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Caractéristiques des minéraux des roches
Caractéristiques morphologiques et physiques
L’induration d’un minéral désigne son durcissement à se laisser rayer. Elle est variable d’un minéral à l’autre. Certains minéraux sont très durs tel que le diamant et d’autre plutôt tendres tel que le talc. L’appréciation de l’induration est empirique car aucune caractéristique liée à la mécanique du matériau ne peut être chiffrée [AL1962], [GM1991], [MS2016], [BZ2008] et [SI2016]. On considère généralement qu’il y a induration quand le milieu a une consistance dure et fragile qui se conserve avec l’humidité. On peut distinguer plusieurs degrés d’induration suivant que le matériau se casse facilement ou non à la main, se coupe ou non à la bêche, éclate ou non sous le choc du marteau [MR1958].
L’induration des sols selon [MR1958] dépend de plusieurs facteurs [SI2016] :
❖ de la composition et du degré de cristallisation des composants : plus les teneurs en sesquioxydes sont élevées, plus l’induration est forte ; la dureté croît avec la teneur en fer.
❖ de l’assemblage des éléments constituants : les cuirasses à assemblage compact sont plus indurées que les cuirasses à assemblage lâche ; les matériaux de composition homogène sont plus durs que ceux à composants ségrégés ; la présence de corps étrangers diminue la résistance de l’ensemble ;
❖ du degré de vieillissement : les formations plus âgées sont souvent plus dures que les formations récentes.
L’auteur [LA1971] précise que la résistance et la dureté des latérites durcies sont en fonction de leur composition chimique, de leur âge et de leur homogénéité. Il est à noter que les latérites riches en fer sont plus dures que celles en alumine [NU1959].
Couleur
Les couleurs sont des éléments essentiels à prendre en compte lors de la description des sols. Elles guident le pédologue pour distinguer les différents horizons avant de commencer la description systématique qui s’opère horizon par horizon. La couleur n’est pas un caractère trompeur : chaque modification est significative d’un changement dans les proportions d’un ou plusieurs constituants, ou bien d’un changement de leur état .
La couleur des sols sénégalais pourrait paraître presque latéritiques. Elle est variée d’intensités vives [DJ1954] et [MN2013]. Les teintes les plus courantes sont le rose, l’ocre, le rouge, le brun, jaune, jaune-orangée. Cependant certaines formations présentent des tâches et des trames violettes, d’autres des marbrures verdâtres. Un même échantillon peut présenter toute une gamme de couleurs passant plus ou moins sensiblement de l’une à l’autre, suivant des formes géométriques variées. Les couleurs vives, rouges ou jaunes sont dues aux oxydes ou hydroxydes ferriques. La couleur rouge est provoquée par la présence d’hématite et la couleur jaune par la goethite. La pigmentation des latérites est due aux oxydes de fer plus ou moins hydratés et parfois aussi au manganèse [KW1864] et [MR1966]. La silice, ordinairement blanchâtre et généralement imprégnée d’hydroxyde de fer, peut donner une couleur rouge ou rouille. Les kaolinites fixent le fer sur leur surface et prennent une couleur rouge franc. En bref, c’est le mélange de ces corps, différemment colorés qui donne la coloration extrêmement variée des latérites. Généralement, les sols latéritiques sont rouges en surface car fortement lessivés (fer ferrique (F e(OH)3) et jaune ocre en profondeur où se forme du fer ferreux (F e(OH)2, F eO)) [MG1961]. Il faut noter que l’appréciation des couleurs ne donne qu’une idée grossière de la composition des latérites. Elle permet cependant d’apprécier le degré d’évolution et le milieu de formation : les cuirasses ferrugineuses rouges ou ocres dans leurs stades juvéniles deviennent plus foncées en vieillissant. Elles sont alors brunes, parfois presque noires.
Densité
La densité des minéraux est une propriété mesurable ; elle est une constante physique qui caractérise un minéral donné. Beaucoup de minéraux ont une densité qui varie dans les larges proportions (2,5 à 3,6) dépend de la composition chimique [MN2013]. Celle-ci augmente avec la teneur en fer et diminue avec la teneur en alumine. Les formes oxydées sont plus denses que les formes hydratées. La valeur de densité peut renseigner sur les dynamiques d’altération subies par les formations latéritiques [AJ2002]. Ainsi, la densité apparente est toujours plus élevée en surface qu’en profondeur. Les cuirasses anciennes sont plus denses que les récentes [MR1958].
Structure
La structure se définit comme le mode d’arrangement des différentes particules solides du sol et les conséquences de cet assemblage. La structure est extrêmement variée. Les modes d’assemblage peuvent se réduire à trois éléments [MR1966] et [SI2016] :
❖ les éléments indurés formant squelette cohérent et continu,
❖ les éléments indurés qui sont des concrétions ou des nodules libres au milieu d’un matériau terreux,
❖ les éléments indurés qui cimentent les matériaux préexistants.
Ces types d’assemblage présentent cependant une grande variabilité, corrélative de la forme et de la grosseur des éléments qui entrent en jeu et des différents degrés d’induration.
On peut distinguer les formes suivantes :
❖ des structures homogènes ou continues. Il s’agit de roches dont les composants originels sont épigénèses par des sesquioxydes de fer ou d’alumines et parfois par du manganèse ;
❖ des structures hétérogènes ou discontinues, les plus communes. Elles se divisent en :
– structures de roches meubles, généralement graveleuses ; c’est le cas fréquent des horizons concrétionnés ou gravillonnaires ;
– structures de roches cohérentes à aspects variés (conglomératiques, poudinguiformes, volcaniques, scoriacés ou spongieux) ;
– des structures ordonnées (lamellaires, pisolithiques et oolithiques).
Le matériau comporte donc une succession d’éléments de diverses grosseurs et de formes allant de colloïdes à parfois des blocs [BZ2008]. Le auteur [AJ2002] précise qu’il est rare qu’une cuirasse ne présente qu’un seul faciès. Bien souvent, elle relève de plusieurs types avec des proportions variables suivant les plages considérées. Les faciès les plus fréquemment rencontrés, sont les suivants : massif, vermiforme, conglomératique, bréchique, lamellaire, nodulaire, gravillonnaire, pseudopisolithique, pisolithique.
Caractéristiques chimiques et minéralogiques
Caractéristiques chimiques
Toutes les latérites sont marquées par un enrichissement en fer et une diminution de la silice libre et/ou combinée. Les auteurs [MR1966] et [SW1986] mentionnent que les propriétés physiques des latérites qui sont semblables peuvent avoir des compositions chimiques différentes. Et aussi, les latérites chimiquement semblables peuvent posséder des propriétés physiques très distinctes. La composition et les propriétés des latérites sont fortement contrôlées par les caractéristiques chimiques et physiques de la roche mère. 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 sont plus élevées.
❖ 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 plus élevées et celles en fer sont faibles.
Les latérites se caractérisent par des teneurs élevées en sesquioxydes de fer ou d’alumine par rapport aux autres composants [AP1980], [BA2010], [AI2013], [MU1997] et [SW1994]. Ces composants essentiels sont en mélange suivant des proportions variées :
➤ Dans certaines latérites les teneurs en F e2O3 peuvent dépasser 80%, alors que les teneurs en Al2O3 sont très faibles (quelques pour cent).
➤ D’autres auteurs disent que les teneurs en alumine peuvent atteindre 60% pour quelques pourcents de F e2O3 [AL1962], [HR1964] et [AP1983]. Et les teneurs en silice combinée sont faibles dans les latérites riches en sesquioxydes. Si l’alumine constitue parfois le principal composant, ce sont les sesquioxydes de fer qui sont les plus communs et les plus fréquents. En partant de cette constatation, l’aurteur [DJ1954] affirme que l’alumine se rencontre dans les latérites de type Buchanan sous cette forme combinée.
➤ La silice combinée se trouve essentiellement sous forme de kaolinite, argile caractéristique de la plupart des formations tropicales. C’est le cas de la Guinée [MR1958]dont les teneurs en silice combinée s’élèvent à plus de 20 %.
Caractéristiques minéralogiques
Les auteurs [AL1962] et [MR1958] ont essayé de compléter les analyses chimiques par des études minéralogiques. Et aussi les études faites par la diffraction des rayons X et Spectrométrie de Fluorescence des Rayons X se multiplient et précisent la composition minéralogique des échantillons de sols [MR1966]. Les éléments principaux sont représentés par les oxydes, les hydroxydes d’alumine, de fer, des minéraux argileux, de manganèse, de titane, de la silice et des argiles. Les constituants secondaires sont des éléments texturaux des sols en place, des restes résiduels et des matériaux clastiques. Dans la majorité des cas, les bases alcalines et alcalino-terreuses manquent presque totalement. Mais ce critère n’est pas absolu. En particulier certaines cuirasses ferrugineuses formées dans les alluvions, ou certains horizons concrétionnés se développant dans les sols dits « ferrugineux tropicaux », peuvent contenir en quantité appréciable. Le fer se trouve dans les cuirasses sous des formes également variées dont les plus fréquentes sont la goethite α−F e2O(OH) et l’hématite F e2O3. D’autres minéraux dérivant de l’évolution des latérites tels que les oxydes de fer résiduels (γF e3O4) et l’ilménite (F eT iO2) ont également été observés dans certains échantillons provenant des sols intertropicaux. L’auteur [LA1971] ajoute que la kaolinite est le plus répandu des minéraux argileux dans les sols latéritiques. L’halloysite y est également trouvée. L’illite et la montmorillonite y sont rares. Des corps arrondis comme la gibbsite et la boehmite (hydrates d’alumines) se retrouvent aussi noyés dans la masse de certains sols latéritiques. La gibbsite et la boehmite remplissent fréquemment les fissures et les pores de la masse et des nodules. La silice qui présente dans les latérites est héritée d’un matériau originel. Elle se présente le plus souvent sous forme de quartz. La silice combinée dans les latérites a une forme d’argiles. Il s’agit surtout de la kaolinite [MR1966], [AL1962], [AJ2002] et [MM1991]. Les teneurs en silice combinée sont faibles dans les latérites riches en sesquioxydes, mais de nombreuses variétés, telle que la latérite de Buchanan, peuvent en contenir des quantités appréciables. L’eau combinée, déterminée par la perte en fer, se trouve toujours en quantités appréciables (10 à 30 %). Elle est plus élevée dans les latérites alumineuses que ferrugineuses [AP1983], [GJ1957] et [GM1976].
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Table des matières
Introduction
1 Caractéristiques des minéraux des roches
1.1 Caractéristiques morphologiques et physiques
1.1.1 Induration
1.1.2 Couleur
1.1.3 Densité
1.1.4 Structure
1.2 Caractéristiques chimiques et minéralogiques
1.2.1 Caractéristiques chimiques
1.2.2 Caractéristiques minéralogiques
2 Les sols et les roches
2.1 Généralité sur les sols
2.1.1 Définition des sols
2.1.2 Formation de sols
2.2 Classification des sols
2.2.1 Classification des sols
2.2.2 Répartition granulométrique
2.2.3 Courbe de distribution granulométrique
2.3 Formation de minéraux argileux
2.3.1 Généralités
2.3.2 Cohérence des sols
2.4 Hydraulique du sol dans un milieu non-saturé
2.4.1 Rétention de l’eau dans le sol
2.4.2 Conductivité hydraulique proche de la saturation
2.5 Les sols argileux gonflants
2.5.1 Généralités
2.5.2 Courbe de retrait des sols argileux gonflants
2.6 Les sols étudiés
2.6.1 Le milieu physique
2.6.2 Les types de sols
3 La Silice (SiO2) et l’agriculture
3.1 Classification des roches pour l’agriculture
3.1.1 Les argiles
3.1.2 Les sable et les limons
3.2 La silice (SiO2)
3.2.1 Généralité de la silice
3.2.2 Le silicium (Si)
3.2.3 Teneur en silice des plantes
3.3 Les minéraux dominants des échantillons
3.3.1 La Kaolinite (Al2Si2O5(OH)4)
3.3.2 Quartz (SiO2)
3.3.3 Goethite (F eO(OH))
3.3.4 L’Anatase (T iO2)
4 Techniques d’analyses expérimentales
4.1 Diffraction des rayons X
4.1.1 Principe de la diffraction des rayons X
4.1.2 La loi de Bragg
4.1.3 Le Diffractomètre utilisé
4.2 Spectrométrie de fluorescence de rayon X
4.3 Microscopie électronique à balayage
4.3.1 Description du MEBE
4.3.2 La microanalyse X
5 Analyse des Résultats et Discussions
5.1 Conditions Expérimentales
5.2 Résultats
5.2.1 Analyse par Spectrométrie de Fluorescence des Rayons X (FRX)
5.2.2 Analyse par diffraction des rayons X (DRX)
5.2.3 Analyse quantitative de phase en utilisant le Topas
5.3 Discussions
5.3.1 Caractérisation des éléments majeurs et traces
5.3.2 Variations minéralogiques dans les profils (intra-profils)
5.3.3 Variations minéralogiques entre les profils (inter-profils)
5.4 Exploitation des images obtenues par la Microscopie Electronique à Balayage (MEB)
5.5 Analyse chimique par Spectrométrie d’énergie dispersée (EDS)
Conclusion
Bibliographie
