Fiche de révision · S5

Résumé — Géochimie

Tout le module en une page : les chapitres condensés en points essentiels, le vocabulaire et les pièges d'examen. Pour la veille de l'épreuve.

Introduction à la géochimie : objet, histoire et branches

Géochimie = étude de la répartition des éléments chimiques et de leurs isotopes dans les réservoirs terrestres et solaires, et des lois de leur comportement.
Clarke (1908, F. W. Clarke) fonde la géochimie moderne ; Vernadsky définit la biosphère (1924) ; Goldschmidt établit la classification géochimique des éléments.
Clarke = abondance moyenne de référence d'un élément dans l'écorce terrestre.
Huit branches : isotopique, cosmochimie, biogéochimie, organique, des eaux, environnementale, appliquée, marine.

Z = nombre de protons (numéro atomique) ; A = protons + neutrons (nombre de masse) ; isotopes = même Z, A différent.
Couches électroniques K, L, M, N → 2n² électrons max (2, 8, 18, 32) ; électrons de valence → propriétés chimiques.
Rayon ionique, potentiel ionique (charge/rayon) et électronégativité déterminent l'affinité et la mobilité d'un élément.
Classification de Goldschmidt : sidérophile (noyau, Fe-Ni-Co) vs chalcophile (sulfures, Cu-Zn-Pb) vs lithophile (silicates, Si-Al-Ca-Na-K) vs atmophile (atmosphère, N₂, gaz rares).

Le Soleil concentre l'essentiel de la masse du Système solaire ; son spectre lumineux révèle une composition dominée par H et He.
Chondrites (chondrules, matière primitive) vs achondrites (texture magmatique) vs météorites métalliques (Fe-Ni, structure de Widmanstätten).
Densité des roches de surface (≈ 2,8) ≪ densité de la Terre entière (≈ 5,5) → la Terre est différenciée en enveloppes concentriques, confirmé par les ondes sismiques.
Comparaison Terre / Lune / Mars → facteurs contrôlant le degré de différenciation d'une planète tellurique.

Bilan de masse = comparaison entrées/sorties d'un élément pour quantifier un processus géologique.
Différenciation par séparation de phase (métal/silicate → noyau) et par fractionnement (redistribution solide/liquide).
Trois familles d'éléments : majeurs (minéralogie de la roche), traces (traceurs de processus), isotopiques (source et âge).
Réservoirs : croûte continentale (granodioritique, riche en incompatibles) vs croûte océanique (basaltique, dorsales) vs manteau (péridotitique, source des magmas) vs noyau (Fe-Ni).
Cycles géochimiques : volcanisme (manteau → croûte océanique), subduction (croûte → manteau), érosion (croûte continentale → sédiments/océans).

Majeurs : ~99 % du poids de l'écorce, teneurs en % (O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg) — Traces : teneurs en ppm/ppb, traceurs de processus.
Substitution possible si rayon ionique voisin et charge identique ou compensée (règles de Goldschmidt) ; ex. Sr²⁺ substitue Ca²⁺.
Compatible (D > 1) → reste dans le solide (Ni, Cr dans l'olivine) vs incompatible (D < 1) → concentré dans le liquide magmatique.
Coefficient de partage D = concentration minéral / concentration liquide en équilibre.
Terres rares (REE, lanthanides) : famille chimiquement voisine, traceur privilégié de l'origine des magmas (diagrammes normalisés).

Isotope radioactif → désintégration selon une loi statistique de période (demi-vie) constante, indépendante des conditions physico-chimiques.
Datation absolue = mesure isotope parent / isotope fils radiogénique dans un système resté clos depuis sa formation.
Chronomètres : K-Ar (micas, feldspaths) · Rb-Sr · U-Pb (zircon, haute précision) · C-14 (matière organique, temps récents).
Isotopes stables (O, C, S) → traceurs de paléoenvironnements par fractionnement isotopique, sans donner d'âge.
Datation relative (stratigraphie, paléomagnétisme, ordre des événements) vs datation absolue (isotopes radioactifs, âge chiffré).

Altération = transformations à l'affleurement, rencontre lithosphère/biosphère ; distincte de la diagenèse et du métamorphisme (profondeur).
Hydrolyse (eau + CO₂ dissous) libère les cations des silicates ; silice et alcalins mobiles vs fer et aluminium peu solubles.
Mobilité différentielle → accumulation résiduelle de Fe et Al (latérites, bauxites) vs export des éléments solubles.
Biosphère : micro-organismes, racines, matière organique → complexation et chélation, augmentent la mobilité de Fe et Al.
Série de Goldich (résistance des minéraux primaires, inverse de Bowen) et séquence de Jackson (minéraux secondaires/argiles).

Prospection géochimique = estimation des teneurs (roches, sols, eaux, plantes) pour définir fond géochimique et détecter les anomalies.
Fond géochimique (teneur locale de référence) ≠ Clarke (moyenne globale de l'écorce terrestre).
Anomalies lithogéochimiques, hydrogéochimiques, biogéochimiques ; vraies (liées à un gisement) vs fausses (pollution, fond naturel élevé).
Trois stades : reconnaissance régionale (1/500 000–1/200 000) → prospection stratégique (1/200 000–1/50 000) → détaillée/tactique (1/50 000–1/10 000).
Applications : exploration minérale et géochimie de l'environnement (drainage minier acide, métaux dans les eaux).