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Les andésites de Pumapunku sont naturelles
Article mis en ligne le 12 juillet 2021

par Erika Wehrel

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Le chimiste français Joseph Davidovits vient de publier un livre aux éditions Trédaniel, où il explique que les fameuses statues géantes de l’île de Pâques, les moaïs, ne sont pas en pierre taillée [1]. Ce seraient des pierres synthétiques, désignées en construction comme du béton hydraulique. Davidovits a d’abord appliqué son idée aux blocs de calcaire de la pyramide de Khéops. Il a démontré qu’il est possible de fabriquer un calcaire synthétique, mais une étude de Dipayan Jana [2], May 20-24 2007, https://www.academia.edu/36995042/THE_GREAT_PYRAMID_DEBATE_Evidence_from_Detailed_Petrographic_Examinations_of_Casing_Stones_from_the_Great_Pyramid_of_Khufu_a_Natural_Limestone_from_Tura_and_a_Man_made_Geopolymeric_Limestone]] a mis en lumière des différences avec le calcaire de la pyramide et celui de la carrière de Tourah, d’où des blocs ont été extraits.

Davidovits s’est ensuite tourné vers le site de Pumapunku à l’ouest de la Bolivie, près du lac Huiñaymarca. Ce dernier communique avec le lac Titicaca, à 3800 mètres d’altitude. Pumapunku est un ancien complexe cultuel bâti vers l’an 500 de notre ère. Cette datation a été obtenue par W. H. Isbell grâce à un matériau organique. Il comprend des blocs taillés d’andésite et de grès, dont le plus lourd dépasse les 100 tonnes. L’andésite est une roche volcanique abondante dans la région, qui doit son nom aux Andes, c’est-à-dire que c’est un magma émis par un volcan qui s’est solidifié en surface. Cette lave est relativement visqueuse, ce qui donne un caractère explosif aux éruptions volcaniques. Quant au grès, c’est un ancien sable cimenté, constitué dans le cas présent de grains de quartz.

Dans deux articles publiés en 2019 dans les revues Ceramics International et Materials Letters, Joseph Davidovits, Luis Huaman et Ralph Davidovits ont tenté de prouver que les andésites et les grès sont synthétiques [3], [4]. L’andésite aurait été fabriquée à partir d’un sable volcanique provenant du Cerro Khapia. Les grains auraient été liés par un ciment organo-minéral comprenant des acides carboxyliques extraits de plantes ou d’autres substances organiques. Un durcisseur aurait été obtenu à partir de guano. Cela correspond à la définition d’un béton hydraulique, le sable volcanique tenant lieu de granulat. Dans la terminologie de Davidovits, c’est un béton géopolymère. Quant au grès, il proviendrait d’un sable du site de Kallamarka. Un ciment aurait été fabriqué avec du natron extrait de la Laguna Cachi, un petit lac situé au sud du Salar de Uyuni.

L’affirmation que l’andésite est un béton géopolymère est plus que surprenante. Elle a pourtant été extrapolée aux moaïs. Pour Davidovits, cette technologie a été exportée de l’Amérique du Sud vers l’île de Pâques. Cette île volcanique est entièrement constituée de laves, si bien que ses habitants ne disposaient que de ce genre de matériau. On connaît les carrières d’où les moaïs ont été extraits. Certains sont restés sur place, inachevés. Il n’y a aucun doute qu’ils ont bien été taillés dans les roches de l’île.

Si Davidovits donne bien au mot « sable » sa signification géologique, il est constitué de grains d’au plus 2 mm de diamètre. Ils sont andésitiques et résultent donc probablement de la fragmentation d’un magma andésitique. Le Cerro Khapia (ou Ccapia) est un volcan aujourd’hui éteint, situé au bord des lacs Titicaca et Huiñaymarca, mais au Pérou. Davidovits affirme que l’on peut reconstituer une roche ressemblant à une andésite en cimentant ces grains. D’après lui, du sable volcanique a été extrait de cette montagne et transporté par bateau sur le lac Huiñaymarca jusqu’au village d’Iwawe, à proximité de Pumapunku, où il aurait été stocké [5].

Problème : les échantillons d’andésite que Davidovits présente n’apparaissent pas comme des agglomérats de grains. Si une telle structure existait, il l’aurait montrée. Les échantillons de roches sont au contraire « d’un seul tenant », comme une roche formée par le refroidissement d’une masse de magma. Sur la photo C, on distingue quelques phénocristaux (des cristaux visibles à l’œil nu) : du plagioclase (feldspath calco-sodique) 1, de la biotite (mica noir) 2 et de l’augite (un pyroxène) 3. Ce sont des minéraux caractéristiques des andésites. Davidovits a remarqué la présence de trous de 0,5 à 1 mm de diamètre sans envisager une seule fois qu’ils pouvaient être des vésicules, c’est-à-dire d’anciennes bulles de gaz volcaniques présentes dans le magma. Il les a numérotés de 4 à 6.

Pour identifier une roche, les géologues découpent toujours une lame mince et l’observent au microscope polarisant. Les zones amorphes, c’est-à-dire les verres, qui sont dépourvus de structure cristalline, apparaissent en noir. Dans cette lame mince, il y en a peu. La roche est en majeure partie constituée de cristaux microscopiques de plagioclase, apparaissant en bleu clair, qu’on appelle des microlites. On voit une amphibole et un pyroxène de plus grande taille, qui ont cristallisé avant l’éruption, dans une chambre magmatique. C’est l’aspect habituel des andésites. La roche n’a pas d’aspect granulaire. D’après la barre d’échelle, un peu moins de 2 mm de lame mince a été photographié, soit la taille maximale d’un grain, mais on ne voit ni bordure, ni joint de grains.

On aimerait voir des lames minces du sable volcanique de Cerro Khapia, censé être le matériau de base des blocs d’andésite, ainsi que de béton géopolymère synthétisé par Davidovits selon la méthode qu’il a imaginée. De la sorte, on aurait pu comparer cette roche de synthèse avec une véritable andésite.

Davidovits pense avoir trouvé un argument de poids : la présence de carbone et d’azote dans un échantillon. Ces deux éléments ont été détectés dans des zones amorphes d’une dizaine de micromètres de long. L’une d’elles entoure une vésicule située à la surface de la roche analysée et l’autre se trouve à l’intérieur. Elle a été repérée grâce à un découpage de l’échantillon. Davidovits en a immédiatement déduit que c’est un résidu de matière organique. D’après lui, sa présence dans une andésite ne peut pas être naturelle. Il considère par conséquent ces zones amorphes comme le ciment organo-minéral qu’il cherchait.

La première objection que l’on peut faire est qu’il y en a beaucoup trop peu. Si cette roche était vraiment un sable cimenté, ce ciment devrait enrober tous les grains. Ensuite, rien ne prouve que ce carbone soit organique. Pour le détecter, Davidovits a utilisé un microscope électronique à balayage. Les électrons envoyés sur la zone observée contraignent les atomes à émettre des rayons X. Ceux-ci sont analysés par un spectromètre à dispersion d’énergie (energy dispersive spectrometer EDS, en anglais), qui permettent d’identifier les éléments présents. Cependant, aucune autre information d’ordre chimique n’est délivrée. Rien n’est dit sur l’état d’oxydation des atomes de carbone : ils peuvent être oxydés (privés d’électrons comme dans le dioxyde de carbone CO2 ou la calcite CaCO3) ou réduits (ils ont gagné des électrons, comme dans la matière organique).

La présence de carbone dans une lave n’est pas inexplicable. L’eau et le dioxyde de carbone sont les deux fluides les plus présents dans les magmas. Ils sont solubles dans leur phase liquide jusqu’à un certain point. Quand ils s’exsolvent, ils entraînent la formation de bulles à forte pression qui jouent un rôle majeur dans le dynamisme éruptif. Avant les éruptions, les magmas andésitiques contiennent de 4 % à 7 % d’eau en poids. Comme la solubilité du CO2 est très inférieure à celle de l’eau, sa concentration ne dépasse pas 0,1 % [6].

Avec un magma visqueux comme l’andésite, l’éruption est normalement explosive. La pression exercée par les bulles fragmente le magma, dont les particules sont entraînées par les gaz. L’éruption est dite plinienne, en référence à celle du Vésuve en l’an 79. Si le magma a suffisamment perdu de gaz, il peut sortir du volcan à la manière d’une pâte, en formant un dôme susceptible de se transformer en une coulée. Certaines peuvent avoir des dizaines de kilomètres de long. On parle d’éruption péléenne, d’après la Montagne Pelée en Martinique. La solidification des coulées donne des roches massives, plus ou moins vésiculées comme les andésites de Pumapunku. Celles-ci proviennent au moins en majeure partie du Cerro Khapia [7]. Les amphiboles que Davidovits a trouvées autour de deux vésicules témoignent de la présence d’eau, puisque ce sont des minéraux hydroxylés.

Les laves, déjà pauvres en gaz avant l’éruption, continuent à les perdre pendant et après elle à cause de leur décompression. Le dégazage des dômes et coulées provoque la cristallisation des microlites de plagioclase, qui ne contiennent ni eau ni dioxyde de carbone. Le liquide résiduel s’enrichit en silice et finit par se transformer en un solide amorphe [8]. Quand les géologues cherchent des traces de composés volatils, ils examinent ces verres. On pourrait mesurer, par spectrométrie de masse des ions secondaires (SIMS en anglais), la composition isotopique du carbone et voir si c’est celle du manteau ou de la matière organique, qui a la particularité d’être appauvrie en carbone 13.

Le manteau terrestre et surtout la croûte sont des sources de carbone. L’Etna est l’un des volcans qui émet actuellement le plus de CO2 (9083 tonnes par an), parce que son magma réagit avec des couches de calcaire qu’il traverse. Le volcanisme des Andes est causé par la subduction de la plaque de Nazca, qui constitue une partie du plancher du Pacifique, sous l’Amérique du Sud. Ses sédiments carbonatés peuvent également être transformés en dioxyde de carbone, si bien que certains volcans andins sont de grands émetteurs de CO2. Le flux mesuré est de 367 tonnes par an pour l’Ubinas et de 90 tonnes par an pour le Sabayanca, tous les deux situés au Pérou. Il est de 193 tonnes par an pour le Villarrica et de 51 tonnes par an pour l’Isluga, au Chili. Pour le Nevado del Ruiz en Colombie, le flux monte à 2215 tonnes par an. Il atteint 9345 tonnes par an pour le Popocatepétl au Mexique [9].

La présence d’une petite quantité de carbone, même associé à de l’azote, n’est donc pas un argument que Davidovits puisse utiliser. Il est très peu probable que des mesures effectuées par SIMS révèlent un appauvrissement en carbone 13, et même si c’était le cas, il resterait le fait que les échantillons d’andésite analysés n’ont pas de structure granulaire. La théorie proposée par Davidovits est fausse. Il s’en suit qu’il n’est pas nécessaire de supposer une influence de l’Amérique du Sud sur l’île de Pâques, d’autant plus que les moaïs ne sont pas en béton géopolymère.