Carrières et Calcaire - Egypte

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LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION

De quoi sont constituées les pyramides ?

Cela n’est une surprise pour personne, il existe une multitude de types de calcaires aux compositions et aux conditions de formation variés (Nous pouvons citer par exemple le calcaire crayeux, fossilifère, oolithique … en passant par le calcaire pisolithique jusqu’au calcaire d’eau douce).

Pour en arriver aux faits, ce sont autant de pierres différentes qui constituent nos pyramides, même si ont été privilégiés les calcaires « purs », aux grains très fins (Rappel : calcaire pur = peut contenir plus de 95% de calcite, d’où son appellation de roche « monominérale »), calcaires que l’on retrouve dans les carrières voisines du Nil.

Les différentes teintes que prennent ces pierres s’expliquent par les 4 à 5 % de la constitution minéralogique de celles-ci que la calcite n’occupe pas. (La couleur d’un minéral/d’une roche est due aux impuretés qu’il rencontre lors de sa formation/cristallisation. Par exemple, l’Améthyste (SiO2) doit sa couleur aux impuretés de fer dans sa composition chimique. Dans notre cas, le calcaire prend des teintes jaunâtre-brune à cause de la présence de limonite (FeO (OH)·nH 2 O) et/ou  de sidérite (FeCO₃) voir même rouge (Pyramide de Dachour) qui doit sa couleur, dans ce cas à la présence de fer (Fe) et de manganèse (Mn). (Cependant il est aussi utile de noter que dans le cas du calcaire, la teinte précédemment citée est plus fréquemment causée par la présence d’Hématite (Fe2O3) dans sa composition minérale).

Les avantages du calcaire

Utilisé en tant que matériau de construction, le calcaire a le grand avantage d’être une roche très tendre, avec qui plus est une dureté de 3 sur l’échelle de Mohs.

Voir Échelle de Mohs.

La dureté du calcaire correspond en l’occurrence à celle de la calcite à savoir 3/10. Cette propriété à l’instant citée permet une extraction ainsi qu’une taille nettement plus aisée de la roche. La présence de carrières à proximité des édifices n’est-elle pas une aubaine ?

Les limites du calcaire

Bien qu’il puisse se présenter comme le matériau idéal, le calcaire a aussi ses limites et pour cause ! Il est extrêmement sensible à tous les types d’acides (Carbonique, sulfurique, sans oublier l’acide chlorhydrique en présence duquel la pierre calcaire bouillonne, dégage du gaz carbonique jusqu’à dissolution totale si assez d’acide !) Le cas de l’acide sulfurique est quant à lui quelque peu spécial, en effet, en présence de composés sulfureux et dans un endroit fermé, le calcaire se transforme en gypse ! (Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme!)

Si nous évoquons cette propriété minérale, aussi évidente soit elle, c’est bien entendu pour désormais expliquer l’érosion (en plus de celle causée par l’eau) dont sont victimes les pyramides, érosion due à un phénomène naturel (ou presque …) : les pluies acides ! Cela n’est plus un secret pour personne, à cause de notre pollution de l’air, les retombées acides se font, depuis les 2 derniers siècles, et pire, les dernières années, bien plus nombreuses, bien que très ponctuelles en Egypte. Ces pluies, pour la plupart contenant de l’acide carbonique, la forte sensibilité du calcaire à ces composés entraîne l’altération de ce dernier. C’est l’Homme qui a bâti ces monuments mais c’est probablement lui qui les fera aussi disparaître …

L’extraction des matériaux de construction:

Pour construire la Grande Pyramide (Khéops), les Égyptiens ont assemblé près de 2 millions et demi de blocs de pierre venant de différentes carrières

-> Moins de 10% des blocs étaient issus des carrières souterraines de calcaire fin qui se trouvaient en face de Guizeh, dans les collines de Toura, Maasara et Mokottan.

-> Les pierres des chambres, comme la Chambre du Roi et les énormes dalles de granite proviennent d’Assouan, au Sud de l’Égypte.

-> Environ 2 millions de moellons de calcaire (pierres de petites dimensions,  employées avec du mortier pour maçonner un mur par exemple), qui constituent l’essentiel de la pyramide, furent extraits près du chantier et certains sur le site même de Gizeh.

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(Carte des ressources égyptiennes © Au cœur de l’Égypte ancienne)

Les carrières de Tourah:
Les carrières de Tourah auxquelles sont associées par ailleurs celles d’el-Maasara, sont situées au sud du Caire, à environ 17 km du plateau de Gizeh, sur la rive orientale du Nil.

Les Égyptiens ont choisi les carrières de Tourah, pour construire les grandes pyramides lisses, grâce aux qualités du calcaire de ces dernières. Les égyptiens ont préféré ces carrières de calcaire pour la qualité de son grain, particulièrement blanc. Cette granulation fine était parfaitement utilisable pour le polissage afin de revêtir les 4 faces extérieures de la Grande Pyramide. De plus, ce calcaire a la particularité d’être tendre lorsque qu’il est présent en strates dans la carrière et durcit très rapidement après l’extraction.

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Les carrières d’Assouan:
L’approvisionnement du granit provenait d’Assouan. Le granit était apprécié pour sa dureté, son inaltérabilité. De plus cette carrière était  utilisée pour la diversité des teintes de cette roche.

Le granit rose contient de gros cristaux de feldspath rose (par ailleurs le symbole du feu); il fut employé pour la statuaire, les obélisques et certaines parties des pyramides (salle funéraire).
Le granit noir, apprécié sous le Moyen Empire, était le symbole de la vie (Aux temps des Égyptiens, on compara la couleur du granit noir au limon et aux eaux sombres du Nil).

 

TOUT CE QU’IL FAUT SAVOIR SUR LE CALCAIRE ET SA FORMATION

La genèse du calcaire

Le calcaire se forme en milieu marin uniquement (d’où la présence des carrières de calcaire à proximité du Nil qui s’est depuis retiré partiellement). Il se forme à partir de parties dures d’animaux ou de végétaux (débris de coquilles), de vases calcaires, précipitées par des processus physiques, ou même par des secrétions calcaires d’organismes. Comme explicité ci-dessus, les organismes représentent le principal apport en matière conduisant au calcaire. Ces organismes sont par exemple les coraux, les éponges calcaires (et non chargées en silice qui forment quand à elles des silex !), les brachiopodes, les mollusques, les crustacés ou encore les algues calcaires etc… Ces organismes fabriquent à partir du calcaire dissous dans l’eau des squelettes (coquilles …)  qui, après leurs mort, se déposent sur le fond en une vase calcaire, qu’ils soient intacts, partiellement ou totalement démembrés. (D’où les coquilles observables dans ces derniers).

Exemple : les micro-algues recouvertes petites coquilles : les coccolites qui forment la craie.

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(Exemple de coccolite - plancton-du-monde.org ) 

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(Calcaire au microscope électronique - coccosphère – MEB coll.Géologie – © D. Noël, MNHN)

La composition du calcaire

Le calcaire appartient à la famille des roches carbonatées et est une roche dite « monominérale » c’est à dire qui est formée d’une seule espèce minérale, ici la calcite, à des proportions avoisinant les 50 à 95% pour les roches les plus pures. Les 5 autres pour-cents sont occupés par d’autres minéraux tels que la dolomite, la sidérite, le quartz, les feldspaths, le mica les minéraux argileux … Cet ensemble constitue les minéraux accessoires. Ils confèrent à la pierres leurs couleurs différentes :

  • la limonite et la sidérite pour le jaune et le brun ;
  • l’hématite pour le rouge ;
  • la glauconie et la chlorite pour le vert ;
  • le bitume pour le gris/noir.
  • Le calcaire très pur (dont la teneur en calcite est supérieure à 95%) prend une teinte « blanc neige ».

Les propriétés du calcaire

Le calcaire à une dureté de 3/10 selon l’échelle de Mohs (dureté de la calcite) et est donc une roche relativement tendre (et donc facile d’extraction/de taille). Il est très facilement reconnaissable à sa forte réaction au contact de l’acide : au contact d’acide chlorhydrique par exemple, il bouillonne de manière caractéristique et dégage du gaz carbonique.

Dans des zones abritées, le calcaire se transforme, en présence de composé sulfureux, en gypse (sulfate dihydraté de calcium. (CaSO₄·2H₂O) causant une désagrégation en feuillets.

Les grandes formes d’altération du calcaire sont symbolisées par des versants très raides ainsi que des crêtes dentelées. Sa dissolution donne alors naissance à des reliefs karstiques (constituant près de 20% de la surface terrestre émergée).

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(source image : http://spits.pagesperso-orange.fr/)

Les différents types de calcaire

  • Le calcaire crayeux :  Calcaire très clair, blanc, parfois gris-clair ou jaunâtre, peux consolidé, poreux. Constitué d’éléments squelettiques de microorganismes, principalement d’Algues et de Foraminifères (organismes unicellulaires marin). Agrégat presque pur de calcite ( < 95%)
  •  Le calcaire en plaquette : Calcaire finement stratifié, se débitant en plaques. Toujours très compact et à grain fin. Ils sont parfois nommés à tord « schistes » or, les calcaires en plaquettes sont stratifiés, et on pas schisteux.Exemple d’un calcaire en plaquette : Le calcaire en plaquettes de Solnhofen : de couleur jaune à jaunâtre, il est très compact. Ce calcaire doit sa renommée à sa richesse en fossile : c’est dans un bloc de calcaire et plaquettes que fut découvert le premier Archéoptéryx en 1891 !
  • Le calcaire fossilifère : Calcaire constitué d’au moins 50% de débris fossilifères reconnaissables. Nom donné d’après les fossiles qui le forment, par exemple le calcaire à Crinoïdes. (animaux marins)
  • Le calcaire oolithique : Calcaire formé de petites sphères (oolithes) à structure concentrique, formées à partir de microorganismes (œufs de poisson par exemple). Ce type de calcaire se forme uniquement dans les eaux peu profondes et sursaturées en calcaire.
  • Le calcaire récifal : Calcaire formé par le dépôt continuel de calcaire produit par des organismes récifaux (Algues, Coraux, Éponges calcaire). Les gisements de ce type de calcaire se présentent en masses importantes non stratifiées.
  • Le calcaire massif : Calcaire d’aspect massif peu structuré, sans litage ni stratification apparents.
  • Le calcaire pisolithique : Accumulation de petites sphères carbonatées (pisolithes) qui sont principalement constituées d’argonite . Il se forme dans les sources thermales par dépôt de couches concentriques (qui ont le même centre) autour d’un corps étranger en suspension. Leur poids augmentant petit à petit, les pisolithes finissent par tomber en formant alors de petits agrégats sédimentaires (réunion d’agrégats matériels juxtaposés).
  •  Les calcaires lacustres : Calcaires qui se forment par précipitation à la suite d’une saturation due à un apport d’eau ou provoqué par l’activité des plantes, qui consomment, par assimilation, le dioxyde de carbone dissous dans l’eau du lac
  • Les craies lacustres : Calcaire lacustre très fin, de couleur blanchâtre à grise, se déposant en couches dans les marais. Les variétés très pures sont utilisées pour la fabrication du verre et dans l’industrie chimique.
  • Le calcaire d’eau douce : Calcaire lacustre fin contenant des fragments grossiers de fossiles. Ce terme est aussi utilisé comme synonime de clacaire lacustre, voire pour toutes les formations calcaires continentales sous climat humide.

Sol égyptien

Situation géographique

L’Égypte se situe à la frontière entre 2 plaques: la plaque africaine et la plaque arabique. Ainsi, la région est exposée à des risques sismiques.

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(Source photo: Wikipedia.org)

Historique des tremblements de terre les plus importants d’Égypte:

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(Tableau réalisé par Mathias sur Word - Source des informations: fr.earthquake-report.com)

Ainsi, nous pouvons pointer du doigt les risques auxquels est exposé le territoire égyptien, et pour cause, si l’on regarde de plus près le relevé des secousses sismiques ayant frappé l’Egypte, on remarque notamment un tremblement de magnitude 6.3 sur l’échelle de Richter, le 12/09/1955, un autre de magnitude 7.0 le 31/03/1969 et plus récemment un tremblement de magnitude 7.2 le 22/11/1995 ! Alors comment les pyramides y ont-elles résisté ??

Le réponse à cette question réside très probablement dans les méthodes de constructions/les mensurations de ces édifices faisant d’elles des éléments quasi indestructibles (ex : une base extrêmement large vis à vis de leur hauteur ou encore le fait qu’elles soient pleines (pas juste de simple murs, elles sont emplies de calcaire et de granit !))

Le sol, le sable et l’enfouissement : pas un problème !

Pour commencer, il nous faut dire que le sol égyptien n’est, de par l’aridité de la région, pas le plus riche géologiquement parlant. Cependant, nous pouvons le schématiser de manière assez simple de la façon suivante : (schéma de Valentin)

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Ici, nous avons donc choisi de le diviser en trois couches distinctes, ne faisant apparaître que les principales (nous avons par exemple choisi de ne pas représenter la couche « pré-minérale », l’incluant dans la couche minérale.

Ce qu’il faut savoir 

♦ La couche sable est composée bien-sûr de sable, ce dernier étant constitué de grains uniquement quartzeux, sans mélange d’aucune matière mais aussi de graviers et de pierres « polies » (roulées) devant leur forme, notamment au mouvement du sable composé de grain quartzeux à la dureté élevée (quartz = 7/10 selon l’échelle de Mohs, qui les aurait polies).

♦ La couche minérale est quant à elle, constituée de calcaires et d’argiles (de diverses variétés selon la localisation). Elle contient aussi quelques minéraux (n’hésitez pas à cliquer sur les liens): quelques Agate, Du Bois Pétrifié que l’on dit également fossilisé ou silicifié, terme minéralogique (-> la silice, matière minérale, a progressivement remplacé la matière organique, fossilisant ainsi le bois), de la Sélénite ou encore des roses des sables.

♦ La roche mère est une roche sédimentaire riche en matière organique, matière organique, qui au cours de l’enfouissement des sédiments, se transformera en fonction de la température, en hydrocarbures :

– Si les sédiments restent dans la roche mère, on parlera de pétrole (Golf de Suez) ou de gaz (gaz de schistes notamment) (Delta du Nil). -> hydrocarbures non conventionnels

– Dans le cas contraire, s’ils sortent de la roche mère et se trouvent piégés dans un réservoir, on parlera principalement d’hydrocarbures conventionnels, ou pour le cas des sables bitumeux, d’hydrocarbures encore une fois non conventionnels.

(Source : https://sciencespyramides.wordpress.com/)






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