Natron

Lenatronouatroun(nom tiré duOuadi Natroun, vallée appelée « Champ-de-sel » enégyptien ancien)désigne d'abord unminéral, lecarbonate de sodiumdécahydratédeformulechimique Na2CO3• 10 H2O. Mais c'est aussi unerocheévaporitiquequi a la singulière propriété, en présence d'eau ou d'humidité, de développer à sa surface le minéral natron (souvent accompagné de diverses impuretés).
Cette roche parfois massive contient principalement des dépôts carbonatés et hydrogénocarbonatés alcalins à base detrona, debicarbonate de sodiumounahcoliteet d'autres carbonates hydratés, comme le monohydrate de carbonate de sodium outhermonatrite, susceptible de redonner en milieu humide et frais ducarbonate de sodium décahydraté.
Ce corps chimique naturel, dénommé autrefoisalcaliminéral ou simplementdas Sodaenallemand, se présente aussi sous la forme d'une substance blanche, évanescente et éphémère, que l'on trouve au bord de certains lacs sodés, temporaires ou permanents, à eaux saumâtres du désert.
Le natron a été décrit en minéralogie parWalleriusen 1747. La matière est néanmoins connue depuis la haute Antiquité enÉgypte. Les reines d'Égypte de la haute Antiquité s'en servaient, mêlé à de l'eau, pour clarifier le teint du corps. On utilisait aussi le natron mêlé à de l'eau pour blanchir les dents après le brossage de celles-ci.
Le motnatron, équivalent àsoude minérale,soude carbonatéeoualcali fixe minéralenfrançais, est apparenté au termelatinnatrium, qui via l'allemandNatriumest à l'origine du symbole dusodium, Na. Le motnatronnous est parvenu par l'arabenatrūn, qui semble l'avoir hérité du grec hellénistiquenítron, cette dernière langue l'ayant emprunté évidemment au monde égyptien. Selon Rupert Hochleitner, opus cité, il existe le mot grec anciennatron, apparenté au verbenaptô, signifiant "laver".
Dans les textes médicaux latins, le motnitrumsignifiaitnatron, et ne doit pas être traduit par «nitre».
Romé de L'Islele décrit sous l'appellation de cristaux d'alkali fixe minéraldans son ouvrage fondateur de la cristallographie. L'abbéRené Just Haüyle décrit simplement comme de la soude carbonatée hydratée dans sonTraité de minéralogieparu en 1801.
Selon l'IMA, le géotype est le site de Ragtown, dans l'état duNevada, aux États-Unis.
Lesystème cristallindu minéral pur estmonoclinique. Son éclat est vitreux, transparent à translucide et sa couleur incolore à blanche. La solubilité du minéral dans l'eau pure augmente avec la température : 215,8g/litre d'eau à20°C, 445g/litre à80°C.
Ce corps chimique naturel potentiellement abondant est hygroscopique : il absorbe l'humidité, c'est pourquoi les échantillons nettoyés à l'alcool doivent être placés en sachet ou boîte hermétique, à l'abri de l'air (humide). Le natron plongé dans l'acide chlorhydrique bouillonne.
Il colore la flamme en jaune par sescationsNa.
Il a parfois un goût de lessive, produit basique typique du commerce. Sa saveur est alcaline à piquante. Il possède des propriétés antibactériennes.
Le minéral Na2CO3• 10 H2Os'effleurit à l'air sec et chaud, en se transformant enthermonatriteNa2CO3• H2Opulvérulente. Par chauffage asséchant, il est possible d'obtenir de lasoude Na2CO3appeléenatriteen minéralogie. C'est une utilisation de la roche générique natron.
Les formes obtenues au laboratoire par évaporation d'une solution aqueuse de carbonate de sodium montrent la prépondérance des faces planes (100), (010) et (011), avec aplatissement sur la seconde (O10).
Le plan des axes optiques est perpendiculaire à (010).
Les lacs plus ou moins temporaires des dépressions duSahara, au contraire des véritablesoasis, ne disposent souvent que d'une eau saumâtre et saline, riche enchlorure de sodiumNaCl etbicarbonate de sodiumNaHCO3dissous ; aussi du natron se forme-t-il dans les bassins recevant les eaux usées. Il est exploité depuis la haute Antiquité.
Sa sensibilité à l'altération à l'air chaud et sec du désert est déjà mentionnée. La collecte de ce minéral instable, formé pendant le rafraîchissement nocturne probablement par le rôle de bactéries halines et alcalines accumulant et triant en milieu humide les différents carbonates, doit être impérativement opérée avec le soleil levant. Ce rite à l'aube solaire de cueillette de fleurs alcalines explique probablement sa renommée antique.
Notons que les lacs contenant en solution du natron restent des milieux à développement bactérien très spécifique, responsable notamment du fleurissement du natron sous certaines conditions météorologiques. L'effet bactéricide du natron est sélectif au milieu vivant acide ou très légèrement basique ou acide, par exemple typique de lapeau humaine. Leseaux natronéespeuvent également contenir des quantités importantes decyanobactériesgenre Arthrospira (spiruline), qui servaient à préparer des galettes protéinées d'alguesbleu-vertnomméesdihédans la région des ouadis tchadiens.
Le natron Na2CO3• 10 H2Oest essentiellement d'origine évaporitique et se forme en toute pureté minérale sous forme d'efflorescences surtout lors de l'évaporation delacsriches enbicarbonate de sodiumet autres sels de sodium.
Alfred Lacroixconstatait en 1900 pourtant l'existence virtuelle du minéral natron. Il ne doutait point que du carbonate de sodium fût en dissolution dans l'eau des lacs salés des régions désertiques, notamment dans les étendues du Soudan antique, mais aussi dans les sources thermales carbonatées alcalines. Mais il faut que la cristallisation par évaporation, efficace si T <20°C, soit nocturne dans ses milieux tropicaux désertiques et s'opère dans des conditions spéciales (vent nocturne et du matin, assèchement de limon, rosée, chute thermique progressive durant la nuit). Une fois la mare salée desséchée, le natron se transforme en thermonatrite. Placé sans protection sous les ardeurs du soleil, le minéral se pulvérise en thermonatrite. Les minéralogistes disent, non sans humour, que ce minéral est surtout en solution dans les lacs alcalins et sodés.
Le natron est attesté dans les roches ignées alcalines, par exemple dans les monts Lozovero,péninsule de Kolaen Russie et auMont Saint-Hilaire, auQuébecainsi que dans diverses roches volcaniques et dans des cratères lunaires et supralunaires, comme sur lecratère GoussevsurMars. Par exemple, en Norvège, il peut être présent à l'état primaire dans l'ékerite granitique ducomté de Rogaland, le granite duBuskerudou la minette duTélémark, voire les associations de cristaux rhomboédriques porphyriques avec l'anorthose.
Le natron se trouve également dans les dépôts des fumerolles de l'Etnaet duVésuve.Alfred Des Cloizeauxl'a observé dans les laves et les sources thermales deLa SoufrièreenGuadeloupe. Il s'en récupère au voisinage des sources d'eaux chaudes enTurquieet enItalie, par exemple àLarderelloenToscane.
Des gisements de natron en lits protégés se trouvent néanmoins enLibye, enÉgypteprès des lacs Amers, auTchaddans les montagnes du Tibesti, au Kenya, auBotswana, auxÉtats-Unis, par exemple enCalifornieau voisinage de la Vallée de la Mort, dans leColoradoou leWyoming, au Canada notamment à Atlin ou près du lac Goodenough, district de Clinton en Colombie britannique, en Australie du Sud mais aussi enTurquieet en Italie, dans les déserts alcalins, en Mongolie et en Chine (Gobi), en Iran, au Tibet, dans les salars de Bolivie et d'Argentine, en Hongrie...
La roche évaporite peut contenir des impuretés parfois conséquentes en sels de sodium, de magnésium... sous forme de chlorures, de sulfates ou de borates. Les impuretés les plus communes sont lebicarbonate de sodium, lahaliteet lamirabilite, soit lesel de Glauberdes Anciens.
Il n'est pas absent des grands dépôts d'évaporites fossiles, comme dans les mines de sels alpines, par exemple à Bex en Suisse ou à Hall d'Autriche.
Minéraux associés dans les évaporites :mirabilite,thénardite,épsomite,thermonatrite,trona,nahcolite,natrite,gaylussite,borax,halite,calcite,monohydrocalcite,pirssonite,baylissite,chalconatronite.
Dépôts d'évaporites fossiles ou apparitions potentielles de natron
Il y a plus de quatre mille ans, les céramistes et chaufourniers égyptiens ont découvert qu'en chauffant de la silice (sable), avec du natron asséché et purifié, transformé en soude, et de lachaux vive, ils fabriquaient une matière plus ou moins vitreuse et transparente. En ajoutant certains ingrédients ou poudres minérales colorées au mélange, ces premiers verriers obtenaient desverresdiversement colorés.
Le natron, et d'une manière générale le natron purifié et chauffé que nous pouvons dénommer soude, servait également aublanchimentdu linge, à la préparation ducuiret à laconservation de la viande. Le natron montre des propriétés antibactériennes. Employé sec, il peut déshydrater les chairs ; en solution aqueuse, il amollit les matières organiques.
L'analyse chimique pondérale donne en masse21,6%Na2O,15,4%CO2et63%H2O. Même s'il est moins concentré en soude que letrona, le natron est une matière première naturelle, localement abondante, de la soude oucarbonate de sodium, dans l'industrie chimique, en particulier en Égypte, en Russie et les anciens pays orientaux soviétiques.
Le natron était déjà connu desÉgyptiensde l'Antiquitéqui l'appelaientneter, de l'ancien égyptiennṯr(ĵ), terme qui rappelle qu'ils l'extrayaient d'un lac asséché dans le désert deNitrie.
On distinguait vraisemblablement diverses variétés de natron égyptien:
Remarquons que cet emploi généralisé du termeneterou peut-être de ses déclinaisons ou variantes anciennes, s'applique à toute apparition saline ou évaporitique, souvent blanche compacte, crevassée ou filamenteuse, sur n'importe quelle surface ou paroi humide ou humidifiée. On comprend alors l'évolution de sens qui finit par désigner la classe des alcalis ou corps alcalins naturels (plus ou moins souvent encroûtés) étendue à celle des nitrates, et finalement lenitreou salpêtre.
Les Égyptiens utilisaient ces produits pour de nombreux usages :
Il y a plus de quatre mille ans, peut-être même plus de cinq mille ans puisque le natron a vraisemblablement très tôt été purifié et stocké sous forme solide et sèche, les Égyptiens, excellents connaisseurs de l'art nommékemia, ont observé la similitude de matière entre le natron purifié, chauffé et asséché en vase clos, et la partie soluble dans l'eau des cendres de végétaux dechénopodiacéescalcinés poussant sur des terres salifères ou salisols identiques aux milieux des lacs salés. On peut parler d'identité au niveau de la langue égyptienne antique, car la dénomination du natron est la même pour le minéral et le produit basique préparé. Il s'agit de la soude, le premieralcaliminéral connu. Leschaufourniersont très vite su accroître le pouvoir alcalin de la soude, en la chauffant avec de la chaux, c'est-à-dire en la caustifiant, pour obtenir de lasoude caustique.
Il s'agit plus souvent de la roche impure, le plus souvent à base de trona et de nahcolite, transporté par des navires. Outre la médecine et les produits de nettoyage et/ou d'hygiène, ce sont les verriers et les céramistes qui utilisent cette matière qualifiée par le terme générique alcali. Le natron est un alcali minéral des alchimistes.
La roche natron a été exploitée depuis la plus haute antiquité. Les Français ont eu accès aux régions de production dès le milieu duXIXsiècleet nomment les sites d'exploitation des natronières. Ils constatent une activité de récolte traditionnelle, auquel tend à se superposer une exploitation plus moderne. Certains pays, ne disposant pas au départ d'industrie chimique sophistiquée et par conséquent de moyens de développer leprocédé Solvay, ont maintenu cette récolte minière à faible coût dans les natronières et fondé une industrie de traitement, depurificationet dedessiccationde carbonates, qui livre du natron commercial, en réalité du carbonate de sodium plus ou moins pur ou sec.
Pendant laBelle Époque, unnatromètreest un instrument servant à mesurer la soude ou la potasse des produits commerciaux.
Le chimisteClaude-Louis Bertholletet les savants de l'expédition d'Égypteen 1799 ont étudié avec intérêtin situles dépôts des grands lacs salés égyptiens, en particulier du natron. Le premier a postulé une réaction de formation réversible, dans le cadre des équilibres chimiques de la chimie lavoisienne :
La réaction inverse était bien connue en laboratoire : les sels descationscalcium précipitent en présence de carbonate. La réaction proposée de formation directe du natron existe, mais est très lente, dans des conditions évaporitiques et nécessite des saumures très concentrées, râpant véritablement par effet corrosif (notamment électrochimique) laroche calcaireencaissante.
La conversion du sel ensoude, contrairement à la proposition de Berthollet, est beaucoup plus due à la présence d'eaux saumâtres apportées par la pluie du désert salin ou par des sources intermittentes, eaux naturellement chargées enhydrogénocarbonate de sodiumNaHCO3et enchlorure de sodium. Le rapport entre les teneurs en ions hydrogénocarbonates et alcalins, comme Na... et les teneurs en ions alcalino-terreux Caet Mg, est crucial pour l'évolution des saumures naturelles et la formation desroches évaporites, en particulier leurs minéraux de constitution primaire. La première étape consiste dans tous les cas de figures dans la précipitation chimique des carbonates alcalino-terreux, du type calcaire (calcite/aragonite) CaCO3et dolomie (Ca, Mg)CO3. Dans ce cas où les ions hydrogénocarbonates et alcalins demeurent en bien plus fortes concentrations que toutes autres espèces ioniques en solution aqueuse, la formation de sels à base de carbonate de sodium, comme le natron et de NaCl, voire detrona, est la seconde étape inévitable.