Obtenir de l’eau en pressant une pierre?

Pour montrer la difficulté extrême de quelque chose, on dit parfois en anglais que c’est comme « obtenir de l’eau en pressant une pierre ».

Et l’adage dit vrai … dans la plupart des cas.

À moins de reproduire les conditions de pression et de température qui existent dans les entrailles de la Terre, il peut en effet paraître risible de vouloir extraire de l’eau en pressant une roche.

Mais lorsque cela arrive… lorsque vous faites craquer une roche et que l’eau jaillit, alors c’est l’euphorie dans le labo!

Une main tient une roche présentant une cavité.

Il est extrêmement rare de trouver de l’eau dans une roche. Cette phonolithe d’Aris qui a été ouverte pour mettre en évidence la cavité miarolitique remplie de liquide. Image : Paula Piilonen © Musée canadien de la nature

Un flacon contenant une petite quantité de liquide transparent à côté de morceaux de roche.

Après avoir ouvert la roche, on a collecté le liquide avec une seringue et on l’a déposé dans un flacon en vue d’analyses chimiques ultérieures. Image : Paula Piilonen © Musée canadien de la nature

Il existe en Namibie un gisement minéral, la carrière Aris, connu pour la vaste gamme de minéraux rares contenus dans de petites cavités ou poches au sein d’une roche alcaline appelée phonolithe. Les roches de cette localité datent de 34 millions d’années.

Une personne qui y collectait des minéraux m’a un jour raconté que lorsqu’on cassait des roches de la carrière Aris, on se faisait arroser. Cela m’a à la fois amusée et laissée perplexe.

Arrosé? Par de l’eau jaillissant d’une roche? Cela se produisait sûrement après une pluie alors?

Pas du tout.

Non??

Ce phénomène est apparemment courant. L’eau provient des cavités au sein des phonolithes, dont certaines peuvent mesurer jusqu’à 10 cm de diamètre.

L’eau serait donc prisonnière de ces cavités depuis 34 millions d’années? Cela m’a intriguée, c’est le moins que l’on puisse dire!

Revenons au magma. Le magma est un mélange de plusieurs composants: de la roche en fusion (liquide), de petits cristaux (solides) et une variété de gaz (vapeur d’eau, dioxyde de carbone, soufre). Quand le magma refroidit, les minéraux commencent à se former à partir de la roche en fusion et à se cristalliser à partir des cristaux existants.

Les minéraux comprennent des composés chimiques appelés éléments. Quand le magma refroidit, certains éléments dits « compatibles » ont tendance à s’intégrer aux premiers minéraux en formation. Ces éléments compatibles sont par exemple le silicium, le fer, le magnésium, l’aluminium, le potassium et le calcium. Ils s’unissent pour créer des minéraux comme quartz, feldspath, pyroxène, amphibole, olivine et mica, lesquels composeront les roches. Ces minéraux communs représentent 99 % de la croûte terrestre.

Collage : des spécimens d’arisite, de makatite et de tuperssuatsiaite.

À gauche : arisite de la carrière d’Aris en Namibie. Cette nouvelle espèce minérale a été décrite par des scientifiques du Musée. Son nom est tiré de la carrière d’Aris, où il a été découvert. En haut à droite : makatite de la carrière d’Aris en Namibie. En bas à droite : tuperssuatsiaite de la carrière d’Aris en Namibie. Images : B. Lechner © B. Lechner

Le magma continue de se refroidir, mais certains éléments ne veulent PAS s’intégrer à la roche en formation et restent dans le magma jusqu’à la toute fin, tout comme certains gaz. Nous qualifions ces éléments d’« incompatibles » : ce sont des éléments bizarres comme le zirconium, le niobium, l’uranium, le césium, le lithium et les éléments des terres rares.

L’eau, le dioxyde de carbone et les autres gaz font partie aussi des incompatibles, qui demeurent dans le magma et sont rejetés des minéraux essentiels des roches en raison de leur taille ou de leur charge. Ils ne formeront des minéraux qu’aux toutes dernières étapes de la cristallisation.

Les minéralogistes ADORENT les éléments incompatibles! Pourquoi? Parce qu’ils forment des espèces minérales rares : le <1 % de la croûte terrestre qui est le plus intéressant pour les collectionneurs et les scientifiques.

Dans le cas des phonolithes de la carrière Aris, quand le magma a commencé à refroidir, les premiers minéraux à cristalliser ont été la néphéline, l’aegyrine (pyroxène) et le feldspath. Quand le magma refroidi s’est solidifié, les gaz qu’il contenait se sont échappés et ont formé des bulles de gaz et de liquide. Les minéraux se sont ensuite cristallisés au sein de cette bulle ou cavité.

Dans la plupart des cas, les gaz et les liquides au sein de la cavité ont été utilisés et la cavité est sèche quand on l’ouvre des millions d’années plus tard. Dans les échantillons de phonolithe de la carrière Aris, il semble que tout le liquide de la cavité n’a pas été utilisé quand le magma a refroidi.

À l’aide d’un gros fendeur de roches, nous avons ouvert plusieurs pierres pour découvrir leur cavité remplie d’eau. Il n’arrive pas souvent de voir des minéralogistes danser dans leur laboratoire, mais si quelqu’un était venu nous voir ce jour-là, il aurait pensé que la fête battait son plein. En fait, trouver de l’eau dans une cavité est EXTRÊMEMENT rare, plus improbable que de trouver une aiguille dans une botte de foin. C’est donc un événement à célébrer!

Un homme et une femme utilisant un grand fendeur de roches pour briser des morceaux de pierre.

Les minéralogistes Paula Piilonen et Ralph Rowe faisant appel à un fendeur de roches pour ouvrir des phonolithes d’Aris et découvrir des cavités remplies d’eau. Image : Glenn Poirier © Musée canadien de la nature

En insérant une seringue dans la cavité, on a pu prélever du liquide et le conserver dans des flacons pour analyse.

S’agit-il de l’eau originale, laissée par le magma il y a 34 millions d’années? Ou s’agit-il d’eau de surface qui a filtré dans la roche et rempli les cavités? C’est là que le véritable travail commence : analyser la composition chimique du liquide et découvrir ses origines. S’il a vraiment 34 millions d’années, la publication qui en résultera fera date dans les annales scientifiques. Histoire à suivre!

Texte traduit de l’anglais.

A propos Paula Piilonen

A mineralogist with the Research Division at the Canadian Museum of Nature.
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