Utilisation des richesses du sous-sol

Utilisation des richesses du sous-sol :

Depuis les origines de l’homme, à la préhistoire, celui-ci a appris que le sous-sol de la Terre pouvait lui fournir des substances utiles au bienfait de la vie courante et au développement de la civilisation.
Nous allons explorer ces diverses utilités en les partageant en plusieurs catégories :

• Les roches du sous-sol pouvant être utilisées telles quelles.

• Les roches qui doivent subir des transformations pour être utilisées.

• Les roches qui contiennent des minerais, source de métaux divers.

• Les minéraux du sous-sol susceptibles d’utilisations.

• Quelques cas particuliers.

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Utilisation des roches du sous-sol sans transformation complexe:

• C’est d’abord le cas des pierres de construction (granite, calcaire, tuffeau, grès, marbre, basalte..). Leur extraction se fait dans des carrières (soit à l’air libre, soit en souterrain).

Petit morceau de marbre brut de l'ancienne carrière d'Espiouge (09)

Elles peuvent employées en blocs irréguliers mais elles peuvent être taillées (d’où l’expression pierre de taille) ou sciées avant d’être employées pour leur donner une forme adéquate. On a ainsi bâti des châteaux, des églises, des habitations, des murs...

Muret de pierres (rhyolite de Talmont ; Vendée)

Entourage de fenêtre (granite à grain fin du Sillon de Bretagne, carrière de Vigneux de Bretagne, Loire Atlantique).

Puits ancien principalement bâti en pierres locales irrégulières. Utilisation de briques plus géométriques pour la façade. Château d'Olonne (85)

L'usage de ces pierres de taille s'est réduit avec l'apparition du parpaing, du béton... mais perdure cependant.

Certaines de ces roches (marbre, travertin...) peuvent être sciées en plaques plus ou moins épaisses afin d'en réaliser des dallages, placages de mur, carrelages, entourage de piscines, escaliers...

• Beaucoup de roches dures (granite, rhyolite...) peuvent être concassés en morceaux plus ou moins gros dont les usages seront variés : graviers, blocs pour enrochement, empierrement, granulats de béton….

Carrière de roches et de granulatsLa Mouzinière, Château d’Olonne(85)

Enrochement servant a stabiliser un talus.

• La plupart de ces pierres aptes à la construction peuvent aussi servir à la réalisation de sculptures. Calcaires, marbre, granite, schistes ardoisiers, grès... sont d'usage traditionnel (calvaire, statues, ornementations diverses). D’autres roches sont parfois utilisées (serpentinite…) .

Sculpture en calcaire. Les Sables d’Olonne (85)

• La stéatite, grâce à ses propriétés, permet la construction de poêles. Cette roche a en effet un grand pouvoir d'accumulation de chaleur, un point de fusion élevé et une très bonne conductibilité thermique.

• Le granite, de par sa résistance, est aussi utilisé pour fabriquer les pavés, bordures de trottoir, pierres tombales, jetées… Les variétés de cette roche sont très nombreuses, ce qui ajoute encore à son coté esthétique.

Granite rose de l'ancienne mine d'uranium de La Besse (19)

• L’argile du sous-sol est utilisée en poterie pour la réalisation d’objets variés. Les couleurs de l'argile sont variées : grise, verte, bleue, jaunâtre, rouille...

Argile verte. Le Veillon (85)

L’argile est un des plus anciens matériaux utilisés par l’homme. Une cuisson ainsi que l’adjonction d’ingrédients divers sont nécessaires. On prépare ainsi les poteries, tuiles, briques… mais aussi (avec une argile de meilleure qualité : le kaolin), les porcelaines, faïences… Notons que le kaolin est également utilisé dans le traitement de certains troubles digestifs.

L'argile permet de fabriquer : poteries, briques, tuiles..

Certaines argiles sont utilisées en fonderie (fabrication des cloches par exemple) pour la réalisation des moules.
L'argile était aussi utilisée par certaines civilisations (Sumériens....) pour former de petites plaquettes rectangulaires leur servant de support d'écriture.
Elle est aussi utilisée à des fins thérapeutiques ou esthétiques (masque d'argile, bain de boue, cataplasmes, compresses...)

• Le calcaire lithographique est un calcaire à grain extrêmement fin ayant une apparence homogène et une cassure lisse. Ces caractéristiques lui ont permis d'être utilisé pour la lithographie. La lithographie (du grec lithos pierre et graphein écrire) est une technique d'impression à plat qui permet de créer ou de reproduire en série des textes ou des dessins. Le dessin original s'effectue avec des crayons et encres lithographiques sur la pierre calcaire. Lorsque le dessin est exécuté, on humidifie la pierre puis on dépose une encre grasse à l'aide d'un rouleau. Celle-ci reste seulement au niveau du dessin. Elle est repoussée partout ailleurs (incompatibilité entre l'eau et le gras). Il reste ensuite à poser le papier et mettre sous la presse.

Morceau de calcaire lithographique. Chambolle-Musigny. Côtes d'Or.

• Dans les pays peu développés, un mélange de paille et d’argile (le torchis), séché au soleil est souvent utilisé pour l’élaboration des habitations, murets…

• La pierre de Volvic (roche de grande résistance, même aux acides et à la chaleur) sert pour fabriquer des tables de laboratoire, des tables d’orientation émaillées…

• Quelques roches, aptes à se débiter en feuilles plus ou moins épaisses (schistes, gneiss, ardoises, phonolites..) permettent de rendre étanche les toitures des bâtiments (lauzes, ardoises..). Elles peuvent aussi réaliser des dallages.
L'ardoise peut aussi servir à confectionner des plans de travail en cuisine et salle de bain, des tables de billard, des plaques commémoratives ou des plaques funéraires.....

Dallage en pierres calcaires (de Solnofen, Bavière)

Toit de lauzes en Lozère

• Le silex et l’obsidienne, seulement taillés, ou encore polis, ont été utilisés dès la préhistoire par certains peuples pour la fabrication de pointes de flèches, racloirs, perçoirs, haches…

Bloc d'obsidienne noire

Rognons de silex cassés de l'Ile de Ré (17)

• L’anthracite, la houille (appelé communément charbon), la lignite….sont utilisés comme combustible de chauffage (domestique et industriel).(Voir à combustibles fossiles)

Houille d'Alès (30)

• Le calcaire bitumineux fournira le bitume.

Calcaire bitumineux. Mine des Rois, Dallet (63)

• Les schistes bitumineux, après pyrogénation, sont susceptibles de fournir du bitume, de l'essence, du gas-oil…

• L’ocre, récoltée dans certains sites est à la base de l’obtention de pigments, colorants…(ex : fresques des grottes de Lascaux...)

• La glauconie a également été utilisée comme pigment ; on peut encore voir, dans la région de Castelanne (Alpes-de-Haute-Provence) et dans le vieil Annecy (Haute-Savoie), des façades d'immeubles d'un vert caractéristique.

• Un peu partout en France (et à l'étranger), de gros blocs de roches (granite, gneiss, grès...) ont servi à l'érection des monuments mégalithiques : dolmens, menhirs, cromlechs ....

Le Menhir ( en grès) de la Minche du Diable. Vairé. Vendée.

Dolmen (en granite et en grès) de la Frébouchère. Le Bernard. Vendée.

• Plusieurs roches dures ont servi pour la réalisation de meules : meules de moulin pour écraser les grains ou meules à aiguiser pour affûter les outils métalliques. On a utilisé le granite dans le Jura, en Savoie et en Bretagne, le grès en Haute-Loire, en Forêt Noire, en Suède et en Grande-Bretagne. La lave (rhyolite, basalte) a été aussi utilisée pour la fabrication des meules (par les Romains par exemple) ainsi que des pierres calcaires (en Anjou et en Aquitaine). La meilleure pierre cependant est une variété de silex, constitué par de la silice, connue sous le nom de silex meunier, ou plus simplement de pierre meulière.

Meules en granite, la grande d'un diamètre de 2m était verticale et servait à écraser les pommes; la petite de droite avec la partie dormante est une meule à grain (sans doute galloromaine).

• Le coticule : Sorte de schiste cristallin (roche métamorphique) à grain très fin, composé en grande partie de minuscules grenats spessartite. Autrefois, on en faisait des pierres à affuter les rasoirs. Actuellement, cette pierre est réservée à l'affutage des outils de précisions (chirurgie, coutellerie...). Son pouvoir abrasif est en effet supérieur aux matériaux artificiels et permet d'aiguiser même les aciers les plus durs.

• La diatomite : roche de couleur claire, presque formée uniquement par l'accumulation (marine ou continentale) de restes siliceux de diatomées (algues unicellulaires). Cette roche friable est utilisée comme abrasif, absorbant (dans la dynamite), comme filtre (dans la préparation du vin ou de certaines bières par exemple) et même en tant qu'insecticide non toxique.

• La ponce : cette roche volcanique poreuse et légère est utilisée pour ses propriétés abrasives (usure des jeans, pierre ponce pour les callosités des pieds ou des mains, ponçage du bois...). Sa porosité en fait un élément intéressant pour la culture des bonsaïs. Elle a aussi quelques fonctions en chimie (absorbeur d'eau, régulateur d'ébullition, filtration). Enfin, elle participe à l'élaboration de béton alvéolé pour la construction dans laquelle elle peut aussi servir d'isolant.

• La pouzzolane : cette roche alvéolaire d'origine volcanique est utilisé en jardinerie, soit comme roche décorative, soit comme substrat de culture mélangé à d'autres ingrédients. Elle est aussi à la base de la fabrication de certains ciments et permet de fabriquer des parpaings. Sa légèreté et sa porosité en font un remblai intéressant qui permet un bon drainage du sol. Épandue sur les routes en cas de gel ou de neige, elle permet une meilleure adhérence des roues des véhicules. Elle est utilisée également pour les filtres (fosses sceptiques, bassins...)

Pouzzolane (Carrière près du Puy de la Vache. Puy de Dôme).

• Le sable est une roche très commune sont les utilisations sont nombreuses.

-On l'utilise comme agent de filtration des liquides (filtre à sable), par exemple dans les usines de traitement des eaux.

-Il est utilisé aussi comme lest (ballon et montgolfière).

-Les sacs de sable sont un bon moyen de se protéger des balles, des explosions ou des inondations.

-Il est utilisé (sablage) comme abrasif dans des usines pour nettoyer les pièces métalliques.

-Il intervient dans certains procédés de fabrication des cloches.

-Les maraîchers préfèrent des sols sableux pour leurs cultures.

• Le sablon, sable très fin, est utilisé pour garnir les joints des terrasses en dalles béton et pavés auto-bloquants. (voir à sable)

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Utilisation de roches avec transformations :

On trouve ici beaucoup de produits utiles dans la domaine de la construction.

• Le plâtre est obtenu à partir du gypse, par broyage et cuisson.

Echantillon de gypse saccharoïde de Villeveyrac (34)

• Le ciment est préparé à partir d’argile et de calcaire, par broyage et cuisson. La composition de base des ciments actuels est un mélange de silicates et d’aluminates de calcium résultant de la combinaison de la chaux (CaO) avec de la silice (SiO₂), de l’alumine (Al₂O₃), et de l’oxyde de fer (Fe₂O₃). La chaux nécessaire est apportée par des roches calcaires, l’alumine, la silice et l’oxyde de fer par des argiles.

• La chaux est obtenue à partir de calcaires (par calcination du calcaire aux environs de 900 °C).

• Le verre provient de sables de silice (et d’adjuvants divers).

• Le béton se prépare à partir de sables, de graviers et de ciment.

• La vermiculite : silicate d'alumine et de magnésie. C'est une famille de matériaux qui fait partie des phyllosilicates, plus précisément des smectites (ou montmorillonites). La vermiculite expansée est d'origine naturelle, mais elle est produite par chauffage à des températures telles que le matériau ne fond pas mais se dilate. La vermiculite est une sorte de "mica" expansé qui se décompose facilement en feuillets. Plusieurs utilisations sont possibles dont :

- Substrat pour les terres de culture

- Matériau d'emballage

- Isolant de faible densité

• L'amiante (ou asbeste) : nous ne pouvons passer ce composé sous silence. Ce terme d'amiante désigne en fait plusieurs minéraux à texture fibreuse (chrysotile, crocidolite, trémolite) qui ont été largement utilisés dans l'industrie et le bâtiment pour leurs propriétés physiques, chimiques et leur faible coût. Le fibro-ciment est une des utilisations les plus connues de ce composé. Cependant, l'inhalation de fibres d'amiante est à l'origine de l'asbestose (fibrose pulmonaire), de cancers broncho-pulmonaires, ainsi que de cancers de la plèvre (mésothéliome). L'amiante fait l'objet actuellement d'une législation très stricte pour le contrôler ou l'éliminer, allant souvent jusqu'à une interdiction totale. Le gouvernement français interdit l'usage des fibres d'amiante depuis 1997 (sauf dans quelques cas d'exceptions).

Une amiante : la Trémolite (Ariège)

• La potasse : Appelée sylvinite cette "potasse" est un mélange de chlorure de potassium (sylvine), de chlorure de sodium (halite) et de résidus insolubles (schistes, argiles...). Présente en France (Alsace), en Allemagne, ..., la sylvinite permet la préparation d'engrais potassiques utilisés dans l'agriculture.

Sylvinite d'Alsace

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Les minerais :

Le fer, le cuivre, le plomb, le zinc, l’aluminium, l'étain, le nickel..… ne se rencontrent pas dans le sous-sol sous forme de métal mais sous forme de composés (sulfures, oxydes, carbonates…) mêlés à des roches, dans des nodules polymétalliques ou contenus dans des filons. Si l’opération s’avère rentable, ces composés, ou minerais, sont extraits dans des mines (souterraines ou à ciel-ouvert) et subissent des traitements industriels divers afin d’en obtenir le métal.

• La bauxite permet d’obtenir l’aluminium.

Bauxite de Villeveyrac (34) : minerai d’aluminium

• La galène donnera du plomb.

Galène de Nizerolles (03) : minerai de plomb

• La goethite, l'hématite, la sidérite et la magnétite donneront du fer.

Hématite de Batères (66) : minerai de fer

Sidérite de Sainte-Marguerite-Lafigère (07) : minerai de fer

• La sphalérite donnera le zinc.

Sphalérite de La Curadère (65) : minerai de zinc

• La stibine donnera de l’antimoine.

Stibine mine du Semnon (35) : minerai d’antimoine

• La garniérite donnera le nickel.

• La cassitérite donnera l'étain.

Cassitérite mine du Bé, Nozay (44) : principal minerai d'étain

• La wolframite donnera le tungstène.

Wolframite de Montredon (Tarn) : minerai de tungstène

Certains de ces minerais (et leur transformation) sont connus et utilisés depuis longtemps (dès la préhistoire). On parle ainsi de l’Âge_du_cuivre, de l’Âge_du_fer. On utilisait même les alliages (Âge_du_bronze).

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Utilisation des minéraux :

Contenus dans des roches, des filons, des géodes ou des alluvions, certains minéraux ont un intérêt, soit dans l’industrie, soit dans le domaine de la joaillerie.

• l’or : extrait de roches (quartz), mêlé dans d’autres minéraux à l’état de traces (arsénopyrite…), ou contenu dans des alluvions, il est utilisé par la joaillerie, pour les monnaies, les dorures…..

Orpaillage dans le Salat (Ariège)Pièces de monnaie en or.

• Les pierres précieuses : rubis, diamant, saphir, émeraude. Ces minéraux doivent être taillés avant d’être utilisé dans la réalisation de bijoux.

• D’autres minéraux ont une utilisation dans ces domaines sans être qualifiés de pierres précieuses. On peut citer : turquoise, opale, malachite, améthyste, topaze, jade, ambre, agate… On peut en faire aussi des objets décoratifs, des bijoux de fantaisie, …

Agate de Montredon. Tarn.

Topaze, Thomas Range, Utah, USA.

Ambre avec inclusions d'insectes.

• Certains minéraux ont des utilisations particulières :

-le rubis dans les lasers.

-le diamant (en tant que matériau dur) pour des opérations de forage, découpage… bien que de plus en plus remplacé par des diamants artificiels.

Diamants. Afrique. (collection Jean83)

-le mica blanc (muscovite). Minéral se séparant facilement en feuilles utilisables pour des fenêtres de contrôle des chaudières (grâce à sa transparence alliée à une très grande résistance à la chaleur), les grandes plaques ont pu servir de vitres, alors que l'utilisation traditionnelle fut longtemps celle de vitrage pour les fenêtres de poêles, réchauds et cuisinières. On l'utilisait aussi autrefois en électronique pour réaliser des condensateurs et en électricité comme isolant.

Mica blanc (Muscovite). Les Sables d'Olonne (85)

-les micas : en imprimerie, on incorpore parfois de fines particules de mica (16 microns) aux encres pour donner à celles-ci un effet perlé ou iridescent. Ceci confère à l'impression une certaine profondeur, du brillant, un effet de scintillement ou de couleurs. Les particules de mica finement broyées sont recouvertes d'une couche fine d'oxyde de fer ou d'oxyde de titane. Selon l'épaisseur de la couche métallique, la couleur passera du blanc (couche fine) à l'or, orange, rouge, violet, bleu ou vert.

-la barytine dans les boues de forage, pour le maintien des terrains et contenir la pression des nappes d'eau artésiennes (grâce à sa masse volumique élevée). On l'utilise aussi pour les préparations barytées nécessaires aux radiographie digestives, elle entre dans la composition des bétons des centrales nucléaires (obstacle aux radiations), et aussi comme charge pour les peintures, les papiers et les caoutchoucs.

Barytine massive d'Irouléguy (64) et de Villemagne (30).

-le quartz : il est utilisé en horlogerie pour rythmer le temps. Cette division du temps est opérée par un oscillateur à quartz, que fait vibrer l'énergie fournie par une pile. Dans un cristal de quartz, les atomes ne sont pas organisés n'importe comment mais rangés de manière à former des figures géométriques particulières. Du fait de cet agencement particulier, les cristaux de quartz possèdent une propriété intéressante : la piézoélectricité. Si on applique un courant électrique à un cristal de quartz, celui-ci se met à vibrer de façon régulière… D'où l'idée de l'utiliser en horlogerie.

Cristaux de quartz. Lac d'Estaing (65)

-l'azurite broyée est à l'origine de la fabrication d'un pigment bleu.

Azurite de Touissit. Maroc.

D'autres minéraux par broyage peuvent fournir aussi des pigments : le cinabre donne un pigment rouge, la malachite donne un pigment vert, l'orpiment donne un pigment jaune, le réalgar donne un pigment rouge-orangé... Prendre garde lors de la manipulation : certains de ces minéraux (cinabre, orpiment) sont toxiques.

Orpiment massif

-le talc, extrait dans des carrières, a de nombreuses utilisations : en pharmacie, en cosmétique, dans l'agro-alimentaire, en chirurgie, dans l'industrie du caoutchouc, dans celle des plastiques, pour les peintures et les céramiques...

Bloc de Talc. Carrière de Trimouns. Luzenac (09)

-la fluorine est utilisée comme fondant par les fabricants d'acier (fluidifie la scorie et facilite l'élimination du soufre et du phosphore), dans la fabrication de la fibre de verre et du verre opale et surtout pour la production d'acide fluorhydrique et de produits fluorés dérivés..

Fluorine massive de Marsanges (43)

-le soufre, surtout présent dans les régions volcaniques, a beaucoup d'applications. On l'utilise dans la préparation d'insecticides et d'engrais, pour la production de l'acide sulfurique, dans la réalisation des allumettes et des feux d'artifice, pour la vulcanisation du caoutchouc...

Soufre massif de Sicile (Italie)

-la halite, appelée aussi sel gemme, peut être utilisée comme condiment ou pour saler les aliments (pour remplacer le sel marin) ; mais ce minéral est aussi très utilisé pour le salage des routes, dans les tanneries, ou comme sel régénérateur des résines échangeuses d'ions (dans les adoucisseurs d'eau par exemple). L'industrie chimique l'utilise aussi pour la préparation de l'acide chlorhydrique, du carbonate de soude, du sodium-métal, du chlore (gaz)...

Halite. Minglanilla. Espagne

-la tourmaline, du fait (tout comme le quartz) de ses propriétés piézo-électriques, est aussi utilisé en électrochimie.

Tourmaline noire (Schorl). Brésil.

-le trona est utilisé pour la fabrication de la soude.

Trona. Owens Lake, Inyo County. Californie.

-le borax est un minéral rencontré dans les anciens lacs salés asséchés. Il a un grand nombre d'utilisations. Il entre dans la composition d'engrais et d'insecticides ; il est utilisé comme antiseptique ; il entre dans la composition de certains cosmétiques (émulsifiant et conservateur) ; il permet la préparation de nombreux produits de nettoyage traditionnels (désinfectant, désodorisant, détergeant, agent blanchissant) ; il permet aussi la préparation de certains produits chimiques (acide borique..) ; il intervient dans la fabrication du verre et de la porcelaine en abaissant le point de fusion du mélange. Cependant, l'agressivité de ce minéral (irritant, allergisant, cancérigène possible) demande des précautions d'utilisation.

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L’eau, le pétrole, le gaz naturel :

Ces substances, de grand intérêt, sont aussi contenues dans le sol et le sous-sol. L'eau, captée aux sources ou extraite par puits ou forages des nappes phréatiques et captives, a des usages plus que nombreux (usage domestique et industriel, irrigation, géothermie, loisirs ...). Le pétrole, outre sa transformation en essence, diesel, … est aussi à la base de toute une industrie pétrochimique qui nous fournira plastiques, tissus synthétiques, polystyrène…. Quand au gaz naturel, le chauffage des habitations et la cuisson des aliments sont ses usages les plus connus.

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