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BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01
MEMENTO SUBSTANCES UTILESCARBONATES ET SULFATES DE SOUDE
par
M . GRÈS
Département Gîtes Minéraux
B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01
Rapport du B .R .G .M .
82 SGN 606 GMXRéalisation : Département des Arts Graphiques
S O M M A I R E
RESUME
1 - GENERALITES • i
2 - PRODUCTIONS - PRIX - UTILISATIONS 2
3 - GITOLOGIE 3
4 - PROSPECTION 5
5 - CONCLUSION 6
BIBLIOGRAPHIE 7
ANNEXES 9
RESUME
Le carbonate de soude (soda ash), en très grande partie,jusqu'en 1953, d'origine synthétique (procédé Solvay) était utilisé pra-tiquement sur place.
Les grands gisements du Wyoming, trouvés en 1907 et 1938 ontété productifs surtout à partir de 1953 mais leur éloignement des industries,le faible coût de l'énergie et les techniques d'extraction et de raffinageles handicapaient vis-â-vis des usines Solvay.
A partir des années 1970, le renchérissement de l'énergie, lesouci de protéger l'environnement et l'évolution des techniques de productiondu carbonate naturel ont rendu celui-ci nettement compétitif. Si seule larentabilité était prise en compte, toutes les usines produisant le carbonatesynthétique à partir du sel et du calcaire (procédés Solvay, New Àsahi -Na-et Ammonium Chloride -Ac- japonais) seraient fermées, et les U.S.A. auraientun quasi monopole de la production à partir de leur énorme gisement duWyoming, plus de 40 billions de tonnes.
De ce fait, il semble presque aberrant de rechercher de nouveauxgisements. Cependant, après examen des rares gîtes connus, essentiellementdes saumures, nous proposons une prospection à partir des régions volcaniquesou cristallines fortement lessivées par des eaux se concentrant en climatsemi aride. Les sources à pli basique, Ta>Th et Tn>0 ainsi que la présence deniveaux minéralisés en montmorillonites, zeolites, sëpiolite sont des in-dications favorables à une minéralisation en carbonates de soude.
11 en est de même pour le sulfate de soude (sait cake), encoreque celui-ci soit parfois un sous-produit de l'industrie et il est rela-tivement moins utilisé.
1 - GENERALITES
Carbonates et sulfates de soude (soda ash et sait cake), naturelsne sont exploités que dans quelques pays et cela depuis une trentained'années seulement :
- les carbonates essentiellement aux Etats Unis, 90 % ;
- les sulfates essentiellement dans les 3 pays d'Amérique duNord, 70 % et aussi en Espagne, Allemagne de l'Est, URSS.
Actuellement la production de carbonate naturelle s'élève à8.106 t (+ 24.106 t synthétique).
Le prix de revient du carbonate américain extrait en plein coeurdes Etats Unis est si bas 60 à 80 $/t en 1982 (17e) qu'il concurrenceallègrement, même en Belgique, le carbonate Solvay synthétisé dans desinstallations souvent amorties, 120 $/t. La différence est moins marquéepour le sulfate, exploité aussi en plein coeur des Etats Unis ou du Canada,car celui-ci est souvent un sous produit d'industries chimiques (cellulose,rayonne, chrome,... grillage de pyrite et sulfures...).
Le prix de ces produits dépend entre autres de celui de l'énergie,il faut par exemple 4600 kwh pour 1 t de carbonate synthétique et 2300 pourle naturel sans compter les quantités de produits bruts nécessaires : 1,7 tde minerai pour le naturel contre 1,6 t de sel + 1,3 t de calcaire + 2 kgd'ammoniaque pour le synthétique avec production encombrante de 10 m3
d'effluents + 0,3 t de déchets solides. (Cf. annexe, tableau E).
Les gisements connus exploités ont d'énormes réserves capables desatisfaire les besoins du monde entier pour quelques lustres, mais commepour les borates et le lithium, ils sont le quasi monopole des Etats Unis.Si les gisements de saumures sont relativement faciles à prospecter, ceux desels rocheux ont jusqu'à présent été découvert par hasard lors de foragesdans des bassins sédimentaires.
Les gisements résultent de la concentration d'eaux continentalesen bassins clos dans des conditions particulières et leur prospection dans unhorizon sédimentaire doit tenir compte :
- de l'environnement géologique conditionnant la compositiondes sédiments et sels emmenés par les eaux ;
- de la disposition topographique de la zone prospectée quidoit être un piège ;
- du climat régnant dans cette zone lors de la sédimentation ;
- des événements postérieurs conditionnant la conservation desels de cet horizon particulièrement sensibles auxtempératures, pressions, eaux (pH, tH, ta, tn...).
Ces gisements cachés peuvent être approchés par l'analyse des eauxenvironnantes de ruissellement si l'environnement géologique nourricierreste le même et s'il n'y a pas eu de bouleversement tectonique susceptibled'avoir provoqué la disparition des niveaux salifères par dissolution.
- 2 -
•i Les conditions géologiques de formation du gisement serontd'autant mieux conservées que celui-ci .,sera plus récent.
La disposition topographique est déjà plus délicate à imaginer,toutefois un bassin fermé fossile peut encore se traduire dans latopographie actuelle par son horizontalité terminée par un étranglement.
> Le climat peut être connu par l'étude des organismes fossilesprélevés dans cette horizon, quant aux événements postérieurs : une couvertureimperméable est indispensable à la protection de cet horizon et celle-ci nedoit pas être fracturée.
Ces sels de sodium particuliers sont en général accompagnés d'uncortège 'de sels mixtes et £oute une séquence de minéraux silicatesnéoformés, précède où suit leur dépôt. La disposition de ceux-ci dans l'espacepeut permettre d'approcher les dépôts de sels relativement purs.(Cf. Tableau A des minéraux)..
Remarque : La bibliographie trouvée est assez disparate, le seulgisement bien décrit est celui de la Green River (1). Quantaux études de l'ORSTOM (3) (4)... fort complexes, ellespeuvent être "très utiles pour la prospection.
2 - PRODUCTIONS - PRIX - UTILISATIONS
Carbonates et sulfates de soude existent relativement purs àl'état naturel, mais leur accumulation en "corps" importants exploitableséconomiquement est rare.
Aux Etats Unis, les prix de vente en vrac, sortie usine, étaienten Février 1982 :
Carbonate de soude naturel dense 40 mg 92 $' / " ' ! " " synthétique 132 $
En France, en 1980, les exportations de carbonate synthétique sefaisaient sur la base de 535 F/t'/
"Le sulfate" de soude valait en 1980 : 457 F/t, importé de Belgiquevers *la ̂ France et aux USA, en 1981 : 78 $.
Les gisements actuellement exploités sont des saumuresaffleurantes ou des accumulations souterrains cristallisées découvertes parhasard à l'occasion de forages.
Les principaux gisements connus ou exploités sont reportés dans leTableau B (lla-lle-16).
- Qualité des produits
. Carbonates
Les concentrés obtenus titrent plus de 99,5 % en Na2 C03 aux USA,98,5 au Mexique et 97,3 au Kenya. Le carbonate Solvay titre 99,5 %.
- 3 -
La capacité de production est de 35 000 000 t (1 500 000 t enFrance) dont 30 % naturelle, et 90 % de celle-ci pour les Etats Unis.Solvay à Dombasle-Soruralbe et Tavaux en produit 1000 000 t et les SoudièresReunies (Rhône Poulenc) 500 000 t à la Madeleine.
. Sulfates
Les concentrés obtenus titrent couramment 99 % (anhydrous, sodium,sulfate), c'est-à-dire plus que les produits synthétiques, 97 % (sait cake)obtenus par attaque de NaCl par H2S04 , =-.
La capacité de production est de 4500 000 t (150 000 t en France,Rhône Poulenc, P.C.U.K...). Toutefois E.M.C. possède 4 5 % de TessenderloChemie S.A. qui a une usine de 300 000 t à Wilwoorde près deBruxelles.
Ces substances sont utilisées dans les secteurs suivants :
*Carbonates %
Sulfates %
Verrerie
USA Europe55 63
8
Détergents
USA E7 4
40
Papier
USA E4 ?
50 ?
Pr. chimiques
USA E19 28
Environnement
USA E3,5 5
Reste
USA E13 -
2
* en 1981 pour les USA (17b)
3 - GITOLOGIE
Les gisements résultent de la concentration d'eaux relativementriches d'une part en sodium par rapport au calcium et magnésium,accessoirement Baryum et Strontium d'autre part en carbonate, bicarbonateset sulfates par rapport aux chlorures accessoirement . Bromure" et lodures.Alors par concentration après précipitation des alcalino-terreux sous forme decarbonates et sulfates très peu solubles, la saumure peut être saturée encarbonates, bicarbonates et sulfates de soude et très près de la saturationen chlorure de sodium, car ces sels oüt aux températures < 40° dessolubilités du même ordre, et ce dernier polluera au minimum ceux-là.
- 4 -
Les figures 1-2-3 donnent une idée de ce qui peut se passer lorsde la concentration quand la température varie(2). Mais ces courbes peuventaussi varier lorsque les pressions environnantes à cette saumure(atmosphère, végétation du fond...), en C02, S03, Cl... varient. Ainsi lanahcélite précipite à la place du Natron ou du Trôna si C02, dans l'air est> 1500 ppm.
Des études détaillées sur les gisements des Etats Unis et de laGreen River en particulier ont permis de connaître la genèse de cesdépôts(1).
En outre, plus les eaux sont concentrées en carbonates de soude,plus le pH augmente et plus elles sont susceptibles de solubiliser deséléments tels que Fe, Mn, Al, Si, Cu, Mg, qui précipitent avant lescarbonates et sulfates de sodium, sous forme de silicates, entre autres,Montmorillonites, Zeolites, qui sont (Cf. Tableau A) (lh) susceptibles depiéger une partie du sodium et de polluer les dépôts antérieurs de carbonates etsulfates de soude (lc-ld).
Il n'y a donc guère de chance de trouver de dépôts de ces sels parconcentration de saumures marines, trop riches en Cl.
Les eaux continentales sont plus favorables : (Tableau D).
Celles qui lessivent les roches, riches en Ca, Mg, Cl, S04, C03
sont à éliminer également. Les eaux des bassins constitués de roches àminéraux silicates sodiques s'ont les plus favorables et ceci d'autant plusque la teneur en sodium de ces roches est plus élevée, en tout premier lieucelles riches en feldspaths sodiques : Granites, Rhyolites, Syenites,Trachytes, Phonolites dont le lessivage par les eaux de pluies riches en acidecarbonique est le plus facile de tous les minéraux éruptifs (Fig.4).
Si ces roches contiennent des sulfures, les eaux seront égalementsulfatées et il se formera préférentiellement des sulfates de soude.Toutefois si la concentration des eaux à lieu en milieu réducteur en présencede bactéries ou d'organismes, ceux-ci sont capables dans un premier tempsde réduite" les sulfates en sulfures instables et le sodium libéré est piégésous forme de carbonate grâce au C02 qu'elles libèrent.
' Dans le cas général d'eau ± chargée en éléments détritiques, ilfaut d'abord qu'il y ait dépôt de la majorité de ceux-ci et que l'eau arriverelativement claire dans le lac où elle va être concentrée. Alors la séquencenormale de cristallisation est la suivante :
rGoe,thite-gibbs i teGoethite-MontroniteBeidelliteBeidellite-StevensiteStevensite-CalciteSilice amorphe -GaylussiteCarbonates ou sulfates de Na
Le nourissement par une nappe permet d'obtenir des dépôts de selspropres (Kenya, Tanzanie, Tchad).
- s -
La description de la genèse de quelques gisements est résumée parG. MAGLIONE, p.241 à 252 de sa thèse (3) jointes en annexe.
Le tableau C donnent quelques caractéristiques de ces gisements etde quelques autres moins bien connus.
4 - PROSPECTION
Jusqu'à présent les gisements cachés, exploités ont été découvertspar hasard à l'occasion de forages. Vu l'énormité des réserves de cesgisements de saumures et du gisement en roche de Green River, personne n'ajugé bon, semble-t-il de mettre au point des techniques de prospection descarbonates et sulfates de soude.
Cependant vu le contexte sédimentologique, on peut au moinséliminer les zones défavorables puis utiliser les guides qui sont lesminéraux néoformés stables peu sensibles au lessivage par l'eau. - • *>
Les règles à respecter dans les différents domaines semblent êtreles suivantes :
- Localisation : Régions où le lessivage se fait au détriment deroches cristallines ou volcaniques particulièrement des tufs,cinérites... plutôt que sédimentaires. •>
- Paléogéographie : . Climat à précipitations abondantes dans lazone de lessivage, climat semi aride dans la zone de concentration de la,saumure.
. morphologie : relief accentué dans la zone de lessivage,
- plateau où les eaux abandonnent les sédimentsdétritiques.
- cuvette, sans émissaires, où se fait la concentration• ;'/ces points bas peuvent être alimentés aussi bien par desrivières que des nappes. '
- Indices : . couches dolomitiques ou salées à la périphérie,niveaux de Montmorillonites et encore mieux de zeolites ou de sépiolite.,
. Eaux de source à pH assez basique, aléatoires dans lesquellesla concentration en C03 est supérieure à' celle en Ca, Mgautrement dit avec Ta > Th (dureté) et aussi, avec Tn (titrenatronique) > 0, c'est-à-dire teneurs [Na+K] > teneurs[Cl+Br].
. Forage d'exploitation avec gamma neutron (Fig.5), toutefoisces mesures sont analogues pour la plupart des évaporites.Quant en saumures, il suffit d'analyser les prélèvementsd'eaux ou de procéder à des forages à la tarière sur lesberges.
- 6 -
5 - CONCLUSION
La Recherche des gisements de saumures à ciel ouvert estrelativement facile puisque l'étude consiste uniquement en prélèvements etanalyses.
Celle des gisements cachés est très aléatoire et nécessite en plusdes connaissances géologiques classiques :
Une bonne saisie de la paléogéographie complétée de sondages danslesquels seront effectués les mesures gamma, neutron... et dont les passésévaporitiques seront analysées. :
Tous les indices répertoriés dans la bibliographie concernentpresque uniquement les saumures à ciel ouvert (9) ayant des conditionssubarides pendant une partie de l'année, il en a été ainsi trouvé dans leBassin du Yukon en Alaska (11 Novembre 1981, p.17). Ceci n'empêche nullementque des gisements de sels en roche bien emballés à l'abri de dissolutionsexistent ailleurs.
- 7 -
BIBLIOGRAPHIE
1 - Trona, Issue - Contributions to geology. Vol.10, n°l. Spring 71. Un ofWyoming. Laramie.
a - Geologic Framework of the Green River Formation in Wyoming,Claudia A. WOLFBAUER.
b - Geochemical History of Lake Gosiute : Jonathan H. GOODWIN.
c - Stratigraphy of the Trona Deposits in the Green River Formation,Southwest Wyoming : William C. CULBERTSON.
d - Wyoming Trona Deposits. Don L. DEARDORFF and L.E. MANNION.
e - The Mining of Wyoming Trona : Robert J. STEELE.
f - Processing of Wyoming Trona : W.R. FRINT.
g - Origin and Deposition of Trona : Hans P. EUGSTER.
h Authigenic Minerals in the Green River Formation : Charles MILTON.
1 - Early and Middle Eocene Faunas of the Green RiverBasin : Paul 0. Me GREW.
j - A. Summary of Authigenic Silicates in the Tuffaceous Rocks of the GreenRiver Formation : Ronald B. PARKER and Ronald C. SURDAM.
2 - Pascal - Traite de chimie - Tome II - Lithium - Sodium.
3 - Géochimie des Evaporites et Silicates néoformés en milieu continentalconfiné. (Dépression interdunaires du Tchad). G. MAGLIONE, ThèseParis VI-1974.
4 - Géochimie du Bassin du Lac Tchad. Bilan de l'altération, de l'érosion etde la sédimentation. J.Y. GAC. Thèse Strasbourg, 1979.
5 - Inventaire des Evaporites du Niger. H. FAURE, BRGM-DAK 65-A7.
6 - Géologie des dépôts salins. UNESCO, Paris 1972. Colloque de Hanovre,mai 1968.
a - Sédimentological problems of saline deposits, G. RICHIER-BERNBURG,p.33 à 37.
b - Playa Lakes -a necessary stage in the development of a saltbearing basin, M.G. VALYASHKS, p.41 à 51.
c - Scientific works in the field of geochemistry and the genesis ofsalt deposits in the USSR. M.G. VALYASKHA, p.289-311.
7 - Rezente Natriumsulfat-Lagerstättenbildung im • Iran-VorlaufigeMitteilung, K.J. DERKMANN, Ali MIR MOHAMMEDI, Clausthal géol,Abhz, 1977, p.61-66.
8 - Evaporites and Brines. G.J. SMITH... U.S.G.S. Prof paper 820, p.197-214,1969.
- 8 -
9 - Natural Sodium Carbonate Deposits - L.E. MANNION,p. 1061 à 1080 Industrial Minerals
10 - Natural Sodium Sulphate Deposits - W.M. WEISMAN Rocks - 4e éditionp. 1081-1093 AIMMPE - 1975
11 w Industrial Minerals
a - Soda ash - I. WATSON - Juil. 80, p. 17 à 31.
b - US Soda ash - I. WATSON - Mars 81, p.37-38.
c - Tanzanie Soda ash - Juil. 81, p.29-30.
d - Trona from Alaska - I. WATSON - Nov. 81, p.17.
e - Sodium sulphate - I. WATSON - Mai 80, p.61 à 77.
f - Canada Sodium Sulphate - I. WATSON - Supplément 1981, p.61-62.
g - 4e Congrès In. minéraux Industriels - Kenya, p.122-123.
h - Glass Boom.. Soda ash, Juin 74, p.51-61.
12 - Géochimie des Océans des bassins clos et des gîtes salifères.J. DELECOURT. Mém. Soc. Belge de géologie. Série IN-8°, N°l, 1976,177 p.
13 - Reconnaissance géologique et structurale du Nord du Bassin de
Taoudenni. Mém. BRGM, n°51, 1967. J.R. WILLEMUR.
14 - Plan Minerai du Mali, 1978 (Sebkha de Taouddeni-G. LANG, 1966).
15 - Annuaire des minéraux du Canada, 1967. Sulfate desodium - CM. BARTLEY, p.583-590.
16 - Industrial Minerals Directory. Metal Bulletin Boocks 1ère édition 1977.
17 - Soda ash session, 5e Congrès I1- Minéraux industriels - Madrid, 1982..a The US soda ash industry - past, present and future Dennis
Kostick, US Bureau of Mines, Washington, USA..b New developments in trona mining techniques Speaker to be
announced. FMC Corp., Philadelphia, USA.. c The Asahi Glass : "NA" process for synthetic soda ash production
M. Kamiya. Asahi Glass, Tokyo, Japan,.d Soda ash -the view from Europe. R.W. Purcell, Imperial Chemical
Industries, Northwich, UK..e The natural/synthetic soda ash rivalry intensifies-fundamental
cost structures for natural and synthetic soda ash processesR. Ai tala and F. Henrickson, Isonex, Houston, USA.
18 - Géologie appliquée, p.524-528. FUCHS et DELAUNAY, 1893.
- 9 -
ANNEXES
- Texte
Comparaison (de la sédimentation au lac Tchad) avec des milieux actuelsou fossiles, p.241 à 252 de la Thèse de G. MAGLIONE : Géochimie desEvaporites et Silicates néoformés en milieu continental confiné (3).
- Tableaux
. A : Principaux minéraux des gites de carbonates et sulfates de sodium.
. B : Principaux gisements de carbonates de soude exploités.
. B': Principaux gisements de sulfates de soude exploités.
. C : Caractérisation de quelques gisements de Carbonates et Sulfates desoude.
. D : Calcul des sels obtenus par evaporation d'eau après précipitationde la calcite et de la sépiolite (lg).
. E : Comparaisons économiques des différents procédés de fabrication duCarbonate de sodium
- Figures
1 - Système Na2C03-H20
2 - Système Na2S04-H20
3 - Système NaCL-H2O
4 - Composition d'un granite kaolinisé (et éléments lessivés).
5 - Logs des colonnes minéralisées en Carbonates de soude des mines de
la Green River -Wyoming- (IC). • ,: -. -
6 - Taouddeni - Bassin versant (géologique) (13).
7 - Taouddeni - Coupe d'une mine (13).
Annexe texte
COMPARAISON (DE LA SEDIMENTATION AU LAC TCHAD) AVEC DESMILIEUX ACTUELS OU FOSSILES
G. MAGLIONE
- A -
1 - COMPARAISON AVEC DES MILIEUX ACTUELS
Je décrirai successivement la playa de Saline Valley(chloro-sulfatée), celle de Deep Springs lake (suifato-carbonatée), toutesdeux situées en Californie. Enfin, on examinera le lac Magadi au Kenya, oùla paragenèse carbonatée s'apparente le plus à celle du Kanem.
1 - LA PLAYA DE SALINE VALLEY
Elle a été étudiée par LOMBARDI (1963) et plus récemment parHARDIE (1968). Il s'agit d'un petit bassin clos situé dans le comté d'Inyoen Californie. La dépression s'étend sur 56 km de long et 32 km delarge ; elle est entourée de montagnes dont les plus hautes culminent à prèsde 3 500 m.
La partie la plus déprimée de la vallée correspond à une playaencroûtée de sels qui couvre sensiblement une surface circulaire de 42 km2.Un corps de saumure très peu profond, saturé en NaCl, occupe environ 2 km2
de la surface, dans le coin sud-ouest de la playa. En dehors de ce petit lacsalé, la saumure est localisée dans les sables ou les boues, de 0,30 à 4,5 mau-dessous de la croûte d'efflorescences salines qui varie en épaisseur de 3à 90 cm. Cette saumure est diluée sur les bordures de la playa (1 à 3 % desels dissous), mais augmente rapidement en concentration vers le centre (27à 29 % de sels dissous).
Le drainage dans le bassin est exclusivement souterrain, exceptélors de violents orages qui, temporairement, peuvent inonder une grandepartie de la playa. La nappe d'eau est alimentée par des sources quijaillissent dans de profonds et étroits canyons, aux pieds des escarpementsfailles des montagnes qui délimitent le bassin. Ces eaux disparaissentrapidement dans les alluvions et n'ont ensuite qu'un trajet souterrain.
La pluviosité est d'environ 70 mm à la surface du bassin, souventconcentrée en un seul et violent orage. Il peut s'écouler plusieurs annéessans pluies.
Le bassin versant de la Saline Valley est constitué par uneépaisse (5 000 m) séquence de calcaires et dolomies paléozoiques avec depetites quantités de quartzites, de grès, de schistes et d'horizonsconglomératiques. Dans ces sédiments on note des intrusions mésozoïques demonzonites quartzeuses qui, en certains endroits, ont produit unmétamorphisme de contact abondant (marbre, etc...).
Les conglomérats et les boues lacustres qui tapissent lesubstratum de la vallée sont recouverts par des coulées basaltiquespleistocenes ; elles couvrent de larges surfaces à la terminaison nord de lavallée. Les dépôts les plus récents sont constitués par des cônes alluviauxet par les sables, boues et sels de l'actuelle playa.
Au point de vue chimique, les sources et les ruisseaux, avantqu'ils ne s'infiltrent, sont du type bicarbonaté-sulfate, le rapport desalcalins sur les alcalino-terreux variant d'une source à l'autre. Lessaumures de la playa présentent en revanche un faciès essentiellementchloro-sulfaté sodique.
- B -
Les principaux minéraux évaporitiques trouvés en efflorescences,ou dans les boues au-dessus de la nappe phréatique sont : halite,thénardite, mirabilite, glaubérite (CaSO4. Na 2S0 4), gypse, ulexite (NaCaB5G9. 8H20), calcite, dolomite, analcite, sépiolite.
En dessous de la croûte efflorescente, les minéraux dans lessables et boues de la playa sont disposés latéralement en zonesconcentriques. La séquence, de la périphérie vers le centre de la playaest : gypse -*• gypse + glaubérite •* glaubérite -»• glaubérite + halite -»• halite.
HARDIE (1968) a pu expliquer la zonation ainsi observée enutilisant les données thermodynamiques expérimentales disponibles dans lesystème CaS04 - Na2S04 - NaCl - H20 à 25°C et l'atmosphère de pressiontotale (D'ANS, 1933).
2 - LA PLAYA DE DEEP SPRINGS LAKE
La playa, située dans le comté Inyo en Californie, est occupée parun petit lac intermittent à une altitude d'environ 1600 m. Le bassin,totalement clos correspond à un graben de formation récente (JONES, 1965).
Antérieurement, la vallée de Deep Springs était occupée par ungrand lac d'eau plus douce qui couvrait plus de la moitié de la vallée, il ya tout juste 1000 ans B.P.. Un récent système de failles normales a supprimél'émissaire et déterminé une ceinture de sources qui remplissent le lacactuel.
Le bassin versant est constitué pour moitié de granodiorites et deroches sédimentaires avec, au contact des deux, une ceinture de rochesmétamorphiques et de zones minéralisées. Les dépôts lacustres de la playaactuelle sont constitués, avec un accroissement de l'épaisseur, du centrevers les bords par des croûtes salées, des boues carbonatées et des silts etsables bien triés.
' La pluviosité est de- 130 mm dans la vallée et de 375 mm sur lebassin, versant.- L'evaporation des saumures est comprise entre 750 et1300 mm/an. .
L'alimentation du lac est réalisée par quelques rivières perennes,mais surtout par un groupe de sources. L'évolution des eaux, avec unaccroissement de la concentration, montre une augmentation des pourcentagesrespectifs des alcalins, des sulfates et des chlorures.
La: séquence zonale des minéraux précipités des bords vers lecentre de la playa «st la suivante : calcite (ou aragonite) •* dolomite •*gaylussite -*• thénardite * burkéite (Na6(S04)2C03). La paragenèse formant lacroûte de surface est constituée du bas vers le haut par la nahcolite, lathénardite, la burkéite, le trôna' et -la halite. Dans les efflorescencescapillaires on note une dominance de halite et de thénardite.
- c -
Au point de vue des argiles, les espèces à 10 Â dominent,particulièrement le mica 2 M,, mais la chlorite, le talc et desinterstratifiés sont présents. Les effets majeurs du milieu salin- sur lesargiles semblent être la dégradation de la chlorite par perte de magnésiumet la réorganisation de la montmorillonite.
L'hydrochimie et la nature de la paragenèse permettent de rangerle lac de Deep Springs dans le type sulfato-carbonaté, la burkéite étant leminéral le plus caractéristique de la paragenèse.
3 - LE LAC MAGADI, KENYA
Situé dans la partie kenyane du Rift de l'Est africain, il a étéétudié par BAKER (1958, 1963) et tout récemment par EUGSTER (1970).
Les eaux des lacs qui occupent les parties basses du Rift sont àdominance carbonate-bicarbonatée sodique, toute la gamme de concentrationétant représentée. Le lac Magadi contient les eaux les plus concentrées. Ila été salé au moins depuis 20 000 ans et .contient une quantité appréciablede trôna qui couvre une surface d'environ 75 km2, localement épaisse de 40 m.:
Le lac occupe une étroite dépression, formée de deux branchescorrespondant au découpage, par des cassures pleistocenes nord-sud, d'unplateau de coulées trachytiques qui ont rempli le fond de la vallée. .
Le bassin fut en premier lieu occupé par un précurseur du lacMagadi, beaucoup plus dilué, avec au Pleistocene supérieur un plan d'eausitué 12 à 14 m au-dessus du rivage actuel.
Le lac Magadi, situé à l'altitude de 580 m, est entouré de chaînesmontagneuses dont les sommets les plus élevés culminent à 4000 m.. Au pointde vue hydrographique, il existe donc une excellente zone de réception pourles abondantes précipitations. Diverses rivières perennes y prennentnaissance et vont alimenter le bassin proprement dit du lac Magadi.Cependant, mis à part le Uaso Nyiro qui alimente le lac Natron, les rivièresdisparaissent dans les cônes alluviaux au pied des escarpements et'n'atteignent pas directement le lac Magadi.
Des écoulements temporaires se produisent au cours des deuxsaisons pluvieuses et amènent une certaine quantité d.'eau au lac. En fait,le lac normalement inondé durant la -, saison des pluies ¡ (mars-avril),.s'assèche en juin-juillet. L'alimentation du lac est en définitive assuréepar des sources chaudes qui correspondent à la résurgence des rivières aprèsun séjour plus ou moins prolongé dans un vaste réservoir souterrain. Ladisparition des rivières et la réapparition des eaux par les sources sontgrandement facilitées par les failles qui affectent le fond de la vallée..
. t •; > _
En général, les sources s'écoulent dans des lagons situés-sur lesbordures du lac ; ils ne s'assèchent jamais, même durant les périodes les.plus sèches. Les saumures des lagons .présentent une gamme, étendue de-concentration, intermédiaire entre celle des sources et celle des saumuresoccupant le lac ; les lagons agissent comme bassin de préconcentration.
- D -
EUGSTER (1970) a montré que le rapport Na /Cl" des eaux estidentique pour les rivières et les saumures chaudes, mille fois plusconcentrées. Il semble donc que les rivières, en disparaissant, vont remplirun large réservoir souterrain ; les eaux s'y mélangent et s'y réchauffentavant d'alimenter les sources chaudes. La filiation sources - lagons - lacest directement observable sur le terrain ; elle est également mis enévidence par la corrélation sodium - chlorure, valable sur toute l'étenduede concentration.
A l'appui de cette hypothèse, il faut signaler que cette région duRift est une zone de volcanisme actif (Oldoinyo Lengai), et donc d'un fluxthermique élevé.
Dans les saumures du lac, le trôna précipite entraînant unediminution des bicarbonates et un enrichissement des chlorures. Lasaturation est également atteinte pour la villiaumite (Na F ) , la mirabiliteet la thermonatrite.
' 9
La quantité de trôna accumulée à l'aplomb du lac (3.10 tonnes)représente une période d'au moins 6 000 ans, l'accumulation annuelle étantestimée à 0,3 cm de trôna.
C'est au lac Magadi que furent mis en évidence certains dessilicates sodiques sépcifiques des milieux confinés carbonates sodiques,magadiite et Kenyaite (EUGSTER, 1967) et makatite (SHEPPARD et al., 1972).Les deux premiers cités s'altèrent en chert comme on l'a vu au chapitre VI.
. Par ses caractères chimiques, le •lac Magadi représente le bassinclos qui se rapproche -le plus, du lac Tchad et des "natronières". Il s'enéloigne considérablement en revanche par son environnement géographique etgéologique.
Le lac Magadi est le type même du lac clos d'originevôlcano-tectonique :
-, ' relief environnant élevé-, permettant de larges et rapidesapports d'eaux et d'ions qui s'évaporent et se concentrent dans un bassinfaille, occupé par le lac. i
. lac alimenté par des sources chaudes provenant d'un réservoirsouterrain d'eaux météoriques infiltrées.
. subsidence rapide.
,: .-. Ce. modèle s'applique à d'autres lacs salés actuels : lac deDeep Springsv Saline Valley, Mer Morte (LERMAN, 1967), lac Abert dans1 'Onâgon :• (JOMES et VAN DENBURGH, 1967), lac Natron en Tanzanie. Il peutégalement servir de modèle pour des lacs fossiles comme le lac Gosiuteéocène ou le lac Searles pleistocene.
A l'opposé, le bassin tchadien et le lac Tchad représentent letype du bassin et du lac clos morpho-sédimentaire :
. relief environnant inexistant ; importantes quantités d'eauxapportées depuis les zones amont tropicales humides, suivant un long trajethorizontal au lieu d'un court cheminement vertical.
- E --
. absence d'influences ou d'interactions volcaniques.
. subsidence faible.
Le lac Tchad, avec ses dépendances littorales, semble être lemeilleur modèle actuel pour rendre compte des caractéristiques d'un milieude sédimentation chimique continental confiné, purement sédimentaire.
A l'échelle des temps géologiques, les lacs salés et bassins closconstituent évidemment des phénomènes mineurs.
Si 1 ' on excepte le cas unique de la formation éocène de laGreen River, la plupart des lacs salés actuels ne laisseront qu'uneempreinte minime dans la colonne stratigraphique. Certaines phasesd'assèchement du lac Tchad et des lacs -interdunaires au cours ~âe l'Holocènene sont décelables de nos jours qu'indirectement (diatomées de facièssursalés ; silicates sodiques ou cherts ; minéralisation anormalement hauteen certains endroits de la nappe phréatique par rapport à la minéralisationrégionale).
Cependant l'importance et l'intérêt des bassins clos n'est pasliée à leur "fossilisation", mais au fait qu'ils fournissent d'excellentsmodèles actuels de milieux confinés évaporatoires dans lesquels certainesdes roches carbonatées, les dépôts de gypse et d'anhydrite ont prisnaissance. Allant plus loin, EUGSTER (1969) ¡y voit même le milieu desédimentation des "banded iron formation" et des .cherts.
D'autre part, les minéraux évaporitiques ^(salins et silicatessodiques) constituent d'excellents marqueurs de faciès dans -la mesure où ils-résistent à l'agression d'une dissolution (encore peuvent-ils être l'objetd'une diagnose par leurs empreintes). • J
Dans le cas du bassin tchadien, le rôle dévolu aux associations dediatomées pour caractériser la température, le faciès chimique et le degréde concentration des domaines lacustres pourrait être pris en relais par uncertain nombre de sels (calcite, gaylussite., nahcolite, magadiite, kenyaite,kanemite). Pour les sels les plus solubles, il est bien évident que'cettegrande solubilité constitue un obstacle à leur conservation. On a vu dansl'exemple de la cuvette de Kafra tous les renseignements d'ordrepaléohydrologique, paléogéochimique et même paléoclimatique, que l'on pouvaittirer de la présence de silicates sodiques associés à des cherts en partienéoformés.
Les paramètres que l'on peut déduire de la présence d'un minéralsalin, d'ordre thermodynamique, sont à mon ; avis plus précis que ceux déduitsd'une association algale ou autre ; ils permettent une reconstitution à uneéchelle plus fine ; t°, pC02, aH2O, pH, faciès chimique et degré de salairedes eaux.
i •' ' •
Bien que difficile, l'établissement d'un bilan de l'eau, des ions,de la charge solide d'un bassin clos est possible.
- F -
II - COMPARAISON AVEC DES MILIEUX FOSSILES
Les deux dépôts salifères continentaux les plus étudiés sont sansconteste celui du lac Searles en Californie et celui de la Green Riverformation du Sud-Ouest:du Wyoming aux Etats Unis.
1 - DEPOT SALIFERE DU LAC SEARLES
Il est localisé dans la région des bassins désertiques du Sud-Estde la Californie (Vallée de la mort, lac Owens, Saline Valley...). Il s'estmis en place au cours du Quaternaire ancien, lorsqu'une succession de lacsqui remplissaient le bassin se sont asséchés ou rétrécis pour former deslacs salés. •
Le dépôt affleure sous forme d'un lit dfhalite pure qui couvre unesurface d'environ 30 km2. Sous la surface, le dépôt consiste en unesuccession de lits de minéraux salins et de boues qui couvrent une surfaced'environ 100 km2 (SMITH et HAINES, 1964).
Dans ce dépôt, la gaylussite, la pirssonite et le trôna sontabondamment représentés. Gaylussite et pirssonite sont présentes dans desmarnes dolomitiques et organiques, tandis que le trôna, principalementassocié avec la halite, est localisé dans des boues carbonatées ou en bancsbien individualisés ayant jusqu'à 3,50 m d'épaisseur. La nahcolite estrelativementv rare et apparaît généralement associée avec le trôna.L'épaisseur du dépôt totalise 290 m.
Des variations, verticales et latérales, sont observées dansl'assemblage des minéraux salins. EUGSTER et SMITH (1965), après une analysethéorique des relations possibles entre les phases, ont conclu que laparagenèse au sein d'une unité donnée résulte en premier lieu des variationslatérales et verticales des activités de l'eau et du gaz carbonique dissousdans, les saumures interstitielles des sédiments. Les valeurs de aH20 et deaC02, . sont régies par la composition de la saumure, la température et lapressicm..
v Chaque assemblage minéral représente l'ajustement des matériauxsedimentaires à des conditions physico-chimiques locales, c'est-à-dire qu'unéquilibre dans les sédiments lacustres a seulement été atteint dans dessecteurs déterminés. >
i "i
Les variations des aC0 2... et aH20 entre les différents litsn'ont pas été effacées par migration ties solutions ou par diffusion, à causede 1'imperméabilité des boues carbonatées qui"isolent chaque unité.
Avec la profondeur, la paragenèse devient plus simple et on notebeaucoup moins de variations entre les unités. Par exemple, la pirssoniteest la seule phase carbonatée calco-sodique représentée au-dessous de 203 m.
: Les études texturales de SMITH et HAINES (1964) indiquent que lagaylussite et la pirssonite se sont formées durant la diagenèse précoce parréaction des saumures avec les boues carbonatée. Il semble s'agir d'unmécanisme de remplacement, volume pour volume ; la croissance des cristauxdans les lits laminés encaissant n'a pas gauchi les laminations.
- G -
Les travaux de ces auteurs, essentiellement basés sur lesdifférences texturales, suggèrent que le trôna et la nahcolite se sontformés par précipitation sur le fond du lac et par recristallisation ouprécipitation à partir des solutions interstitielles durant la diagenèseprécoce. Les fins agrégats de cristaux aciculaires, de 3 cm à 30 <:md'épaisseur, qui apparaissent dans les bancs sont interprétés commeprimaires mais ceux qui pénètrent les laminations sont interprétés commediagénétiques. .
2 - DEPOT SALIFERE DE LA GREEN RIVER FORMATION
La formation de la Green River, est composée de sédiments lacustresd'âge éocène inférieur et moyen. Cette fprmation est représentée dans lebassin de la Green River dans le Sud-Ouest du Wyoming, dans le Bassin dePiceance Creek dans le Nord-Est du Colorado et dans le bassin de Uinta dansle Nord-Est de l'Utah. . .
* i • * *•
L'époque éocène se caractérise en Amérique du Nord par la créationd'un chapelet de lacs dans les bassins intérieurs du Wyoming, de l'Utah -etdu Colorado. Ceinturé par une série de hauteurs, le bassin de la Green Riverrésulte d'une lente subsidence commencée au Paléozoïque et qui s'achève à lafin de 1'Eocène. > JJ
Les lacs qui ont déposé ces sédiments ont existé durant environ4 millions d'années. Au début de 1'Eocène, on assiste à la création d'un lacd'eau douce (lac Gosiute) d'environ 32 000 km2,Ó muni d'un exutoire. vers lesud ; ce lac, dont l'existence s'étend sur 1 million d'années dépose dessédiments très organiques, schistes bitumeux, marnes (Tipton Shale Member).
Cette époque s'achève par un brutal changement climatique. Le lacGosiute rétrécit de moitié, devient un lac sans émissaire. Etalée sur1 million d'années, cette période voit le dépôt de schistes bitumeux, decalcaires dolomitiques, de trôna et de halite dont la séquence se répète unecinquantaine de fois dans cette série épaisse de.430 m (Wilkins Peak Member).
Puis un nouveau changement climatique apparaît. Le lactransgresse, atteint son maximum d'extension (40 000 km2) et reconstitue sonémissaire. La série déposée pendant les 2.millions d'années que dure cettepériode constitue le Laney Shale Member;; elle est formée de maraes brunes,calcaires, grès, schistes bitumeux et tufs volcaniques. A. la: fin de cette*période, le lac disparaît à la suite du comblement ,;du bassin parl'accumulation de sédiments et de cendres volcaniques et par un arrêt desubsidence. Une sédimentation fluviatile s'installe à nouveau.
• - • { •'• '- "•• •
La figure 56 permet de comparer le Lac Tchad actuel et le lacGosiute éocène.
La série salifère est représenté par des bancs étendus de trônapur et de trôna mélangé à de la halite. , - .
BRADLEY et EUGSTER (1969) ont' décrit cette série comme une "grandelentille" de sédiments dans le Wilkins Peak member qui s'est déposée durantles stades de bas niveau du lac clos. Après chacune des périodes de bas
- H -
niveau, durant lesquelles le trôna et le mélange trona-halite précipitaient,le lac connaissait des périodes d'expansion où il déposait d'épaisses unitésde schistes bitumeux et doloœitiques finement laminés et de minces lits demagadiite (EUGSTER et SURDAM, 1971)*. Ces lits de magadiite furent ensuitetransformés en cherts par lessivage du sodium.
Le milieu de dépôt envisagé pour les marnes dolomitiques et lesboues calcaires est celui d'une playa, avec une dolomite de formationsubaérienne, dans la zone capillaire de la nappe phréatique.
Cet environnement, équivalent continental d'une sebkra (KINSMAN,1969), est attesté par le grand développement des "mudcraks", par desconglomérats à galets aplatis et par des sables à stratifications onduléeset entrecroisées. -
Dans les parties centrales et sud du bassin les bancs de trôna etdu mélange trôna- + halite occupent une surface d'environ 2800 km2 sur uneépaisseur de 430 m. Les galeries et forages d'exploitation ont permis dedénombrer 27 bancs, de trôna (ou du mélange trôna + halite) dont l'épaisseurvarie de 1 m à plus de 10 m. Des cristaux de trôna apparaissent égalementdans les marnes dolomitiques ou les boues calcaires. Comme au lac Searles,les bancs de trôna sont interprétés comme primaires, tandis que les cristauxdisséminés sont interprétés comme diagénétiques.
Les autres minéraux salins mis en évidence sont les suivants :shortite, northupite, pirssonite, gaylussite, nahcolite, thermonatrite,wegscheiderite et tichyte.
Dans le Wilkins Peak member du bassin de Uinta, shortite etnahcolite sont les deux seuls minéraux salins représentés, tandis que dans
::j les formations du bassin de Piceance Creek, seule la nahcolite est présente.Ces deux bassins se sont arrêtés à un stade évolutif plus précoce que celuidu bassin de la Green River.
Lac Tchad et lac Gosiute éocène présentent un certain nombre deressemblances qui sont rassemblées dans les tableaux 37 et 38.
Le bassin versant du lac Gosiute n'aurait été que le cinquième decelui du lac Tchad à la latitude de Fort Lamy, alors que les surfaces desdeux lacs sont dans le rapport 1/2 à 4/5. En ce qui concerne lescaractéristiques physiques, les deux lacs se distinguent par leurspourcentages d'occupation du bassin très différents : 8 à 12 % pour le lacGosiute, 3 % et moins pour le lac Tchad.
Le climat apparaît moins aride pour le lac Gosiute que pour lelac Tchad actuel : 48 cm de précipitations contre 30, 150 cm d'ETP contre215.
Du point de vue hydrique, les apports par les tributaires aulac Tchad sont 10 fois supérieurs à ceux reconstitués par BRADLEY et EUGSTER(1969) pour le lac Gosiute. Les eaux du Chari étant moins chargées que laGreen River éocène, les apports en sels au lac Tchad ne sont qu'une fois etdemie supérieurs à ceux reconstitués du lac Gosiute. Outre les différences
r i; -
t
k .
Figure 56. - Comparaison du lac Tchad avec le lac Gosiute â son maximumd'extension éocène
- J -
LOCALITE pH
Chari1' 7,4
Lac Tchad2 7,5
Green River -
SiO2 'Ca2+ Mg2+ Na+ K+ HC03- C032- S04
2- Cl"
22,2 0,22 0,17 0,12 0,05 0,51 -
25,5 1,06 0,99 1,55 0,39 3,90 -
15,8' 3,07 1,66 1,78 0,08 3,63 - 2,41 0,50
Tableau 37. - Données- hydro chimique s 'du bassin Tchadien et de la GreenRiver (me/1, excepté SiO2 en mg/1).
1. ROCHE (1973). 2. CARMOUZE (1972). 3.BRADLEY et EUGSTEK (1969).
reconstitué par
Bassin. Versant (Km2-)Surface du lac (Km2) 'Occupation du lac (%)Pluviosité (cm)Température, (°C) i • •Evaporation (cm)Débit liquide des tributaires (m3/an)Apports en sels (T/an)Quantité de sels déposés (T/an)
Lac Gosiute
.126 00010 - 16 000
7,9 - 12,74822150
4,16.109
2,13.106
0,10.106
Lac Tchad
600 00020 0003,33028215 -40.109
3.106
0,52 - 0,6
Tableau 38. - Caractéristiques du lac Giosute éocène et du lac Tchad actuel
^Quantité déposée dans les interdunes du Kanem
- K -
de salure entre les deux tributaires, on doit noter la présence de sulfatesabondants et de chlorures dans les eaux de la Green River (reconstituée),alors que ces deux ions sont pratiquement absents dans les eaux du Chari.
Cependant à l'emplacement même du lac Tchad, les plus profondssondages (70 à 100 m) n'ont jamais mis en évidence d'évaporitesinterstratifiées dans les séries lacustres quaternaires, bien que destémoins d'assèchement du lac Tchad existent. Dans les interdunes pluséloignés du lac, où la nappe est à plus grande profondeur, seules lesassociations de diatomées (SERVANT, 1970) montrent les variationsimportantes de salinité "qu'ont connu les" lacs ïnterdùnairés au cours del'Holocène, notamment lors des ingressions lacustres, par remontée de lanappe phréatique.
Il semble que la disposition hydrogéologique actuelle que j'aidécrite dans le second chapitre a toujours plus au moins prévalu au coursdes derniers millénaires.
L'évacuation des sels par infiltration latérale ne semble jamaisavoir permis au lac Tchad d'atteindre une salinité suffisante pour que laprécipitation des sels les plus solubles se réalise. Les seuls dépôtsévaporitiques importants ont été et sont actuellement confinés dans lesinterdunes qui ont joué et jouent le rôle de "pièges". Dans ce cas, lemécanisme procède essentiellement par remontées capillaires et relève.d'unediagenèse précoce ; il s'effectue aussi par précipitation directesynsédimentaire lors de l'assèchement des lacs interdunaires.
Ces sels recyclés à chaque remontée du niveau de la nappephréatique participent pour une grande part à sa minéralisation actuelle.
Fl.fî.1
L'existence dq<rois hydrates cpnjfnq phizes solides s ta blte est bien» > a C 0 , ' . 1 0 H ; O ; N a 3 C O s , 7 1 1 , 0 ; NajOQ^l'HjCK"Voici les nombres indiqués pour
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Système H 3 O *- N a C I . — La courbe de solubilité a trois bran-: \l- uilacu), K T (hydrate .NaCl.SlLO), T K (NuCl). Elle est limitée pur le
-&• 10V
Ûiit d'cbiilliUon normal (F) : température 108u8, concentration 39,G g NaCI %
d'eau. Les coordonnées du point d'eutexie (K) ut du point de trmuitiuu (T)
sutil :
TEMPÉRATURE.
— 21°G
+ 0-2
CHAUME)) 9£L
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' Vuici quelques nombres se rapportant à la courbe de solubilité (concentration!L*n y rum mes sei/100 g d'eau) (Chrétien) ("•) :
NaCI NaCI
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0.550,500,350.300,00
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(INCHES)O 160 8" 12" 115 55 2.1
FORMATIONDENSITY
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100
200
2800 O 100
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TAOUDENNI (MALI) - SALINES D'AGORGOTT - Coupe d'une mine du secteur Est (1961) (Communiquée par J. FABRE)
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Mineral
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GaylÜesite
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KorthOpice
Burkeite
Ulfcite
Mirahilite
Thénardite
Glauberite
Vanthoffite
Bloedite-Astrakanite-Simonite
LÓvi te
KíéBérite
Eptomite
Gypse
Bischftfite
Halite
Villíaumite
Montmoxillonite
Nontrooite
Beidellite
Saponite-Stevensite
sápiolite (Ecume de mer)
Attapulgite
Zeolite
Mordfinite
Clinoptilolite
Philipsite
Analcime
Fonnu 1 e
N a 2 C O 3
Na2CO 3
N a H C O 3 l N a 2 C O 3
NaHCO 3
N a 2 C O 3 , C a C O 3
NaAl(0H)2CO3
H20
10H20
2H20
2H2O
N a 2 C O 3 , M g C O 3 , N a C l
N a 6 ( S 0 O 2 C 0 3
NaCaB 5 O 9
Na 2SO l 4
N a 2 S O u
K a 2 S O „ C a S O ,
3Na2SOt, .MgSO),
N a 2 S O l 4 , M g S O l )
Na2S0i, .MgSOb
M g S O ,
Mg S O ,
CaSOu
MgCl 2
HaCl
NaF
8H20
10H20
2H2O
4H2O
>-2H20
H20
7H2O
2H20
6H20
m M g 3 S i ^ O 1 0 ( O H ) 2 - ' p ( A l
(AI
AI
>2
Densité
2,25
1,44
1,78 (2,11)
2,16 (2,22)
2,44
1 ,46
2 , 7 0
2,64
2,23
2,51
1,66
2,15
2,8
Fe3"*")2Si^O¡0(
Solubilité en
Na2CO3 : 7
Voir Figure
13
7
Faiblement s
^¿SOi, : 4 , .
Voir Figure
Faiblement
71
Maxi 0,24
Cf.Fij.3 30
4
W 2 - »H2o
Fe )2Si1(010(OH)2 - nH zO
(AlSi3O9OH)(OB)2 - nH20
7 •
Mg i , [S i 6 O 1 5(OH) 2 (H 2 O) 3 ]
H g s SieO20(OÖ
(Na,K)x(Mg,Ca,Sr
(Na 2 ,K 2 ,Ca) e
N a . K ,
(Na,K) 1 0
Ha
>6
,Ba)y[Alx+2y Si„-(x+2
A La Si - 0
Ale sito
Alio S i 2 2
A Si2
3H20
- '«üo
,)02n]»H20
O 9 0 24H 2 0
09 e24H30
O6„20B2O
0 6 H 2 0
g dans
à 0° -
1
a 0° -
à 0" -
oluble
•
g à 0
2
â 20"
â 40°
167
à 22°
à 20°
• "
100
50
42
16
68
- 91
367
- 36
ce eau
à 36s
à 100°
à 60°
49 à 35e
ä 100"
à 40°
â 106°
Remarques
Perd H 2 0 à 100°
Perd H 2 0 à 33,5°lr„ j s "ïi °Fond a 3J
*
Fond à 33°
Perd 2H20 à 80°
Perd 6H20 3 150°
Perd ^ H 2 0 à 105°
-
Les minéraux exploitée sont soulignés
TABLEAU A : PRINCIPAUX MINERAUX DES GITES DE CARBONATES ET SULFATES
DE SODIUM
Pays
Chine
Kenya
Mexique
U.S.A.Wyoming
Californie
Tanzanie
Soudan
Botswana
Localité
HonanHandchourie
Lac Magadi
Ecatepec20 km Mexico
Green River
II ri
it n
il H
Senles Lake
Dongola
Lac Makgadekgadi
Société
Magadi soda Ca (I.C.I.)
Sosa Texcoco .
Allied Chem. Corp.
F.M.C. Corp. '.
Stauffer Chen. Corp.
Texas gulf Ine (Elf Aquitaine)
Tenneco Inc . ' J
Kerr Mac Gee Chem. Co
Lac Natron (30 km La Magadi)
Botswana RST
Capacité en tonnes
1971
300 000
250 000
230 000
1980
2 000 000
2 300 000
1 400 000
900 000
1 320 000
150 000
80 000envisagé
1984
1982
2 000 000
2 600 000
1 800 000
910 000
900 000
1 320 000
Réserves - minéralisation
•- .
H20 combinée Na2CO3 : 45 - NaHCO-, : 35,7 - NaCl : 1 ,7 - NaF : 0,9+ saumure Na2CO3 : 19 - NaCl : 14 -
sauraure Na2CO3 : 5 - NaHCO3 : 1,5 NaCl : 5
N-IO9 t
Saumure + reserves 150 000 000 t Na?CO3
Na?CO3 - Na2SOu - KC1 -
TABLEAU B : PRINCIPAUX GISEMENTS DE CARBONATES DE SOUDE EXPLOITES
i
Pays
U.S.A.
Calif
Texas
Utah
Canada
Alberta
Saskatchewan
Espagne
Tolède
liurgos
KamLbie
Turquie
U.K. S. S.
R.D.A.
IRAN
Teheran
Mexique
Ciiahula
Chili
Argent ine
Localité
Trona
Westend
Brownfield
Seagravés
Odgen
Metiskow
Ormiston
Grant
Hardene
Palo
Chaplin
Bishopric
Fox Valley
G1adman
Villarrubia
Cerezo del Rio Tiron
Konya
Afyon
• Laguna del Rey
Désert Atacama
Santa Cruz
Salta
Lac
Searles
Horsehoe
•i
Snakdale
Alsask
Whiteshore
Chaplin
Frederic
Ingebrigt
East Coteau
Tersakan
Acigol
Kara Bogaz
Kutchak
La Loberia
Salar del Rio Grande
Société
Kerr Mac Gee Chem. Corp.
Ozark - Mahoning Co
Creat salt lake Mineralset Chem. Corp.
Alberta Sulphate Ltd
Ormiston Ming
1> Francana Mis Ltd . <
1Midwest Chem. Ltd
> Saskatchewan Mis
Sybouts Sodium Sulphate
Union Salinera de España
Crimidesa
South West Africa Co
Alkim Alkali Kimpa S.A
Karabogaz golsulphate Kombinat
Soyus promexport
VEB Kambinat Kali
Quimica del Rey(Industrias Penóles S.A.)
Soquimich
Sulfargentina SAMIC
Capacitétonnes/an
225 000
225 000
150 000
40 000
75 000
91 000
63 000
42 000
110 UUU
90 000
45 000
135 000
45 000
120 000
60 000
25 000Thénardite
80 000
25 000
200 000
40 000
40 000
65 000
50 000
Réservestonnes
> 900-10r>
1 700 000
1 700 000
2 600 000
6 500 000
3 000 000
2 4 00 000
9 000 000
3 5 00 000
200
1 000
170-1O6
Gisement
Détail Tableau C
?0 km x 5 m mine
lac 1 3 x 4 kji2 - Na2S0u : 8NaCl : 5MgSO^ : 2CaSOi, : 1
lac 27 x 10 km2
golfe 14 000 km2
Tableau C
lentille 8 km x k km x 10 m :- haut :- bas : argiles
lac à 4 000 m - 50 km2 x 4 m
Pbservations
Li - B - K - Na2C03
KjSOnMgSO,, i
-
- ;
,'_
Na^Û!, : 67 - CaSOi,-: 19-- argiles-: 10 — H 2 O :• 2
Na2S0„ : 99,5 - NáCl i 0 , ï - concentrés '-
+ Burkéïte : 1 000 t + trona : 4 000 t/an
evaporation •* Na2S0i, à 95 %
-f
sous-produit de la potasse
Na2S0,, : 35 - NaCl : 1,5 - MgSO„ : 5 à'l3 %
. ..
TABLEAU B1 : PRINCIPAUX GISEMENTS DE SULFATES DE SOUDE EXPLOITES
TABLEAU C
(IHYO-CALlFOiNlt)
Bassin - Morphologie
Depression ds 56 a 32 ka>2
entourée de «tun tagnescuisinant ft 3 500 •
Hontonita» quartieu»«s. CrétacéCtingloaér«!» at ar(i lea lacustresBasalt«! PlaîstoctneaAlluvi on« - Sablai - Argita» - Sala
liuu du £ÍHUBUMILSourc-i - Nappe«)
souterraine» + pluies 70 a V m
•inéraliseua » Dépôts
Ssiuaure : Ha-Cl-SO,, [ Cyps« BordSala dissouta ; - i X au bord > Cypsa + Claubérite
- 30 Z au centre I Glaubtrite, M, Claubérit» + halita
* H 4 P P e | Ualil. Centra
glauberite - gyps« -analeloe - »¿piolita
alcite - doloaiita -
LOMBARDI
IURD1E
1963
I96B
Deep Spring» Lake(INYU -CALIFORNIE)
Altitude I bOO • CEanodiorite» : 50 ZRocha» •¿taawrptiiquesRocha» SidiMutairaa
Sourcea » Rivieres• Pluiaa 375 aw/an
Evaporation SÜO 1 I 3UÜ aw/an
Eaux libre» : petit laSaumure Na-SOh-CQ}
Croûte ; Ualite (haut)TronaBurkeiteThanardiíaNahcollta (boa)
•* Aragon i taDolositaCaylussitaThenardilaBurkCÏta
(3)
KENYA
Lac Magadi Altitude 580 •entouré de suntagneecuisinant à 4 000 •
Pluie» abondante»
Riviire» souterraine»I
Sources chaud«»1 t
\ Lagon»| tI Lac
- taux aalëa» depuis 20 000 ans
Ha-CO3
an aaison sechw précipitation
75 km2 (réaerva 3-I09 t apl«b lac)
Trona - Villiauaiice
Mir Abi Ut« - Thenaonacrita
Lacs du SuJSASKATCHEWAN(Alberta)
Evapori tas Dévoni(
Au Pleistocene
<as des Rocky Mountains Lessivage par «auxjusqu'au Tertiaire
600 K 4&0 k.2 C.H. BAHTKI(5)
R«montée de nappe• à travers sêdisainti
Les iduttucci évaporées août ponpéna dans des bacsoit, en hiver, cristallisa la Hirabilite qui précipita(Cf. figura 2)
1959-1963
19/0
Uiltu d* IUr« ttogha,(Her Caapiennr)
Evapuration en été •irabilite - haliteH.G. VALÏAUKHA
(6c)
«•i mi lie« d'un bassinculminant A 3 000 si(Cf. Anrtcxr texte Mag
Prinalr« : gr*» (» calcairesSecondaire ! grès - ronglomén
BIvi*res 1 long trnjethorlsontal •• Lac * nsppedans interdîmes »ahlnutrnffvaporstion 215 cm
pluir* : 30 cm
20 000 k»7-*fi mitiru oxydant 130 ttt7 aaieNM,SO„,C1 (Napal) dea gîtes
-en -ilU.. rfdurt*i.r DJpSffl I 500Ha.cn (Li«s)Liwa : du bord au centre ; Nnhcolire - Trona - hNapal : gypse - thenardjte - haliteSuhle : 11 » 20 cm de thmurrfU* il RÍodei hallte
G. HACI.IONR(3)
Sehkh* Taoudennl Cr«s Ordt>vtcien : «00 «Calcaire Dlnantlrn : (00 iDolfritesFaille»
Couverture argileuseS«rie gypsir«reSerie hallt« * glatihérlteSérie glauhtrlteSable tollenFond bassin carbonifère
Réserves ï I06 tmirfibilite ! 700glaubérlte t 160gypse t 35hnlite : 50
G. LANG(14)
J.R. VtLLEHUft
NICER
Sehkhe Rilwi
Tener* (Fschi) cuvette de 25 knCrniW * M:(-re Tron* (balite • th*nar<1ite)
ThCnardlte * hallte»vor dtatoalte
Lac Nation(30 km du lie Hagsdl) Finne Nord-Ouesr du vofcai
Hount Oelaï CreQte * saumureNS2CO3 - NaHCO]NaCl - NajSOh - NaF
(lie)
NaCl - Ha3C0) - Na?SOu
IRAN
Hoc! Sol tan Bassin de 30 kmCuvette 7 km2
Sulfate de soude
II - FOSSILES
Lac Soar les(Sud Californie)
- Harnes dolomitique* et organique»1 gnyluasit« ptraonflite
- Roues carbonato» 1 Trona1 Trona (er halite)
* Lit» trona (et hallte)puiaaance 0 i 3,5 m
30 Im2 ha irteau*dessus de 100 knrltt« de sel» vari*»Ht» de boue»
- 290 • de puissance
surra mt HAINE
RUGSTER «t SMITH
(3)
Green River(WyomingColorado - Utah)
I2n 000 Vm-Piule» : 4P. cm/an
Rivieres et Mappe»Evaporation 150 cm
Lac 15 000 km7
en subaidenceEocene pendant 4*10* an»2 800 ka3
Alternance sur 430 m de
de 1 1 10 * d'épaioseur protege's par deiUt» d'argiles bitumineuses
PXADDT et EUCSTF.R ' IW»
EIICSTE1 et SURDHAM - 1971
O)
rlrn-Poziielo»(Aranhifr) (Ifl)
Cale-lires d'eau douerArgiles vcrsfcolorrsClanbfritr |0-l2 mArsile
Gîte horizontalaffleurant 1 flan<de coteau
A r g i l " 12 X -
S(l, 47 XNa ; 19 XCiO I ft X
TABLEAU D
Dllute groundwaters from White at M\ (1963) and the calculated brines.derived from them by evaporative concentration and pre-cipitation of calclte and teplollte. In mole X of anlon »urn and cat Ion sum. All of these waters would yield alkaline lakes.Numbers with the prefix I and 10 arc waters from Igneous and metamorph!c terranes respectively; the others are from sedimentaryterranes.
No.
I.I
1.2
1.4
1.5
1.6 ;
1.7
10.2
10.3
10.5
10.&
4.3
4.11
5.4
5.8
5.13
Ca
25.6
16.2
22.0
6.7
29.7
3Î.9
26.6
43.0
41.5
26.4
31.1
44.2
26.5
15.0
1.5
Hfl
9.4
8.5
15.0
1.4
19*
18.5
17.0
11.3
14.5
14.6
20.5
• 9.7
16.6
5.2
0.1
0
Na
65.0
75.2
63.0
91.9
.50.. 7
47.6
56.4
45.7
44.0
59-0
48.4
36.1
56.9
79.8
98.4
lute Waters
co3
73.6
82.8
87.2
71.1
776 ;
85.3
82.1
84.9
92.5
83.5
88.8
94.6
82.5
69-2
68.6
*>4
6.1
2.4
3.9
7.8
1.2
5.2
3.1
3.6
4.2
8.4
8.2
4.4
9-9
10.2
0.2
CI
20.3
14.8
8.7
21.0
21.1
9.5
14.7 -
11.5
33
8.0
2.9
1.0
75
20.5
31.1
Calculated Brines
Ca Mg Na
100
100
... too
100
»00
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
C03
27.8
57.0
57.7
51.2
21.6
32.6
37.5
30.4
.56.4
hi.4
43.5
59.5
35.2
38.0
54.8
so,,
16.6
6.0
13.0
13.2
4.1
24.0
10.9
16.7
24.3
29-9
41.9
33.2
36.9
20.7
0.2
CI
55.5
36.9
29.2
35.6
74.3
43.4
51.6
52.9
19.2
28.7
14.6
7.3
27.9
41.3
45.0
Comparaisons économiques des différents proced#f, de fabrication du carbonate de Sodium (17 e)
. D'après Mining Engineering - Mai 1982 - P»¿a F.Q.B. en 0/t Mine - 2èpe Semestre 1981
Green River (8)
101,40
. S»a*l*«t.I.«be
12»'. 43
Syracuse (3J
145,50
D ^ p r è s Indu.tiial Minerai»; - Avril IWjfc!.. Pag« 17. Au Japon la fabrication du Carbonatesynthétique
IT»
KHEL
SLKCTHJCin' 5*
S*LT
LIMESTONE
TRONA
PROCESS U»TP.»
COOLING. WAIEJt
LIQUID WAÎTC
SOLID WASTE
L * W U » »ATE;
r
UNITS
IO'BTU, 33
» H
TONS
TONS
«PUS
TONS
TONS
TONS
TONS
HEN
MEN/1000
SOLjfftY PROCESS
O . » ( i >
1.6
1.3
-
8.
140
10
0.3
4 lO ( l >
1.025
NA PROCESS-
9.0 ( 4>
O . 2 7 < "
1.2
lr»
- ,
4
12S
3.9
0.2
27O C 8 )
0.67S
(1)TRONA-M
7.4-7..2<7>.
O . 1 0 - O . 1 8 i 7 )
-
-
1.78 O U
2.0
40
1.2
0.2
450» '
0.430
(2)TRONA-S
5 . 0 ( 7 )
0.165<7>
-
0.053
8.0 BRINE
1.0
20
0
0
275 (9J
0,271
(I) n - N.cU*nlc«l alntng.VI) S -Solution olnin«.( )) Total pltnt aan(isw«r.(-) fu«l fer lia« Wln«»_
(5) Total powar eonsuapcloa.(6) luri oa «l«ct^fr^rly«B(7) Using vapeur r*aj£erajalon.(S) Eieludlsf «uarry. 400,000 cpa eaaajc t̂y.(9) 1,000,000 lp*
TABUEÍ2Í -
PROCESS
LOCATION
SIZE tpa
ICE
SOURCE OF SODIUM
COST. S/T
-VMN FUEL
01ST, i PE» 10* BTU
VARIAtU COST., S/T
KIX.-'O COST. S/T
•JWEiUTINC COST, S'/T
OE.'RECIATION, 10 ÏR
TOTAL COST, S / T *
fata•(«) d«oa« «oda aah - 1 M 2
NOTES: a Corporat« and talca «*a«ns«a noc Includedb 1 - acchanlcal •tntne.,
e S - Solution »lnln|.d »oyality par con of trona olnoa.
