SILICEUSES ROCHES

Solubilité et cristallinité de la silice

Il est utile tout d'abord de rappeler que la silice de l'hydrosphère est le plus souvent à l'état de solution vraie, et non de solution colloïdale comme on l'a si souvent affirmé. L'équation d'équilibre est (SiO₂)_n+ 2n H₂O ⇌ n Si(OH)₄.

Le monomère Si(OH)₄, monomolécule d'acide silicique, est libre et en solution vraie. À la température de 20-25 ⁰C, l'équilibre est atteint pour une teneur de 120 à 140 ppm (ou mg/l) de SiO₂. A 100 ⁰C, cette solubilité s'élève à 360-420 ppm. Elle est indépendante du pH pour les valeurs comprises entre pH 2 et pH 9, et s'élève ensuite considérablement dans les milieux alcalins, pour atteindre 6 000 ppm à pH 11 par suite de l'ionisation de l'acide silicique. Or, les solubilités des minéraux de la silice sont beaucoup plus faibles (de l'ordre de 8 à 20 ppm) que celle de la silice amorphe, si bien qu'une eau qui contient par exemple 100 ppm de SiO₂, sous-saturée pour la silice amorphe, est sursaturée par rapport aux formes cristallines dont elle peut assurer la croissance. Ces formes cristallines sont le quartz, la cristobalite de basse température, la calcédoine, assemblage fibreux de cristallites de quartz avec désorganisation du réseau à la limite des fibres, et l'opale, dont on a souvent dit qu'elle était amorphe, mais qui est en fait partiellement cristallisée en particules dispersées, d'où l'isotropie statistique qu'elle présente.

Origine et précipitation de la silice

La silice, très répandue dans les roches magmatiques (près de 60 p. 100), est mobilisée par l'altération superficielle et entraînée en solution dans les eaux courantes. Bien qu'elle soit aussi soluble dans l'eau de mer que dans l'eau douce, les rivières en contiennent souvent beaucoup plus : ainsi la teneur dans les eaux du Mississippi est de 4 à 7 ppm et seulement de 0,11 ppm dans le golfe du Mexique au voisinage du delta de ce fleuve. Une partie de la silice est alors fixée par les radiolaires, les diatomées, les silicoflagellés et les spongiaires, tandis qu'une autre partie précipite.

Une source non négligeable de silice est représentée par les éruptions volcaniques et les phénomènes volcaniques secondaires. C'est ainsi que les éruptions ophiolitiques sous-marines, fréquentes dans les rifts océaniques antérieurement à l'orogenèse, sont à l'origine des pillowlavas et des « roches vertes ». Elles favorisent la prolifération des radiolaires et, par suite, la formation de radiolarites qui, dans la plupart des chaînes de montagne, font partie du « cortège des roches vertes ». Les dépôts de silice hydrothermaux (geysérite) ont une origine comparable, car la silice est trois fois moins soluble à froid qu'à chaud.

Toutefois, la coagulation purement physique d'un gel de silice colloïdale semble exceptionnelle à l'air libre. Il n'en est plus de même en profondeur, où les solutions interstitielles des vases sous-marines (eaux connées) ont quelquefois une teneur en silice voisine de la saturation. Dans ces conditions, un refroidissement, ou une modification du milieu (apport d'électrolyte), peut provoquer la formation d'opale susceptible d'évoluer ensuite en calcédoine. Il est frappant de constater que les seules roches consolidées que traversent les forages sous-marins dans les formations récentes ou même cénozoïques sont des bancs silicifiés. C'est peut-être de cette manière qu'il faut expliquer la formation des silex et des chailles (cherts des auteurs anglo-saxons) dans les vases carbonatées, accidents siliceux, dans la plupart des cas contemporains de la sédimentation.

Mais, comme c'est si souvent le cas lorsqu'il s'agit de phénomènes naturels, il faut se garder d'une explication univoque[...]