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PARTIE 2, EXERCICE 2 (OBLIGATOIRE) : LE DOMAINE CONTINENTAL ET SA DYNAMIQUE

La goethite est un minéral qui est de couleur noire-brunâtre à l’état massif et de couleur jaunâtre à l’état de poudre. Il est riche en fer III et a été utilisé durant la préhistoire pour les peintures rupestres.
C’est un minéral que l’on retrouve dans les arènes granitiques, comment expliquer que l’altération d’un granite puisse être à l’origine de la goethite ?
Pour répondre à cela nous allons présenter les minéraux présents dans le granite sain et expliquer les altérations qu’il peut subir, ensuite nous montrerons les minéraux nouvellement formés et plus particulièrement la goethite.

Nous savons que le granite est une roche magmatique plutonique constituée de quartz, de feldspaths (calco-alcalins ou potassiques) et de micas (blancs ou noirs). D’après le document 2 nous pouvons voir que parmi ces minéraux un seul est composé de fer : le mica noir, la biotite. En utilisant le document 1, nous observons que l’arène granitique, qui est obtenue suite à une très forte altération du granite sain, est composée à 66% de (Na2O + K2O + CaO), à 83% de SiO2, à 95% d’Al2O3 et à 100% de Fe2O3. Cela nous laisse penser que le fer que l’on retrouve dans la goethite était déjà présent dans le granite sain.

Le granite peut subir des altérations par les végétaux qui ont pu s’implanter dans des diaclases (fissures de la roche) ou simplement par l’action de l’eau. Cette dernière peut agir par hydratation, addition de l’eau à un composé chimique, ou par hydrolyse, décomposition d’une substance. Le document 3a nous présente l’équation bilan d’une hydrolyse, on peut voir qu’à l’origine on a un minéral silicaté auquel s’ajoute de l’eau, et qu’il forme un nouveau minéral (sous forme d’argile) et des ions solubles. Le document 3b complète cette équation en précisant quels sont les minéraux qui vont évoluer le plus vite lors de l’altération du granite. On observe que le quartz ne change pas, c’est un minéral inaltérable, lorsqu’il est séparé des autres éléments il formera en grande partie du sable. Les feldspaths vont s’altérer lors d’une hydrolyse, on observe également sur ce graphique que la croissance du nombre d’argiles est inverse à celle de l’altération des feldspaths, ce qui laisse supposer que les feldspaths vont se transformer en argiles par hydrolyse. En effet, on sait que les feldspaths peuvent former des smectites, de la kaolinite… Concernant les minéraux ferromagnésiens, le seul du granite est la biotite (la muscovite ne contenant ni fer, ni magnésium) et elle va se transformer en hydroxyde de fer (goethite) et en argile (kaolinite), très rapidement lors de l’altération du granite.

Le document 4 représente le diagramme de Goldschmidt, il permet d’évaluer la solubilité de certains ions. On observe que les ions Fe2+ présents dans la biotite sont des cations solubles, ils ne permettront pas de former la goethite puisqu’ils seront lessivés avec l’eau lors de l’hydrolyse. En revanche on sait que la biotite contient aussi des ions Fe3+, ces derniers sont des cations précipitants, c’est-à-dire qu’ils vont pouvoir se combiner à l’oxygène et sédimenter sous forme solide au lieu de se solubiliser. L’hydrolyse va dont permettre de former des argiles et de transformer la biotite en hydroxyde de fer. Comme les ions Fe3+ ne sont pas solubles, ils vont former un précipité d’oxyde de fer riche en fer III. C’est ce précipité qui va donner la goethite, soir brun-noir sous forme massive, soit jaunâtre sous forme de poudre.

Le granite peut s’altérer lors d’une hydrolyse mais tous les minéraux se l’altèrent pas de la même façon, ni à la même vitesse. La biotite va s’altérer rapidement pour former des argiles et de l’oxyde de fer (grâce aux ions Fe3+). Ce dernier va sédimenter pour former la goethite qui a été utilisée pour les peintures rupestres des grottes de Lascaux. ...
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