Introduction sur les altérites ou latérites

Texte traduit et enrichi à partir d’un article de W. Schellmann.

Le docteur Werner Schellmann a travaillé sur les latérites dans de nombreux pays tropicaux à l’Institut fédéral des géosciences et des ressources naturelles d’Hanovre (Allemagne).

Rappels historiques

Pour ceux qui ont eu la chance de s’y rendre, les altérites   ou latérites sont bien connues généralement dans les pays chauds, asiatiques ou africains ou encore en Australie.

Largement utilisées en tant que matériau de construction depuis plus de 1000 ans, elles ont été extraites du sol ou du sous-sol et découpées en blocs comme c’est le cas par exemple pour le Temple d’Angkor ou parfois en Bretagne, pour la construction de ferme en terre dont le matériau de base est un mélange d’altérites   argileuses et/ou limoneuses et de paille (les bauges).

Mais c’est à partir du dix-neuvième siècle, que leur intérêt scientifique s’est fait sentir, lorsqu’un chirurgien anglais du nom de Francis Buchanan publia ses multiples observations et résultats d’un voyage le long de la côte occidentale du sud de l’Inde. Il invente le terme « latérite » lorsqu’il écrit en 1807 que ce qu’il a appelé « l’argile endurcie » … est l’un des matériaux des plus précieux pour le bâtiment. Constituant des masses importantes, sans aucune apparence de stratification, ce matériau repose sur le granite (Malayala) et contient une très grande quantité de fer, formant des tâches d’ocres jaunes et rouges. Dans la masse, tout instrument en fer le coupe facilement, et il est possible d‘y creuser des masses carrées avec une pioche, ou directement de le découper à la forme voulue avec une truelle, ou un grand couteau. Très peu de temps après, ce matériau se durcit comme de la brique, et résiste à l’air et de l’eau, mieux que n’importe quelles briques qu’il avait observées en Inde. Francis Buchanan proposa que le nom le plus approprié soit en anglais latérite, de lateritis qui signifie brique en latin.

Ces déclarations furent le commencement d’un nombre important d’études sur ce matériau étrange. Géologues mais aussi pédologues, minéralogistes, géographes, géomorphologues, ou ingénieurs des mines et de la construction ont participé à la recherche de latérite. Ce grand intérêt scientifique et ces divergences de points de vue ne se sont pas seulement traduits par une forte augmentation de la connaissance, mais par une grande confusion dans la compréhension de base et l’interprétation de la formation des latérites.

Les premières observations de Buchanan montraient que la latérite était un produit de l’altération   de d’une roche mère sous-jacente. Dans des études ultérieures, il avait été constaté que la décomposition chimique intensive des roches, était un phénomène répandu dans les régions tropicales qui touchait tout type de roche. De toute évidence les conséquences de cette altération   étaient une augmentation de fer, souligné par la couleur rouge-brun des latérites. Mais de nombreux produits d’altération   latéritiques ne montraient pas les propriétés décrites par Buchanan comme le durcissement prononcé après séchage rendant possible leur utilisation en tant que brique de construction.

L’augmentation des analyses chimiques sur des échantillons latéritiques a montré cette augmentation typique du fer et de l’aluminium et une diminution de la silice par rapport à la roche-mère sous-jacente. Ainsi les latérites se sont définies par le rapport Si/(Al + Fe) sans qu’il soit possible d’établir une limite précise latérite/roche mère pour chaque type de roche.

Au cours des cinquante dernières années, les scientifiques ont montré le rôle majeur du mouvement et de la précipitation du fer dissous (accumulation de fer absolue), contrairement à l’interprétation initiale prédominante d’enrichissement par la suppression de la silice et d’autres éléments solubles. Il est supposé que le fer migre vers le haut à partir de couches plus profondes (la théorie au début de l’ascension par capillarité), mais aussi vers le bas depuis le sol sus-jacent et latéralement dans la nappe phréatique  , pour précipiter dans la zone de battement   de la nappe phréatique  .

D’autres scientifiques ont souligné l’origine du fer à partir des zones plus élevées dans le paysage (plateaux, collines basses) et les précipitations dans les parties profondes surtout au pied des pentes. Les géomorphologues ont même suggéré que toutes les latérites formées par de tels procédés et par leurs positions hautes souvent sur des plateaux, ont été causées par une inversion de relief.

Certaines confusions peuvent exister et être faites avec l’utilisation des noms de sol tels que oxisol, latosol ou encore sols ferrallitiques, utiles dans les systèmes de classification des sols internationaux, mais difficilement utilisables pour les géologues qui traitent avec d’épais manteaux de latérites et/ou d’importants gisements de minerais latéritiques (bauxites et latérites de nickel).

En Bretagne, le profil d’altération   peut atteindre entre 70 et 100 m d’épaisseur, organisé de façon tripartite de la base au sommet :

  • sous la cuirasse très souvent non préservée, les allotérites composées par des argiles et limons d’altération  , souvent kaoliniques et tachetées, où la roche mère n’est plus reconnaissable,
  • les isaltérites composées de sables et/ou de limons d’altération   (fameuse arène typique sur les roches granitiques et pouvant contenir des boules de granites) où la roche mère est reconnaissable mais devenue extrêmement friable,
  • et enfin la zone fissurée c’est-à-dire la roche mère affectée par des fissures, fractures et failles d’origine tectonique et accentuées par l’altération   chimique. Ces structures tectoniques et tectono-altéritiques sont tapissées par des oxydes de fer (de couleur rouille).

Interprétation moderne

Les latérites sont les produits d’une exposition des roches à des intempéries d’assez forte intensité et de longue durée, tropicales mais qui n’est pas une condition sine qua none correspondant à de fortes précipitations et des températures plutôt élevées à tempérées. La compréhension de la formation des altérites   passent par l’analyse des réactions chimiques entre les roches exposées en surface et l’eau de pluie infiltrée. Ces réactions sont contrôlées par la composition minéralogique des roches et leurs propriétés physiques (clivage, porosité) qui favorisent les échanges roche-eau. Le deuxième facteur pertinent pour la formation des latérites, sont les propriétés chimiques de l’eau qui réagit comme les constituants dissous, la température, le pH, le potentiel redox, contrôlés par le climat, la végétation et la morphologie du paysage.

Malgré des précipitations annuelles assez élevées dans les régions tropicales et subtropicales, la répartition dans le temps des altérites   varie fortement d’un pays à un autre. La dissolution des minéraux se fait lorsqu’un équilibre chimique n’est pas atteint entre les constituants dissous et l’eau. Les réactions chimiques sont en outre commandées par l’activité de l’eau qui correspond à un mouvement libre de l’eau à l’intérieur de pores rocheux. De plus, les taux de stabilité et de réaction varient d’un minéral à l’autre ; par exemple, le quartz est plus stable que le feldspath. C’est ainsi qu’une classification des minéraux par rapport à leur résistance à l’altération   a pu être établi en 1938 par Goldish.

Résistance des minéraux à l'altération (Goldish, 1938)"
Résistance des minéraux à l’altération (Goldish, 1938)

Si l’ensemble des facteurs participant à la formation de latérite sont bien connus, il est difficile d’en déterminer dans l’espace et le temps, leurs parts respectives. La recherche d’informations les plus précieuses sur l’altération  , est obtenue par des études détaillées de profils complets d’altération   (profils latéritiques), allant de la roche mère inaltérée à la couche de surface fortement altérée. Cependant, un nombre suffisant de profils latéritiques sur différentes roches mères ont été analysés ce qui permet une compréhension claire des processus fondamentaux de la latéritisation.

Les éléments dans les minéraux primaires qui sont libérés, sont : le sodium Na, le potassium K, le magnésium Mg et le calcium Ca ; ils ne réagissent pas avec d’autres éléments et sont éliminés dans l’eau de percolation. Cette dissolution initiale est accentuée par une plus forte acidité de l’eau.

Un pourcentage élevé de la silice Si est également dissoute mais une partie réagit avec l’aluminium Al pour former de la kaolinite (argile minérale). L’hydroxyde d’aluminium ou gibbsite est formée si la concentration de silice est extrêmement faible en raison d’une évacuation très forte. Le fer Fe est très réactif avec des ions hydroxyles et forme la goethite et l’hématite, qui provoquent la couleur rouge-brun des latérites. Ainsi, le procédé dominante de la formation de latérite est le résidu (ou parent) d’enrichissement en fer et d’aluminium fréquemment par élimination de la silice, des alcalins et alcalino-terreux (Na, K, Mg, Ca). Cette altération   chimique correspond à la formation minéralogique de la goethite, l’hématite, la kaolinite et la gibbsite.

L’altération   peut se réaliser sous des climats tempérés. Certains appellent ces produits d’altération   les « saprolites » car le fer n’est pas aussi fortement concentré que dans les latérites qu’ils supposent « vraies ».

Les latérites rouge-brun sur des granites, des gneiss granitiques, des argiles et schistes sont généralement durcies après séchage, alors que les latérites de basaltes sont généralement friables et présentent une couleur rougeâtre intensive. La latéritisation des roches alcalines (syénites à néphéline, phonolites) aboutit souvent à la formation des latérites très alumineuses (bauxites). Sur les roches ultramafiques (serpentinites, etc.), la latérisation aboutit à des latérites jaune-brun riches en nickel.

L’altération   chimique

Tous les latérites sont marquées par un enrichissement en fer et une diminution de la silice et des alcalins et alcalino-terreux. Mais au-delà de ces caractéristiques, la composition et les propriétés des latérites peuvent être très différents et sont fortement contrôlés par les caractéristiques chimiques et physiques de la roche mère. Surtout, le comportement de l’aluminium n’est pas uniforme.

Essentiellement deux groupes principaux peuvent être distingués :

  • les latérites de roches mafiques (basalte, gabbro) et de roches ultramafiques (serpentinite, péridotite, dunite), où les teneurs en silice sont faibles et celles en fer plus élevées.
  • et les latérites de roches acides, telles que les granites et les gneiss granitiques, mais aussi les sédiments (argiles, schistes et grès) où les teneurs en silice sont élevées et en fer faibles.

Le tableau suivant montre les pourcentages d’éléments principaux de roches provenant de ces deux groupes et leurs latérites correspondantes. Les pourcentages sont des valeurs moyennes typiques d’échantillons de latérite et de nombreuses roches-mères. Les différences dans les rapports Fe2O3/Al2O3 montrent la différence de produits latéritiques obtenus.

Pourcentages d’éléments principaux dans les roches et les latérites correspondantes
En %SiO2Al2O3Fe2O3Fe2O3/Al2O3
Latérite (granite) 46,2 24,5 16,3 0,67
Granite 73,3 16,3 3,1 0,19
Latérite (argile) 39,2 26,9 19,7 0,73
Argile 56,5 24,4 5,3 0,22
Latérite (basalte) 23,7 24,6 28,3 1,15
Basalte 47,9 13,7 14,9 1,09
Latérite (serpentinite) 67,0 3,0 5,5 12,2
Serpentinite 38,8 0,7 9,4 14,1

La pertinence économique

La portée de l’altération   est économiquement significative, surtout pour l’extraction des métaux comme le nickel et/ou l’aluminium.

Les latérites de nickel fournissent actuellement 44% de la production mondiale et constituent 73% des ressources continentales. Dans un avenir proche, elles seront en première position pour la production. Ce minerai est lié à l’altération   de roches ultramafiques, où d’importants gisements sont situés, dans des pays tropicaux et surtout en Nouvelle-Calédonie.

Les bauxites sont pratiquement la seule source   pour la production d’aluminium. Leur nom leurs vient d’un village du sud de la France « Les Baux-de-Provence » où elles ont été découvertes. En géosciences, les bauxites latéritiques (bauxites de silicate) se distinguent des bauxites karstiques (bauxites de carbonate). Les bauxites karstiques se situent principalement en Europe et à la Jamaïque sur les surfaces karstiques de calcaire. Elles sont également formées par l’altération   de couches d’argile, intercalées avec des calcaires plus ou moins argileux. Leur contribution à la production mondiale de bauxite est aujourd’hui relativement faible.

La plupart sont aujourd’hui des bauxites tropicales de silicate qui sont formées à partir de divers roches silicatées comme les granites, des gneiss, basaltes, syénites, des argiles et schistes. Les grands gisements des bauxites latéritiques sont situés en Australie, au Brésil, en Guinée et en Inde, mais aussi en Guyane, au Suriname et au Venezuela.

Les processus latéritisation peuvent aussi participer à la modification de gisements d’or. Dans les tropiques, la couverture latéritique au-dessus de veines de quartz aurifères décrit un halo d’or correspondant à la dispersion du gisement et qui peut être tracée par l’exploration géochimique.

L’utilisation des altérites   en tant que matériau de construction a déjà été mentionnée ci-dessus, mais il existe un secteur pour lequel elles ne sont pas bénéfiques : l’agriculture. La lixiviation entraine en effet un appauvrissement en nutriments situés au-dessus des latérites, auquel peut s’ajouter leur durcissement en périodes sèches qui compliquent l’exploitation agricole. Seuls les sols latéritiques sur roches basaltiques peuvent réduire cet effet et permettre des récoltes meilleures.

Les lignes ci-dessus apportent un approfondissement et une vue générale sur le processus d’altération  . Il s’agit d’une traduction et d’une vulgarisation d’un article assez complet du Dr. W. Schellmann.

Références

  • Balan E. et al. (2007) : Inheritance vs. neoformation of kaolinite during lateritic soil formation : A case study in the middle Amazon basin. Clays and Clay Minerals 55, 253-259.
  • Bourman, R.P. and Ollier ,C.D. (2002) : A critique of the Schellmann definition and classification of laterite. Catena 47, 117-131.
  • McFarlane, M. J. and Bowden, D. J. (1992) : Mobilization of aluminium in the weathering profiles of the African surface in Malawi. Earth Surface Processes and Landforms 17, 789-805
  • Malengreau, N. and Sposito, G. (1997) : Short-time dissolution mechanisms of kaolinite tropical soils. Geochom. Cosmochim. Acta 614297-4307.
  • Schellmann, W. (1986) : A new definition of laterite : Geol. Survey India Memoirs 120 1-7.

Monographs :

  • Aleva, G.J.J. (Ed.) (1994) : Laterites. Concepts, Geology, Morphology and Chemistry. 153 p. ISRIC, Wageningen, ISBN 90-6672-053-0
  • Bardossy, G. and Aleva, G.J.J. (1980) : Lateritic Bauxites. 624 p. In : Developments in Geology 27, Elsevier, Amsterdam, ISBN 0-444-98811-4.
  • Tardy, Y. (1997) : Petrology of Laterites and Tropical Soils. 419 p. ISBN 978-9054- 106784

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Altération des roches