Abondance des éléments dans la croûte terrestre

Le géochimiste Victor Goldschmidt propose dans les années 1920 de regrouper les éléments chimiques en fonction de leurs affinités et de leur abondance relative dans les principales enveloppes de la Terre, distinction liée au modèle de la différenciation géochimique de la planète en un noyau dense formé d'alliages de fer et nickel, entouré d'une enveloppe de sulfure dans la mésosphère, puis de la couche silicate (manteau supérieur et lithosphère), de l'hydrosphère et de l'atmosphère^[10] :

• les atmophiles (H, C, N, O, F, gaz nobles), qui ont une affinité prédominante avec les phases fluides se localisent principalement dans l'atmosphère et l'hydrosphère ;
• les lithophiles (Si, Al, Na, Fe, Ca, Mg, etc.), à forte affinité avec l'oxygène dans la lithosphère et le manteau supérieur ;
• les chalcophiles (S, Cu, Zn, Ag), fréquemment associés au soufre dans le manteau inférieur (hypothèse désormais invalidée) ;
• les sidérophiles (Fe, Ni, Au), préférentiellement associés au fer dans le noyau terrestre.

Le comportement des éléments chimiques à la surface ou à l'intérieur de la planète dépend ainsi de leur position dans le tableau périodique, et notamment de leur électronégativité E (pouvoir attracteur d'un atome dans une molécule, dépendant de l'énergie d'ionisation et de l'affinité électronique de cet atome). Si, entre deux éléments, la différence des valeurs de E est faible, la liaison est de type métallique (éléments sidérophiles), si elle est moyenne la liaison est de type covalente (ZnS par exemple et les éléments chalcophiles en général) et si elle est importante, la liaison est de type ionique (NaCl par exemple et les éléments lithophiles en général)^[11].

Cette répartition dans les trois principales couches terrestres correspond au modèle des enveloppes proposé par le géologue Eduard Suess en 1909^[12] : la croûte continentale SIAL (SIlicium et ALuminium, enveloppe contenant principalement les éléments chimiques Si, Al et O qui cristallisent dans les minéraux silicatés alumineux, et qui concentre les éléments les plus lithophiles localisés préférentiellement dans les « pierres »), au manteau SIMA (SIlicium et MAgnésium, couche contenant des silicates ferro-magnésiens, le manteau inférieur étant riche en éléments chalcophiles) et noyau NIFE (NIckel et FEr qui solubilise la quasi-totalité des sidérophiles)^[g]. Ce modèle de Terre, qui reste le modèle de référence dans le milieu des géophysiciens jusqu'à l'avant-guerre, a fourni un cadre puissant permettant d'interpréter le fonctionnement interne de notre planète, grâce à la théorie de la dérive des continents et de la tectonique des plaques^[13].

Les géochimistes actuels ont amendé^[14], affiné et complété cette vision des quatre grandes familles géochimiques dans les principaux réservoirs terrestres mais cette classification de Goldschmidt reste utile pour appréhender la géodynamique chimique interne globale^[15]. Actuellement, ils proposent d'autres classifications géochimiques fondées sur les rayons ioniques (éléments compatibles et incompatibles), la volatilité (éléments réfractaires et volatils), la solubilité dans les fluides (règles de substitution de Goldschmidt)^[16].

1. ↑ Tableau n° 6 de l'article (en) « Abundances of the elements in the solar system », Space Science Reviews, vol. 15, n^o 1,‎ septembre 1973 (DOI 10.1007/BF00172440).
2. ↑ (en) A. A. Yaroshevsky, « Abundances of chemical elements in the Earth’s crust », Geochemistry International, vol. 44, n^o 1,‎ janvier 2006, p. 48–55 (DOI 10.1134/S001670290601006X).
3. ↑ (en) « Elements, Terrestrial Abundance », www.daviddarling.info
4. ↑ (en) Kenneth Barbalace, « Periodic Table of Elements », Environmental Chemistry.com
5. ↑ (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, vol. 97, CRC Press/Taylor and Francis, 2016, 2652 p. (ISBN 1498754287), « Abundance of elements in the Earth's crust and in the sea », p. 2402 (14-17).
6. ↑ (en) « Abundance in Earth's Crust », WebElements.com
7. ↑ (en) « List of Periodic Table Elements Sorted by Abundance in Earth's crust », Israel Science and Technology Homepage
8. ↑ (en) « It's Elemental — The Periodic Table of Elements », Jefferson Lab
9. ↑ (en) « Commodity Statistics and Information », USGS
10. ↑ Claude Allègre, Gil Michard, Introduction à la géochimie, Presses universitaires de France, 1973, p. 21.
11. ↑ J-M. Caron, A. Gauthier, J-M. Lardeaux, A. Schaaf, J. Ulysse, J. Wozniak (Auteur), Comprendre et enseigner la planète Terre, Ophrys, 2003, p. 251.
12. ↑ Eduard Suess, La Face de la Terre, Armand Colin, 1909, p. 534.
13. ↑ Vincent Deparis, Hilaire Legros, Voyage à l'intérieur de la terre, CNRS Éditions, 2000, p. 391.
14. ↑ Certains éléments sont omniprésents à la surface ou à l'intérieur de la planète, et se retrouvent dans différents groupes tandis que d'autres appartiennent à une seule famille ; le manteau inférieur n'est pas riche en éléments chalcophiles…
15. ↑ Maurice Renard, Yves Lagabrielle, Erwan Martin, Marc de Rafélis Saint Sauveur, Éléments de géologie, Dunod, 2018, p. 110-111.
16. ↑ Maurice Renard, Yves Lagabrielle, Erwan Martin, Marc de Rafélis Saint Sauveur, Nicolas Coltice, Sylvie Leroy, Éléments de géologie, 2021, dunod, p. 134.

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