Quelques pistes pour construire un protocole rudimentaire d'analyse chimique des roches sédimentaires.

On classe souvent les roches sédimentaires en roches argileuses, siliceuses, carbonatées, salines... mais il est rare qu'une roche ne contienne qu'une seule espèce chimique. En proportions très variables, on trouvera à la fois de la silice, des minéraux argileux, des minéraux carbonatés...

Dosage des minéraux carbonatés

Dosage de la silice

Dosage des minéraux argileux

Dosage des sels (sel gemme, gypse et sel de potasse)

Dosage des minéraux carbonatés

Le principal carbonate est le carbonate de calcium (CaCO3) constituant plus de 50% des roches calcaires. Il fait effervescence avec l'acide chlorhydrique à froid :

CaCO3 + 2 HCl ---> CaCl2 + H2O + CO2

Pour doser le CaCO3, on utilise un calcimètre de Bernard. Attention, il faut travailler sur un petit échantillon : 1g de CaCO3 provoque le dégagement de 224 cm3 de CO2 !

1. Passer l'échantillon à l'étuve pour le sécher
2. Le peser (balance à 0,01 g)
3. Le passer au calcimètre de Bernard en respectant les règles de sécurité sur l'utilisation de l'acide. Mesurer le volume de CO2 dégagé. En déduire la masse de CaCO3 dans l'échantillon.
4. Calculer le pourcentage de calcaire dans l'échantillon.

Remarque 1 : la dolomie est un carbonate double de calcium et magnésium : (CaMg) (CO3)2. Les roches dolomitiques sont rarement composées de dolomie pure ; elles contiennent le plus souvent un certain pourcentage de CaCO3. La dolomie fait effervescence à chaud avec l'acide chlorhydrique. On peut rechercher sa présence en récupérant l'échantillon qui a subi le test à l'acide froid et en le chauffant dans un tube à essais contenant un peu d'acide. Arrêter le chauffage à l'ébullition : si des bulles continuent à se dégager, c'est qu'il y a présence de dolomie. En cas de doute, faire un témoin avec un morceau de charbon qui ne fait pas effervescence à chaud.
La dolomie peut être dosée avec le calcimètre de Bernard posé (fixé avec une noix de serrage) sur une plaque chauffante. Toutes ces manipulations demandent de très grandes précautions!

Remarque 2 : Si on pèse un échantillon sec avant et après action de l'acide, la différence de masse ne correspond pas à la masse de CaCO3 contenu dans l'échantillon (voir équation ci-dessus !)

Dosage des minéraux argileux et de la silice

Les roches contenant des minéraux argileux sont des roches tendres.
On travaillera sur un petit échantillon

1. Passer l'échantillon à l'étuve pour le sécher
2. L'écraser au marteau pour le réduire en poudre
3. Le peser (balance à 0,01 g)
4. Le mettre à tremper dans un peu d'eau quelques heures à quelques jours ; on peut activer la dissociation des composants en agitant régulièrement, en utilisant un pilon...
5. Récupérer tout l'échantillon avec l'eau dans un grand bocal en verre qui ne sera rempli qu'au 1/10eme ou au 1/20ème de sa hauteur.
6. Ajouter très progressivement de l'acide chlorhydrique afin de transformer le calcaire éventuellement présent en CaCl2 soluble.Cesser l'ajout d'acide lorsqu'il n'y a plus d'effervescence. Rincer les paroi du bocal avec l'eau d'une pisette et compléter avec de l'eau pour remplir le bocal.
7. Verser le contenu du bocal sur un tamis de 0,063 mm. Rincer plusieurs fois le bocal à l'eau et vider sur le tamis. Terminer en passant le tamis sous un filet d'eau jusqu'à ce que l'eau qui s'écoule soit parfaitement limpide.
8. Placer le tamis avec le refus à l'étuve pour le faire sécher.
9. Peser le refus de tamis sec
   Tout l'argile de l'échantillon est passé à travers les mailles du tamis. Le refus de tamis est constitué de composants siliceux de la roche.
10. Calculer les proportions d'argile et de silice.

Remarque : Cette méthode est approximative car des composants siliceux de la roche peuvent mesurer moins de 0,063 mm (silts, sablons). On surestime alors le pourcentage d'argile évacuée avec l'eau de rinçage et on sous-estime le pourcentage de silice.

Dosage des sels (sel gemme, gypse et sel de potasse)

La roche peut contenir aussi des sels (sel gemme, gypse et sel de potasse). Ce cas est fréquent pour les roches calcaires ou argileuses déposées en milieu lagunaire (marais salant naturel).

Ces sels sont plus ou moins solubles dans l'eau pure (dépourvue au maximum de CO2) alors que les minéraux carbonatés, les minéraux argileux et la silice ne le sont pas (ou très peu).

Concevoir un protocole utilisant cette propriété.

Dosage des minéraux carbonatés, des minéraux argileux, de la silice, des sels (sel gemme, gypse et sel de potasse)
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