Natron

Natron
Catégorie V : carbonates et nitrates
Image illustrative de l’article Natron
Dépôt de natron dans un cratère au Tibesti.
Général
Numéro CAS 6132-02-1
Classe de Strunz 5.CB.10

5 CARBONATES (NITRATES)
 5.C Carbonates without Additional Anions, with H2O
  5.CB With large cations (alkali and alkali-earth carbonates)
   5.CB.10 Natron Na2CO3•10(H2O)
Space Group Cc
Point Group m
Classe de Dana 15.1.2.1

Carbonates
15. Carbonates hydratés

15.1.2.1 Natron Na2CO3 · 10 H2O
Formule chimique CH20Na2O13 Na2CO3 • 10 H2O
Identification
Masse formulaire 286,1412 ± 0,0061 uma
C 4,2 %, H 7,05 %, Na 16,07 %, O 72,69 %,
Couleur incolore à blanc, blanc grisâtre, gris à jaune suivant impuretés
Système cristallin monoclinique
Réseau de Bravais a = 12,83 Å ; b = 9,03 Å ; c = 13,44 Å ; β = 123,0° ; Z = 4 ; V = 1 305,31 Å3 ; densité calculée = 1,46
Classe cristalline et groupe d'espace m prismatique
groupe de symétrie 2/m
groupe d'espace Cc ou P2/m
Macle suivant (001)
Clivage parfait et distinct sur (001), imparfait suivant (110) en traces et (010)
Cassure conchoïdale (fragile en petits morceaux)
Habitus petits cristaux tabloïdes ou en tablettes ; agrégats cristallins fins en longues fibres fragiles, accolées, parfois recourbées ; sous forme plus ou moins massives, uniquement en croûte cristalline, fibreuse ou grenue, mais aussi en efflorescence, en enduit ou en incrustation, en floraison sur le sol ou la roche homonyme, en colonne sur paroi humide soumise à évaporation mesurée.
Jumelage sur (001)
Échelle de Mohs 1 à 1,5
Trait blanc (poussière blanche)
Éclat vitreux
Propriétés optiques
Indice de réfraction cristaux polyaxes nα =1,405
nβ = 1,425
nγ = 1,440
Biréfringence Biaxe (-) δ = 0,035
2V = 71 à 83° (mesuré)
2V = 80° (calculé)
Pléochroïsme sans couleur
Dispersion optique dispersion des axes faibles ρ > ν (dispersion tournante faible)
Fluorescence ultraviolet phosphorescent
Transparence transparent à translucide
Propriétés chimiques
Densité 1,42 à 1,48 (grande pureté 1,44 à 1,46)
Température de fusion se décompose à 32 °C en heptahydrate (perte d'eau), qui se transforme en monohydrate avant 38°C °C
Fusibilité entre 32,5 °C et 34,5 °C
Solubilité soluble dans l'eau à 0 °C
Comportement chimique La perte d'eau commence entre 33,5 et 34 °C. L'heptahydrate de carbonate de sodium formé est déjà instable à 32 °C, et engendre par perte d'eau la thermonatrite.
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Le natron ou atroun (nom tiré du Ouadi Natroun, vallée appelée « Champ-de-sel » en égyptien ancien) désigne d'abord un minéral, le carbonate de sodium décahydraté de formule chimique Na2CO3 • 10 H2O. Mais c'est aussi une roche évaporitique qui a la singulière propriété, en présence d'eau ou d'humidité, de développer à sa surface le minéral natron (souvent accompagné de diverses impuretés).

Cette roche parfois massive contient principalement des dépôts carbonatés et hydrogénocarbonatés alcalins à base de trona, de bicarbonate de sodium ou nahcolite et d'autres carbonates hydratés, comme le monohydrate de carbonate de sodium ou thermonatrite, susceptible de redonner en milieu humide et frais du carbonate de sodium décahydraté.

Ce corps chimique naturel-là, dénommé autrefois alcali minéral ou simplement das Soda en allemand, se présente aussi sous la forme d'une substance blanche, évanescente et éphémère, que l'on trouve au bord de certains lacs sodés, temporaires ou permanents, à eaux saumâtres du désert.

Description minéralogique et géotype

Le natron a été décrit en minéralogie par Wallerius en 1747. La matière est néanmoins connue depuis la haute Antiquité en Égypte. Les reines d'Égypte de la haute Antiquité s'en servaient, mêlé à de l'eau, pour clarifier le teint du corps. On utilisait aussi le natron mêlé à de l'eau pour blanchir les dents après le brossage de celles-ci.

Le mot natron, équivalent à soude minérale, soude carbonatée ou alcali fixe minéral en français, est apparenté au terme latin natrium, qui via l'allemand Natrium est à l'origine du symbole du sodium, Na. Le mot natron nous est parvenu par l'arabe natrūn, qui semble l'avoir hérité du grec hellénistique nítron, cette dernière langue l'ayant emprunté évidemment au monde égyptien. Selon Rupert Hochleitner, opus cité, il existe le mot grec ancien natron, apparenté au verbe naptô, signifiant "laver".

Dans les textes médicaux latins, le mot nitrum signifiait natron, et ne doit pas être traduit par « nitre ».

Romé de L'Isle le décrit sous l'appellation de cristaux d'alkali fixe minéral dans son ouvrage fondateur de la cristallographie. L'abbé René Just Haüy le décrit simplement comme de la soude carbonatée hydratée dans son Traité de minéralogie paru en 1801.

Selon l'IMA, le géotype est le site de Ragtown, dans l'état du Nevada, aux États-Unis.

Description physico-chimique et altération

Le système cristallin du minéral pur est monoclinique. Son éclat est vitreux, transparent à translucide et sa couleur incolore à blanche. La solubilité du minéral dans l'eau pure augmente avec la température : 215,8 g/litre d'eau à 20 °C, 445 g/litre à 80 °C.

Ce corps chimique naturel potentiellement abondant est hygroscopique : il absorbe l'humidité, c'est pourquoi les échantillons nettoyés à l'alcool doivent être placés en sachet ou boîte hermétique, à l'abri de l'air (humide). Le natron plongé dans l'acide chlorhydrique bouillonne.

Il colore la flamme en jaune par ses cations Na.

Il a parfois un goût de lessive, produit basique typique du commerce. Sa saveur est alcaline à piquante. Il possède des propriétés antibactériennes.

Le minéral Na2CO3 • 10 H2O s'effleurit à l'air sec et chaud, en se transformant en thermonatrite Na2CO3 • H2O pulvérulente. Par chauffage asséchant, il est possible d'obtenir de la soude Na2CO3 appelée natrite en minéralogie. C'est une utilisation de la roche générique natron.

Cristallochimie et cristallographie

Les formes obtenues au laboratoire par évaporation d'une solution aqueuse de carbonate de sodium montrent la prépondérance des faces planes (100), (010) et (011), avec aplatissement sur la seconde (O10).

Le plan des axes optiques est perpendiculaire à (010).

Occurrence

Les lacs plus ou moins temporaires des dépressions du Sahara, au contraire des véritables oasis, ne disposent souvent que d'une eau saumâtre et saline, riche en chlorure de sodium NaCl et bicarbonate de sodium NaHCO3 dissous ; aussi du natron se forme-t-il dans les bassins recevant les eaux usées. Il est exploité depuis la haute Antiquité.

Sa sensibilité à l'altération à l'air chaud et sec du désert est déjà mentionnée. La collecte de ce minéral instable, formé pendant le rafraîchissement nocturne probablement par le rôle de bactéries halines et alcalines accumulant et triant en milieu humide les différents carbonates, doit être impérativement opérée avec le soleil levant. Ce rite à l'aube solaire de cueillette de fleurs alcalines explique probablement sa renommée antique.

Notons que les lacs contenant en solution du natron restent des milieux à développement bactérien très spécifique, responsable notamment du fleurissement du natron sous certaines conditions météorologiques. L'effet bactéricide du natron est sélectif au milieu vivant acide ou très légèrement basique ou acide, par exemple typique de la peau humaine. Les eaux natronées peuvent également contenir des quantités importantes de cyanobactéries genre Arthrospira (spiruline), qui servaient à préparer des galettes protéinées d'algues bleu-vert nommées dihé dans la région des ouadis tchadiens.

Gîtologie et gisements

Le natron Na2CO3 • 10 H2O est essentiellement d'origine évaporitique et se forme en toute pureté minérale sous forme d'efflorescences surtout lors de l'évaporation de lacs riches en bicarbonate de sodium et autres sels de sodium.

Alfred Lacroix constatait en 1900 pourtant l'existence virtuelle du minéral natron. Il ne doutait point que du carbonate de sodium fût en dissolution dans l'eau des lacs salés des régions désertiques, notamment dans les étendues du Soudan antique, mais aussi dans les sources thermales carbonatées alcalines. Mais il faut que la cristallisation par évaporation, efficace si T < 20 °C, soit nocturne dans ses milieux tropicaux désertiques et s'opère dans des conditions spéciales (vent nocturne et du matin, assèchement de limon, rosée, chute thermique progressive durant la nuit). Une fois la mare salée desséchée, le natron se transforme en thermonatrite. Placé sans protection sous les ardeurs du soleil, le minéral se pulvérise en thermonatrite. Les minéralogistes disent, non sans humour, que ce minéral est surtout en solution dans les lacs alcalins et sodés.

Le natron est attesté dans les roches ignées alcalines, par exemple dans les monts Lozovero, péninsule de Kola en Russie et au Mont Saint-Hilaire, au Québec ainsi que dans diverses roches volcaniques et dans des cratères lunaires et supralunaires, comme sur le cratère Goussev sur Mars. Par exemple, en Norvège, il peut être présent à l'état primaire dans l'ékerite granitique du comté de Rogaland, le granite du Buskerud ou la minette du Télémark, voire les associations de cristaux rhomboédriques porphyriques avec l'anorthose.

Le natron se trouve également dans les dépôts des fumerolles de l'Etna et du Vésuve. Alfred Des Cloizeaux l'a observé dans les laves et les sources thermales de La Soufrière en Guadeloupe. Il s'en récupère au voisinage des sources d'eaux chaudes en Turquie et en Italie, par exemple à Larderello en Toscane.

Des gisements de natron en lits protégés se trouvent néanmoins en Libye, en Égypte près des lacs Amers, au Tchad dans les montagnes du Tibesti, au Kenya, au Botswana, aux États-Unis, par exemple en Californie au voisinage de la Vallée de la Mort, dans le Colorado ou le Wyoming, au Canada notamment à Atlin ou près du lac Goodenough, district de Clinton en Colombie britannique, en Australie du Sud mais aussi en Turquie et en Italie, dans les déserts alcalins, en Mongolie et en Chine (Gobi), en Iran, au Tibet, dans les salars de Bolivie et d'Argentine, en Hongrie...

Un Masaï marche sur une efflorescence saline et probablement alcaline de natron. Il est parfois possible de s'initier aux dessins sacrés ou aux glyphes sur ces surfaces.

La roche évaporite peut contenir des impuretés parfois conséquentes en sels de sodium, de magnésium... sous forme de chlorures, de sulfates ou de borates. Les impuretés les plus communes sont le bicarbonate de sodium, la halite et la mirabilite, soit le sel de Glauber des Anciens.

Il n'est pas absent des grands dépôts d'évaporites fossiles, comme dans les mines de sels alpines, par exemple à Bex en Suisse ou à Hall d'Autriche.

Minéraux associés dans les évaporites : mirabilite, thénardite, épsomite, thermonatrite, trona, nahcolite, natrite, gaylussite, borax, halite, calcite, monohydrocalcite, pirssonite, baylissite, chalconatronite.

Gisements relativement abondants ou potentiellement caractéristiques

Dépôts d'évaporites fossiles ou apparitions potentielles de natron

Australie du sud Mine de sel de Seewinckel, Burgenland Potosi Atlin ou district de Clinton, Colombie britannique Carrière poudrette, Mont-Saint-Hilaire, Québec Région autonome du Tibet Région autonome du Xingjiang bloc incorporé dans le temple Dendur région des lacs Natron ou des lacs amers (Nitrie (Égypte)) comtés d'Inyo, de San Bernardino et de Lake, Californie Lac Soda, Vallée San Luis, Alamoso, Colorado Nevada Alkali Lake, Oregon comté d'Okanogan, état de Washington Lac Shalah Lac Texcoco, province de Mexico désert du Gobi péninsule de Kola Mine de Bex

Usage

Il y a plus de quatre mille ans, les céramistes et chaufourniers égyptiens ont découvert qu'en chauffant de la silice (sable), avec du natron asséché et purifié, transformé en soude, et de la chaux vive, ils fabriquaient une matière plus ou moins vitreuse et transparente. En ajoutant certains ingrédients ou poudres minérales colorées au mélange, ces premiers verriers obtenaient des verres diversement colorés.

Le natron, et d'une manière générale le natron purifié et chauffé que nous pouvons dénommer soude, servait également au blanchiment du linge, à la préparation du cuir et à la conservation de la viande. Le natron montre des propriétés antibactériennes. Employé sec, il peut déshydrater les chairs ; en solution aqueuse, il amollit les matières organiques.

L'analyse chimique pondérale donne en masse 21,6 % Na2O, 15,4 % CO2 et 63 % H2O. Même s'il est moins concentré en soude que le trona, le natron est une matière première naturelle, localement abondante, de la soude ou carbonate de sodium, dans l'industrie chimique, en particulier en Égypte, en Russie et les anciens pays orientaux soviétiques.

Utilisation dans l'Égypte antique

Le natron était déjà connu des Égyptiens de l'Antiquité qui l'appelaient neter, de l'ancien égyptien nṯr(ĵ), terme qui rappelle qu'ils l'extrayaient d'un lac asséché dans le désert de Nitrie.

On distinguait vraisemblablement diverses variétés de natron égyptien :

Remarquons que cet emploi généralisé du terme neter ou peut-être de ses déclinaisons ou variantes anciennes, s'applique à toute apparition saline ou évaporitique, souvent blanche compacte, crevassée ou filamenteuse, sur n'importe quelle surface ou paroi humide ou humidifiée. On comprend alors l'évolution de sens qui finit par désigner la classe des alcalis ou corps alcalins naturels (plus ou moins souvent encroûtés) étendue à celle des nitrates, et finalement le nitre ou salpêtre.

Les Égyptiens utilisaient ces produits pour de nombreux usages :

Il y a plus de quatre mille ans, peut-être même plus de cinq mille ans puisque le natron a vraisemblablement très tôt été purifié et stocké sous forme solide et sèche, les Égyptiens, excellents connaisseurs de l'art nommé kemia, ont observé la similitude de matière entre le natron purifié, chauffé et asséché en vase clos, et la partie soluble dans l'eau des cendres de végétaux de chénopodiacées calcinés poussant sur des terres salifères ou salisols identiques aux milieux des lacs salés. On peut parler d'identité au niveau de la langue égyptienne antique, car la dénomination du natron est la même pour le minéral et le produit basique préparé. Il s'agit de la soude, le premier alcali minéral connu. Les chaufourniers ont très vite su accroître le pouvoir alcalin de la soude, en la chauffant avec de la chaux, c'est-à-dire en la caustifiant, pour obtenir de la soude caustique.

Utilisation dans la Rome antique

Il s'agit plus souvent de la roche impure, le plus souvent à base de trona et de nahcolite, transporté par des navires. Outre la médecine et les produits de nettoyage et/ou d'hygiène, ce sont les verriers et les céramistes qui utilisent cette matière qualifiée par le terme générique alcali. Le natron est un alcali minéral des alchimistes.

Exploitation traditionnelle ou industrielle

La roche natron a été exploitée depuis la plus haute antiquité. Les Français ont eu accès aux régions de production dès le milieu du XIXe siècle et nomment les sites d'exploitation des natronières. Ils constatent une activité de récolte traditionnelle, auquel tend à se superposer une exploitation plus moderne. Certains pays, ne disposant pas au départ d'industrie chimique sophistiquée et par conséquent de moyens de développer le procédé Solvay, ont maintenu cette récolte minière à faible coût dans les natronières et fondé une industrie de traitement, de purification et de dessiccation de carbonates, qui livre du natron commercial, en réalité du carbonate de sodium plus ou moins pur ou sec.

Contenu d'un sac de natron (matière récoltée plus ou moins sèche, parfois carbonate de sodium anhydre et impure).

Pendant la Belle Époque, un natromètre est un instrument servant à mesurer la soude ou la potasse des produits commerciaux.

Histoire de la chimie

Le chimiste Claude-Louis Berthollet et les savants de l'expédition d'Égypte en 1799 ont étudié avec intérêt in situ les dépôts des grands lacs salés égyptiens, en particulier du natron. Le premier a postulé une réaction de formation réversible, dans le cadre des équilibres chimiques de la chimie lavoisienne :

2 NaClaq en saumure saturée + CaCO3 solide = Na2CO3 • 10 H2O précipité solide + CaCl2 aq

La réaction inverse était bien connue en laboratoire : les sels des cations calcium précipitent en présence de carbonate. La réaction proposée de formation directe du natron existe, mais est très lente, dans des conditions évaporitiques et nécessite des saumures très concentrées, râpant véritablement par effet corrosif (notamment électrochimique) la roche calcaire encaissante.

La conversion du sel en soude, contrairement à la proposition de Berthollet, est beaucoup plus due à la présence d'eaux saumâtres apportées par la pluie du désert salin ou par des sources intermittentes, eaux naturellement chargées en hydrogénocarbonate de sodium NaHCO3 et en chlorure de sodium. Le rapport entre les teneurs en ions hydrogénocarbonates et alcalins, comme Na+... et les teneurs en ions alcalino-terreux Ca2+ et Mg2+, est crucial pour l'évolution des saumures naturelles et la formation des roches évaporites, en particulier leurs minéraux de constitution primaire. La première étape consiste dans tous les cas de figures dans la précipitation chimique des carbonates alcalino-terreux, du type calcaire (calcite/aragonite) CaCO3 et dolomie (Ca, Mg)CO3. Dans ce cas où les ions hydrogénocarbonates et alcalins demeurent en bien plus fortes concentrations que toutes autres espèces ioniques en solution aqueuse, la formation de sels à base de carbonate de sodium, comme le natron et de NaCl, voire de trona, est la seconde étape inévitable.

Notes et références

  1. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. Caterina Batello, Marzio Marzot et Adamou Harouna Toure, Le futur est un ancien lac : Savoirs traditionnels, biodiversité et ressources génétiques pour l'agriculture et l'alimentation dans les écosystèmes du bassin du lac Tchad, Rome, FAO, 2005, 320 p. (ISBN 92-5-205064-7), p. 262-271.
  4. Ces gisements évaporites alcalins, non marins, contiennent parfois la forme anhydride de carbonate de sodium nommée autrefois soude: ce sont des produits à base de carbonate de sodium qui en justifient parfois l'exploitation industrielle. L'heptahydrate de carbonate de sodium, probablement trop instable, n'existerait pas à l'état naturel, mais il peut être préparé chimiquement.
  5. Le natron ou natrum est défini dans le Larousse du XXe siècle comme « carbonate hydraté naturel de soude ». Pour une courte histoire du natron en français Définition du natron TLF
  6. Documentaire : "Secrets d'Histoire - Néfertiti, mystérieuse reine d’Égypte", Diffusion du 23 mars 2020, France 2. URL: https://www.youtube.com/watch?v=zCIM2u1e-bQ&
  7. Valérie Gitton-Ripoll, Pourquoi il ne faut pas traduire Nitrum par « nitre » : emplois thérapeutiques de ce minéral dans la médecine humaine et vétérinaire des romains (Pline, N.H. 31, 106-117, Scribonius Largus, Pelagonius), Bull. Soc. Hist. Méd. Sci. Vét, 2009, vol. 9, p. 5-16.http://sfhmsv.free.fr/SFHMSV_files/Textes/Activites/Bulletin/Txts_Bull/B9/Art01-nitrum-p5_16%20def.pdf
  8. Cristallographie, ou description des formes propres à tous les corps du règne minéral, 4 volumes, Paris, Tome 1, p. 149, (1783).
  9. René Just Haüy, Traité de minéralogie, Paris, 1801, 4 volumes avec atlas in folio, en particulier tome 2 p. 374.
  10. L'ensemble des minéraux x Na2CO3, y NaHCO3, z H2O (x entier non nul, contrairement à y et z) sont dénommés par les géologues tels que Pomerol et Bellair, les natrons.
  11. L'ancienneté de son exploitation est corrélée avec l'existence d'anciens toponymes égyptiens, hellénisés en natrona, qui a laissé par exemple la vallée du Wadi el Natrun en Égypte. Le terme géologique a pris un sens géographique dès l'Antiquité, qui a fait florès aux époques historiques moderne et contemporaine, par exemple en Amérique (Natrona) et en Afrique coloniale (lac Natron).
  12. Mémoire DESS de Julien Gonnet, sous la direction de Lothar Caviezel, La spiruline, une cyanobactérie comme instrument de développement durable pour réduire l’insécurité alimentaire et soutenir une activité traditionnelle féminine - Tchad, opus cité
  13. Une liste prudente, mais incomplète existe sur le site Mindat, placé ici en lien externe.
  14. Cas de la mine saline de Bex traité par Pierre Perroud dans le Bulletin d'information de la SGAM N°1/ 90, pp. 18-19 pour la Société Genevoise de Minéralogie.
  15. Sydney Hervé Aufrère, Les minerais, les métaux, les minéraux et les produits chimiques, les trésors et le défilés de contrées minières, Institut français d'archéologie orientale, 1991, p. 637
  16. Cette hypothèse nous permet d'éviter la proposition unique des pharmacologues, qui considère bien souvent avec raison le natron antique comme un mélange complexe de sels. Patrick Josset, Emplois thérapeutiques du natron dans l’Égypte antique et le monde gréco-romain, opus cité.
  17. Les Égyptiens pauvres, parfois simplement enterrés sous le sable du désert, ne subissaient pas ces transformations cadavériques coûteuses, mais une minorité de corps desséchés naturellement sont pourtant remarquablement conservés.
  18. Nous sommes dans un univers antique et méditerranéen, avant l'usage des lessives de cendres saponifiant les graisses ou des savons.
  19. Le mélange natron-huile agit comme une sorte de savon adoucissant, entraînant les graisses et poussières présentes sur la peau.
  20. Roger Lichtenberg, Amandine Marshall, Les momies égyptiennes : La quête millénaire d'une technique, Fayard, 2013
  21. Cette dernière fraction recueillie était également purifiée.
  22. C'est la définition du Larousse du XXe siècle. La soude est ici le carbonate de sodium, la potasse le carbonate de potassium au sens de la vieille tradition chimique des alcalis.
  23. Ce fait est aussi à corréler avec l'importance de la surveillance scientifique du flux des rivières permanentes ou temporaires en ions Ca2+ et HCO3−. Mais il s'agit aussi là d'études biologiques et écologiques complexes.
  24. C'est le cas du lac Albert, aux eaux riches en HCO3−. La précipitation du carbonate de sodium, suivie de celle du sulfate et du chlorure de sodium, concerne le Deep Spring lake, pauvre en ions Ca2+ et Mg2+.

Voir aussi

Bibliographie

Articles connexes

Liens externes