Chert

Le chert est une roche sédimentaire dure à grain fin, composée principalement de quartz microcristallin ou cryptocristallin, la forme minérale du dioxyde de silicium (SiO₂). Il se forme généralement par des processus biologiques, mais peut aussi se former de manière inorganique en tant que précipité chimique ou par remplacement diagénétique, comme dans le bois pétrifié. Lorsque le chert apparaît dans la craie ou la marne, on l'appelle communément silex.

La roche est largement composée des restes pétrifiés de boue siliceuse, un sédiment biogène qui recouvre de vastes zones des fonds océaniques profonds. Cette boue contient les squelettes siliceux des diatomées, des silicoflagellés et des radiolaires. Les cherts précambriens sont particulièrement connus pour préserver des cyanobactéries fossiles. Bien que le chert contienne parfois des macrofossiles, de nombreux spécimens sont totalement dépourvus de fossiles.

Le chert se décline en une large gamme de couleurs, du blanc au noir, mais est le plus souvent gris, brun, gris-brun, vert clair, rouge rouille ou, occasionnellement, vert foncé. Sa couleur reflète les éléments traces présents dans la roche ; les teintes rouges et vertes proviennent généralement du fer sous ses formes oxydée et réduite, respectivement.

En pétrologie, le terme « chert » désigne largement toutes les roches sédimentaires précipitées chimiquement, composées principalement de silice microcristalline, cryptocristalline ou microfibreuse. La plupart des cherts sont presque de la silice pure, contenant moins de 5 % d'autres minéraux — principalement de la calcite, de la dolomite, des minéraux argileux, de l'hématite et de la matière organique. Cependant, les cherts vont de variétés très pures avec plus de 99 % de silice à des types nodulaires impurs avec moins de 65 % de silice. L'aluminium est l'élément mineur le plus abondant, suivi du fer et du manganèse, ou du potassium, du sodium et du calcium. L'eau extracristalline — de minuscules inclusions d'eau à l'intérieur et autour des grains de quartz — représente moins de 1 % de la plupart des cherts.

La classification de Folk divise le chert en trois catégories texturales. Le microquartz granulaire est constitué de grains de quartz à peu près équidimensionnels, allant d'une fraction de micron à 20 microns, le plus souvent de 8 à 10 microns. La calcédoine est une variété microfibreuse de quartz, composée de faisceaux rayonnants de cristaux très fins d'environ 100 microns de long. Le mégaquartz est constitué de grains équidimensionnels de plus de 20 microns. La plupart des cherts sont du quartz microcristallin avec un peu de calcédoine et parfois de l'opale, mais les cherts peuvent aller de l'opale presque pure au quartz presque pur. Peu d'opale a plus de 60 millions d'années. Le chert opalin contient souvent des fossiles visibles de diatomées, de radiolaires et de spicules d'éponges de verre.

Le chert apparaît dans divers contextes, notamment les dépôts de sources chaudes (sinter siliceux), les formations de fer rubané (jaspite) et les lacs alcalins. Cependant, la plupart du chert se trouve soit sous forme de chert stratifié, soit sous forme de chert nodulaire. Le chert stratifié est plus courant dans les lits précambriens, tandis que le chert nodulaire est devenu plus courant au Phanérozoïque à mesure que le volume total de chert dans les archives rocheuses diminuait. Le chert stratifié est rare après le Mésozoïque inférieur. Le chert est devenu modérément abondant au Dévonien et au Carbonifère, et de nouveau du Jurassique à nos jours.

Le chert stratifié, également appelé chert rubané, se présente sous forme de couches finement stratifiées — de quelques centimètres à un mètre d'épaisseur — de chert presque pur séparées par de très fines couches de schiste riche en silice. Il est généralement noir à vert, et la séquence complète de lits peut atteindre plusieurs centaines de mètres d'épaisseur. Le schiste est généralement un schiste noir, parfois avec de la pyrite, indiquant un dépôt dans un environnement anoxique. Le chert stratifié se trouve le plus souvent aux côtés de turbidites, de calcaires d'eau profonde, de roches volcaniques sous-marines, d'ophiolites et de mélanges sur les marges actives des plaques tectoniques. Les structures sédimentaires sont rares dans les cherts stratifiés. Leur pureté généralement élevée, comme celle d'autres roches précipitées chimiquement, indique un dépôt dans des zones avec peu d'apport de sédiments détritiques, comme l'eau de rivière chargée de limon et d'argile. Les impuretés présentes comprennent la pyrite authigène et l'hématite, formées après le dépôt, ainsi que des traces de minéraux détritiques.

L'eau de mer contient généralement entre 0,01 et 11 parties par million (ppm) de silice, avec environ 1 ppm étant typique. C'est bien en dessous de la saturation, ce qui signifie que la silice ne peut normalement pas être précipitée de l'eau de mer par des processus inorganiques. Au lieu de cela, les organismes vivants — diatomées, radiolaires et éponges de verre — extraient la silice de l'eau de mer, même d'une eau très insaturée. On estime que ces organismes produisent 12 kilomètres cubes d'opale par an dans les océans du monde. Les diatomées peuvent doubler leur nombre huit fois par jour dans des conditions idéales, bien qu'une fois par jour soit plus typique dans l'eau de mer normale, et elles peuvent extraire la silice d'une eau contenant aussi peu que 0,1 ppm de silice. Elles protègent leurs squelettes de la dissolution en les cuirassant d'ions métalliques. Après la mort des organismes, leurs squelettes se dissolvent rapidement à moins qu'ils ne s'accumulent sur le fond océanique et ne soient enfouis, formant une boue siliceuse composée de 30 % à 60 % de silice. Ainsi, les cherts stratifiés sont généralement composés principalement de restes fossiles d'organismes sécréteurs de silice, qui sont généralement altérés par dissolution et recristallisation.

Les squelettes de ces organismes sont constitués d'opale-A, une forme amorphe de silice dépourvue de structure cristalline à longue distance. Celle-ci se transforme progressivement en opale-CT, une forme microcristalline composée principalement de cristaux en forme de lame de cristobalite et de tridymite. Une grande partie de l'opale-CT prend la forme de lépisphères — des amas de cristaux en forme de lame d'environ 10 microns de diamètre. L'opale-CT se transforme ensuite en microquartz. Dans les eaux océaniques profondes, la transition vers l'opale-CT se produit à environ 45 °C, tandis que la transition vers le microquartz se produit à une température plus élevée.