CALCAIRES

Précipitation du carbonate de chaux

Bien que très peu soluble dans l'eau pure (13 mg par litre, moins que la silice), le carbonate de calcium devient relativement soluble dans l'eau chargée de CO₂. Il se forme alors du bicarbonate de calcium conformément à la réaction d'équilibre :

Les eaux des pays calcaires, en climat tempéré, peuvent titrer de 4 à 100 degrés hydrotimétriques (1 degré hydrotimétrique français = 10,3 mg/l). Au-dessous de 20 degrés une eau est douce, au-dessus elle est dure, impropre au savonnage (formation d'oléates de calcium) et à la cuisson (pectates de calcium qui durcissent les membranes pecto-cellulosiques des cellules végétales).

L'équilibre carbonate-bicarbonate peut être rompu par des facteurs physico-chimiques ou biologiques. Parmi les premiers, citons : l'élévation de température (dépôt de tartre, sources pétrifiantes) ; la diminution de pression (certaines sources pétrifiantes) ; l'augmentation de pH ; l'agitation des eaux ; la concentration par évaporation (concrétions dans les grottes et les diaclases des pays calcaires, caliches et croûtes calcaires dans les sols méditerranéens et tropicaux) ; la concentration par le gel (formation de calcin, qui a cimenté les graviers des alluvions ou provoqué la formation de croûtes ou d'efflorescences en aiguilles (vatérite) pendant les périodes froides du Quaternaire).

Les actions biologiques résultent principalement de l'activité des bactéries, des algues et des charophytes. Les végétaux chlorophylliens, pendant le jour, prélèvent directement du CO₂, ce qui provoque, dans certains cas, une précipitation immédiate de CaCO₃ qui emprisonne les organismes (tufs, travertins). Mais, le plus souvent, ce sont les bactéries qui agissent, indirectement, par augmentation du pH et diminution de la réserve alcaline, et aussi par l'intermédiaire des composés ammoniacaux provenant de la décomposition des matières organiques. Le bicarbonate de calcium donne du carbonate de calcium et du carbonate d'ammonium selon la réaction :

Dans les eaux chargées de sulfate de chaux, on a ensuite une nouvelle précipitation de CaCO₃, sous forme d'aragonite :

Formation des coquilles et des tests

Une grande partie de CaCO₃ est fixée à l'intérieur ou à l'extérieur des organismes par l'activité biologique. Ce fut le cas pour les premières algues, qui vécurent il y a environ 3 milliards d'années : le calcaire de type stromatolitique était alors un revêtement plutôt qu'un squelette. Les formations de ce genre prenaient probablement naissance dans des lagunes isolées, car l'acidité de l'eau des océans ne permettait pas la formation de calcaire – il en est de même aujourd'hui dans certains cours d'eau ou lacs de montagne, où les seuls animaux à squelette externe ont une carapace chitineuse (crustacés par exemple).

Le développement des végétaux chlorophylliens a conduit à une élévation de pH des eaux marines, dont l'alcalinité augmente. C'est alors que prolifèrent les animaux à coquille calcaire, en particulier les mollusques et les brachiopodes, dès le Cambrien. Plus tard, au Mésozoïque et plus intensément au Crétacé, se produisit l'explosion des foraminifères pélagiques et des coccolithophoridés qui provoqua la formation des plus importantes assises calcaires de l'écorce terrestre.

Il reste à évoquer le grand développement des calcaires construits, notamment, par les polypiers. Pendant l'ère primaire, c'est au Dévonien que les récifs atteignent leur maximum d'extension. Dans les calcaires dévoniens des Ardennes ils ont été édifiés par des stromatopores, des tabulés et des tétracoralliaires. Les hexacoralliaires apparaissent au Trias et s'épanouissent surtout au Jurassique. La migration des récifs vers le sud-ouest, au Jurassique supérieur, est un élément important[...]