Le tuf (calcaire, pas volcanique – car ça existe aussi mais c’est tout autre chose – dans le cas des Gorges de l’Orbe) est une roche sédimentaire (= provenant de dépôts créés petit à petit) qui se forme aux endroits où de l’eau chargée en calcaire et en gaz carbonique, ayant circulé dans la profondeur du terrain, sort en surface. Il s’agit de dépôts calcaires, souvent mélangés à des débris végétaux et rocheux divers, parfois des fragments de coquilles, qui se font emprisonner par le calcaire en formation.
On donne aussi le nom de travertin au tuf calcaire, et l’endroit où se forme le tuf en grande quantité (car il s’en forme en réalité un peu partout, notamment près des fontaines) s’appelle tuffière.
A ce endroit-là, le calcaire «surgit» du fait d’un phénomène d’équilibre chimique qui se déplace dans le sens contraire de celui d’origine, selon les mécanismes expliqués ci-dessous.
L’eau de pluie dissout le calcaire des roches sur lesquelles elle coule grâce au CO2 qu’elle contient (et qui lui-même se dissout tout d’abord dans l’eau sous forme d’acide carbonique H2CO3). Chaque molécule de calcaire CaCO3 se retrouve alors dans l’eau sous forme deux ions hydrogénocarbonates HCO3– (appelé aussi bicarbonates), accompagnés d’un ion Ca2+, le tout étant incolore et inodore (impossible à l’oeil ni au nez – éventuellement au goût – de savoir si l’eau est calcaire ou pas).
1) CO2 + H2O ––––> H2CO3
2) H2CO3 + CaCO3 ––––> 2 HCO3– + Ca2+
Donc plus on dissout de gaz carbonique dans l’eau, plus l’eau devient acide et plus elle peut dissoudre de calcaire.
Mais ces deux réactions chimiques sont en équilibre. Cela veut dire que:
a) il y a toujours un peu de CO2 qui reste dissout dans l’eau SANS devenir de l’acide carbonique ainsi que des ions HCO3– et Ca2+
b) si on met plus de CO2 , le système tente de «gommer» cet excès et fabrique de l’acide carbonique qui dissout alors davantage de calcaire. A l’inverse, si du CO2 s’en va de l’eau pour n’importe quelle raison (à cause de l’élévation de température, de l’évaporation d’eau …), le système puise dans les ions HCO3– et Ca2+ dissous pour reformer du calcaire CaCO3 solide, d’où l’apparition des dépôts appelés tuf (ou stalagmites/stalactites dans les grottes).
Pour prendre une image, c’est comme si on avait un caissier à qui l’on demandait d’avoir dans sa caisse toujours un stock à peu près égal de monnaies diverses et de billets plus ou moins gros. Si on ne lui paie qu’avec des gros billets, il devra faire de la monnaie, et s’il ne reçoit que de la monnaie, il finira par la convertir en billets pour garder l’équilibre demandé.
C’est exactement ce qui se passe à l’endroit où du tuf se forme. L’eau se réchauffe ou s’évapore, donc le taux de CO2 baisse dans l’eau, donc le système corrige en «fabriquant» du calcaire. C’est aussi le même principe lorsque du calcaire se «dépose» dans une casserole dans laquelle on chauffe de l’eau. On dit en langage plus chimique que du calcaire a «précipité», donnant du tuf.
1.- Comment l’eau de pluie s'évapore-t-elle ?
2.- Qu’est-ce qui rend l’eau acide ?
3.- Lorsque la température monte, y a-t-il plus ou moins de calcaire solide dans l’eau ?
4.- Aux coordonnées, observez la flore qui pousse dans la tuffière. Décivez les feuilles, l'importance ou non de ces plantes... .
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The tufa (limestone, not volcanic - because it also exists but it is quite another thing - in the case of the Gorges of Orbe) is a sedimentary rock (= created from deposits gradually) formed in places where of water containing limestone and carbon dioxide, that has circulated in the depth of field, leaves the surface. These calcium deposits, frequently mixed with various plants and rock debris, sometimes shell fragments, which are imprisoned by the limestone formation.
It also gives the name to the limestone travertine tuff and tuff where large quantities shape (as it shaped in reality everywhere, especially near the fountains) is called Tuffière.
At this place there, the limestone "popped" due to a chemical equilibrium phenomenon which moves in the opposite direction of the original, according to the mechanisms discussed below.
Rain water dissolves the limestone rocks over which it flows through the CO2 it contains (which itself first dissolved in water as carbonic acid H2CO3). Each molecule of limestone CaCO3 is then in water form two hydrogencarbonates HCO3- ions (also known as bicarbonates), along with a Ca2 + ion, the whole being colorless and odorless (impossible for the eye or the nose - optionally at taste - whether the water is hard or not).
1) CO2 + H2O ----> H2CO3
2) H2CO3 + CaCO3 ----> Ca2 + + 2 HCO3-
So more carbon dioxide is dissolved in water, the water becomes more acidic and can dissolve limestone.
But these two chemical reactions are in equilibrium. This means that:
a) there are still some remaining CO2 dissolves in water WITHOUT become carbonic acid and the ions HCO3- and Ca2 +
b) if one puts more CO2, the system attempts to "erase" the excess and produces carbonic acid which then dissolves more limestone. Conversely, if CO2 goes water for any reason (due to the temperature rise, evaporation of water ...), the system draws the ions HCO3- and Ca2 + dissolved to reform the solid CaCO3 limestone, hence the appearance of deposits called tufa (or stalagmites / stalactites in caves).
To take a picture, it is like having a cashier who was asked to have his cash in a stock still about equal in various currencies and more or less large bills. If one pays him only with large bills, it will make money, and if he only gets the money, it will eventually convert to tickets to keep the balance requested.
This is exactly what is happening where tuff forms. The water heats or evaporates, thus lowering the CO2 in the water, so the system corrects "Manufacturer" limestone. This is also the same principle when limestone is "deposited" in a pot in which water is heated. It says more chemical language that limestone has "precipitated" giving tuff.
1.- How does rainwater dissolve?
2.- What makes water acidic?
3.- When the temperature rises, is there more or less solid limestone in the water?
4.- At the coordinates, observe the flora that grows in the tuffière. Describe the leaves, the importance or not of these plants ....
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