L’origine de la silice des silex

Le silicium (Si) contenu dans l’eau de mer provient originellement de l’altération des minéraux silicatés constituant la croûte continentale et est amené par les cours d’eau ou par les vents (poussières). Ce silicium peut également provenir des volcans océaniques (silice lithogénique) ou de phytolithes (silice biogénique continentale).

Dans des conditions normales de pH, le silicium est dissout dans l’eau de mer sous forme d’acide orthosilicique Si(OH)₄ (encore écrit H₄SiO₄) ou forme monomère. Cette molécule fonctionne comme un acide tétraprotoné, les 4 protons se dissociant successivement et produisant une série d’ions monosilicates : SiO(OH)₃ ^1- , SiO₂(OH)₂ ^2-, SiO₃(OH)^3-, SiO₄ ^4-.

À un pH de 8,1, la forme neutre Si(OH)₄ est dominante (96.2% du Si total).

À un pH compris entre 9,75 et 12,2, c’est SiO(OH)₃ ^1- qui prédomine.

À des concentrations en silice plus élevées que dans l’eau de mer, c’est la molécule H₇Si₂O₇ ou forme dimère qui prédomine.

Le silicium primaire, sous ses différentes déclinaisons, est consommé par certains organismes animaux ou végétaux pour la fabrication d’un test qui les supporte ou qui les protège (silice biogénique océanique). La plupart d’entre eux vivent dans le plancton (diatomées avec un frustule, radiolaires, ébriédiens, silicoflagellés avec un endosquelette), mais il existe des métazoaires benthiques, les spongiaires hexactinellidés et lithistidés, qui ont un squelette formé d’un feutrage de spicules siliceux. Ces animaux ou ces végétaux (diatomées, silicoflagellés) très anciens ont connus différentes périodes de recrudescence au cours des temps géologiques. Le Crétacé supérieur est l’une de ces périodes privilégiées, ainsi la gaize albienne est constituée en grande partie de spicules ou bien encore la craie cénomanienne contient une grande quantité d’éponges préservées en silex. Les diatomées, qui se diversifient au Tertiaire, constituent actuellement une pompe à silice importante. Intervenant moins au Crétacé, la concentration en acide silicique de l’eau de mer devait être au moins dix fois supérieure.

La précipitation biogénique de la silice est dominante. Cette silice, dite opale-A, est une silice faiblement cristallisée ou amorphe contenant jusqu’à 10% d’eau. C’est l’activité enzymatique de l’organisme qui permet la production et la stabilisation de cette opale. Du fait de la sous-saturation en silice de l’eau de mer, lorsque l’individu meurt, son test est remis en solution. La silice bioprécipitée, bien que bénéficiant d’une assez forte production, n’est donc qu’une phase temporaire, car dans la grande majorité des cas, elle repart en solution, prête à être réutilisée dans un autre cycle. Cette dissolution des tests s’opère dans les centimètres superficiels du sédiment. Les fluides interstitiels s’enrichissent en silice dissoute sous forme de monomères Si(OH)₄ qui regagnent généralement l’eau de mer. Cependant, sous certaines conditions, cette silice peut reprécipiter et entreprendre une évolution diagénétique qui la préservera à l’état solide.