2/ Origine géologique des argiles.

A/ Les mécanismes généraux de formation des argiles.

Trois origines des minéraux argileux sont classiquement délimitées dans la littérature:

1) L'héritage.

Par ce terme, on désigne simplement les minéraux argileux présents dans une roche, et que l'altération libère intacts, sans modification, dans le sol ou les formations détritiques résultantes, ou des argiles formées à partir d'une autre roche et accumulées dans celle étudiée.

    libération  roche-mère ---------> argiles

Cependant, il est rare que les minéraux argileux n'aient réellement subi aucune modification, même limitée.

2) Les transformations.

Dans ce cas - ci, des minéraux formés auparavant, ou apportés d'ailleurs, subissent des réarrangements de leurs réseaux silicatés, sans destruction complète de leur organisation précédente. Ils évoluent ainsi vers un nouvel état d'équilibre, avec les conditions locales du milieu dans lequel ils sont inclus.
On distingue, dans ces transformations, la dégradation, c'est-à-dire les processus allant dans le sens de l'altération, autrement dit de l'apparition d'une structure cristalline moins régulière, et d'une perte de substance. C'est un processus commun dans les sols.

Le processus inverse porte le nom d'agradation, et se rencontre dans les systèmes sédimentaires, car il implique souvent des augmentations de température et de pression.>

(Remarque : ne pas confondre l'agradation, ici définie, et l'aggradation (avec deux g), qui est un mode de croissance des systèmes sédimentaires au cours du temps, défini par la stratigraphie séquentielle, correspondant à un équilibre entre le volume des apports sédimentaires et l'espace disponible dans le bassin).

Dégradation ->

<- Agradation

3) Les néogenèses (ou authigenèses).

Ce processus correspond à une réorganisation complète de la structure cristalline. Elle intervient forcément quand une argile est formée à partir de certains silicates, comme les amphiboles, les péridots, ou les feldspaths.

 

B/ L'altération: mode de production des minéraux argileux

1) Les modalités de l'altération chimique.

 On rappellera simplement ici les grands traits de l'altération, avec les figures suivantes :
 

# Schéma de l'évolution minérale.

Minéral primaire + solution d'attaque -> minéral secondaire + solution de lessivage

(roche-mère) (eau plus ou moins chargée) (complexe d'altération) (eau de drainage)

# Mécanismes principaux d'altération.

	pH < 5	5 < pH < 9,6	pH > 9,6
Solution diluée en éléments salins (env. N/1000)	Acidolyse Eaux chargées en acides organiques	Hydrolyse Eaux pures ou chargées en CO2
Solution concentrée en éléments salins (Na, K, Ca)		Salinolyse Eaux chargées en sels d'acides forts (chlorures, sulfates)	Alcalinolyse Eaux chargées en sels d'acides faibles (carbonates et bicarbonates)

Principaux mécanismes d'altération superficielle des roches selon les caractères des solutions ioniques

 

# Hydrolyse différentielle des minéraux.

 

2) L'altération des silicates en minéraux argileux.

On rappellera seulement ici les trois grandes étapes de l'hydrolyse selon son efficacité, avec l'exemple classique de l'hydrolyse de l'orthose: l'hydrolyse constitue la principale réaction de dégradation.

# Bisiallitisation.

Silice et cations basiques ne sont pas totalement lessivés. On aboutit à des phyllites 2/1 (montmorillonite, illite, vermiculite), caractérisées par la présence de cations basiques interfoliaires (K+, Na+).

 orthose  ---> illite  +  solution 3 KAlSi₃O₈ + 2 H⁺ + 12 H₂O     ---> Si₃Al O₁₀Al₂(OH)₂K  + 6 Si(OH)₄ + 2 K⁺

( Perte en silice: 60%, perte en potassium: 67%)

# Monosiallitisation.

Les cations basiques sont ici totalement éliminés, et une part encore supérieure de la silice : il se forme des silicates argileux de type 1/1 :

 orthose ---> solution

  2 KAlSi₃O₈ + 2 H⁺ + 9 H₂O --->  Si₂O₅Al₂(OH)₄ + 4 Si(OH)₄ + 2 K⁺

# Allitisation.

C'est l'hydrolyse totale. Silice et cations échangeables sont entraînés tandis que l'alumine précipite sur place. Ces produits accumulés sur place correspondent couramment à des hydroxydes d'aluminium du type gibbsite ou boehmite.

orthose  --->   solution

2 KAlSi₃O₈ + 8 H⁺ + 8 H2O --->  Al(OH)₃ + 3 Si(OH)₄ + 2 K⁺ + 9 OH^-

 

3) Répartition géographique des modes d'altération.

L'altération des minéraux en argiles, entre autre par l'hydrolyse, dépend des conditions climatiques : chaleur, qui accélère les réactions chimiques, pluviosité, vent et autres agents mécaniques. En conséquence, les minéraux argileux issus de l'altération et qui sédimentent, se répartissent selon une disposition zonale latitudinale, superposée à celle des grands types de climats.

# Aux hautes latitudes (climat glaciaire), où 'eau est peu disponible et la tempétature basse, l'altération physique prédomine, et donne des minéraux proches de ceux de la roche-mère (héritage) : Ce sont surtout des illites, de la chlorite et des minéraux non argileux. Localement s'y ajoutent des minéraux hérités des couvertures sédimentaires anciennes démantelées, comme la kaolinite mésozoïque dans les mers arctiques.

# Sous climat tempéré, l'hydrolyse dégrade et transforme partiellement les minéraux: les sols bruns qui s'y forment contiennent des illites ouvertes, des interstratifiés irrégiliers divers, à composition plus smectitique que vermiculitique plus l'humidité augmente, des vermiculites et des smectites de dégradation mal cristallisées (pseudobisiallitisation). Si le drainage des solutions de lessivage est actif, le stade kaolinite, voire gibbsite, peut être atteint par les minéraux les plus fragiles, comme les feldspaths.

# Sous les climats chauds et humides, tropicaux  et équatoriaux, l'hydrolyse intense permet la formation de manteaux d'altération épais, dont le développement induit un nivellement des reliefs : Ce sont les sols rouges intertropicaux (latérites s.l.), souvent marqués par une cuirasse d'accumulation ferrifère. Les minéraux néoformés, surtout la kaolinite et les oxydes métalliques, plus ou moins hydratés (gibbsite, goethite), s'y développent, indépendamment ou presque de la nature de départ de la roche-mère. Allitisation et monosiallitisation dominent.

C/ La création d'argiles par l'hydrothermalisme.

L'hydrothermalisme des dorsales océaniques entraîne une substitution d'éléments entre les basaltes nouvellement formés et l'eau de mer. En particulier, il y a échange du calcium des verres basaltiques silicatés et du magnésium en solution, ce qui aboutit à une argile magnésienne d'altération (de formule simplifiée fictive MgSiO₃), et à la libération de calcium qui précipite au fond des océans et au droit des dorsales (au dessus de la CCD), en calcite CaCO₃. D'où la réaction bilan schématique :

CaSiO₃ + Mg²⁺ + 2 HCO^3- ---> MgSiO₃ + CaCO₃ + CO₂ + H₂O

Notons qu'au contraire des réactions d'altération continentale, cette altération libère du CO₂. D'autre part, elle est d'autant plus active que l'expansion océanique est rapide, et la fracturation intense.

 

D/ Devenir des argiles dans la diagenèse et le métamorphisme.

# Diagenèse précoce sous-marine : les argiles rouges des grands fonds.

 

 

# De la diagenèse précoce à la diagenèse profonde et au métamorphisme :

Cette évolution se traduit par (cf. schéma) :
- une homogénéisation des minéraux,
- une augmentation de leur taille et de la solidité de leurs structures.  

Enfin, dans le domaine du métamorphisme, les argiles donnent des schistes : la série argileuse, ou pélitique, conduit, à partir d'argiles supposées essentiellement composées de kaolinite, à des argilites, ou schistes phylliteux, du fait de la formation d'illite, puis, par déshydratation et cristallisation, àdes phyllades,ou aux schistes sériciteux et séricitoschistes; la séricite, issue de la kaolinite par déshydratation et enrichissement en potassium, peut donner ensuite de la muscovite (micaschiste à mica blanc), et la chlorite de la biotite (micaschiste à deux micas). Les minéraux proprement argileux disparaissent donc aux profits d'autres phyllosilicates et de silicates d'alumines (andalousite, sillimanite, disthène).