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Sel gemme, sel du Zechstein, sel du grès rouge bigarré, sel du Muschelkalk ou sel du Jurassique. Il existe divers gisements de sel qui se distinguent par leur âge et leurs caractéristiques géologiques. Le chlorure de sodium – qui est la désignation chimique du sel – se compose de l’élément sodium, un métal, et de l’élément chlore sous forme gazeuse.
1. Géologie et minéralogie
Halite/Sel gemme
Le sel de la Terre a non seulement une signification symbolique dans la Bible, mais il est également étroitement lié à la Terre et à son histoire. Depuis que les éléments sodium et chlore existent, la formation de sel est possible. Le sodium et le chlore sont respectivement les septième et vingtième éléments les plus présents dans l’écorce terrestre. Le Panthalassa devait déjà contenir une prodigieuse quantité de sel. On pense que le développement de la diversité des organismes n’a été possible que lorsque la formation d’énormes dépôts de sel gemme a réduit considérablement la teneur en sel (salinité, concentration) des mers. Ce que l’on sait avec certitude, c’est que le sel gemme le plus ancien que l’on connaisse s’est formé il y a plus de 600 millions d’années et que la teneur en sel des mers est restée pratiquement constante depuis cette époque.
Le sel est un indicateur géologique qui permet de déterminer les zones de climat sec et chaud, c’est-à-dire les périodes et les régions soumises à une forte évaporation. Qu’ils se soient cristallisés suite à l’évaporation d’un lac salé ou d’une mer, les minéraux résiduaires sont restés pour témoigner de cette époque révolue. Lorsque le climat était humide et chaud, il se formait des forêts marécageuses ou vierges luxuriantes dont les sédiments ont constitué les gisements de houille de la Terre. Les strates de sel et de charbon sont souvent superposées et indiquent le passage d’un climat chaud et humide à un climat chaud et sec.
L’halite est la désignation minéralogique du sel gemme compact et cristallisé (sel de cuisine, chlorure de sodium, NaCl). Ce terme tire ses origines des mots grecs «hals» qui désigne le sel et «lithos» qui signifie pierre.
Avec un degré de dureté de 2, le sel gemme fait partie des minéraux mous (diamant 10). Le système cristallin du sel est parfaitement cubique (hexaèdre, hexagone). Le réseau cristallin du sel de cuisine est composé de mailles cubiques à faces centrées composées d’ions de sodium et de chlore. Un ion de sodium est entouré symétriquement par six ions de chlore et chaque ion de chlore est entouré de six ions de sodium.
L’halite cristallise conformément aux règles du système de cristallisation cubique. Des essais en laboratoire effectués à l’aide de différentes solutions l’ont démontré. Qu’il soit un octogone (huit faces), un dodécaèdre régulier (douze faces), une trichite (aiguille) ou une dendrite (écaille), aucune forme ne fait exception à cette règle.
L’halite, ou sel gemme, est une évaporite (minéral résiduaire), qui précipite lorsque l’eau d’un lac salé ou d’une lagune s’évapore. Il reste alors du sel et d’autres minéraux tels que de la sylvinite (chlorure de potassium, KCl), du gypse (sulfate de calcium, CaSO4.2H2O), du calcaire (carbonate de calcium, CaCO3), de la dolomite (calcium et carbonate de magnésium, CaMg(CO3)2) et de l’anhydrite (gypse sans eau). Le processus de précipitation suit toujours les mêmes lois. L’ajout d’eau trouble le processus, les minéraux peuvent à nouveau se dissoudre ou être recouverts de nouvelles strates (voir la théorie des barres).
Le sel du Zechstein
Le gisement de sel gemme le plus important et le plus étendu d’Europe centrale date de l’époque du Zechstein et résulte de plusieurs cycles engendrés par l’avancée et le retrait de la mer. L’épaisseur des couches des cycles varie entre 100 et 600 mètres. Quatre à six strates de sel du Zechstein contiennent des sels alcalins. Le sel du Zechstein a parfois été recouvert d’une couche rocheuse de plus de 2000 mètres d’épaisseur. Sous la pression, le sel a commencé à couler et à remonter vers la surface. D’énormes dômes (ou diapirs) se sont formés. Ces diapirs servent à extraire du sel gemme et du sel alcalin puis à entreposer du pétrole et du gaz naturel et enfin à stocker définitivement des déchets.
Désignation géologique: Zechstein
Il y a env. millions d’années: 250
Répartition géographique: Angleterre, plaine basse d’Allemagne du Nord
Le sel du permien supérieur/sel de Werfen
De cette époque datent les gisements de sel des Alpes orientales, en particuliers, ceux de la région de Hall dans le Tyrol, de Berchtesgaden, de Bad Ischel, de Hallstatt et de l’Altaussee. Lors de la formation du massif alpin, une poussée du sud les a déplacés hors de leur zone de sédimentation de la Tethys. Ces réserves de sel ne forment pas de strates, mais des plissements et des écailles avec d’autres roches (voir le terme Monts de coudraie) telles que de l’argile, de l’anhydrite et de la dolomite (faible salinité).
Désignation géologique: Permien supérieur
Il y a env. millions d’anné: 245
Répartition géographique: Autriche et Bavière (de Hallein jusqu’à l’Altaussee)
Le sel du grès rouge bigarré
Ce sel, qui présente des strates de 60 à 80 mètres d’épaisseur, a été essentiellement découvert lors des forages pétroliers. Il est exclusivement collecté à Hengelo (NL) par lessivage de cavernes qui se trouvent entre 300 et 400 mètres de profondeur.
Désignation géologique: Buntsandstein (grès rouge bigarré)
Il y a env. millions d’années: 240
Répartition géographique: Allemagne du Nord, Hollande
Sel du Muschelkalk
Il a été généré par l’apparition d’une mer venant de la région de l’actuelle mer du Nord il y a 235 millions d’années et s’étend jusqu’en Suisse et jusqu’à l’est de la France. Les strates ont une épaisseur maximale de 100 mètres. Ce sel a été convoité très tôt étant donné qu’il alimente de nombreuses sources salines à l’intérieur du pays et qu’il permet de collecter du sel. Des méthodes d’extraction modernes ont accru l’importance du sel du Muschelkalk bien qu’il ne contienne pas de sels alcalins et qu’il soit souvent mélangé à de l’anhydrite, de l’argile et de la dolomite.
Les Salines Suisses du Rhin produisent leur sel à Schweizerhalle et à Riburg par lessivage du sel gemme du Muschelkalk. D’autres sites d’exploitation importants sont, entre autres, Heilbronn et Stetten en Allemagne et Varangeville, Tavaux et Dombasle en Lorraine. Voir l’illustration «Le sel en Suisse»
Désignation géologique: Muschelkalk moyen (calcaire coquillier)
Il y a env. millions d’années: 235
Répartition géographique: Lorraine, Suisse et Jura français, Allemagne du Sud
Les sels du Muschelkalk et du Zechstein se séparent de leurs ions de chlore dans les eaux profondes de la roche et forment ainsi des eaux naturellement minéralisées.
Le sel du Keuper
A l’époque du Keuper (Trias supérieur), il y a 225 millions d’années, des évaporites essentiellement composées de gypse et d’anhydrite se sont à nouveau formées. Ce phénomène a entraîné la formation de bassins salifères dans certaines régions telles que dans le Cheshire (GB), à Nancy et à Lons-le-Saunier (Jura). L’épaisseur des couches est de moins de 100 mètres et la qualité modeste.
Les gisements de sel isolés de Bex (Canton de Vaud) dans la vallée du Rhône datent également de l’époque du Keuper, mais proviennent initialement du sud du massif alpin actuel. Comme les monts de coudraie, il s’agit ici de brèches, c’est-à-dire d’un mélange de roches mêlées à du sel. La teneur en sel est faible
Désignation géologique: Gypse du Keuper (calcaire bariolé)
Il y a env. millions d’années: 225
Répartition géographique:
Le sel de l’époque jurassique
A l’époque jurassique, il y a environ 150 millions d’années, on assiste également à la formation de gisements de sel en Europe centrale. Ces gisements ne semblent pas exploités.
Désignation géologique: Jurassique supérieur
Il y a env. millions d’années: 150
Répartition géographique: Allemagne du Nord
Le sel du tertiaire
A la période crétacée (il y a 145 à 65 millions d’années), les formations salifères en mer Méditerranée restent limitées. C’est seulement pendant le tertiaire inférieur, il y a 40 millions d’années, qu’il y a eu à nouveau formation de dépôts de sel au nord des Alpes. Les gisements de sel gemme et de sels alcalins du fossé rhénan, entre la Forêt noire et les Vosges (Eocène/Oligocène), les impressionnants dépôts de sel de la Bresse (stockage du gaz) et les gisements de Wieliczka et Bochnia en Pologne utilisés depuis le moyen âge au pied des Carpates datent de cette période.
Désignation géologique: Tertiaire
Il y a env. millions d’années: 40
Répartition géographique: Fossé rhénan, Carpates
De nombreux gisements importants des régions méditerranéennes se sont formés à l’ère tertiaire comme par exemple en Roumanie, en Sicile, en Italie, dans le sud de la France et en Espagne.
2. Chimie et Physique
Sel, sel de cuisine, chlorure de sodium (NaCl)
Au sens large du terme, le sel désigne toutes les substances qui résultent de la réaction d’un acide avec une base. Les caractéristiques des sels sont
- la liaison des ions
- les températures de fusion élevées
- leur qualité de conducteur d’électricité en fusion et en solution
- la structure cristalline
Sel de cuisine, chlorure de sodium
Le sel extrait du sodium et du chlore gazeux est un solide blanc qui se dissout dans l’eau chaude ou froide. Le sel de cuisine se dissout moins bien dans l’alcool et pas du tout dans l’acide chlorhydrique concentré. Le sel de cuisine est très répandu dans la nature. D’énormes quantités sont disponibles dans les mers qui contiennent en moyenne 35 grammes par litre d’eau. De nombreux fleuves, lacs et mers intérieures contiennent du sel de cuisine.
Les dépôts de sel gemme géologiques connus depuis environ 600 millions d’années sont inépuisables. Le sel gemme ou l’halite cristallise avec d’autres évaporites telles que le calcaire, le gypse, l’anhydrite, les alcalis et le magnésium, entre autres, lorsque des mers peu profondes s’évaporent.
A l’aide de quelques expériences concrètes, il est facile de comprendre les phénomènes chimiques et physiques du sel de cuisine. Vous trouverez de plus amples renseignements dans la rubrique «Activités».
Sodium
Symbole Na, bonne réactivité, métal blanc argenté mou. Numéro atomique 11 dans le tableau périodique des éléments. Il fait partie du premier groupe du système périodique et compte parmi les métaux alcalins. Le métal a été découvert par un chimiste anglais, Sir Humphry Davy, en 1807. Le sodium est tellement mou qu’on peut le couper à l’aide d’un simple couteau. Au contact de l’air, il s’oxyde en quelques secondes et devient gris mat (formation d’une couche d’hydroxyde de sodium). Dans l’eau, le sodium réagit violemment et entraîne la formation d’hydroxyde de sodium et d’hydrogène. En cas de contact avec des halogènes ou des hydrocarbures chlorés, il y a danger d’explosion. Le sodium est le septième élément le plus fréquemment rencontré dans l’écorce terrestre. Environ 2,5 pour cent de l’écorce terrestre supérieure est composé de dérivés du sodium. Le sodium est, entre autres, un composant essentiel des organismes vivants. Il joue, par exemple, un rôle important au niveau du transport des signaux nerveux.
Chlore
Symbole Cl, c’est un gaz jaune verdâtre. Il fait partie des halogènes comme le fluor, le brome, l’iode et l’astate. L’élément chlore a été isolé pour la première fois par un chimiste suédois, Carl Wilhelm Scheele, en 1774. Le chlore est gazeux à température ambiante, mais passe à l’état liquide lorsque la pression augmente. Particulièrement toxique à forte concentration, ce gaz a une odeur âcre. Le chlore n’est pas présent dans la nature sous forme d’élément. Il compose généralement d’autres minéraux tels que du chlorure. Le chlore est le vingtième élément le plus fréquemment rencontré dans l’écorce terrestre. Le chlore réagit facilement avec de nombreuses substances telles que l’eau, les liaisons organiques et de nombreux métaux.
Le chlore est extrait par électrolyse de solutions salines aqueuses (chlorure de sodium et chlorure de potassium). Des alcalins sont également produits par le biais de ce procédé (électrolyse d’alcalis de chlore).
La chimie et la physique en quelques mots
A) L’eau dissout le sel:
Mots-clés:
Solubilité, concentration, saturation, saumure, bâtiment de graduation, sel ignigène
Expérience:
«Dissoudre du sel dans de l’eau»
Dans la pratique:
Lorsque l’eau de la mer s’évapore dans les lagunes et les marais salants, le sel de cuisine cristallise lorsque la concentration de saturation est atteinte. A l’inverse, le sel se dissout lorsque l’eau se répand ou qu’il pleut.
Pour que le sel contenu dans une solution saline (saumure) cristallise, la saumure doit être saturée sinon la quantité d’énergie utilisée pour évaporer l’eau excédentaire sera trop importante. Dans une saumure saturée, le sel cristallise immédiatement. Autrefois, les eaux peu salées étaient concentrées par grand vent dans des installations de graduation puis évaporées dans des poêles.
B) Le sel fait fondre la glace:
Mots-clés:
fonte de la glace, service de voirie en hiver, sel de dégivrage, chaleur de fusion ou de dissolution, solvatation, hydratation, processus endothermique et exothermique.
Expérience:
«Produire du froid à l’aide d’un mélange de glace et de sel de cuisine»
Dans la pratique:
Le sel de dégivrage est utilisé tous les hivers et contribue à la sécurité routière. Le verglas, la neige tassée et les dépôts de givre peuvent être éliminés à l’aide de sel jusqu’à une température de -15 ºC.
C) Le sel a le goût du sel:
Mots-clés:
Goût, limite de perception, reconnaissance, eau douce et eau minérale, solution saline physiologique, solutions salines isotoniques.
Expérience:
«Déguster des solutions salines de concentration différentes».
Dans la pratique:
L’eau contient du sel par nature. Par conséquent, il détermine sa qualité et son goût (eau douce, eau salée) ou peut lui prêter des vertus médicinales (eau minérale).
Chacun perçoit différemment le goût salé de la soupe. La solution saline isotonique, généralement perçue comme relativement salée, peut sauver des vies en injection intraveineuse ou étancher une grande soif sous forme de boisson.