Abondance des éléments dans la croûte terrestre

Cet article recense l'abondance des éléments dans la croûte terrestre. Il donne une estimation de leurs clarkes.

Abondances cosmiques[1]. On a choisi des symboles différents pour les éléments de numéros atomiques pairs et impairs afin de faire apparaître que ces derniers sont presque systématiquement moins abondants que leurs voisins de numéros pairs.
Abondance (en fraction atomique) d'éléments chimiques dans la croûte terrestre supérieure en fonction de leur numéro atomique (éléments pétrogènes et éléments métallogènes). Les éléments représentés les plus rares (en jaune) ne sont pas les plus lourds mais les plus sidérophiles (fréquemment associés au fer) dans la classification géochimique. Ils ont été épuisés par migration en profondeur dans le noyau terrestre. Leur abondance dans les météoroïdes est plus élevée. De plus, le sélénium et le tellure ont été épuisés par formation d'hydrures volatils (H2Se et H2Te).

Origine

Les abondances des éléments chimiques dans la croûte terrestre découlent de leurs abondances dans la nébuleuse (pré)solaire, qui ne diffèrent en principe pas[alpha 1] de leurs abondances dans la photosphère solaire (« abondances cosmiques »).

Les matériaux qui constituent la Terre proviennent de la condensation incomplète de la nébuleuse solaire. Ceux qui constituent la croûte terrestre dérivent des précédents par la différenciation chimique de la planète (différenciation planétaire précoce puis formation progressive de la croûte continentale aux dépens du manteau).

Liste

Sur près de 90 éléments présents dans la croûte terrestre, huit seulement représentent plus de 98 % de la composition des roches de la croûte terrestre[alpha 2] (oxygène 46,6 %, silicium 27,7 %, aluminium 8,1 %, fer 5 %, calcium 3,6 %, sodium 2,8 %, magnésium 2,3 %, potassium 2,1 %)[2].

Le tableau suivant indique les pourcentages massiques en parties par million (ppm) : 10 000 ppm = 1 %.

Les données ci-dessous sont des estimations et elles varient suivant les sources et les méthodes de calcul. Les ordres de grandeur sont toutefois globalement fiables.

Z Élément Symbole Abondance
lithosphérique
(ppm)[3]		 Proportion
relative
(ppm)[4]		 Abondance
crustale[alpha 3]
(ppm)[5]		 Abondance
crustale
(ppm)[6]		 Abondance
crustale
(ppm)[7]		 Abondance
crustale
(ppm)[8]		 Production
(2011, t)[9],[alpha 4]
+08, Oxygène O +460 000, +474 000, +461 000, +460 000, +467 100, +461 000,
+14, Silicium[alpha 5] Si +277 200, +277 100, +282 000, +270 000, +276 900, +282 000, +008 000 000,
+13, Aluminium Al +081 300, +082 000, +082 300, +082 000, +080 700, +082 300, +044 400 000,
+26, Fer Fe +050 000, +041 000, +056 300, +063 000, +050 500, +056 300, +2 600 000 000,
+20, Calcium Ca +036 300, +041 000, +041 500, +050 000, +036 500, +041 500,
+11, Sodium Na +028 300, +023 000, +0 00023 600, +023 000, +027 500, +023 600, +290 000 000,
+19, Potassium K +025 900, +021 000, +020 900, +015 000, +025 800, +020 900,
+12, Magnésium Mg +020 900, +023 000, +023 300, +029 000, +020 800, +023 300, +000780 000,
+22, Titane Ti +004 400, +005 600, +005 600, +006 600, +006 200, +005 600, +006 700 000,
+01, Hydrogène H +001 400, +001 400, +001 500, +001 400, +001 400,
+15, Phosphore P +001 200, +001 000, +001 050, +001 000, +001 300, +001 050,
+25, Manganèse Mn +001 000, +000950, +001 050, +001 100, +000900, +000950, +014 000 000,
+09, Fluor F +000800, +000950, +000585, +000540, +000290, +000585,
+56, Baryum Ba +000500, +000425, +000340, +000500, +000425,
+06, Carbone[alpha 6] C +000300, +000480, +000200, +001 800, +000940, +000200,
+38, Strontium Sr +000370, +000370, +000360, +000370, +000380 000,
+16, Soufre S +000500, +000260, +000350, +000420, +000520, +000350, +069 000 000,
+40, Zirconium Zr +000190, +000165, +000130, +000250, +000165, +001 410 000,
+74, Tungstène W +000160,6 +00 0001,25 +00 0001,1 +00 0001,25 +0 00072 000,
+23, Vanadium V +000100, +000160, +000120, +000190, +000120, +0 00060 000,
+17, Chlore Cl +000500, +000130, +000145, +000170, +000450, +000145, +290 000 000,
+24, Chrome Cr +000100, +000100, +000102, +000140, +000350, +000102, +024 000 000,
+37, Rubidium Rb +000300, +0 00090, +0 00090, +0 00060, +0 00090,
+28, Nickel Ni +0 00080, +0 00084, +0 00090, +000190, +0 00084, +001 800 000,
+30, Zinc Zn +0 00075, +0 00070, +0 00079, +0 00070, +012 400 000,
+29, Cuivre Cu +000100, +0 00050, +0 00060, +0 00068, +0 00060, +016 100 000,
+58, Cérium Ce +0 00068, +0 00066,5 +0 00060, +0 00066,5
+60, Néodyme Nd +0 00038, +0 00041,5 +0 00033, +0 00041,5
+57, Lanthane La +0 00032, +0 00039, +0 00034, +0 00039,
+39, Yttrium Y +0 00030, +0 00033, +0 00029, +0 00033, +00 0008 900,
+07, Azote N +0 00050, +0 00025, +0 00019, +0 00020, +0 00019, +136 000 000,
+27, Cobalt Co +0 00020, +0 00025, +0 00030, +0 00025, +0 00098 000,
+03, Lithium Li +0 00020, +0 00020, +0 00017, +0 00020, +0 00034 000,
+41, Niobium Nb +0 00020, +0 00020, +0 00017, +0 00020, +0 00063 000,
+31, Gallium Ga +0 00018, +0 00019, +0 00019, +0 00019,
+21, Scandium Sc +0 00016, +0 00022, +0 00026, +0 00022,
+82, Plomb Pb +0 00014, +0 00014, +0 00010, +0 00014, +004 500 000,
+62, Samarium Sm +00 0007,9 +00 0007,05 +00 0006, +00 0007,05
+90, Thorium Th +0 00012, +00 0009,6 +00 0006, +00 0009,6
+59, Praséodyme Pr +00 0009,5 +00 0009,2 +00 0008,7 +00 0009,2
+05, Bore B +000950, +0 00010, +00 0008,7 +0 00010, +004 300 000,
+64, Gadolinium Gd +00 0007,7 +00 0006,2 +00 0005,2 +00 0006,2
+66, Dysprosium Dy +00 0006, +00 0005,2 +00 0006,2 +00 0005,2
+72, Hafnium Hf +00 0005,3 +00 0003, +00 0003,3 +00 0003,
+68, Erbium Er +00 0003,8 +00 0003,5 +00 0003, +00 0003,5
+18, Argon Ar +00 0003,5
+70, Ytterbium Yb +00 0003,3 +00 0003,2 +00 0002,8 +00 0003,2
+55, Césium Cs +00 0003, +00 0003, +00 0001,9 +00 0003,
+04, Béryllium Be +00 0002,6 +00 0002,8 +00 0001,9 +00 0002,8 +000 000240,
+50, Étain Sn +00 0000, +00 0002,2 +00 0002,3 +00 0002,2 +00 0002,3 +000253 000,
+63, Europium Eu +00 0002,1 +00 0002, +00 0001,8 +00 0002,
+92, Uranium U +00 0000, +00 0002,7 +00 0001,8 +00 0002,7
+73, Tantale Ta +00 0002, +00 0002, +00 0001,7 +00 0002, +000 000790,
+32, Germanium Ge +00 0001,8 +00 0001,5 +00 0001,4 +00 0001,5 +000 000118,
+42, Molybdène Mo +00 0001,5 +00 0001,2 +00 0001,1 +00 0001,2 +000250 000,
+33, Arsenic As +00 0001,5 +00 0001,8 +00 0002,1 +00 0001,8 +0 00052 000,
+67, Holmium Ho +00 0001,4 +00 0001,3 +00 0001,2 +00 0001,3
+65, Terbium Tb +00 0001,1 +00 0001,2 +00 0000,94 +00 0001,2
+69, Thulium Tm +00 0000,48 +00 0000,52 +00 0000,45 +00 0000,52
+35, Brome Br +00 0000,37 +00 0002,4 +00 0003, +00 0002,4 +000460 000,
+81, Thallium Tl +00 0000,6 +00 0000,85 +00 0000,53 +00 0000,85 +0 000 00010,
+71, Lutécium Lu +00 0000,5 +00 0000,5
+51, Antimoine Sb +00 0000,2 +00 0000,2 +00 0000,2 +00 0000,2 +000169 000,
+53, Iode I +00 0000,14 +00 0000,45 +00 0000,49 +00 0000,45 +0 00029 000,
+48, Cadmium Cd +00 0000,11 +00 0000,15 +00 0000,15 +00 0000,15 +0 00021 500,
+47, Argent Ag +00 0000,07 +00 0000,075 +00 0000,08 +00 0000,075 +0 00023 800,
+80, Mercure Hg +00 0000,05 +00 0000,085 +00 0000,067 +00 0000,085 +00 0001 930,
+34, Sélénium Se +00 0000,05 +00 0000,05 +00 0000,05 +00 0000,05 +00 0002 000,
+49, Indium In +00 0000,049 +00 0000,25 +00 0000,16 +00 0000,25 +000 000640,
+83, Bismuth Bi +00 0000,048 +00 0000,0085 +00 0000,025 +00 0000,0085 +00 0008 500,
+02, Hélium He +00 0000,008
+10, Néon Ne +00 0000,005
+52, Tellure Te +00 0000,005 +00 0000,001 +00 0000,001 +00 0000,001
+78, Platine Pt +00 0000,003 +00 0000,005 +00 0000,0037 +00 0000,005 +000 000192,
+79, Or Au +00 0000,0011 +00 0000,004 +00 0000,0031 +00 0000,004 +00 0002 700,
+44, Ruthénium Ru +00 0000,001 +00 0000,001 +00 0000,001 +00 0000,001
+46, Palladium Pd +00 0000,0006 +00 0000,015 +00 0000,0063 +00 0000,015 +000 000207,
+75, Rhénium Re +00 0000,0004 +00 0000,0007 +00 0000,0026 +00 0000,0007 +0 000 00049,
+77, Iridium Ir +00 0000,0003 +00 0000,001 +00 0000,0004 +00 0000,001
+45, Rhodium Rh +00 0000,0002 +00 0000,001 +00 0000,0007 +00 0000,001
+76, Osmium Os +00 0000,0001 +00 0000,0015 +00 0000,0018 +00 0000,0015
+36, Krypton Kr +00 0000,0001
+54, Xénon Xe +0 0000
+91, Protactinium Pa +000
+88, Radium Ra +000
+89, Actinium Ac +0
+84, Polonium Po +0
+86, Radon Rn +0

Classification géochimique des éléments

Le géochimiste Victor Goldschmidt propose dans les années 1920 de regrouper les éléments chimiques en fonction de leurs affinités et de leur abondance relative dans les principales enveloppes de la Terre, distinction liée au modèle de la différenciation géochimique de la planète en un noyau dense formé d'alliages de fer et nickel, entouré d'une enveloppe de sulfure dans la mésosphère, puis de la couche silicate (manteau supérieur et lithosphère), de l'hydrosphère et de l'atmosphère[10] :

  • les atmophiles (H, C, N, O, F, gaz nobles), qui ont une affinité prédominante avec les phases fluides se localisent principalement dans l'atmosphère et l'hydrosphère ;
  • les lithophiles (Si, Al, Na, Fe, Ca, Mg, etc.), à forte affinité avec l'oxygène dans la lithosphère et le manteau supérieur ;
  • les chalcophiles (S, Cu, Zn, Ag), fréquemment associés au soufre dans le manteau inférieur (hypothèse désormais invalidée) ;
  • les sidérophiles (Fe, Ni, Au), préférentiellement associés au fer dans le noyau terrestre.

Cette répartition dans les trois principales couches terrestres correspond à la croûte SIAL (silicium et aluminium), au manteau SIMA (silicium et magnésium) et noyau NIFE (nickel et fer), modèle des enveloppes proposé par le géologue Eduard Suess en 1909[11] et encore utilisé par les géophysiciens de l'avant-guerre[12].

Les géochimistes actuels ont amendé, affiné et complété cette vision des quatre grandes familles géochimiques dans les principaux réservoirs terrestres mais cette classification de Goldschmidt reste utile pour appréhender la géodynamique chimique interne globale[13].

Notes et références

Notes
  1. Les modèles du fonctionnement et de l'évolution des étoiles indiquent que la photosphère d'une étoile n'est pas brassée avec les couches plus profondes. Comme par ailleurs elle reste toujours à des températures largement insuffisantes pour subir des réactions de fusion nucléaire, elle doit garder la composition initiale de l’étoile et donc du nuage de gaz et de poussières qui en est à l'origine.
  2. L'abondance des éléments dans la Terre tout entière est différente (fer 35 %, oxygène 30 %, silicium 15 %, magnésium 13 %) en raison de la nature métallique du noyau.
  3. Abondance estimée dans la croûte continentale.
  4. Toutes les données de production proviennent des mines, sauf pour Al, Cd, Fe, Ge, In, N, Se (usines, raffineries), S (toutes formes) et As, Br, Mg, Si (non spécifié). Les données pour B, Ti, Y ne correspondent pas à l'élément pur mais à l'oxyde le plus courant, celles pour Na et Cl correspondent à NaCl. Pour plusieurs éléments comme Si, Ti, Al, les données sont ambiguës (plusieurs formes produites) et sont prises pour l'élément pur.
  5. Dont 5 000 t de production annuelle qui sont de qualité électronique.
  6. Somme du contenu en carbone du charbon, pétrole brut et gaz naturel.

Références
  1. Tableau n° 6 de l'article (en) « Abundances of the elements in the solar system », Space Science Reviews, vol. 15, no 1,‎ (DOI 10.1007/BF00172440).
  2. (en) A. A. Yaroshevsky, « Abundances of chemical elements in the Earth’s crust », Geochemistry International, vol. 44, no 1,‎ , p. 48–55 (DOI 10.1134/S001670290).
  3. (en) « Elements, Terrestrial Abundance », www.daviddarling.info
  4. (en) Kenneth Barbalace, « Periodic Table of Elements », Environmental Chemistry.com
  5. (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, vol. 97, CRC Press/Taylor and Francis, , 2652 p. (ISBN 1498754287), « Abundance of elements in the Earth's crust and in the sea », p. 2402 (14-17).
  6. (en) « Abundance in Earth's Crust », WebElements.com
  7. (en) « List of Periodic Table Elements Sorted by Abundance in Earth's crust », Israel Science and Technology Homepage
  8. (en) « It's Elemental — The Periodic Table of Elements », Jefferson Lab
  9. (en) « Commodity Statistics and Information », USGS
  10. Claude Allègre, Gil Michard, Introduction à la géochimie, Presses universitaires de France, , p. 21.
  11. Eduard Suess, La Face de la Terre, Armand Colin, , p. 534.
  12. Vincent Deparis, Hilaire Legros, Voyage à l'intérieur de la terre, CNRS Éditions, , p. 391.
  13. Maurice Renard, Yves Lagabrielle, Erwan Martin, Marc de Rafélis Saint Sauveur, Éléments de géologie, Dunod, , p. 110-111.

Voir aussi

Articles connexes
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