DE PHOSPHATE

Par M. NIVOIT

Professeur de géologie à l’École des ponts et chaussées

Historique. — La découverte de dépôts importants de phosphate de chaux dans les terrains stratifiés et leur utilisation par l’agriculture peuvent compter parmi les progrès les plus considérables qu’ait réalisés la science agricole dans ces dernières années. La présence du phosphore dans le règne minéral était à la vérité connue depuis la fin du siècle dernier, mais seulement dans un petit nombre d’espèces minérales, et ce n’est que bien plus tard, avec le perfectionnement des méthodes d’analyse chimique, qu’on le découvrit successivement dans une foule de roches, soit éruptives, soit sédimentaires. Le phosphate de chaux à l’état terreux, qui est son état le plus habituel, n’a rien, en effet, qui le décèle, même à l’œil du minéralogiste le plus exercé, et il ne peut être souvent reconnu que par un essai chimique. Ainsi on conçoit sans peine qu’il ait pu rester longtemps inaperçu dans un grand nombre de gisements et être pris pour du calcaire, de l’argile, de la glauconie, etc.

Berthier signala le premier, en 1820, le phosphate de chaux en quantité notable dans les terrains stratifiés ; il montra que les nodules disséminés au milieu du terrain crétacé du Cap laHèveprès du Havre étaient en grande partie formés par cette substance.

A peu près à la même époque, de nombreux débris d’animaux, riches en phosphate, étaient reconnus par Buckland en plusieurs points de l’Angleterre, dans diverses formations géologiques; puis des rognons de phosphorite en couches étaient découverts dans le terrain crétacé du même pays, et le docteur Fitton montrait la continuité de ces couches sur des points assez distants dans les comtés de Kent et de Surrey.

C’est surtout vers 1847, lorsque l’on songea sérieusement à employer les phosphates fossiles au lieu des os pour la fabrication des engrais, que l’attention se porta sur la recherche des gisements de chaux phosphatée qui jusquelà n’avaient guère présenté qu’un intérêt scientifique.

Frappé de la grande analogie que présentent les couches de la base du terrain crétacé des deux côtés de la Manche, M. Meugy étudia avec soin ce terrain dans le nord et l’est de la France. Il reconnut en 1852 que les rognons des sables verts, connus depuis longtemps dans les Ardennes par les habitants du pays qui leur donnaient le nom de coquins, mais dont la composition véritable n’était pas soupçonnée, renfermaient en réalité du phosphate de chaux en proportion

notable. Peu de temps après, cette substance se montrait aux explorateurs à d’autres niveaux du terrain crétacé.

C’est en 1855 que les premières tentatives d’exploitation de ces produits furent faites dans les départements des Ardennes et de la Meuse. Le mérite de cette initiative revient à M. de Molon et Desailly, qui ont tant fait pour développer l’industrie des phosphates.

A partir de cette époque, les explorations furent poussées avec ardeur dans tous les pays et les découvertes se multiplièrent. On ne tarda pas à reconnaître que le phosphate de chaux n’est pas l’apanage exclusif d’un nombre restreint de formations géologiques, telles que le terrain crétacé, et qu’il existe souvent en abondance dans d’autres formations, le terrain houiller de Westphalie, le lias de l’Auxois et des Vosges, les terrains tertiaires du Lot, etc. On peut même dire maintenant qu’on le trouve partout, soit concentré dans des couches ou des rognons à divers niveaux géologiques, soit en filons, soit uniformément disséminé dans les masses minérales. Il n’est guère de roches qui ne le contiennent en proportions appréciables, et il est permis d’affirmer que celles où l’on n’en constate que des traces constituent de rares exceptions.

États du phosphate de chaux naturel. — Le phosphate de chaux se présente sous deux aspects dans la nature minérale : à l’état cristallisé et à l’état amorphe.

Apatite. — Le phosphate de chaux cristallisé, ou apatite, n’est pas uniquement composé de chaux et d’acide phosphorique, comme on l’a cru longtemps. G. Rose a démontré en 1827 que cette substance contient toujours en outre du chlore et du fluor unis au calcium, en sorte qu’on peut la considérer comme une combinaison de phosphate tricalcique avec du fluorure et du chlorure de calcium, d’après la formule suivante : 3 [PhO 5 . (CaO) 3 ]. (Fl, Cl) Ca.

Les proportions relatives de chlore et de fluor peuvent varier; voici, par exemple, quelle est la composition d’un échantillon d’apatite de Snarum (Scanie), dans lequel le chlore et le fluor sont à équivalents égaux :

Chaux. 49,65

Acide phosphorique... 41,48

Chlore. 2,71

Fluor. 2,21

Calcium. 3,95

Les cristaux d’apatite dérivent du prisme hexagonal régulier et possèdent trois clivages difficiles parallèles aux faces du prisme. La cassure est vitreuse, inégale et grenue.

l’apatite est la plus dure des substances calcaires; elle raye très légèrement le verre blanc et elle est rayée par le feldspath. Sa dureté est représentée par 5. Sa pesanteur spécifique varie de 3,166 à 3,285. Les couleurs de 1 apalite sont très variables ; toutefois on peut les grouper en quatre : le vert d’eau très clair, qui appartient aux cristaux hyalins analogues au béril, le vert

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foncé, le vert jaunâtre et le violet. Les cristaux hyalins sont assez rares ; cependant ceux des Alpes sont d’une limpidité parfaite ou légèrement laiteuse.

L’apatite se trouve à peu près exclusivement dans les terrains cristallisés et dans les roches métallifères où elle se présente en cristaux ou en masses cristallines parfois considérables.

Phosphorite. — Le phosphate de chaux amorphe, ou phosphorite, n’est pas aussi facilement reconnaissable que l’apatite, ainsi que nous l’avons déjà dit. II n’a pas de caractère spécial, et il est tantôt compact, tantôt terreux, tantôt concrétionné.

■ Il n’est presque jamais pur et il est mélangé de matières étrangères, parmi lesquelles les plus fréquentes sont la silice, l’argile, le carbonate de chaux, l’oxyde de fer, la glauconie, des substances organiques. Le fluor l’accompagne souvent à l’état de fluorure de calcium, parfois même en proportion aussi élevée que dans la chaux phosphatée cristallisée ; ce qui a conduit quelques minéralo gistes à en faire, dans ce cas, des espèces minérales particulières ; cependant cette proportion est loin d’être constante et il semble y avoir plutôt un mélange qu’une combinaison véritable de phosphate de chaux et de chaux fluatée. Parfois on trouve dans la phosphorite du chlore, de l’iode et du brôme. Souvent aussi les matières organiques qui entrent dans sa constitution sont particulièrement riches en azote et même en sels ammoniacaux.

Une forme remarquable sous laquelle se présente quelquefois la phosphorite est celle des coprolithes, résidus de la digestion de divers animaux, notamment de poissons et de sauriens, dans lesquels on retrouve encore de petits fragments d’os, des dents, des écailles, etc.

Tandis que l’apatite appartient surtout aux roches cristallisées, la phosphorite est principalement concentrée au milieu des terrains stratifiés dans lesquels elle forme des lits de rognons plus ou moins réguliers ou des couches continues.

Phosphate de chaux disséminé dans la nature. — Mais le phosphate de chaux ne se trouve pas seulement à cet état de concentration ; on le trouve encore disséminé intimement dans toutes les roches, jusque dans celles qui paraissent les plus simples, telles que les sables quartzeux, les quartzites, le silex lui-même. Les argiles et surtout les calcaires en accusent des proportions notables ; les roches cristallisées sont encore plus riches ; mais ce sont surtout les minérais de fer qui sont pourvus d’acide phosphorique, et c’est même un fait remarquable, dont M. Daubrée a fait ressortir l’importance, que cette association fréquente du fer et du phosphore.

Les eaux de la mer renferment du phosphate de chaux ; cela est mis hors de doute, soit par l’analyse chimique de ces eaux, soit par la composition des produits marins. Il en est de même des eaux terrestres; depuis que Berzélius, dans son analyse des sources de Carlsbad, a signalé l’acide phosphorique dans la

proportion de —, on l’a constaté, toutes les fois qu’on s’est donné la

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peine de la chercher, dans un grand nombre de sources. Il existe en Espagne, dans la province de Cacérès, une source très remarquable sous ce

rapport ; c’est celle de Montemayor, qui sort du granité a une température de 42° et qui, par l’évaporation, abandonne un résidu ne contenant pas moins de 9,70 pour 100 d’acide phosphorique.

Les phosphates existent dans les poussières de l’atmosphère en proportions faibles, il est vrai, mais qui ne sont nullement négligeables pour l’agriculture. M. Barrai a pu doser, en effet, 5 à 9 centièmes de milligramme d’acide phosphorique par litre dans les eaux pluviales recueillies dans le bassin de Paris.

Enfin, ainsi que l’a reconnu Berzélius, les météorites renferment du phosphore, généralement à l’état de phosphure de fer et de nickel. C’est peut-être à des débris impalpables de météorites que les poussières atmosphériques doivent une partie de leur teneur en acide phosphorique.

Ainsi tout concourt à démontrer l’extrême diffusion du phosphore dans la nature inorganique. C’est une conclusion à laquelle on serait arrivé plus tôt par voie indirecte si des idées fausses n’avaient régné chez les agriculteurs sur le rôle des matières minérales dans la nutrition des plantes. La végétation, si chétive qu’elle soit, peut, en effet, s’établir sur presque tous les sols et il faut bien qu’elle y trouve du phosphore, l’une des substances qui lui est le plus indispensable. Pour les sols arides eux-mêmes, leur stérilité est due plutôt à des circonstances physiques défavorables qu’à une composition chimique défectueuse.

Les animaux, auxquels le phosphore n’est pas moins nécessaire, le prennent aux plantes ou à la mer, puis le restituent après leur mort à la nature minérale, et ainsi s'effectuent de continuelles migrations de cette substance.

Origine du phosphate de chaux. — L’apatite provient certainement de l’intérieur de la terre, de même que les roches cristallisées qu’elle accompagne; elle a dû être amenée à la surface soit en même temps que ces roches, soit postérieurement par des sources minérales ou des émanations. D’après M. Daubrée {Ann. des Mines, [6], t. XIII, p. 94) le phosphore existerait à l’état de phosphure dans les grandes profondeurs du globe, de même que dans les météorites ; c’est ce que tend à démontrer la grande ressemblance des roches extra-terrestres avec celles de l’intérieur de notre globe.

Quant au phosphate de chaux amorphe, la présence de la matière organique azotée qui lui est souvent mêlée a fait supposer qu’il avait passé par la vie animale. Le fait peut être considéré comme certain pour la variété coprolithique ; il acquiert un grand caractère de probabilité pour les autres phosphorites si l’on réfléchit que les amas de matières phosphatées sont particulièrement abondants dans les formations qui se signalent par un grand développement de la vie. Il aurait été ainsi emprunté à des dépôts d’animaux, et les eaux chargées de phosphate, pénétrant les terrains sédimentaires, y auraient formé par voie de concrétion des produits dans lesquels on retrouve les éléments de ces terrains, ou auraient pseudomorphosé des corps divers, de préférence des fossiles.

Mais en dernière analyse, ce phosphate de chaux lui-même vient aussi des profondeurs du globe. Les animaux dont les dépouilles ont été dissoutes ne pouvaient, en effet, ainsi que nous l’avons déjà dit, puiser le phosphore néces-

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saire à leur développement que dans les eaux de la mer ou, par l’intermédiaire des plantes, dans les couches terrestres.

Notions acquises sur les gisements. — Parmi les divers gisements de chaux phosphatée qui ont été signalés, il n’en est qu’un nombre relativement restreint qui soient exploitables. Les autres sont jusqu’à présent inutilisables, soit parce qu’ils ne sont pas assez riches, soit parce qu’ils sont d’une extraction coûteuse ou d’un traitement peu avantageux.

Il est cependant d’un grand intérêt de faire connaître les moindres indicés de cette précieuse substance ; car ils peuvent devenir le point de départ de découvertes ultérieures de gisements susceptibles d’être exploités. C’est ainsi que de rares nodules phosphatés, englobés dans du calcaire et considérés comme n’ayant pas d’intérêt pratique, ont mis sur la voie de dépôts formés par l’accumulation de ces phosphates dégagés du calcaire. D’un autre côté, il faut faire attention que le phosphate de chaux introduit, soit directement, soit par les eaux qui l’humectent, un élément de fertilité dans les terres végétales voisines.

Les connaissances acquises sur les phosphates de chaux fossiles sont déjà très étendues. Elles sont disséminées dans une foule de mémoires ou de publications périodiques ; cependant elles ont fait l’objet d’un certain nombre de travaux d’ensemble, parmi lesquels nous citerons surtout les suivants :

Études sur l’utilité agricole et les gisements géologiques du phosphore, par Elie de Beaumont. ( Mémoires de la Soc. centr. d’Agr., 1856).

Notice sur la découverte et la mise en exploitation de nouveaux gisements de phosphate de chaux, par M. Daubrée (Ann. des mines, [6], t. XIII, 1868).

Phosphates de chaux fossiles, par MM. Brylinski et Lionnet (Bull, de la Soc. géol. de Normandie, t. IV, 1877).

Nous mentionnerons encore, comme nous ayant été particulièrement utile, la Revue de géologie (1860 à 1878), qui a malheureusement cessé de paraître, et dans laquelle les auteurs, MM. Delesse, Laugel et de Lapparent, ont pris soin de signaler chaque année les nouvelles découvertes de phosphate de chaux.

Nous allons tenter de faire connaître les faits les plus saillants qui se rapportent au gisement de la chaux phosphatée. Pour mettre de l’ordre dans la description des gîtes, nous les répartirons en trois catégories, suivant qu’ils appartiennent aux terrains stratifiés, aux roches cristallines et éruptives, ou aux filons.