GÉOCHIMIE

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La géochimie est une science qui applique les principes de la chimie à l'explication des processus géologiques, passés et présents, qui affectent les enveloppes terrestres internes (noyau, manteau, croûtes) et externes (océans, atmosphère, biosphère). Le Glossary of Geology and Related Sciences, publié en 1960, définit la géochimie comme « la science qui traite de l'abondance absolue et relative des éléments et des isotopes sur la Terre entière, qui traite également de leur distribution et de leurs migrations, en vue d'aboutir à des lois générales du comportement de la matière à l'échelle planétaire ». Mais c’est à partir des années 1950, avec le développement de nouvelles techniques d’analyses, permettant notamment de mesurer des concentrations élémentaires ou des rapports isotopiques, que cette science a pris son essor. Aujourd'hui, la géochimie est la source de multiples découvertes et avancées de premier ordre comme la datation d'objets géologiques, l'étude du climat, le traçage de flux de matière entre des ensembles géologiques. Quand elle s'applique aux planètes ou aux météorites et poussières cométaires, on parle de cosmochimie.

Composition chimique de la Terre

Un premier objectif de la géochimie est de déterminer la composition chimique élémentaire de la Terre et de ses grandes enveloppes, externes (hydrosphère, atmosphère, biosphère) et notamment internes (croûtes, manteau, noyau) [fig. 1]. La composition des enveloppes externes fluides et biologiques ne sera pas détaillée ici ; l'approche se limitera à la Terre solide.

Les croûtes

L'écorce terrestre est majoritairement constituée de roches silicatées (c'est-à-dire comportant du silicium et de l'oxygène) qui définissent deux types de croûte. La croûte océanique est principalement composée de basaltes et de gabbros, riches en fer et en magnésium. Cet assemblage chimique est dit « basique », avec des teneurs en silice (SiO2) inférieures à 52 p. 100. La croûte continentale est, elle, essentiellement constituée de granites et de leurs équivalents métamorphiques, les gneiss. Elle présente une composition plus « acide », c'est-à-dire plus riche en silice et en alumine. À l'exception des carbonates d'origine biochimique, les sédiments que l'on retrouve sur les deux types de croûte s'apparentent chimiquement à la croûte continentale dont ils proviennent.

Le manteau

Le manteau terrestre est constitué de péridotite, une roche composée en majorité d'olivine, un silicate ferromagnésien, et d'autres minéraux riches en fer (Fe) et en magnésium (Mg), notamment des pyroxènes. Cette roche appartient au domaine des assemblages ultrabasiques (SiO2 < 45 p. 100). L'agencement cristallographique de la péridotite varie en fonction des conditions de température et pression (et donc de la profondeur), toutefois la chimie globale du manteau demeure, au premier ordre, constante.

Le noyau

Le noyau terrestre externe, liquide, est composé principalement d'un alliage de fer (de 80 à 85 p. 100 environ) et de nickel (de 5 à 10 p. 100 environ) incorporant une part d'éléments chimiques dits « légers » de nature non encore déterminée faute d'échantillonnage direct. Les candidats sont notamment la silice, le soufre et l'oxygène. La graine, partie interne solide du noyau, est un alliage métallique de fer et de nickel (80 p. 100 Fe, 20 p. 100 Ni).

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Affinité des éléments chimiques pour les enveloppes terrestres et classification de Goldschmidt

Affinité des éléments chimiques pour les enveloppes terrestres et classification de Goldschmidt
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Systèmes isotopiques utilisés en datation radiochronologique

Systèmes isotopiques utilisés en datation radiochronologique
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Variation des isotopes de l'oxygène avec la température atmosphérique

Variation des isotopes de l'oxygène avec la température atmosphérique
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Spectromètre de masse utilisé en géochime

Spectromètre de masse utilisé en géochime
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  • : chercheuse au laboratoire de géologie de Lyon Terre, planètes, environnement, géochimie, agrégée préparatrice à l'École normale supérieure de Lyon

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Pour citer l’article

Marie-Laure PONS, « GÉOCHIMIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 30 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/geochimie/