Cheverry, Claude

Fritz, B.

Tardy, Y.

Horizon / Pleins textes

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C. R. Acad. Sc. Paris, t. 278 (17 avril 1974) Série D - 1939 
GÉOCHIMIE DE LA SURFACE. - Néoformation d’une argile magnésienne dans 
les dépressions interdunaires du lac Tchad. Application aux domaines de-stabilité 
des phyllosilicates alumineux, magnésiens et ferrvères. Note (*) de MM. Yves 
Tardy, Claude Cheverry et Bertrand Fritz, présentée par M. Marcel Roubault. 
_q 
Dans les dépressions interdunaires du lac Tchad, oh les solutions sont très concentrées, un inter- 
stratifié vermiculite-montmorillonite magnésien est néoformé. Ceci apporte une confirmation sur le 
coût énergétique du magnésium dans les réseaux des argiles et permet une comparaison entre les 
domaines de stabilité des phyllosilicates magnésiens, alumineux et ferrifères. 
Dans les sols et les sédiments, la natu’re des minéraux argileux est très variée (’). 
Leur composition chimique est également différente selon les milieux dans lesquels 
ces minéraux se forment ou se maintiennent. C’est ainsi que, par exemple, la sépiolite 
et la stévensite sont liées à la sédimentation chimique basique [(I), (71 et que les 
beidellites ferrifères sont fréquentes dans les vertisols des climats tropicaux à saisons 
contrastées (’). Dans les profils d’altération sur les roches basiques, certains auteurs 
[(4), (’)I ont déjà remarqué que les argiles ferrifères apparaissaient dans des niilieux 
plus dilués que les argiles magnésiennes. C’est également ce qu’illustre la répartition 
des argiles héritées ou néoformées dans les sédiments lacustres des dépressions 
interdunaires de la cuvette tchadienne. Certaines de ces dépressions sont actuellement 
aménagées en polders, d’autres, plus vieilles, appelées ouadis, sont devenues de 
7 véritables salines. 
I. NÉOFORMATION D’UNE ARGILE MAGNÉSIENNE DANS LES POLDERS DU LAC TCHAD. 
- Dans les dépressions interdunaires de la bordure septentrionale du lac Tchad, 
les eaux superficielles ainsi que les eaux des nappes sont soumises à une forte évapo- 
ration. Des carbonates et des sulfates de calcium et de sodium précipitent en surface 
ou dans la masse des sédiments lacustres exondés [ (6) ,  (’)I. Dans la fégion des 
polders de Bol, la fraction argileuse des sédiments fraîchement exondés renferme 
60 à 70 % de montmorillonite, 20 à 30 % de kaolinite et environ 10 % d’illite. Dans 
les polders âgés de 20 ans et évoluant vers une voie saline neutre à sulfate de sodium, 
la nature et les proportions relatives des minéraux argileux sont identiques à celles 
des sédiments d’origine. Dans les horizons de surface des sols de polders âgés de 
20 ans, mais évoluant dans une voie alcaline et carbonatée sodique, la proportion 
de montmorillonite augmente systématiquement (80 % de montmorillonite, 10 
20 % de kaolinite, O à 10 % d’illite), alors que les horizons profonds ont encore 
utte composition minéralogique analogue à celle des sédiments du lac. Dans les . 
l’ouadi Latir situé à 20 km à l’intérieur des terres, le sel dominant est le carbonate de 
sodium, le pH est élevé (9,5 à 10,5) et la fraction argileuse renferme 100 % d’une 
Phyllite magnésienne ‘à comportement d’interstratifié vermiculite-montmorillonite 
(pic à 14 A à l’essai normal, 15 A à l’éthylène-glycol et 11 A après chauffage à 
490 oc). ‘Au microscope Clectronique, cette argile se présente sous forme de paillettes 
-_ horizons superficiels et profonds des sols beaucoup plus âgés de la dépression de 
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2000 - Série D C. R. Acad. Sc. Paris, t. 278 (17 avril 1974) 
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‘de 1 p de diamètre environ, aux bords arrondis ou hexagonaux. L‘analyse chimique 
.est la suivante : 
Perte à 
‘Si02 A 1 2 0 3  MgO ‘ C a 0  Fez03 Mn3Or Ti02 Na20 K20 lOOOoC Somme 
55,O 5,74 17,20 0,22 2,70 0,075 0,24 0,93 0,23 17,58 99,915 
Elle correspond à une formule structurale : 
(A1i,;lM&(’,OFei,;6) 01 O(oH)2Ca0 ,0zNaO;l 3K0;02- 
Ainsi, la montmorillonite alumineuse et ferrifère hériGesemble stable, non 
seulement dans les sédiments du lac, mais aussi dans les sols de polders qui évoluent 
dans la voie saline neutre à sulfate de sodium. En revanche, les horizons de surface 
des sols de polders évoluant dans la voie alcaline carbonatée sodique, s’enrichissent 
en montmorillonite. Il s’agit vraisemblablement d’une montmorillonite magnésienne 
analogue à celle qui a été trouvée dans la dépression de l’ouadi Latir, évoluant 
Cgalement dans la voie alcaline carbonatée sodique. 
II. CONDITIONS DE STABILITÉ DES ARGILES ALUMINO-FERRIFÈRES HÉRITÉES ET 
MAGNÉSIENNES NÉOFORMÉES. - Une estimation de l’enthalpie libre de formation des 
minéraux argileux de compositions variables peut être obtenue [ (8 ) ,  (’)I en addi- 
tionnant les-valeurs des enthalpies libres de formation des oxydes silicatés pondérées 
de leurs proportions respectives dans les minéraux considérés. Les valeurs choisies 
sont les suivantes : SiO2 = - 204,6 ; Alzo, = - 382,5 ; Fe203 = - 176,O ; 
MgO = - 149,2 ; Ca0 = - 182,7 ; Na,O = --‘i75,3 ; H 2 0  = - 59,2 dans 
le cas des argiles dioctaédriques et - 54,l dans le cas des argiles trioctaédriques 
magnésiennes (valeurs données en kcal/mole). Dans ce cas, la valeur de l’enthalpie 
libre de formation de la montmorillonite héritée dont la formule est tirée des analyses 
déj& publiées (3) : 
[si3,7 3 ,Alo ,2671 [All ,327Fe0,5 OM& ,261 0 1  O(OH)ZCaO, 13 3- 
est de - 1 234,48 kcal/mole. L’enthalpie libre de formation de la montqorillonite 
magnésienne saturée en sodium en position échangeable est de 1284,25 kcal/mole. 
L’équation de transformation de la montmorillonite aluminoferrifère en kao- 
linite et gœthite s’écrit : 
0,797 A12Si0205(OH)4 + 0,50 FeO(0H) + 2,139 H4Si04 + 0,26 Mg2+ + 0,133 
Ca2+ avec AGR = + 4,340 et log KR = 2,139 log [H4Si04] + 0,26 log 
[Mg”]/[H+]” + 0,133 log [Ca2+]/[H+]2 = - 3,182. 
morillonite magnésienne s’écrit : 
[Si3,733A11,5g4Feo,50Mg~,~~l 01 (0H)2Ca0,133 -I- 8,767 H4Si04 + 5,677 Mg2+ + 
0,594 Na+ * 3,125 ([Si4A10,51Fe0,16Mg1,901 OIO(OH)ZN~O,I~)  + 11,682 H+ + 
9,568 H 2 0  + 0,133 Ca++ avec AGR = 56,763 et 
-log KL= 8,767 log [H4Si04] + 5,677 log [Mg++]/[H+I2 + 0,594 log [Na+]/[H+] 
- 0,133 iog [Ca++J/[H+I2 = + 41,615. 
[Si3,733All,594Fe0,50MgO,261 O10(OH)2Ca0,133 f H f  f 4,729 H2O * 
L‘équation de transformation de la montm-orillonite aluminoferrifère en mont- . 
C. R. Acad. Sc. Paris, t. 278 (17 avril 1974) Série D - 2001 
L'équation de transformation de la montmorillonite magnésienne en kaolinite 
et gœthite s'écrit : 
[Si4A~0,51Fe0,16Mgl,901 Olo(OH)zNao,19 + 3,99 H +  + 4,575 HzO 3 0,255 
Al,Si,O,(OH), + 0,16 FeO(0F-I) + 1,90 Mg2+ + 0,19 Na+ + 3,49 H4Si04 
avec AGR = - 16,783 
logK,= 3,4910g[H4Si04] 4 1,90~log/Mg2+]/[H+]2 + 0,191og ma+]/[H+] = 12,304. 
Ces trois équations, calculées à 25 OC et 1 atmosphère, définissent les domaines 
de stabilité de la kaolinite et de la gœthite, de la montmorillonite aluminoferrifère et 
de la montmorillonite magnésienne dans l'espace à quatre dimensions (log [H4Si04], 
log [Mg2+]/[H+]2, log [Ca++]/[H+]', log ma+]/[H+]). Dans le diagramme à deux 
dimensions de la figure, les limites des domaines sont des droites, dont les positions 
varient en fonction des valeurs log ma+]/[H+] et de log [Caz+]/[H+]2 qui fixent les 
cotes des plans d'intersection. 
. 
I 
. .  
Diagramme de stabilité des minéraux 
Quatre analyses chimiques d'eaux prélevées dans les dépressions bordières du 
lac Tchad sont utilisées pour illustrer les domaines de stabilité des montmorillanites. 
Dans le diagramme présenté, la position des points figuratifs de ces eaux doit être 
située par rapport aux droites d'équilibre qui sont à la même cote (log [Caz+]/[H+2] 
et log ma+]/[H+] identiques). 
Les points A et Cy respectivement représentatifs d'une eau de la partie nord 
du Lac et d'une eau de nappe de polder évoluant ver.; ? L  voie saline neutre, sont 
situés dans le domaine de stabilité de la montmorillonits aluminoferrifère. Cette 
argile, en accord avec les observations de la nature, est stable dans ces milieux. Les 
---. ..- - 
- _ ‘  i.- 
- .  
2002 - SBrie D C. R. Acad. Sc. Paris, t. 278 (17 avril 1974) 
points B et D, respectivement représentatifs d’une eau superficielle de polder en 
voie d’assèchement et d’une eau de l’ouadi Latir évoluant en voie alcaline, sont 
situés dans le domaine de stabiliié de la montmorillonite magnésienne, qui se forme 
dans ces sols. 
TABLEAU. - Analyses chimiques de quelques eaux du systdme tchadien (mg/litre) 
Force 
HCO, CO3 SO,‘ Cl- Sioz Na- K Ca M g  pH ioniaue ..- . . - - -  
A . . . . .  85,4 o e 1  e 1 50 8,3 5,l 11,2 4,3 7,5 0,00182 
B . . . . .  1403 690 33,6 67,5 150 966 300 2,O 2,4 9,3 0,0533 c . . . . .  244 O 3298 28,4 85 840 230 500 180 6,45 1,313 
. D. ... . 12810 16200 27840 1065 122 30820 7410 < 1 < 1 9,6 0,0978 
CONCLUSIONS. -Dans les sédiments du lac Tchad et dans les sols de polder 
qui évoluent en régime sulfaté sodique neutre, les montmorillonites alumineuses et 
ferrifères se maintiennent. Les solutions en contactavec ces argiles sont peu concen- 
trées ou, si elles sont Concentrées, ont des pH relativement bas. 
- Dans les horizons de surface des sols soumis à une évaporation importante 
et évoluant en régime alcalin Carbonaté sodique, les pH et les concentrations en 
silice sont élevés et la montmorillonite magnésienne se développe en maintenant une 
faible concentration de magnésium en solution. 
- Il faut donc-opposer, dans les conditions de la surface, les milieux dilués, 
acides ou neutres, où les édifìces argileux stables sont représentés par les pôles 
alumineux et ferriques, aiix milieux concentrés ou alcalins dans lesquels les miné- 
raux qui se forment sont plus riches en magnésium et en silice. 
- Dans une Note précédente (’) il avait été montré que, dans les conditions 
moyennes de l’altération, les argiles les plus riches en fer ferrique apparaissent 
stables dans les milieux les plus dilués. Ceci illustre et confirme l’ordre de formation 
des minéraux argileux en équilibre avec des solutions de pIus en plus concentrées, 
déjà reconnu dans les sédiments (’) : nontronite, beidellite ferrifère, saponite, 
stevensite. Parallèlement à une augmentation progressive de la silice tétraédrique, 
le pôle ferrique est relayé par le pôle alumineux, puis par le pôle magnésien. 
- On doit remarquer enfin que le domaine de stabilité des minéraux argileux 
est avant tout conditionné par leur composition chimique et par les rapports entre 
les différents ions qui constituent les réseaux. Plus que les types structuraux eux- 
mêmes (argiles 1 : 1,2 : 1, en feuillets ou fibreuses), ce serait lacomposition chimique- 
des édifìces qui se révélerait être le meilleur critère-utilisable comme indicateur de 
milieu de genèse. 
’ 
- 
(*) Séance du 11 mars 1974. 
(1) G. MILLOT, Géologie des Argiles, Masson, Paris, 1964, 499 pages. 
(2) N. TRAUTH, Thdse Fac.-Sc. Strasbourg, 1974 (h paraître). 
(3) H. PAQVET, Th& Fac. Sc. Strasbourg et Mém. Serv. Carte Géol. Als. Lorr.,30, 1970, 210 pages. 
(4) W. E. WILDMAN, L. D. W ~ G  et M. L. JACKSON, Amer. Min., 56,3,1971, p. 587-602. 
(3 W. E:WILDMAN, M. L. JACKSON et L. D. WHITTIG, Soil SC. Soc. Amer. Proc., 32,6,1968, p. 787-794. 
(6) C. CHEVERRY, Thdse Fac. Sc. Strasbourg, 1974,275 pages. 
(8) Y. TARDY et R. M. GARREU, Geochzm. Cosmochim. Acta, 1974 (h paraître). 
(9) Y. TARDY, 5.3. TRWCASES et B.-FRITZ, Comptes rendus, 278, Série D, 1974, p. 1665. 
‘ 
. (7) C. CHEVERRY, SC. du SOI, 2, 1968, p. 33-53. . 
Centre de Sédimentologie et de Géochimie de la Surface, 
Institut de Géologie, 1, rue Blessig, 67084 Strasbourg ; 
Office de la Recherche Scientifque et Technique Outre-Mer, 
24, rue Bayard, 75008 Paris. 


Néoformation d'une argile magnésienne dans les dépressions interdunaires du lac Tchad : application aux domaines de stabilité des phyllosilicates alumineux, magnésiens et ferrifères

Néoformation d'une argile magnésienne dans les dépressions interdunaires du lac Tchad : application aux domaines de stabilité des phyllosilicates alumineux, magnésiens et ferrifères

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