Natron

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[6].

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 »[7].

Romé de L'Isle le décrit sous l'appellation de cristaux d'alkali fixe minéral dans son ouvrage fondateur de la cristallographie[8]. L'abbé René Just Haüy le décrit simplement comme de la soude carbonatée hydratée dans son Traité de minéralogie paru en 1801[9].

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

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.

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[10]. Il est exploité depuis la haute Antiquité[11].

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[12].

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 soit 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[13]...

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[14].

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

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.

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 XIX^e 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[22].

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 NaCl_{aq en saumure saturée} + CaCO_{3 solide} = Na₂CO₃ • 10 H₂O _{précipité solide} + CaCl_{2 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[23]. 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[24].