La géologie des briques

La brique commune est l’une de nos plus grandes inventions, une pierre artificielle. La fabrication de briques transforme une boue peu résistante en un matériau solide qui peut durer des siècles s’il est bien entretenu.

Briques d’argile

Le principal ingrédient des briques est l’argile, un groupe de minéraux de surface qui proviennent de l’altération des roches ignées. En soi, l’argile n’est pas inutile : en fabriquant des briques d’argile ordinaire et en les faisant sécher au soleil, on obtient une « pierre » de construction solide. Le fait d’avoir un peu de sable dans le mélange aide à empêcher ces briques de se fissurer.

L’argile séchée au soleil est peu différente du schiste tendre.

La plupart des bâtiments les plus anciens du début du Moyen-Orient étaient faits de briques séchées au soleil. Elles ont généralement duré environ une génération avant que les briques ne se détériorent à cause de la négligence, des tremblements de terre ou des intempéries. Les anciens bâtiments étant fondus dans des tas d’argile, les anciennes villes étaient périodiquement nivelées et de nouvelles villes étaient construites par-dessus. Au fil des siècles, ces monticules urbains, appelés « tells », ont pris une taille considérable.

La fabrication de briques séchées au soleil avec un peu de paille ou de fumier aide à lier l’argile et donne un produit tout aussi ancien appelé adobe.

Briques cuites

Les anciens Perses et Assyriens fabriquaient des briques plus solides en les faisant griller dans des fours. Le processus dure plusieurs jours, la température dépasse les 1000 °C pendant un jour environ, puis se refroidit progressivement. (Ce procédé est beaucoup plus chaud que la torréfaction ou la calcination douce utilisée pour faire la couche supérieure des terrains de base-ball). Les Romains ont fait progresser la technologie, comme ils l’ont fait pour le béton et la métallurgie, et ont répandu la brique cuite dans toutes les parties de leur empire.

Depuis, la fabrication de briques n’a pratiquement pas changé. Jusqu’au XIXe siècle, chaque localité disposant d’un gisement d’argile construisait sa propre briqueterie car le transport était très coûteux. Avec l’essor de la chimie et la révolution industrielle, les briques ont rejoint l’acier, le verre et le béton comme matériaux de construction sophistiqués. Aujourd’hui, la brique est fabriquée dans de nombreuses formulations et couleurs pour une variété d’applications structurelles et cosmétiques exigeantes.

La chimie du feu de brique

Pendant la période de cuisson, l’argile à briques devient une roche métamorphique. Les minéraux de l’argile se décomposent, libèrent de l’eau liée chimiquement et se transforment en un mélange de deux minéraux, le quartz et la mullite. Le quartz se cristallise très peu pendant ce temps, restant à l’état vitreux.

Le minéral clé est la mullite (3AlO3 -· 2SiO2), un mélange de silice et d’alumine assez rare dans la nature. Il doit son nom à sa présence sur l’île de Mull en Écosse. Non seulement la mullite est dure et résistante, mais elle pousse aussi en longs et fins cristaux qui fonctionnent comme la paille de l’adobe, liant le mélange en une poignée qui s’emboîte.

Le fer est un ingrédient de moindre importance qui s’oxyde en hématite, ce qui explique la couleur rouge de la plupart des briques. D’autres éléments, comme le sodium, le calcium et le potassium, facilitent la fusion de la silice, c’est-à-dire qu’ils agissent comme un fondant. Tous ces éléments sont des parties naturelles de nombreux dépôts d’argile.

Y a-t-il de la brique naturelle ?

La Terre est pleine de surprises – pensez aux réacteurs nucléaires naturels qui existaient autrefois en Afrique – mais pourrait-elle naturellement produire de la vraie brique ? Il y a deux types de métamorphisme de contact à considérer.

Tout d’abord, que se passe-t-il si du magma très chaud ou de la lave en éruption engloutit une masse d’argile séchée de manière à permettre à l’humidité de s’échapper ? Je donnerais trois raisons qui excluent cette possibilité :

• 1. Les laves sont rarement aussi chaudes que 1100 °C.
• 2. Les laves se refroidissent rapidement une fois qu’elles ont englouti les roches de surface.
• 3. Les argiles naturelles et les schistes enfouis sont humides, ce qui tirerait encore plus de chaleur de la lave.

La seule roche ignée ayant suffisamment d’énergie pour avoir une chance de cuire une brique correcte serait la lave superchaude connue sous le nom de komatiite, dont on pense qu’elle a atteint 1600 °C. Mais l’intérieur de la Terre n’a pas atteint cette température depuis le début du Protérozoïque, il y a plus de 2 milliards d’années. Et à cette époque, il n’y avait pas d’oxygène dans l’air, ce qui rend la chimie encore plus improbable.

Sur l’île de Mull, la mullite apparaît dans des mudstones qui ont été cuits dans des coulées de lave. (Elle a également été trouvée dans des pseudotachylites, où le frottement sur les failles chauffe la roche sèche jusqu’à la fonte). On est probablement loin de la vraie brique, mais vous devriez y aller vous-même pour vous en assurer.

Deuxièmement, que se passerait-il si un véritable incendie pouvait faire cuire le bon type de schiste sableux ? En fait, cela se produit dans les pays charbonniers. Les feux de forêt peuvent faire brûler les gisements de charbon, et une fois allumés, ces feux de charbon peuvent se poursuivre pendant des siècles. Bien sûr, le schiste qui recouvre les feux de charbon peut se transformer en une roche rouge clinkérisée assez proche de la brique véritable.

Malheureusement, cette situation est devenue courante, car les incendies d’origine humaine se déclenchent dans les mines de charbon et les tas de décombres. Une fraction importante des émissions mondiales de gaz à effet de serre provient des feux de charbon. Aujourd’hui, nous surpassons la nature dans cet obscur coup géochimique.