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Cercle Quercynois des Sciences de la Terrehttp://geologie-lot.fr/ cqst@geologie-lot.fr

Publication du 21 mai 2015 Sur la Nature et sa

Géologie

Traces de cuirasses ferralitiques à FloressasUn document sur les cuirasses ferralitiques de Floressas a été écrit il y a plusieurs années par le CQST. Ce document a été numérisé et est sur le site dans la section Enquêtes Géologiques.

Le document actuel décrit le parcours géologique effectué le 17 mai 2015, des vignes de Château-Paillas à Sérignac. Des éléments de géologie ont été repris de l’ancien document. Conception du document: Henri Mulleman

Contact : hm46700@gma i l.com ou cqst@geologie-lot.f r

Sommaire

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1 Le Quercy et l’échelle des temps.............................................................................................................2

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1.1 Cénozoïque et Crétacé Age en Ma (millions d’années).....................................................................3

1.2 Carte géologique................................................................................................................................4

1.3 Les continents, la mer au Mézozoiquze et Cénozoique....................................................................5

2 Le parcours du 17mai 2015......................................................................................................................6

2.1 Description.........................................................................................................................................6

2.2 Début du parcours.............................................................................................................................6

3 Le parcours vers les latérites.....................................................................................................................7

3.1 Les vignes sur le haut de la colline....................................................................................................7

3.2 Descente vers les latérites par un parcours descente en pente douce.............................................7

3.3 Descente vers les latérites - En suivant la crête : Voie normale.......................................................7

3.4 Sur les crêtes - Voie normale............................................................................................................8

3.5 Descente Voie normale Partie1.........................................................................................................9

3.6 Descente Voie normale Partie 2......................................................................................................10

3.7 Descente Voie normale Partie 3......................................................................................................11

3.8 En bas de la pente : La cuirasse ferralitique....................................................................................11

3.9 Suite du parcours vers Serignac.......................................................................................................12

3.10 Cavité ou source ? - 100 mètres avant Sérignac............................................................................12

4 Une caractéristique de Floressas : Les Latérites......................................................................................12

5 Formation des latérites de Floressas.....................................................................................................13

5.1 Hydrolyse :Le rôle de l’eau..............................................................................................................13

5.2 La cuirasse ferralitique de Floressas - Constituants.........................................................................14

5.3 Le fer................................................................................................................................................14

5.4 Pourquoi la présence d’’aluminium.................................................................................................16

1 Le Quercy et l’échelle des temps1.1 Cénozoïque et Crétacé Age en Ma (millions d’années)

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1.2 Carte géologique

La carte ci-dessous montre que la zone de Floressas date du Mésozoïque (parfois appelée secondaire) , plus exactement du kimméridgien (-155Ma) La zone correspondant aux terres rouges appelées latérites est répertoriée au Cénozoïque (parfois appelée tertiaire)

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1.3 Les continents, la mer au Mézozoiquze et Cénozoique

Hettangien : -201MA , la région est occupée par une mer sensiblement plus profonde et ouverte . Au jurassique moyen et supérieur , un "récif-barrière", occupant l'actuel Périgord isole la région de la mer ouverte. A la fin du Jurassique, la mer, se localise au Nord-Ouest du Quercy

Ce déplacement du littoral est à mettre en relation probable avec les manifestations de la tectonique alpine.

Kimméridgien -150MA

Crétacé : -100Ma

Crétacé -65MA. A la fin du crétacé, la région est émergée, Vers -60Ma la mer quitte définitivement le Quercy

Cénozoique -45Ma

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2 Le parcours du 17mai 20152.1 Description

Le paysage du Quercy blanc de la région de Floressas correspond à des zones contenant du calcaire.On y trouve aussi des zones de terres et de roches rouges appelées latérites caractérisant la présence de fer (photos ci-dessous)On appelle Altérites des argiles siliceuse à graviers de couleur rougeâtre contenant du quartz.

2.2 Début du parcours

Le parcours commence dans les vignes au Nord de Floressas dans des terres du kimméridgien

Dans les terres autour de Château Paillas, il est trouvé des fossiles. L’identification des pierres par notre géologue donne la période du Tithonien et non kimméridgien indiqué sur la carte

Dans les environs, nous trouvons des roches contenant du fer. Ceci n’étant pas cohérent avec la carte, on déduit que ces blocs ont été transporté pour exploitation du minerai.

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3 Le parcours vers les latérites

Nous continuons notre progression vers la colline de Floressas pour descendre vers les latérites.

3.1 Les vignes sur le haut de la colline

Nous trouvons un terrain argileux rouge et des conglomérats

3.2 Descente vers les latérites par un parcours descente en pente douce

Le parcours débute au village de Floressas pour des personnes ne voulant pas faire une descente en forte pente ou sujette au vertige .

Sentier ombragé en pente douce On passe le long d’un conglomérat. On doit ytrouver des fossiles

3.3 Descente vers les latérites - En suivant la crête : Voie normale

30 mètres après l’embranchement , juste avant un ancien moulin, le talus vers la gauche présente un conglomérat formé d'éléments de nature différente.

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Ce conglomérat comporte des galets de calcaires lacustres de l’oligocène, des fragments de cuirasse, emballés dans une matrice carbonatée . De ce point (niveau moulin) , un escalier descend quelques mètres ,en contrebas, on retrouve ce conglomérat. En cassant les pierres, on trouve trace de galets donc trace de lac ou de mer

Ces éléments sont parfois émoussés. On déduit qu’ils ont été transporté, mais la nature des matériaux témoigne d'un transport court. (du plateau voisin). Ce sont des écoulements venant du Causse qui ont déposé des éléments, en bordure d'un étang, au pied de la falaise. On peut parler de conglomérat polygénique de rivage

3.4 Sur les crêtes - Voie normale

Le parcours débute au village de Floressas. On suit la crête, cachée par les arbres et broussailles, on arrive à la cavité répertoriéeMPYAA2002515 par le BRGM

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La photo avec la cavité reflète une période soit du tithonien , soit du kimmeridgien.

La barre rocheuse en haut de la colline que l’on va franchir pour descendre

3.5 Descente Voie normale Partie1Cette partie reprend l’ancien document “Enquête géologique »

Des bancs de calcaires crayeux,compacts marquent le paysage : Ce sont des calcaires lacustres de l’oligocène.Au Mésozoïque, la mer épicontinentale jurassique qui borde la Terre Armorico-Centrale était chaude et peu profonde, cette mer a permis le dépôt de sédiments calcaires horizontauxAu kimméridgien (-155MA) , la mer a régressé permettant l’émergence de terres. On observe une tansgression au crétacé supérieur puis une autre regression presque definitive car l’Oligocène la mer fera des passes temporaires dans le lac de l’Agenais. On parlera alors de lac palustre.

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Les calcaires blancs du Quercy sont horizontaux et bien plus tardifs, formées dans le lac dit de l’Agenais. Mais en réalité la mer retirée depuis la fin du Jurassique est rentrée à nouveau dans ce golfe d’aquitaine et a fait des passes marines dans ce lac. Les grains sont plus gros et le calcaire est plus friableOn peut en déduire la présence de la mer à cette période. Des fossiles de coquillages peuvent être trouvés.

3.6 Descente Voie normale Partie 2

On découvre des roches stratifiées couleur beige clair recouvrant la cuirasse sur 15m environCette formation est carbonatée est essentiellement argilo-sableuse.L'analyse chimique révèle la présence d’une argile riche en magnésium

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Après le Turonien (-93MA) la mer s'est définitivement retirée de la région et durant tout le début de l'ère Tertiaire les sédiments marins émergés du Crétacé supérieur s'altèrent fortement sous I ‘influence d'un climat tropical humide :Le ruissellement des eaux et la chaleur fait partir tout le silicium.Les éléments insolubles : argiles, sables se sont accumulés pour former un épais manteau d'altérites qui à Floressas ont subi une latéritisation, du fait de la présence de fer

3.7 Descente Voie normale Partie 3

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3.8 En bas de la pente : La cuirasse ferralitique

Après avoir rejoint le sentier de descente en pente douce, on arrive aux cuirasses ferralitiques qui se sont formées à l’éocène dans une période de forte chaleur et d’intense humidité.A l’eocène ( Cenozoîque ) le ruissellement des eaux entraine et solubilise une partie de la silice, car il reste des sables siliceux. Il se produit une hydrolyse sous climat chaud et humide

On découvre des pierres avec des inclusions de quartz

Ce chapitre est repris de l’ancien document « Enquête géologique »

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3.9 Suite du parcours vers Serignac

Le parcours vers Sérignac suit une faille dans une forêt profonde

3.10 Cavité ou source ? - 100 mètres avant Sérignac

Suzette essaie de découvrir l’intérieur de la cavité

Arrivée à Serignac De Serignac : une vue sur les terres rouges

le quartz, la kaolinite (5), la goethite (3) et l’hématite (4)

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Ferromanganiques=Fer+

Manganèse

4 Une caractéristique de Floressas : Les Latérites

Les dépôts sidérolithiques forment des recouvrements au-dessus des calcaires secondaires du Jurassique et du Crétacé.

Ces facies sidérolithiques reposent sur un substrat de calcaire kimméridgien marin et peuvent être groupés en 2 ensembles:

1. Ensemble inférieur de 40 mètres de couleur dominante rouge, gréseux, sablo-argileux avec des nodules ferrugineux importants

2. Ensemble supérieur de 15mètres de couleur blanc, beige, rose carbonaté, argilo-sableux conglomératique à concrétions avec des galets calcaires et ferrugineux

Document ci-dessus repris des enquêtes géologiques (probablement ref Mr Astruc)La coupe ci-dessus explique la présence du Kimméridgien en haut plus vieux que la latérite. On appelle à une inversion de relief

Il faut noter autour de Floressas des ilots de Crétacé marin. Sur le plateau jurassique, des affleurements de graviers et quartz et pisolithes (1) de fer renferment des fragments de rudistes(2).

Les nodules ferrugineux donnent un aspect conglomératique. Sous les grès la couleur devient ocre-jaune et la roche friable. Le niveau rouge sombre contient des galets ferrugineux . Les minéraux essentiels sont

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Ferromanganiques=Fer+

Manganèse

(1) PisolithesConcrétion calcaire sphérique à structure concentrique(2) Rudistes : groupe demollusques marins fossiles du Mésozoïque, appartenant aux bivalves(3) Goethite, : de formule FeO 5OH) est produit par l’altération climatique des minéraux ferreux(4) Hématite : est une espèce minérale composée d’oxyde de fer(III) deformule Fe2O3 avec des traces de titane Ti, d'aluminium Al, demanganèse Mn et d'eau H2O. C'est le polymorphe α de Fe2O3

(5) Kaolinite : Al2Si2O5(OH)4 Appartient aux phyllo-silicate

5 Formation des latérites de FloressasLes terres rouges sont constituées d’argiles rouges , matériaux détritiques , hétérogènes

Des dépôts fluviatiles de 1 à 50 m d’épaisseur provenant du Massif central portant le nom de Sidérolithique se sont déposés au-dessus des calcaires du Jurassique et du Crétacé au début du cénozoïque.Au début de l’Eocène, les argiles ont été soumis à une forte chaleur avec des pluies abondantes.Ces conditions conduisent à un départ total de la silice et à l’accumulation d’hydrates d’alumine et

d’hydrates de fer FeO3nH20. Ces derniers se concentrent en concrétions de couleur rouges et dures. C’est la constitution des cuirasses ferralitiques.Au Cénomanien (-99MA) la mer venue du golfe dépose des calcaires gréseux que I'on retrouve au Boulvé.Au Turonien (-89Ma) ,la transgression se fait plus générale et d'autres calcaires crayeux se forment.

5.1 Hydrolyse :Le rôle de l’eau

Une des caractéristique les plus importante de la surface de la Terre est l'abondance de l'eau, tant sous forme liquide que solide ou gazeuse. Les molécules d'eau sont chargées électriquement et se comportent comme des dipôles; cette propriété est due à la liaison covalente asymétrique qui unit les atomes d'hydrogène à l'oxygène.Les deux atomes d'hydrogène sont placés d'un seul côté et engendrent une faible charge. La nature polaire de la molécule d'eau permet l'établissement de liaisons hydrogène entre les molécules qui se disposent en groupes tétraédriques. Les propriétés de l'eau découlent de cette structure.

L'eau est un bon solvant car les extrémités positives ou négatives de la molécule peuvent s'attacher aux ions négatifs ou positifs. Le groupement des molécules d'eau en tétraèdre explique la forte tension superficielle et la capillarité, et la large plage de température selon laquelle l'eau est à l'état liquide.L'abaissement de température diminue l'agitation thermique des molécules et favorise les liaisons hydrogène: les molécules se groupent et la viscosité de l'eau augmente.

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La roche est d'abord décolorée puis colorée en rouge à la surface. Le quartz et, en une moindre mesure, le microcline sont stables. Les plagioclases, la biotite et l'amphibole sont détruites. De nouveaux minéraux apparaissent comme les minéraux argileux et les oxydes de fer. L'analyse chimique montre un enrichissement en Al2 O 3, Fe 2 O 3et K2O, un appauvrissement en Si O , Fe O, Ca O et Na O.L’hydrolyse engendrant la destruction des minéraux par l’eau est la principale réaction d’altération.

A Floressas, on a identifié de l'hématite et la goethite alumineuses dont la présence impliqueune hydrolyse de la kaolinite avec évacuation de la silice et incorporation de I ‘aluminium aux oxy- hydroxydes de fer. Il s'agit là dit-il, de phénomènes courants dans les cuirassesferrugineuses des altérations latéritiques.

Cette cuirasse de Floressasa donc la même origine que les latérites des régions tropicales humides. La présence d’aluminum s’explique par le rayon ionique extrêmement petit de l’ion aluminium 0,035nm qui peut ainsi s’infiltrer dans la roche et se lier aux constituants vu son électropositivité .

5.2 La cuirasse ferralitique de Floressas - Constituants

Elle se présente comme un banc compact en saillie, rutilant, horizontal et atteignant

une dizaine de mètres d 'épaisseur.

L'analyse chimique de cette cuirasse horizontale révèle la présence dans la matrice

argilo-siliceuse rougedes élémentssuivants:

- Si 02 ( silice ) 52,75 %- Al2 03 ( alumine ) 12,25 %- Oxydes de fer : hématite, goethite 27,55 %

Ce pourcentage de silice explique la texture finement gréseuse de cette cuirasse, si bien qu'elle a été qualifiée de grès du Boulvé par le géologue J.Astruc .

Au sein de cette matrice argilo-silteusesse sont développésdes gravillons ferrugineux. Les gravillons sont cimentés par des oxy-hydroxydes de fer d'où le nom de cuirasse ferralitique.

Au bas de la pente, des roches stratifiées, caractérisée par une alternance de lits calcaires et de marnes affleurent en contrebas du chemin. Nousy observons des petites huîtres qui attestent la présenced 'un rivage.

5.3 Le fer

Masse atomique : 55,845 ± 0,002 u

Nombre atomique Z=26, ce qui fait 26 électrons.On distingue le nombre quantique principal par les couches K,L,M,N et le nombre quantique orbital qui correspondent aux sous-couches s,p ,d (schéma ci-dessous)

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Fe : (K)2 (L)8 (M)14 (N)2 lacouche N se rempli avant que la couche M soit complète car il faut remplir la sous-couche 4s avant la sous-couche 3d.

Il s’ensuit que la couche N contient quelques électrons isolés que l’atome perd facilement, d’où forte électropositivité

Certains éléments comme le fer ont la valence variable.

Vu la répartition Nb atomique 26= 2+8+16 électrons sur couche M mais vu l’ordre de répartition dans les sous-couches :

Sulfate de Fer [II] , la valence du fer est deux=>FeSO4 => Fe++

Sulfate Ferrique [III] la valence du fer est trois=>Fe2(SO4)3 => Fe+++

Le sulfate ferreux se présente sous forme de petits cristaux verts à l'état hydraté, et d'une poudre blanchâtre à l'état anhydre. Le sulfate ferrique, quant à lui, a une couleur rouille.

Le sulfate ferreux s'ionise en solution aqueuse selon l'équilibre suivant FeSO4 <-> Fe2+ + SO42-

et le Fe2+ (ion ferreux) s'oxyde très facilement en ion ferrique :Fe2+ <-> Fe3++ 1e-

Le fer se trouve dans le sol sous deux états.

En milieu réducteur et pauvre en oxygène, le fer est bivalent (Fe++). Le fer se trouve sous la forme d'oxyde ferreuxFeO de couleur gris vert ou gris bleuté, d'hydroxyde ferreux Fe(OH)2, de carbonate ferreux FeCO3, de bicarbonate ferreux Fe(CO3H)2 et de sulfure de fer FeS. Ces formes sont toutes solubles.

En milieu oxygéné, le fer est trivalent (Fe+++). Il prend la forme d'oxyde ferriqueFe2O3 de couleur rouille ou d'hydroxyde ferrique Fe(OH)3. Ces formes sont insolubles.

L'hydrate ferrique Fe(OH) 3 ou hydroxyde ferrique peut se fixer par ses charges positives sur les charges négatives des argiles, voire à l'intérieur de ses feuillets. L'hydroxyde ferrique peut alors servir de pont entre l'argile électronégative et les humus électronégatifs. Le complexe argile - hydroxyde ferrique - humus, floculé, est caractéristique des sols bruns.

Ce sont les hydroxydes ferriques qui donnent leur couleur à l'argile.

De couleur brune en climat humide, quand l'hydroxyde est très hydraté, brun rouge à rouge franc dans les régions sèches où l'hydroxyde est peu hydraté (régions

méditerranéennes et tropicales)

L'hydrate ferrique peut aussi se trouver sous une forme libre. C'est le cas lorsque le complexe argile ( hydroxyde – humus)est détruit lors d'une acidification du sol. L'hydroxyde ferrique libéré est de e couleur rouge. Il est facilement lessivé, entraîné vers les horizons inférieurs où il peut se concrétionner (par exemple, autour des racines sous l'action des acides organiques).L'oxyde ferrique peut se cristalliser et former autour des grains de sable jusqu'à former, dans certaines conditions, de véritables bancs rocheux.

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Selon les climats, le degré d'humidité et divers autres facteurs, l'oxyde ferrique cristallise sous forme de stilpnosidériteFe2O3 (2H2O) de couleur ocre jaune sous climat humide gœthiteFe2O3 (H2O), de couleur brun rouge sous climat moyennement humide. La goethite est

un oxy-hydroxyde de fer (III) de formule FeO(OH), en cristaux tabulaires ou en prismes courts, aiguilles, lamelles, et en masse concrétionnées. D’occurrence fréquente, il est issu notamment de l’altération d’autres minéraux ou de processus hydrothermaux

d'hématiteFe2O3, de couleur rouge, sous climat très sec. L’hématite est un oxyde de fer (III) de formule Fe2O3, de forme variée suivant la température de cristallisation et de système cristallin rhomboédrique. De couleur le plus souvent noire à gris acier, quelques fois rouge, le minerai se détermine sans ambigüité par la trace (trace rouge sang quelle que soit la couleur initiale du minerai) laissée sur la faïence blanche

Goethite Hématite KaoliniteA la fin du Crétacé il y a eu une régression marine quasiment définitive. A l’Eocene il y a eu la formation des Alpes qui a entrainé un soulèvement des terres, ce soulèvement entraînel’oxydation de Fe2+ en Fe3+

Goethite ou Hématite

Fe2+ = Fe3++ e–

Le réducteur Fe2+ est oxydé en Fe3+. Le réducteur est toujours oxydé.La perte d’électron correspond à une oxydationDans les roches magmatiques classiques, le fer est en très grande majorité sous forme de Fe2+ (FeO). Dans tous les silicates usuels (pyroxène, olivine...), il est sous forme Fe2+, donc FeO si on parle en oxydes. Le Fe3+ (Fe O ) est par contre très minoritaire.

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Dans les roches magmatiques très hydratées, et dans de très nombreuses roches exogènes (sédimentaires,

altérites...) le Fe3+ est loin d'être négligeable. Il faut alors tenir compte des 2 fers ( Fe2+ et Fe3+).

5.4 Pourquoi la présence d’’aluminium

Al : aluminium de nombre atomique Z=13, ce qui fait 13 électrons.Z=13, implique 13 électrons. La structure électronique de l'aluminium est :(K)2 (L)8 (M)3

Rappel : Le nombre max d’électrons sur une couche est 2n2

(n étant le numéro de la couche)

Couche K= 2 électrons, L : 8 electrons M : 18 électrons N : 32 électrons Les 13 électrons se répartissent donc K=2, L=8 , M=3 .

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Il y a donc 3 électrons sur la couche M qui peut contenir 18 électrons, ces électrons sont facilement perdus générant une forte électropositivité.L’aluminium a un rayon ionique très petit expliquant qu’il s’infiltre dans les cristaux et se lie avec les constituants présents vu son électropositivité.L'alumine est un constituant principal des argiles. L'alumine se rencontre à l'état libre sous forme d'hydroxydes ou d'oxydes, qu'après que les sols aient subi une altération suffisamment intense pour dégrader les argiles. Dans les sols tropicaux, l'alumine libérée prend une forme cristalline inerte (gibbsite) qui, en association avec les oxydes de fer, forme les cuirasses latéritiques.