapirsdiapirs de sel. Au large de Port Saïd, le delta profond est le siège de glissements sous-marinssous-marins de dimensions et de masses considérables, contrôlés à la fois par la tectonique et par le fluage des dépôts de sels.

Delta du Nil - © ESA

• Parce qu'elles peuvent être le piège de grandes réserves d'hydrocarbureshydrocarbures comme dans le cas du Kasaksthan : cette république d'Asie centrale devrait devenir un gros producteur de pétrolepétrole, grâce à l'immense gisement off-shoreoff-shore de Kachagan. Enfoui à 4 000 m et recouvert d'un dôme de sel, il y a Kachagan, une immense réserve de pétrole découverte récemment. C'est le gisement le plus considérable mis au jour depuis les années 1970 : 38 milliards de barils. Alentour, il y a plusieurs champs de capacité plus réduite. Une fortune et un défi logistique et technologique. Captif d'un réservoir soumis à des pressions hors normes, le pétrole de Kachagan est aussi saturé d'hydrogène sulfuréhydrogène sulfuré... Pour compliquer le tout, il y a la Caspienne, ses colères, ses variations de niveau, sa faible profondeur (2 à 10 mètres) à cet endroit, ses eaux qui, dans cette zone, gèlent l'hiverhiver, par des températures de moins 30 degrés...

Forage offshore, région de Kachagan

• Parce qu'ils peuvent servir de dépôts pour les déchets nucléairesdéchets nucléaires ou d'autres déchets industriels, de dépôts aussi pour stocker du gazgaz et d'autres hydrocarbures, rien qu'en France il y a 3 dépôts de ce genre pour le gaz dont un dans la région de Lyon qui fait 400000mètres cube !
  Donc ces dômes de sel sont très recherchés et très étudiés, parce qu'économiquement très intéressants.

De plus on peut les repérer par satellite comme sur cette image de l'Iran sur laquelle les taches grises marquées d'un petit x sont des dômes de sel.

Dômes de sel en Iran

La Nature est pleine de bizarreries, et la géologiegéologie, malgré tout ce qu'elle n'est pas encore arrivée à expliquer, permet de découvrir les raisons de phénomènes qui paraissent au premier abord incongrus. En voici un exemple dans l'Utah à propos du sel. La Paradox Valley est située près de Bedrock, Colorado, 10 miles à l'est de la frontière Colorado-Utah et à mi-chemin entre Grand Junction et Cortez, Colorado. La rivière Dolores "sort " environ 205000 tonnes de sel de la montagne chaque année et traverse la Paradox Valley.... Il y a 50 Mans tout le drainagedrainage se faisait du sud au nord et l'anticlinalanticlinal n'existait pas. Quand l'anticlinal s'est soulevé ( 20 à 30 Mans) la Dolores River a continué à creuser son chemin pour garder le même tracé. Voici l'histoire :

Tout commence il y a 550 millions d'années. Une longue faille s'ouvrit et traversait en partie les actuels Etats de l'Utah et du Colorado, et tout un réseau la prolongeait. Cette faille en coupait une autre perpendiculaire, allant du Winsconsin à l'Arizona. Ces réseaux sont encore présents aujourd'hui, et font, avec d'autres, partie de la structure intime du continent. 250 ou 300 millions d'années plus tard les blocs se mirent à glisser les uns sur les autres, pour former un relief ressemblant à celui du Basin and Range. Le terrain se mit à s'élever à l'est de la grande faille et un bassin se creusa à l'ouest. La partie qui nous intéresse s'appelle Uncompahgre Uplift : arrasé puis recouvert de sédimentssédiments, sa trace subsiste au Colorado et dans l'Utah.

Uncompahgre Uplift

A ses pieds, le bassin lenticulaire, long de 350 kilomètres et large de plus de 70, s'étendait de la frontière du Nouveau-Mexique jusqu'à l'actuelle Price. Au début simple creux le long d'une montagne basse, sa profondeur finit par atteindre 6 kilomètres. Au début donc une mer peu profonde recouvrait la région, puis le bassin en fut coupé, mais continua de recevoir des apports réguliers d'eau salée, soit par de fortes maréesmarées, soit qu'une passe étroite ait été submergée de temps à autre, sans qu'une circulation réelle de l'eau s'établisse. Le climatclimat était brûlant et aride : l'eau contenue dans le bassin s'évaporait rapidement, comme dans un marais salant. La concentration en sels augmentant, la saumure plus dense coulait au fond du bassin où le sel cristallisait. Mais ici, personne ne venait le retirer : il s'accumula sur plus de 2000 mètres de profondeur. Selon un phénomène qui existe toujours le long de littoraux peu profonds soumis à un climat aride, le dépôt, que les géologuesgéologues nomment évaporites, était formé de couches alternées de sel et de gypsegypse.

En même temps que le bassin s'enfonçait, l'Uncompahgre s'élevait. L'érosion entraînait les débris dans le bassin : les plus fins étaient portés loin par les courants, les plus grossiers s'accumulaient au pied de la montagne. Leur poids fut bientôt tel que la pression sur le sel devint insupportable. Le sel n'est pas une roche dure : il n'a guère de consistance. Sous la pression, les lits se mirent à fluer vers des zones de moindre résistancerésistance, comme une pâte dans une filière. Les bords abrupts des failles parallèles les détournèrent vers le haut, vers des stratesstrates plus meubles. Alors que l'épaisseur de sédiments au-dessus des lits des sels ne cessait d'augmenter, ces derniers, plus loin à l'ouest, gagnaient vers la surface sous laquelle ils formèrent de longs dômes dont certains atteignent 4800 mètres de hauteur. Ces mouvementsmouvements durèrent 150 millions d'années.

Le continent nord-américain se trouva complètement émergé. Les glaciersglaciers, les lacs, les fleuves et leurs affluents s'installèrent. Sous la surface du sol aussi, un réseau de cours d'eau se mit en place, dont l'eau dissout le sel et l'emporta. Seul subsista le gypse, moins soluble. L'espace ainsi libéré ne pouvait rester vide, le sol s'affaissa laissant place à plusieurs vallées sans cours d'eau. Lorsqu'une rivière transversale passait là, elle vit diminuer localement la hauteur de ses berges, et continua sans se détourner de creuser son lit dans la trace établie. Le plus important de ces effondrementseffondrements est Paradox Valley : 55 kilomètres de long.

Paradox Valley

On voit la vallée fermée, et la rivière sortir de sa gorge et la traverser, quasiment à angle droit , repartir dans la montagne de l'autre côté...

Dolores River

La photo n'est pas excellente mais on voit très bien la rivière s'engager perpendiculairement à la vallée...selon son ancien lit.

Son nom lui vient de ce qu'il est traversé à angle droit par la rivière Dolorès. Les premiers pionniers, ne trouvant pas d'explication à cette "vallée" en travers de la rivière, lui donnèrent ce nom de Paradox. Lorsque les géologues comprirent l'existence du bassin, il lui attribuèrent tout naturellement le même. Moab est bâtie dans une de ces vallées sèches : on voit le Colorado sortir d'une falaise, traverser la "vallée de sel", et entrer dans une seconde falaise vis-à-vis de la première. A quelques kilomètres, un autre effondrement traverse le Parc National des Arches. Au total, une dizaine de ces "vallées" sont concentrées dans l'Utah et le Colorado.

La Sal Mountain Utah

Isolées, les montagnes Henry (Mt Ellen, 3530 m), La Sal (Mt Peale, 3867 m) et Abajo (Mt Abajo, 3448 m) émergentémergent de ce pays de plateaux. Elles ont été formées par des intrusions de magmamagma, refroidi avant de percer la surface. Il ne s'agit pas là de cheminéescheminées, comme dans des volcansvolcans ordinaires, mais d'énormes masses étalées sous les strates qu'elles ont soulevées, formant de véritables dômes qui peuvent aujourd'hui dépasser la plaine de 2000 mètres. Ces structures sont nommées "laccolites".

La Sal Mountain, montagne du Sel, a poussé au beau milieu du Paradox Basin, et les géologues supputent que le magma a probablement envahi l'espace qu'un dôme de sel occupait auparavant. La montagne tient son nom des sources salées découvertes à ses pieds par les explorateurs espagnols.