Salt - its extraction

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© Pictures : MJX, except otherwise specified.

Ce document a été présenté en guise d'introduction aux conférences sur la mine de Borth.

1. Généralités

Avant de vous parler de la mine de Borth, quelques mots sur le sel. N'en déplaise aux chimistes, quand je parlerai de sel, il s'agira simplement du chlorure de sodium, NaCl, du sel de cuisine. Autre nom : sel gemme, halite,….

1.1. usage

Quelques chiffres….
Combien de sel consomme-t-on ? En moyenne 20g par jour et par habitant.
La production mondiale est d’environ 200 millions de t/an.
1341 ? C'est la date d'instauration de l'impôt le plus impopulaire qui soit, la gabelle, l'impôt sur le sel. En faisant cela, le roi de France prend la gestion de toute la production et la vente de sel du royaume. Et cela se termine à la Révolution, en 1791 ! 450 ans de gabelle ! 

1.1.1. Alimentation

De tout temps le sel a fait partie de notre alimentation. Certains diront même qu’il est indispensable à la vie, ce qui n’est pas faux.
Il a toujours eu des vertus un peu magiques. On jette du sel partout, ça porte bonheur. Sur les routes aussi, surtout en hiver, c'est plus sûr. Il y en a même qui en profite pour vous vendre sur Internet, en plus du sel de cuisine, fin ou gros, du sel noir consacré et magnétisé pour chasser les démons et fantômes, du sel "negra" pour éloigner les voisins désagréables et du sel "rojo" pour capter l'amour de la personne désirée.

Plus sérieusement, dans le domaine alimentaire, il sert à conserver les aliments, à donner du goût à certaines denrées insipides comme la pomme de terre.
Mais ce n'est pas l'application la plus importante.

1.1.2. Chimie

Depuis la révolution industrielle, le sel NaCl a constitué un produit de base pour l’industrie chimique.
C’est évidemment la base essentielle de la chimie du chlore et de celle du sodium.
Attaché à cette chimie, on trouve bien entendu le nom de Solvay. Au départ son procédé permet de produire de la soude, du carbonate de sodium, produit de base pour l’industrie du verre, de la savonnerie, de la métallurgie, et de la chimie (neutralisation des acides). Plus tard, l’électrolyse de saumure permet de produire de la soude caustique NaOH, de l’hydrogène et du chlore. Le chlore entre dans la fabrication de plastiques comme le PVC, de solvants chlorés, d'une infinité de produits de base pour la chimie, dont bien entendu l'acide chlorhydrique HCl.

1.1.3. Sel de déneigement

Avec l'avènement de l'automobile, une des utilisations les plus importantes du sel est le déneigement. Cela peut représenter 1/3 de la production de la mine de Borth. En 1999, l'hiver a été très rude, La mine a fonctionné à fond. En 2000, les conditions climatiques ont été désastreuses puisque particulièrement clémentes….Le bonheur des uns fait le malheur des autres.

1.1.4. En résumé

Consommations de sel cristallisé par secteurs d'utilisation : en 1996

Consommation annuelle (en 103t/an)	France	Union Européenne	Etats-Unis (1995)
Industrie chimique	1 031	7 955	2 631
Déneigement	1 204	7 026	17 126
Industries diverses (*)	530	3 388	6 037
Consommation humaine	405	2 041	1 277
Agriculture (*)	181	-	1 829
Total	3 351	20 410	28 900

1.2. Chimie - Cristallographie

La maille élémentaire du NaCl est un cube dont les sommets sont alternativement occupés par les ions Cl- et Na+. On a ici affaire à des liaisons ioniques.Chaque ion Cl- est entouré de 6 ions Na+ et chaque ion Na+ est entouré de 6 ions Cl-.

On peut modifier la cristallisation par exemple en pissant dans l'eau, on obtient des octaèdres. Plus scientifiquement une solution de 15% d'urée, s'adsorbe sur les arêtes du cube et favorise le dépôt des ions sur les faces du cube, ce qui donne un octaèdre.
Les liaisons entre Cl^- et Na⁺ sont très fortes, si bien que le clivage des cubes ne peut se faire pratiquement que suivant les plans 100, 010 et 001, (les faces du cube) et pas suivant par exemple 111 (octaèdre), qui laisserait une face pleine de Cl^- ou de Na⁺.

Les principales caractéristiques du sel gemme peuvent être trouvées sur Internet ou par exemple dans l’Encyclopédie des minéraux chez Gründ.

1.3. gisement

On en trouve dans pratiquement tous les pays, sauf en Belgique.
Il y a plusieurs façons d’extraire du sel :

- les marais salants :
Quoi de plus facile de mettre de l’eau de mer, salée par excellence, à évaporer dans des bassins sous le soleil, et à récupérer les cristaux de sel. Cela ne marche que s’il y a du soleil, donc pas en Belgique. En France, c’est le cas de Salins de Giraud, Guérande et  Bayonne où on fabrique un sel recristallisé à la poêle pour lui donner la forme de perles pour le salage du célèbre jambon.

- Les gisements :
Dans tous les cas, les gisements proviennent d’évaporation de mers, de lagunes ou de lacs salés. Les dépôts de sel doivent ensuite être protégés par une couche de matériau imperméable pour éviter la redissolution par les eaux de pluie ou par les transgressions marines ou lacustres.
Dans certaines régions désertiques, on trouve des dépôts de sel à ciel ouvert, comme en Californie, au Tibet,….exploitation facile, il suffit de se baisser. Ces dépôts ont été exploités depuis la nuit des temps.

L’exploitation des couches souterraines se fait essentiellement de deux façons :
- la mine. Extraction de sel par engins mécaniques et explosifs.
- L’injection d’eau par un forage jusqu’à la couche de sel et l’extraction de saumure, eau saturée en sel, qui ensuite est évaporée.
- Les sources salées : Par ébullition de l’eau sur des feux de bois (les forêts vosgiennes ne sont pas loin), on obtenait le précieux sel, comme à Château-salins avec les salines royales.

2. Géologie

2.1. géologie générale

Le sel est une roche sédimentaire.
Les gisements de sel sont, dans tous les cas, des évaporites qui proviennent de la précipitation de sels dissous dans l'eau de bassins lagunaires à la suite d'une forte évaporation sous climat chaud et aride.
Comme dans les marais salants, une mer confinée s'évapore et la précipitation des sels commence dès que la saturation correspondante est atteinte.
La teneur en sel des océans est en moyenne de 30g/l (20 pour la mer Baltique et 80 pour la mer morte), ce qui fait 40 millions de milliards de tonnes, de quoi voir venir, surtout si on ajoute les gisements souterrains…de quelques centaines de milliers de millions de tonnes.

Pour mieux comprendre, voyons ce qui se passe dans un marais salant.
Au fur et à mesure que l'eau s'évapore, que la densité et la concentration en sel augmente, on atteint le point de saturation du sel le moins soluble qui précipite, puis on atteint celui du sel suivant dans l'échelle des saturations, et ainsi de suite.

Le CaCO₃ précipite d'abord, puis vient le gypse (CaSO₄.2H₂O) ou l'anhydrite (CaSO₄), enfin la halite (NaCl) et en dernier lieu la sylvite (KCl), pour les mers riches en potassium.

Sylvite (coll MJX)

Avec le sel précipite aussi la carnallite (KMgCl₃) en présence d'ion Mg, la polyhalite (K₂Ca₂Mg(SO ₄)₄) et la kieserite (MgSO₄).

(réf internet)

Dans les marais salants, on s'arrange pour faire les précipitations dans une série de bassins successifs:

On commence par une vasière (V) pour déposer les impuretés, puis dans une série de bassins de concentration aux noms bizarres comme le gobier, le fare, pour terminer à l'oeillet, dernier bassin où se termine la cristallisation (photos : marais salants de l'étang de Berre).

Marais salants - Etang de Berre - 13France

(réf internet)

(réf internet)

Halite (coll MJX)

La coloration de certains bassins et du sel en rose brun est due a un organisme, l' halobacterium qui vit dans les eaux concentrées en sel. Ce qui donne une couleur de fesses roses aux cristaux de sel.

Ce phénomène d'évaporite est quand même particulièrement rare en géologie. Essentiellement il a eu lieu au Trias.

C'est le cas des gisements français de Lorraine et d'Alsace, avec Dombasle près de Nancy et Sarralbe où Solvay s'est installé, Mulhouse (en fait Than) ou on extrait surtout le KCl de la sylvite, Tavaux dans le Jura.

(réf internet)

Autre époque : à la fin du Primaire, au Permien. C'est le cas des gisements en Allemagne.

Carte des dômes et des oreillers (pillows) de sel du Nord de l'Allemagne. (réf x)

Souvent, les couches de sel, minéral beaucoup plus léger que les autres sédiments, et en plus relativement fluide en forte épaisseur, ont tendance à remonter au travers des couches supérieures en grosse langue verticale, les dômes de sel.

C'est le phénomène de diapyrisme.

Les failles qui l'accompagnent peuvent être des pièges à pétrole, comme au Texas.

(réf : Roadside Geology of Texas )