La géochimie étudie la répartition des éléments chimiques dans les grands réservoirs de la Terre et du Système solaire, et les lois qui gouvernent leur comportement. Ce chapitre pose la définition de la discipline, retrace les étapes qui l'ont fondée et présente ses principales branches — un socle de vocabulaire que les examens interrogent souvent sous forme de questions de cours courtes.
1. Définition et objet de la géochimie
La géochimie est la branche de la géologie qui étudie la répartition des éléments chimiques (et de leurs isotopes) dans les constituants de la Terre et du Système solaire, ainsi que les lois de leur comportement chimique au cours des processus géologiques. Elle porte sur les roches et sédiments de la Terre solide, les météorites et matériaux extraterrestres, mais aussi sur les fluides des océans, des eaux souterraines et de l'atmosphère : la géochimie s'intéresse donc au mouvement ou flux des éléments à travers les solides et les fluides terrestres.
Comme toute science de la Terre, elle comporte un versant fondamental — comprendre le fonctionnement du système Terre : convection mantellique, formation des planètes, origine des roches magmatiques — et un versant appliqué — recherche de substances minérales et énergétiques, décontamination des sols et des eaux polluées.
2. Repères historiques
Le terme « géochimie » apparaît en 1838 sous la plume du chimiste suisse Christian Friedrich Schönbein, qui souligne que l'étude des propriétés chimiques de la Terre est aussi importante que celle de l'âge des strates et des fossiles. La naissance de la géochimie moderne est associée à la publication en 1908, par le minéralogiste américain Frank Wigglesworth Clarke, de son ouvrage de référence sur les données de la géochimie — d'où le terme Clarke, utilisé pour désigner l'abondance moyenne d'un élément dans l'écorce terrestre.
L'école russe apporte une contribution majeure avec Vladimir Vernadsky, qui publie en 1924 les premiers ouvrages intitulés geochemistry et biosphère — il est le premier à définir cette dernière notion — et Alexandre Fersman. Mais c'est le chimiste suisse Victor Moritz Goldschmidt (1888-1947) qui est considéré, avec Vernadsky, comme le véritable fondateur de la géochimie moderne : il établit une classification géochimique des éléments, explique leurs affinités avec les différentes enveloppes terrestres et souligne le rôle des rayons et charges ioniques dans la formation des minéraux.
3. Les branches de la géochimie
La géochimie se subdivise en plusieurs branches selon l'objet ou le milieu étudié. La géochimie isotopique mesure et interprète les compositions isotopiques des éléments. La cosmochimie étudie la répartition et l'origine des éléments dans l'Univers et le Système solaire. La biogéochimie s'intéresse au rôle des systèmes biologiques sur les conditions physico-chimiques de surface, tandis que la géochimie organique reconstitue l'origine et la diagenèse de la matière biologique fossile, en particulier pour la genèse des hydrocarbures.
La géochimie des eaux traite de l'abondance des éléments dans les eaux et de son évolution au cours du cycle hydrologique ; la géochimie environnementale applique ces données à l'étude de l'environnement ; la géochimie appliquée (ou prospection géochimique) sert à découvrir et estimer les ressources minérales ; enfin la géochimie marine étudie la répartition des éléments dans le milieu océanique.
4. Place de la géochimie parmi les sciences de la Terre
La géochimie s'appuie sur la cristallographie et la minéralogie pour comprendre l'agencement des atomes dans les minéraux, sur la géophysique pour contraindre la structure interne du globe, et sur l'astrophysique pour la composition des corps célestes. Elle croise aussi la pédologie (étude des sols) et la paléontologie par le biais de la datation. Cette transversalité explique pourquoi le module de géochimie s'appuie sur des notions déjà vues en cristallochimie et en minéralogie.
Discipline de la géologie qui étudie la répartition des éléments chimiques et de leurs isotopes dans les réservoirs terrestres, ainsi que les lois régissant leur comportement au cours des processus géologiques.
Moyenne arithmétique des résultats d'analyse d'un élément chimique donné dans un ensemble d'échantillons représentatifs d'une formation de l'écorce terrestre ; sert de référence pour repérer un enrichissement ou un appauvrissement.
Branche de la géochimie qui étudie la répartition, l'origine et l'histoire des éléments chimiques dans l'Univers et dans le Système solaire.
| Branche | Objet d'étude | Exemple d'application |
|---|---|---|
| Géochimie isotopique | Compositions isotopiques des éléments | Traçage des sources, datation |
| Cosmochimie | Éléments dans l'Univers et le Système solaire | Origine des météorites |
| Biogéochimie | Rôle du vivant sur la chimie de surface | Cycles du carbone, de l'azote |
| Géochimie organique | Matière biologique fossile | Genèse des hydrocarbures |
| Géochimie appliquée | Ressources minérales | Prospection, exploration minière |
Les principales branches de la géochimie
- La géochimie étudie la répartition des éléments chimiques et de leurs isotopes dans les réservoirs terrestres et solaires, et les lois de leur comportement.
- Clarke (1908) fonde la géochimie moderne ; Vernadsky définit la biosphère (1924) ; Goldschmidt établit la classification géochimique des éléments.
- Le Clarke d'un élément est son abondance moyenne de référence dans l'écorce terrestre.
- Huit branches principales : isotopique, cosmochimie, biogéochimie, organique, des eaux, environnementale, appliquée, marine.
- La géochimie s'articule avec la cristallographie, la minéralogie, la géophysique et l'astrophysique.
Les facultés marocaines (FSR, FSSM, FSDM, FST) posent volontiers une question de définition (« qu'est-ce que la géochimie ? ») et demandent de citer et distinguer plusieurs branches — pense à bien différencier cosmochimie et biogéochimie, souvent confondues. Le nom de Goldschmidt revient dans presque tous les chapitres du module : retiens-le comme fil conducteur.