Métallogénie L3 Cours en Ligne [PDF]

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METALLOGENIE • INTRODUCTION • PARTIE I GENERALITES ET RAPPELS 1. DEFINITION 2. ETAPES STADES ET GENERATION DE MINERALISATION 3. CONTROLES GUIDES ET METALOTECTE 4. RELATIONS ENTRE CORPS MINERALISE ET SON ENCAISSANT 5. RECHERCHE DES CORPS MINERALISES 6. CLASSIFICATIONS DES MINERAUX 7. CONCEPTS METALLOGENIQUE 8. EXERCICES • PARTIE II DISTRIBUTION SPATIALE DES GITES MINERAUX 1. MINERALISATION 2. MECANISME DE FORMATION 3. CLASSIFICATION DES GISEMENTS 4. GITES MINERAUX ET TECTONIQUE DES PLAQUES 5. EXERCICES • PARTIE III DISTRIBUTION TEMPORELLE DES GITES MINERAUX 1. PRESERVATION 2. REPARTITION DES GISEMENTS DANS LE TEMPS

INTRODUCTION L'utilisation des métaux contenus dans les roches a été, dès la fin du Néolithique, une préoccupation de l'homme. La recherche des métaux natifs d'abord, des minerais ensuite, remonte donc fort loin. Jusque vers 1930, seuls les corps minéralisés à forte teneur étaient exploitables ; c'est pourquoi les filons, riches en minerai massif, ont été les premiers étudiés. Les premières recherches sur la genèse des minerais, ou métallogénie, se sont appuyées sur ces observations pour conclure que les métaux, contenus dans le magma granitique, venaient de la profondeur, et qu'ils étaient distribués dans des filons autour des massifs granitiques suivant une certaine zonalité. Plus tard, quelques métallogénistes ont cherché à expliquer la formation de certains gisements, qui ne présentaient aucune relation avec des massifs granitiques ou des roches volcaniques, à l'aide de cette unique théorie ; il a fallu alors faire intervenir des processus compliqués, dont l'existence n'a jamais été prouvée. Plus récemment, l'exploitation de gisements à faible teneur a conduit les métallogénistes à proposer d'autres théories concernant la genèse des minerais. Notamment, des concentrations dans les sédiments pourraient s'effectuer simplement quand certaines conditions de dépôt seraient réalisées. Si la genèse des minerais est sans cesse remise en question au fur et à mesure que les connaissances se précisent et que les techniques s'améliorent, il n'en reste pas moins qu'elle n'a pas d'incidence directe dans la recherche du minerai. En effet, ce sont les faits d'observation sur les minéralisations connues qui permettent de dégager des guides et des contrôles qui conduiront, ailleurs, à découvrir du minerai neuf. Le métallogéniste devra, lui aussi, tenir compte de ces guides et contrôles dans les hypothèses génétiques qu'il proposera. Le minerai est une roche et, comme tel, il entre dans le cycle géologique. Ainsi, il est soumis à l'érosion, et les métaux qu'il contient sont libérés, soit sous forme de particules, soit dissous. Ces métaux se retrouvent dans les couches sédimentaires et peuvent y être exploitables. Le volcanisme et le plutonisme donnent naissance, dans certains cas, à des gisements métallifères. Mais les circulations d'eau, les mouvements tectoniques, le métamorphisme et l'altération météorique n'agiront que sur des minéralisations déjà existantes pour éventuellement les concentrer.

PARTIE I GENERALITES ET RAPPELS 1. DEFINITIONS Gisement Un gisement, est l'endroit où se trouve une substance minérale exploitable. Cet endroit est défini par ses trois coordonnées spatiales : longitude, latitude et profondeur. Economiquement, un gisement est une concentration minérale exploitable. En géochimie, un gisement est un point de la croûte terrestre marqué par une concentration anormale en un ou plusieurs éléments chimique, économiquement exploitable. La substance sera, selon les cas, des métaux (gisement métallifère), du pétrole (gisement pétrolifère), de l'eau (gisement aquifère), des matériaux (gisement de barytine), et même des fossiles (gisement fossilifère), ou éventuellement des cristaux minéralogiques. Le minerai est exploitable quand son prix de revient est inférieur à son prix de vente. Or ce dernier, pour les métaux notamment, est très fluctuant. Ainsi, un « corps métallifère » peut devenir gisement parce que le prix de vente du métal qu'il contient a augmenté, puis redevenir corps métallifère non exploitable par suite de la baisse des cours de ce même métal. Généralement, un métal n'est exploitable que si sa teneur dans la roche est plus forte que sa teneur moyenne dans l'écorce terrestre (ou clarke). Seul le magnésium et le sodium sont tirés de l'eau de mer à une teneur inférieure leur clarke. Dans un gisement métallifère la substance exploitable concerne un ou plusieurs métaux. On parlera de gisement plombozincifère, par exemple, pour une exploitation d'où l'on tire le plomb et le zinc. Le métal est rarement exploité à l'état pur (métaux natifs), mais sous forme de sulfures, d'oxydes, plus rarement de composés complexes. À ces minéraux contenant le ou les métaux sont associés des minéraux et des roches stériles appelés gangue. L'ensemble gangue et minéraux contenant les métaux exploités constitue le minerai métallifère. Le mineur exploite le minerai brut ou tout-venant. Ce tout-venant est, quand cela est possible, débarrassé d'une partie de la gangue, puis le minerai enrichi est concassé, broyé, lavé, traité par des procédés physiques ou chimiques. Ces traitements ont pour but de séparer les différents métaux sous une forme minéralogique. Les concentrés obtenus sont ensuite fondus pour donner finalement le métal pur. Au fur et à mesure que les méthodes de séparation s'affinent, elles permettent de traiter des minerais de moins en moins riches. Ainsi des masses métallifères considérées jadis comme pauvres deviennent-elles exploitables actuellement avec profit. L'exploitabilité d'une concentration métallifère dépend non seulement de sa teneur en métal mais aussi de la quantité totale de métal qu'elle contient ou, autrement dit, de son tonnage. Minerai Au sens strict, un minerai est une roche naturelle contenant une ou plusieurs substances utiles pouvant éventuellement être extraites et traitées pour être utilisées par l’homme. Ce terme est généralement appliqué à des roches renfermant des minéraux métallifères à l’état

natif (or, etc.) ou combiné à d’autres éléments pour former des minéraux plus complexes : oxydes (fer, etc.), sulfures (plomb, etc.), silicates (nickel, etc.), phosphates (terres rares, etc.) et autres types. Par extension, ce terme peut être appliqué à toute substance extraite de la croûte continentale par l’homme, avec l’appellation « ressources minérales » (soufre, matériaux de construction, phosphates sédimentaires, les matières organiques fossiles, et même les ressources en eau douce ou celles extraites à partir de l’évaporation de l’eau de mer). Métallogénie De façon résumée, on peut définir la métallogénie comme la science des gisements (ou gîtes) métallifères et de leur genèse. e

Le terme a été créé, au début du XX siècle, par Louis de Launay (1860-1938), pour qui : « La métallogénie étudie les gisements minéraux des éléments chimiques, leurs groupements et, spécialement, les concentrations anormales qui nous les présentent sous une forme industriellement supérieure à la moyenne et, par conséquent, utilisable [et] se propose de rechercher l'origine première de ces éléments et les phases successives de l'évolution qui les a amenés dans leurs gisements actuels, afin de déterminer les lois suivant lesquelles ces gisements doivent apparaître de préférence dans telle ou telle zone géologique, présenter telle ou telle disposition, telles ou telles modifications en profondeur, etc. » Cette science se propose donc de rechercher les lois qui ont présidé à la répartition, à l'association ou à la séparation des éléments chimiques dans les parties accessibles de l'écorce terrestre. Cette première définition, qui fait bien ressortir les liens très étroits qui unissent la métallogénie et la géochimie, n'en est pas moins très générale ; aussi convient-on d'ordinaire de limiter le domaine de la métallogénie à l'étude des processus qui ont donné naissance aux concentrations anormales de substances chimiques minérales à l'exclusion des cas où ces substances se rencontrent dans leurs proportions qui correspondent aux teneurs moyennes desdits éléments chimiques dans l'écorce terrestre. Cette limitation, cependant, ne doit pas confiner la métallogénie à la seule étude des processus physico-chimiques de minéralisation. Il serait tout aussi vain de croire que la connaissance des seules associations paragénétiques et des successions subordonnées, qui caractérisent tels ou tels minerais donnés, est suffisante pour reconstituer les conditions de formation des gîtes correspondants. À cet égard, les processus de minéralisation aboutissant à l'apparition de gîtes : a) ne représentent que l'un des aspects d'un grand et unique processus d'évolution de l'écorce terrestre ; b) sont, au cours de leur histoire géologique, étroitement liés aux autres aspects de ce grand processus, c'est-à-dire à la sédimentation, aux mouvements tectoniques, à l'activité magmatique et au métamorphisme ; c) ne peuvent et ne doivent être étudiés que dans leur cadre historique et en liaison étroite avec tous les autres aspects de cette évolution. Ce qui explique et justifie une classification « naturelle » non plus des phénomènes générateurs de gîtes, mais bien des « types » de gisements eux-mêmes dans leur cadre géologique.

La métallogénie régionale a pour principe de distinguer et de définir les zones et régions pouvant être minéralisées, et celles ne le pouvant pas, c'est-à-dire de rechercher les indices caractérisant les secteurs les mieux minéralisés et découvrir les différents critères qui règlent, qui contrôlent l'apparition et les conditions de mise en place des gîtes. Le mode de représentation le mieux adapté est la carte métallogénique où apparaissent notamment les divers contrôles des différentes minéralisations étudiées : ils serviront de « guides » pour la recherche de types de gisements correspondants dans de nouvelles régions, plus ou moins éloignées des régions bien connues. Ainsi, la métallogénie révèle la liaison existant entre la tectonique profonde (linéaments, blocs rhomboïdaux...), le magmatisme et les minéralisations. Dans ces conditions, le métallogéniste doit être un géologue « généraliste », géologue de terrain et cartographe de formation, qui doit faire continuellement appel aux autres sciences de la Terre et à des disciplines voisines. Dans des situations particulières, il peut être amené à faire œuvre de géologue minier ou à établir les différents programmes d'une prospection et à en lancer les actions correspondantes. 2. ÉTAPES, STADES ET GENERATIONS DE MINERALISATION Les étapes de minéralisation sont des périodes de formation de minéraux qui sont séparées les unes des autres par un laps de temps relativement grand, et qui sont caractérisées par des conditions physico-chimiques essentiellement différentes de celles ayant présidé à la formation des masses minérales rocheuses. On parle ainsi, dans les processus endogènes de formation des minerais, d'étape magmatique, d'étape hydrothermale, etc. Les stades de minéralisation sont des intervalles de temps, relativement courts, à l'intérieur des étapes de minéralisation dont, d'une part, chacun est caractérisé par des conditions physico-chimiques de formation (une composition et un état des solutions minéralisantes) bien précises, spécifiques, et dont, d'autre part, la distinction, à l'échelle d'un district ou d'un champ filonien par exemple, est fondée sur la chronologie relative des différents filons et filonnets le constituant. Ainsi, dans tel district, les diverses minéralisations formées dans l'étape hydrothermale correspondent respectivement à des filons à cassitérite, wolframite, arsénopyrite d'un premier stade, qui sont recoupés par des filons à galène, sphalérite d'un deuxième stade, eux-mêmes recoupés par des filons à stibine, pyrite d'un troisième et dernier stade. Les générations de minéralisation sont des intervalles de temps relativement très courts, à l'intérieur d'un même stade de minéralisation ; ils intéressent tous le même minéral et chacun d'eux est caractérisé par un dépôt particulier dudit minéral. Fréquemment, on emploie aussi en synonymie le terme : venue minéralisatrice. Parmi les meilleurs exemples de minéraux se présentant souvent en plusieurs générations, citons : le quartz, la pyrite, etc. Ainsi, le filon-maître « Mirador », dans le sud de la Meseta ibérique, présente trois générations de galène : la première à grande cristallisation, la seconde aciérée, la troisième de nouveau à grande cristallisation.

3. CONTROLES ET GUIDES L’apparition d'une concentration minérale anormalement élevée au point de vue géochimique, la situation même d'un gisement métallifère, etc., sont toujours en relation avec certains faits géologiques spécifiques, dits contrôles. Ces contrôles sont de nature, d'ordre, d'importance différents et variés. Certains n'ont qu'une valeur plus ou moins locale et ne s'appliquent qu'à un district minier, ou même seulement à une partie de gisement. D'autres, au contraire, ont une importance régionale et s'appliquent à un groupe de districts, ou à une aire. D'autres, enfin, ont une valeur générale et quasi universelle : par exemple, les gisements de chromite sont, majoritairement, associés dans le monde à des hyperbasites. Ces contrôles constituent autant de guides lors de l'étude et de la prospection soit de régions voisines, soit de régions géologiquement (c'est-à-dire structuralement, pétrographiquement, paléogéographiquement, tectoniquement, minéralogiquement...) analogues. Les deux derniers types de contrôles s'apparentent aux métallotectes. Le métallotecte, est l’élément ou le trait géologique qui a contribué utilement à la genèse de la minéralisation : c’est un guide pouvant être utilisé dans la recherche des gites semblables. Ces notions de contrôles-métallotectes et de guides sont fondamentales en métallogénie, en géologie minière et en prospection minière. Si le hasard, les heureux concours de circonstances ou la chance ont, jadis, pu amener la découverte de gisements affleurants importants, seule, aujourd'hui, la bonne connaissance des guides de la minéralisation considérée peut amener celle, systématique, des gisements non affleurants encore inconnus.

Comme guides, on peut citer : Les guides litho-stratigraphique tels que le toit ou le mur, s'ils ont des caractères particuliers, des dépôts syngénétiques sédimentaires, l'horizon minéralisé, ou tout niveau repère bien défini stratigraphiquement par rapport à l'horizon minéralisé, Les guides pétrographiques tels que la localisation des principales occurrences de chrome ou de platine à un niveau bien précis dans le cas des dépôts syngénétiques intramagmatiques, par exemple au Bushveld (Afrique du Sud). ▪ Les guides morphologiques, qui s'appliquent aux dépôts formant soit un relief, soit un creux topographique. ▪ Les guides physiographiques qui s'appliquent aux concentrations résiduelles (cuirasse latéritique sur substratum pénéplané à nickel silicaté, en Nouvelle-Calédonie, par exemple) ainsi qu'aux concentrations détritiques. ▪ Les guides mécaniques très étroitement liée à la lithologie et à la pétrographie. Les roches compétentes, se fracturant facilement, sont plus favorables à la minéralisation que les roches incompétentes, plastiques. ▪ Les guides tectoniques dans le cas de champ filonien, où seules certaines directions de fractures correspondent à des filons minéralisés.

▪ Les guides structuraux pour des corps minéralisés dont la mise en place et la localisation ont été étroitement contrôlées par les divers éléments structuraux préexistants, de toutes dimensions, qui caractérisent la zone ou la région considérée. ▪ Les guides minéralogiques ont été vraisemblablement utilisés dès l'Âge du bronze (couleurs jaune-vert de la pyromorphite, bleue et verte de l'azurite et de la malachite, accompagnateurs respectifs du plomb et du cuivre de l'Europe antique). ▪ Les guides botaniques (Viola calaminaria, du zinc de Sardaigne, Equisetum arvense, concentrant l'or jusqu'à 150 g/t). ▪ Les guides géochimiques (très utilisés par les métallogénistes russes et roumains). 4. RELATIONS DES CORPS MINERALISES AVEC LES ROCHES ENCAISSANTES Les corps métallifères se rencontrent aussi bien dans les roches sédimentaires et métamorphiques que dans les roches volcaniques ou plutoniques. Ils sont de formes variées, concordants ou non avec la stratification des roches. La minéralisation peut y être disséminée (gisement disséminé) ; elle peut y être en lits et concordante avec la stratification (gisement stratiforme) ; ou bien en lentilles ; ou encore en amas, en filons, en corps cylindriques appelés colonnes, pipes ou cheminées. La forme est indépendante du mode de formation du minerai et de sa genèse : certains minerais stratiformes sont sédimentaires, d'autres sont dus à un phénomène de remplacement d'une couche calcaire, par exemple sous l'influence de solutions hydrothermales ; un filon sera dû à un remplissage de fracture ouverte ou bien à des remplacements de roche préexistante de part et d'autre d'une cassure ; une cheminée se constituera par remplacement ou par explosion volcanique ; l'origine d'une minéralisation disséminée sera sédimentaire ou magmatique.

Formes de gisements Coupe schématique montrant quelques formes de gisements Crédits: 2005

La formation des corps minéralisés est parfois intimement mêlée à celle des roches encaissantes et n'en forme qu'un épisode un peu particulier, tandis que, d'autres fois, le corps minéralisé apparaît comme un intrus au milieu de son entourage géologique. L'aspect du minerai, les relations des corps minéralisés avec les roches encaissantes sont toujours intéressantes à connaître et conduisent à émettre des hypothèses quant à leur genèse. Ainsi certains minerais pyriteux présentent des stratifications obliques constituées par des « framboises » de pyrite (FeS2) ; cette disposition prouve l'origine sédimentaire du minerai. Les filons de quartz et de cassitérite entourés de greisen (quartz et muscovite), toujours à l'intérieur ou s'évadant peu des massifs granitiques, laissent à penser qu'il y a une relation génétique entre la roche plutonique, les filons à étain et les greisens. La genèse et l'histoire des gisements sont souvent fort complexes. La relation nécessaire roche magmatique-gisements métallifères faisait, autrefois, figure de loi. Pour expliquer l'existence de filons métallifères loin de toute manifestation volcanique ou plutonique, il a fallu faire appel, par exemple, à des régénérations de minéralisations existant dans le socle (« gîtes téléthermaux » de Hans Schneiderhöhn). Pourtant, l'origine de ces filons métallifères s'explique aisément à partir d'une minéralisation sédimentaire par sécrétion latérale sous l'influence de circulations d'eau superficielle ou d'imbibition. L'origine sédimentaire de minéralisations sulfurées a longtemps été mise en doute et l'est encore par de rares géologues. Cette position systématiquement « magmatiste » a entravé pendant de longues années la recherche minière. L'esprit critique et la vision plus large de certains géologues leur ont récemment permis de découvrir des gisements dans des roches sédimentaires en se fondant sur des contrôles paléogéographiques. Beaucoup de gisements restent encore à étudier et, paradoxalement, ce sont souvent les gros gisements faciles à exploiter qui sont les plus mal connus. La genèse des gisements métallifères pose des problèmes ; plusieurs hypothèses peuvent en général être avancées, et les arguments en faveur de l'une ou de l'autre doivent être discutés dans chaque cas. Ces hypothèses seront d'autant plus valables que l'histoire géologique est mieux connue. En effet, la mise en place d'un corps minéralisé n'en est qu'un épisode, en général étroitement limité dans le temps et dans l'espace. Les observations doivent être faites à toutes les échelles, aussi bien à celle du district qu'à celle de la mine, de l'affleurement, de la roche, de la préparation microscopique. 5. GENESE DES CORPS MINERALISES Il est impossible, ici, de nuancer chaque problème relatif à la genèse des gisements ; il faut donc considérer un cadre général qu'il est nécessaire d'adapter à chaque cas particulier et ne jamais oublier combien les hypothèses génétiques sont fragiles et précaires puisque pratiquement chaque découverte les remet en question. Par exemple, la découverte de gisements sédimentaires entraîne une remise en cause des gisements pyrométasomatiques. En effet, certains gisements se forment dans une assise carbonatée riche en silicates calciques, métamorphisée au contact d'un massif granitique qui peut d'ailleurs inclure

localement des roches plus basiques que le granite. La présence fréquente de minéraux fluorés, borés et chlorés, de minéralisations en tungstène, molybdène, cuivre, magnétite suggère un apport émanant du granite, c'est-à-dire une métasomatose, d'où l'appellation de gisements pyrométasomatiques qu'on leur a donnée. Pourtant, la présence de ces minéraux métasomatiques n'est pas un critère suffisant pour décider de l'origine pyrométasomatique du gisement, ni leur absence pour en douter. Ainsi, un gisement de magnétite formé dans une roche carbonatée, métamorphisée au contact d'un granite, avec ou sans minéraux métasomatiques, peut être un gisement de fer sédimentaire, métamorphisée au contact du granite comme n'importe quelle autre roche. Un nouveau critère devient donc nécessaire pour prouver son origine sédimentaire (par exemple, des oolites épigénisées en magnétite) ou son origine pyrométasomatique (par exemple, un gradient géochimique se développant à partir du contact indépendamment de la géométrie des strates). Dès lors, il faudrait reconsidérer l'origine de tous les gisements dits pyrométasomatiques et, notamment, de ceux où les minéralisations se présentent en lits bien individualisés et très fins. Sans tenir compte de la source du métal, il apparaît que la sédimentation, le plutonisme et le volcanisme sont générateurs de corps minéralisés tandis que l'altération météorique et l'érosion, le métamorphisme, la tectonique, les circulations d'eau ne font que concentrer et déplacer des minéralisations préalablement existantes, disséminées ou non, et dont l'origine première est due à l'un des phénomènes précédemment énumérés. Par exemple, on connaît des couches phosphatées susceptibles de renfermer de l'uranium, des schistes noirs, déposés en milieu peu profond, avec du cuivre, des massifs granitiques couronnés de coupoles greisenifiées à cassitérite (SnO2), des appareils ultrabasiques contenant des niveaux à chromite (Cr2O3) et du platine, mais on n'a pas mis en évidence de gisement caractéristique d'une zone de métamorphisme, d'un orogène, et les concentrations météoriques et hydatogènes dépendent étroitement du milieu où elles se produisent. Il faut bien distinguer la genèse du gisement et l'origine des ions métalliques. Dans le cas d'un minerai sédimentaire (gisement exogène), l'origine du métal peut être superficielle, comme l'érosion de masses métallifères, ou profonde, liée à une activité volcanique régnant au moment de la sédimentation. L'origine du métal d'un minerai hydrothermal (gisement endogène) peut être sédimentaire, c'est-à-dire superficielle, le métal étant déplacé par l'activité hydrothermale d'un corps volcanique, ou bien profonde, le métal accompagnant directement le magma. 1) Types de gisements a) •Les gisements sédimentaires Les gisements sédimentaires sont souvent stratiformes, leur formation est synchrone du dépôt des sédiments (gisement syngénétique), ou légèrement postérieure : elle date alors du moment où les sédiments se compactent (gisement diagénétique). Lors de la diagenèse, les eaux expulsées du sédiment peuvent entraîner et déposer ailleurs des ions métalliques. Les minerais sédimentaires sont en général dépourvus de gangue individualisée. Ils sont disséminés dans la roche sédimentaire, ou bien ils se localisent en lits, en nodules dans cette

roche. Ils sont parfois accompagnés d'un environnement siliceux syn- ou diagénétique. Leurs paragenèses, associations minérales résultant d'un processus géologique (Johann Friedrich Breithaupt, 1849), ont longtemps été considérées comme simples, mais des espèces de plus en plus nombreuses et des sulfures complexes sont reconnus actuellement dans des minerais d'origine sédimentaire. Ces minéralisations se déposent sur le plateau continental de leur époque, non loin des anciens rivages. Plus précisément leur localisation est étroitement contrôlée par la paléomorphologie (île, cuvette, rebord). Ainsi, les stratifications entrecroisées, les réductions d'épaisseurs, les sols indurés, les lacunes, les rides traduisant une faible épaisseur d'eau, les chenaux fluviatiles sont autant de manifestations que l'on rencontre dans les gisements d'origine sédimentaire dues à cette paléomorphologie. Fréquemment, les minéralisations se sédimentent dans des bassins (milieux restreints) peu profonds, séparés de la haute mer par un seuil ou une rupture de pente parfois très légère. L'eau en profondeur est stagnante, plus salée et plus concentrée en H2S. C'est le milieu de prédilection de la matière organique et des bactéries (milieu restreint humide). Dans le cas où l'apport d'eau douce est faible ou inexistant (milieu restreint aride), il y a dépôt d'évaporites (anhydrite, halite, gypse), présence de dolomite. Des minéralisations sont parfois associées à des schistes noirs, des dolomies, des grès. La nature minéralogique du minerai varie suivant sa position par rapport au paléorelief. Dans le cas où ce paléorelief tend à être submergé (transgression) ou à émerger de plus en plus (régression), il y a translation des zones minéralogiques et apparition d'une zonalité verticale. La zonalité sédimentaire des minéraux, et notamment des sulfures, est très importante car elle sert de guide dans la recherche et l'exploitation minière.

Zonalité sédimentaire (coupe et plan pour une minéralisation de cuivre). Cette zonalité correspond à une transgression marine représentée par les couches successives 1, 2, 3. Remarquer la zonalité verticale qui en résulte : Zone A, chalcocite ; Zone B, chalcocite surmontée de bornite ; Zone C, chalcocite surmontée de bornite puis de chalcopyrite ; Zone D, bornite surmontée de chalcopyrite puis de pyrite ; Zone E, chalcopyrite surmontée de pyrite ; Zone F, pyrite seule.

Les dépôts éluviaux se forment sur pente ; les dépôts alluviaux éoliens (dunes), fluviatiles ou marins se localisent dans des sables et des graviers, le long de rivières ou de rivages. Ils dérivent d'une minéralisation préexistante soumise à l'érosion. Ils peuvent être actuels ou plus anciens. Les particules du minerai érodé sont entraînées sur pente puis par l'eau. Le dépôt s'effectue quand la vitesse de l'eau est réduite (bord convexe des méandres, bord du rivage). Il y a triage par densité, et le minerai plus lourd accompagne des grains de sable plus gros. Les grains de minerai s'infiltrent entre les grains de sable jusqu'à la roche qui constitue le lit de la rivière (bed-rock), d'où la nécessité, lors de l'exploitation, de racler le bed-rock. Dans une même couche, les grains minéralisés sont classés du plus gros en bas au plus fin au sommet. Plusieurs niveaux minéralisés existent parfois et correspondent à des conditions climatiques saisonnières. Ces dépôts meubles minéralisés sont appelés placers. On connaît des placers d'or natif, de platine, de cassitérite (Sn), de chromite (Cr), de rutile (Ti) et zircon (Zr), de magnétite (Fe) et ilménite (Ti), de monazite (Ce, Th et terres rares), de diamant et de pierres précieuses. Dans les conglomérats et les grès, on connaît des gisements de fer, de manganèse, d'uranium et de vanadium, de cuivre, de plomb, rarement d'argent. Dans les pélites et les argiles noires (niveaux bitumineux ou charbonneux), on exploite la pyrite, le cuivre, le zinc, le plomb, le cobalt, le vanadium et l'uranium. Ces sédiments contiennent aussi des teneurs faibles de Ni, Bi, Mo, Cr, Ti, Au, As, Sb. Ils se sont déposés en milieu restreint humide. Dans les roches carbonatées, on rencontre des gisements de zinc, de plomb, de cuivre, de magnésium, de barytine et de fluorine. Ces sédiments, souvent dolomitiques avec des niveaux d'évaporites (magnésite, sulfates, sels), traduiraient un milieu restreint plutôt aride. Comme autres dépôts minéralisés sédimentaires, citons l'uranium dans les roches phosphatées, la bauxite, etc. Les modalités de la genèse des gisements sédimentaires sont encore très mal connues. Des études en cours sur les sédiments actuels se poursuivent afin de déceler à quel moment et sous quelle influence intervient la précipitation des sulfures, et de savoir quel rôle joue l'eau imprégnant le sédiment quand elle est en partie chassée au moment de la diagenèse (migration possible des minéralisations). Dans certains gisements sédimentaires, la source des métaux ne serait pas due à l'érosion de masses minéralisées affleurant sur le continent, mais plutôt à une activité hydrothermale d'origine magmatique. b) •Les gisements volcaniques et subvolcaniques Le domaine des gisements volcaniques et subvolcaniques est très exploré, car il comprend de nombreux gîtes. L'histoire géologique de ces gîtes est pourtant très mal connue. En effet, les relations des minéralisations avec le volcanisme sont souvent difficiles à préciser (en dehors des relations purement géométriques), sauf en ce qui concerne les roches basiques

(basaltes, gabbros)

et ultrabasiques

(péridotites)

caractérisées

par

des

minéralisations en Cu, Pt, Cr, Ni, Co, Fe, Ti. Mis à part le cuivre très ubiquiste, la majorité

du nickel, du cobalt, tout le platine et le chrome sont associés à des roches basiques et ultrabasiques, ou se déposent dans des placers dérivant de ces roches. Les périodites et les gabbros, c'est-à-dire les roches ultrabasiques et basiques grenues, contiennent parfois des lits de chromite et magnétite, de platine et minéraux de fer, de nickel, de cuivre (pyrrhotite, pentlandite, chalcopyrite, pyrite), de titano-magnétite, ou du nickel, du cobalt, du platine disséminés dans la roche. La stratification est parallèle à la base de l'appareil, dont l'origine pourrait être subvolcanique. Ces appareils très épais (2 000 m en moyenne) sont environnés, à leur base et à leur sommet, de roches volcaniques accompagnées de tufs prouvant une activité volcanique sous-marine antérieure à la mise en place de ces appareils. La différenciation des horizons minéralisés serait liée à la cristallisation du magma. Les minéraux se formeraient par ségrégation magmatique. Les basaltes et les andésites renferment du cuivre, qui peut s'exprimer dans des amygdales de la lave sous l'effet de solutions hydrothermales. Cette cristallisation du cuivre est liée, au moins pour certains gisements, à une altération hydrothermale postérieure. La zonalité d'altération, étant discordante sur les coulées, est postérieure à une légère phase tectonique. Le cuivre se situe entre la zone à épidote et la zone à quartz. Comme pour les minéralisations précédentes, le cuivre était contenu dans le magma, mais ici il se concentre secondairement dans les vacuoles lors d'une phase d'altération hydrothermale. À ces formations basiques, que l'on rencontre dans des zones stables, s'opposent les complexes ophiolitiques (péridotites et serpentines à la base, gabbros, dolérites, basaltes avec coussinets et tufs au sommet) caractérisant un volcanisme précoce dans les orogènes (volcanisme préorogénique). Ces complexes renferment entre autres des indices de magnétite et chromite, de cuivre et d'or, mais peu de gisements exploitables. Leur mode de formation, leur épaisseur, faible en regard de celle des complexes basiques des zones stables, sont peut-être à mettre en relation avec leur pauvreté en gisements métallifères. Associés à des roches vertes (gabbros et dolérites, basaltes avec coussinets, tufs), il existe en Australie des filons aurifères. À l'or s'associent du cuivre et du nickel, métaux fréquemment en relation avec des roches basiques, auxquels s'ajoutent plomb, argent, mercure, tellure. En liaison avec un volcanisme ou un subvolcanisme acide, les minéralisations sont plus variées et les relations plus difficiles à préciser car plus lointaines. Comme pour les roches basiques, les phénomènes d'altération sont parfois très importants. Les gisements volcano-sédimentaires, où la source du métal serait volcanique et le mode de dépôt sédimentaire au sein de tufs surmontant les coulées, renferment selon les cas Mn ou Fe, ou pyrite, Cu, Pb, Zn. Il s'agit de couches (gisements stratiformes) ou de lentilles concordantes avec la stratification. Dans certains gisements, les lentilles de pyrite se localiseraient au-dessus d'une cheminée d'altération. À des corps subvolcaniques postorogéniques (roches acides à intermédiaires) sont liés des gisements de pyrite, cuivre, plomb, zinc, comme dans le cas précédent, mais aussi des gisements à associations minérales plus complexes (W, Mo, Bi, Sn, Au, Ag, Zn, Pb, Cu, Sb, Hg, Te, Se) rappelant les minéralisations disposées en zones concentriques autour des

plutons granitiques. Les zones de répartition des métaux autour des sub-volcans existent, mais elles sont moins étalées ; elles se recoupent, et des minéralisations, disjointes dans le cas du plutonisme, se trouvent ici réunies, par exemple étain et argent : il y a « télescopage ». La minéralisation se présente en filons souvent branchus, en amas dans les corps subvolcaniques ou à leurs abords immédiats. Les phénomènes d'altération hydrothermale y sont parfois très importants.

Zonalité périplutonique. En a, répartition des métaux autour du pluton (1, 2, 3... renvoient au tableau) et les stades d'érosion : I, des chaînes hercyniennes ; II, des chaînes antécambriennes (d'après Fersman). En b, un exemple pris en Cornouailles (la ligne en tireté correspond vraisemblablement à un apex).

Si les magmas sont souvent chargés en métaux, les solutions hydrothermales qui les accompagnent peuvent aussi mobiliser et véhiculer des minéralisations préexistantes, notamment des minéralisations d'origine sédimentaire. Ces minéralisations se déposent soit par remplacement dans des calcaires (gangue réactive), soit en remplissages de fractures. Une forte altération hydrothermale les accompagne avec métasomatose (apport de silicium, de fer, départ de calcium). Citons enfin les cheminées d'explosion remplies par les péridotites diamantifères ou « kimberlites » et les appareils alcalins annulaires. Ces derniers sont constitués de roches leucocrates à mélanocrates, acides à ultrabasiques, laviques à grenues avec des brèches d'explosion dans les cheminées. À ces roches déficitaires en silice peuvent être associées des roches essentiellement carbonatées (carbonatites). Ces appareils très particuliers

constituent des gisements de niobium, terres rares, zirconium, titane, uranium, thallium, et de fer (magnétite), fluor, baryum, strontium et aluminium (corindon). c) •Les gisements plutoniques Lors de la mise en place des plutons et des corps subvolcaniques, il s'établit autour d'eux des gradients thermiques qui conditionnent les dépôts minéralisés. Ces gradients thermiques évoluent dans le temps et influent sur les successions minérales en un lieu déterminé. Le gradient thermique est plus grand dans le cas de corps subvolcaniques que dans le cas d'un pluton. En effet, le refroidissement plus rapide empêche l'étalement des zones. La majorité des minéralisations se localisent à la périphérie des plutons et dans les contacts sommitaux peu pentés. Les flancs redressés des massifs seraient moins favorables. Les caractères des gisements périplutoniques sont résumés dans le tableau. Gisements périplutoniques Caractères des gisements périplutoniques.

Les filiations granite-minéralisations hydrothermales sont de plus en plus difficiles à établir au fur et à mesure que les gisements s'éloignent du pluton. Les termes de hypo-(de 400 à 0

0

0

300 C), méso- (de 300 à 200 C), épithermal (de 200 à 50 C) correspondent uniquement à certaines conditions de température et non à la profondeur de mise en place des minéralisations. En effet, un filon hypothermal d'origine subvolcanique peut s'être mis en place à moindre profondeur qu'un filon épithermal d'origine plutonique. Les filons hydrothermaux se mettent en place soit par remplacement de part et d'autre d'une cassure, soit par remplissages successifs avec réouvertures. Quand il y a remplacement, il est encore possible, par endroits, de deviner au sein du filon l'ancienne stratification des roches. La nature de la gangue reflète alors celle des roches encaissantes. Quand il y a

remplissage, les filons sont souvent rubanés, bréchiques. On connaît des cheminées d'altération hydrothermale avec plomb-zinc formées dans les calcaires par remplacement. A. E. Fersman distingue deux lignées qui se séparent du magma granitique : la lignée volatile ou pneumatolytique, qui s'échappe du magma (gisements pyrométasomatiques, de départ acide et hydrothermaux) ; la lignée pegmatitique, qui dérive du magma résiduel et demeure pratiquement sur place. Il suppose que les métaux se séparent sous forme de chlorures, de fluorures, etc. Les températures d'ébullition des composés conditionneraient leur séparation dans telle ou telle lignée. De même, les métaux qui ne donnent pas de composés volatils se trouveraient séparés des métaux qui en donnent. Ces derniers s'échappent dans la lignée pneumatolytique-hydrothermale. Si l'on explique assez aisément la séparation des métaux à partir d'un magma granitique, il n'en reste pas moins que l'origine des métaux est intimement mêlée à celle du granite. Le granite se forme par remplacement de roches sédimentaires, volcaniques, parfois métamorphisées. Si le remplacement est métasomatique, il est bien certain que l'origine des métaux peut être profonde. Quoi qu'il en soit, dans la mesure où le granite remplace des minéralisations

préexistantes

dans

les

roches

sédimentaires,

volcaniques

ou

métamorphiques sur lesquelles il s'installe, il les remet en mouvement. Ainsi le stock métallifère d'un massif granitique pourrait être à la fois d'origine profonde et d'origine superficielle. d) •Les concentrations hydatogènes Nous entendons par « concentrations hydatogènes » toutes concentrations métallifères dues à des circulations d'eau d'origine non magmatique. En l'absence de tous mouvements tectoniques et de tout métamorphisme, les eaux emprisonnées dans les sédiments (eaux connées) et les eaux météoriques peuvent se réchauffer en profondeur. Il naît ainsi des circulations aqueuses d'autant plus susceptibles de déplacer des minéralisations préexistantes qu'elles contiendront des substances favorisant la dissolution de ces minéralisations. Celles-ci se déposeront dans des fissures ou des failles. Les migrations se feront soit du haut vers le bas (per descensum), soit du bas vers le haut (per ascensum), ou bien encore latéralement. Il peut s'agir d'un déplacement d'une minéralisation déjà concentrée, ou bien d'une concentration par sécrétion latérale de minéralisations diffuses ou disséminées. Ainsi toute minéralisation est susceptible d'être remise en mouvement par des circulations de solutions aqueuses n'ayant pas une origine magmatique. Ces concentrations hydatogènes épigénétiques sont très nombreuses. Dans des schistes noirs contenant des teneurs très faibles de métaux, il n'est pas rare de voir des fissures ou des failles qui, à la traversée de ces schistes, sont minéralisées (migration latérale). Du plomb et du zinc en teneurs très faibles dans des marnes peuvent se déplacer dans des fractures et se déposer dans des calcaires sus-jacents (migration latérale et per ascensum).

e) •Les concentrations liées à la tectonique Un dépôt minéralisé stratiforme soumis à des déformations souples (plissements, flexures) se déforme, recristallise ; il se produit des laminages avec dépôt aminci dans les flancs inverses, et des concentrations dans les charnières s'il s'agit de plis plus ou moins déversés, des laminages s'il s'agit de flexures. Dans le cas d'une tectonique cassante, les fractures ouvertes sont des lieux de choix pour la mise en place de filons. Les réseaux de fractures à une ou plusieurs directions privilégiées sont importants à étudier dans la recherche de filons minéralisés. Des concentrations hydatogènes peuvent être liées à la tectonique, soit directement, des circulations aqueuses s'établissant pendant les déformations, soit indirectement, des circulations aqueuses postérieures au plissement étant susceptibles de déplacer des minéralisations et de les déposer dans des structures liées au plissement, par exemple dans des décollements entre les lits, dans des ouvertures de distension localisées le plus souvent au sommet des anticlinaux. f) • Les concentrations liées au métamorphisme Si le métamorphisme général n'est pas générateur de gisement métasomatique avec apport des éléments métalliques de la profondeur par exemple, il peut intervenir de deux façons en métallogénie : soit métamorphiser un gisement existant d'origine sédimentaire, volcanosédimentaire ou volcanique, soit exprimer des éléments métalliques diffus dans la roche soumise au métamorphisme qui deviennent ainsi exploitables. Les gisements métamorphisés sont généralement stratiformes, plus ou moins déformés par les plissements intenses qu'ils ont subis. Leur minéralogie est particulière, souvent très riche en espèces rares. La minéralisation primitive pourrait être sédimentaire ; postérieurement, elle aurait été plissée et affectée par un intense métamorphisme. Le métamorphisme transforme, fait recristalliser sous d'autres formes minéralogiques des gisements sédimentaires, volcano-sédimentaires et volcaniques. Des relations entre la nature des minéralisations, leurs formes minéralogiques, leurs paragenèses et l'intensité du métamorphisme ne sont pas couramment mises en évidence. Pourtant, par intensité croissante du métamorphisme, un élément comme le titane tend à s'exprimer sous forme de rutile. Ainsi, en Nouvelle-Calédonie, P. Routhier montre que le titane se localise dans l'ilménite et le leucoxène des roches basiques non métamorphisées. Quand ces roches basiques sont atteintes par le métamorphisme (formation de glaucophanites à épidote), le titane s'exprime sous forme de grandes baguettes de rutile dans des filons de quartz recoupant la schistosité. La sécrétion du titane à partir des roches basiques est liée au métamorphisme. D'autres minéralisations que le titane peuvent être exsudées de roches volcaniques : par exemple le cuivre, le zinc, le plomb. De la même manière les schistes noirs plus ou moins bitumineux, qui contiennent des teneurs géochimiques de nombreux métaux, sont

susceptibles d'exsuder ces éléments métalliques par métamorphisme. Néanmoins, on ne connaît pas de minéralisations caractéristiques d'une zone de métamorphisme. g) •Les concentrations météoriques Le départ de certains éléments de la roche lors de son altération superficielle provoque des concentrations résiduelles des éléments restants. On distingue les concentrations résiduelles qui se produisent lors de l'altération de certaines roches et les chapeaux oxydés qui se forment à l'aplomb de minéralisations déjà constituées. Ces concentrations, si elles sont attaquées par l'érosion, pourront alimenter des dépôts sédimentaires. La formation de ces concentrations dépend des facteurs climatique et morphologique. ▪Concentrations résiduelles. Dans le cas de roches ultra-basiques par exemple, le silicium et le magnésium sont évacués de la roche ; le fer précipite sous forme d'hydroxyde et constitue la latérite ; le nickel est en partie évacué, en partie concentré à la base des latérites où il devient alors exploitable ; le cobalt se retrouve dans la latérite sous forme de rognons d'asbolane. Des concentrations d'aluminium et de manganèse se forment suivant des processus identiques : altération de la roche, départ de certains éléments, concentrations résiduelles des éléments restants. ▪Chapeaux oxydés. Dans la partie supérieure d'un corps minéralisé, par exemple un filon, entre la surface de la nappe phréatique et la surface du sol existe une zone aérée où percolent des eaux chargées d'oxygène et de gaz carbonique. Dans cette zone le filon est oxydé ; il y a formation de sulfates et d'hydroxydes ferriques. Les sulfates, selon leur solubilité, restent sur place (sulfate de plomb) ou s'évadent (sulfate de zinc). Ils peuvent être captés par une gangue réactive comme la calcite et donner des carbonates. S'ils sont solubles et non captés (gangue inactive comme le quartz), ils migrent vers le bas et réagissent sur les sulfures sous-jacents. Ainsi les sulfates des métaux qui ont une affinité très forte pour le soufre (argent, cuivre, mercure) déplacent les autres métaux à affinités moins fortes. Ces réactions se produisent dans la zone superficielle de la nappe phréatique, où l'écoulement d'eau est possible vers les points bas. Il y a formation supergène de sulfures : c'est la zone de cémentation, enrichie en sulfures de cuivre et d'argent, au détriment des sulfures de plomb et de zinc par exemple. Entre la zone d'oxydation et la zone de cémentation, il y a dépôt de métaux natifs. La cémentation joue un rôle très important dans certains gisements de cuivre. Cette zone enrichie (forte teneur), parfois très épaisse (tonnage), peut être exploitable, alors que les teneurs sont trop faibles dans le corps minéralisé non altéré pour justifier son exploitation. En dessous de la zone de cémentation, le minerai n'est pas altéré. De ces phénomènes d'altération il résulte une zonalité supergène avec, de haut en bas à partir de la surface du sol : – des oxydes, carbonates avec éventuellement vanadates, molybdates, tungstates, sulfates, métaux natifs pour la zone oxydée ; – des sulfures supergènes pour la zone cémentée ;

– des sulfures primaires ou hypogènes pour la zone stagnante. Les chapeaux oxydés peuvent être enrichis résiduellement en or, cassitérite, chromite, rutile. 6. RECHERCHE DES CORPS MINERALISES La recherche des corps minéralisés s'appuie sur une étude géologique mettant en valeur les guides qui pourront conduire à la découverte de minerai neuf. Des études géophysiques et géochimiques se joignent éventuellement à l'étude géologique ; elles sont nécessaires en pays couvert ou lorsque les terrains susceptibles d'être minéralisés sont recouverts d'autres terrains géologiques. •Cartes métallogéniques Établies sur la base des principes généraux de l'analyse métallogénique régionale, les cartes métallogéniques reflètent les principales lois de répartition, les époques et les conditions de formation des différents types de gîtes endogènes et exogènes en liaison avec l'évolution de tel ou tel secteur de l'écorce terrestre. On y porte la composition des formations sédimentaires et volcaniques, celle des complexes intrusifs et leur succession relative ; les types génétiques de gîtes endogènes et exogènes, leurs dimensions et leurs relations avec ces formations et avec ces complexes ; les structures régionales et locales (types et systèmes de fractures, par exemple) ; les lois de répartition réelle et de répartition possible spatiales des différents types de gîtes (zones structuralo-métallogéniques). Les échelles des cartes métallogéniques varient habituellement du 1/100 000 au 1/2 500 000. Les cartes aux 1/100 000, 1/200 000 et 1/500 000 caractérisent des régions dans les limites desquelles se trouvent plusieurs zones structuralo-métallogéniques. Elles englobent ainsi des provinces métallogéniques importantes et complexes par leur structure et permettent de localiser les zones méritant d'être étudiées plus en détail. Les cartes métallogéniques, qui comportent des faits géologiques majeurs, des éléments descriptifs, des éléments interprétatifs et des renseignements d'ordre économique, ont une grande importance théorique : elles permettent, en effet, de généraliser et d'analyser à tous les points de vue les données de la métallogénie régionale, et aussi de mettre en évidence de nombreux problèmes intéressant les conditions et les processus de formation des divers types de gîtes ; elles contribuent, par conséquent, à une classification plus rationnelle de ceux-ci. Les cartes prévisionnelles sont le prolongement et l'aboutissement logique des cartes métallogéniques. Elles sont dressées sur des feuilles séparées et si possible transparentes afin de permettre, par simple superposition aux cartes métallogéniques, leur étude simultanée. Sur un fond topographique très simplifié, on porte les données purement géologiques ainsi que les gîtes et indices de substances minérales utiles. On y porte aussi les métallotectes, contrôles et guides des diverses minéralisations. On représente ainsi les formations sédimentaires et volcaniques, dont la composition est « favorable » ou qui contiennent ellesmêmes

des

minerais ; les

complexes

intrusifs,

auxquels

sont

génétiquement

ou

paragénétiquement liées les minéralisations ; les structures contrôlant ces dernières (lignes de charriage ou de chevauchement, failles, surfaces de discordance stratigraphique, limite supérieure des intrusions, axes des plis) ; les zones structuralo-métallogéniques. On y porte, enfin, les auréoles de dissémination de substances minérales utiles qui, reconnues par la géochimie, par la géophysique ou par d'autres méthodes, sont favorables à la localisation des structures minéralisées et des anomalies et qui indiquent l'existence desdites substances ; les zones d'altération périfilonienne ; les données minéralogiques et géochimiques. Les surcharges doivent être, bien évidemment, réduites à une ou plusieurs zones structuralo-métallogéniques, c'est-à-dire celles qui soient les plus prometteuses et qui doivent être marquées comme telles sur ces cartes. L’analyse de tous les éléments portés sur les cartes prévisionnelles permet d'y mettre en évidence les surfaces à prospecter, plus ou moins prometteuses soit pour telle ou telle substance, soit pour tel ou tel groupe de substances. •Prospection géologique Les corps métallifères présentent à l'affleurement leur chapeau oxydé qu'il convient de reconnaître. Ils peuvent ne pas être visibles à la surface du sol. C'est à l'aide de guides géologiques que l'on soupçonne alors la présence d'une masse minéralisée. Ainsi les altérations en halos autour des minéralisations, la paléogéographie, les contacts avec les granites, les roches basiques, etc., sont autant de guides qu'il faut savoir exploiter pour découvrir du minerai. La prospection géologique intervient à l'échelle de la mine (retrouver un filon au-delà d'une faille), à l'échelle du district (limiter une paléocuvette renfermant un niveau minéralisé d'origine sédimentaire), à l'échelle de la province (chercher des masses minéralisées le long d'une paléo-ride dans une chaîne plissée ou bien une autre coupole granitique minéralisée dans une région en renfermant déjà). Le géologue minier peut se munir, suivant les minéralisations qu'il recherche, d'une lampe à rayonnement ultraviolet (minéraux fluorescents), d'un compteur de Geiger-Müller ou d'un scintillomètre (minéraux uranifères), de réactifs chimiques appropriés (minéraux du plomb ou du zinc), etc. La présence de la masse métallifère soupçonnée doit être confirmée par des sondages qui permettront d'avoir une idée sur sa teneur, son volume (tonnage), l'aspect du minerai qui conditionnera le traitement, la forme du gisement qui déterminera le choix d'une méthode d'exploitation. •Prospection géophysique Rappelons simplement que la gravimétrie n'est employée que dans le cas de gros amas de minerai dense ; la prospection magnétique est utile dans le cas de minerai magnétique ou de roches éruptives basiques ; la prospection électrique ou électromagnétique peut être efficace dans divers cas ; pour de grandes étendues inconnues et difficiles d'accès, notamment en pays couvert, la prospection aéroportée permet de détecter des gisements sulfurés ; les méthodes sismiques sont peu employées, car très onéreuses.

•Prospection géochimique La géochimie, qui complète l'étude des roches, est en plein développement. En géologie minière, les études concernant les teneurs en métaux (faible teneur et traces), ainsi que les positions de ces traces (camouflées dans les silicates, entre les cristaux, etc.) et les formes minéralogiques de ces traces permettront sans doute de confirmer certaines hypothèses sur la genèse des minerais, ou bien donneront naissance à de nouvelles idées. De même les études actuelles sur les isotopes du soufre, de l'oxygène, du plomb conduiront peut-être, en multipliant les exemples et en critiquant les méthodes, à donner des indications sur les températures de formation, à distinguer les origines hydrothermales des origines biochimiques, à dater les minéralisations. La prospection géochimique est une méthode pratique et peu coûteuse de recherche des minerais. Elle consiste à prélever des échantillons de sol, à doser les éléments métalliques recherchés et à confectionner des cartes en courbes d'isoteneur. Sur un fond géochimique de teneur uniforme apparaissent des anomalies. Ces anomalies peuvent être « en place » ou bien correspondre à des migrations superficielles dues à la pente. Il convient donc de discuter sur le terrain la valeur des anomalies mises en évidence et de ne conserver que les anomalies susceptibles d'annoncer du minerai en place. Cette méthode de détection a été employée avec succès pour de nombreux métaux. Il faut rappeler que les méthodes d'investigation à employer, la « maille » (c'est-à-dire l'écartement des mesures) à adopter, les résultats, les moyens conduisant à ces résultats doivent être discutés, modifiés en fonction de la géologie, de la forme des corps minéralisés recherchés, de la nature des métaux prospectés. 7. CLASSIFICATION DES SUBSTANCES MINERALES Les minéraux sont des corps inorganiques naturels qui présentent une composition chimique précise et une structure atomique ordonnée. Il en existe environ 4000 espèces. Les minéraux sont présents sous trois états : gazeux, liquides, solides. Mais la plupart des minéraux se trouvent à l’état solide, sous une forme cristalline. Le mercure est l’un des rares minéraux à se trouver à l’état liquide à température ambiante. Les minéraux les plus courants sont composés d’oxygène et de silice. Le professeur James Dana (1813-1895) repartit les minéraux en huit classes de base. Ce sont : les silicates, les éléments natifs, les oxydes et hydroxydes, les sulfures et les sulfosels, les sulfates, les halogénures, les carbonates et les phosphates. On peut y ajouter une neuvième classe en l’occurrence celle des sels d’acides organiques, hydrocarbures et résines. a) •Les minéraux silicatés Les silicates sont des minéraux composés d’éléments métalliques combinés avec un groupement tétraédrique constitué d’un atome de silicium central entouré de quatre atomes d’oxygène (SiO4). Les silicates constituent les minéraux les plus nombreux (environ un tiers des minéraux). Dans la classification cristallochimique, les silicates sont répartis en six principales classes, en fonction de la disposition des tétraèdres : nésosilicates, sorosilicates, cyclosilicates, inosilicates, phyllosilicates, et tectosilicates.

b) Les minéraux non silicatés Les éléments natifs Ce sont les minéraux formés par un seul élément chimique. La plupart de ces éléments purs sont rares ; ils sont donc peu nombreux (de l’ordre de 80 espèces). On distingue : ✓ Les métaux à fort éclat métallique et une forte densité : or (Au), argent (Ag), cuivre (Cu), platine (Pt), fer (Fe), mercure (Hg), plomb (Pb), cobalt (Co)…; ✓ Les semi-métaux dont l’éclat est variable et qui se caractérisent par une forte densité : (Sb) l’antimoine, (As) l’arsenic, (Bi) le bismuth, (Te) le tellurium; ✓ Les non-métaux ou les métalloïdes qui sont peu denses et fragiles : soufre (S) et carbone (C) sous la forme de diamant et de graphite. Les oxydes et hydroxydes Ils sont généralement composés de métaux combinés avec l’élément oxygène (oxyde) ou des groupes hydroxyles (hydroxydes). Cette classe comprend environ 320 minéraux. Les oxydes sont généralement durs contrairement aux hydroxydes. Les sulfures et sulfosels Ce sont des minéraux composés de métaux combinés avec l’élément soufre (chalcophile). Cette classe comprend environ 350 espèces. Les sulfures se forment lorsque le soufre se lie à des métaux ; ce groupe rassemble les antimoniures, les arséniures et les tellurures. Les sulfures sont extrêmement nombreux et Leur formule de base est composé de soufre d’un métal complexe de type AmXp. On distingue : ✓ Type A2Xp : Argentite (Ag2S) ; Chalcocite (Cu2S) ✓ Type AX: PbS (galène) ; ZnS (blende) ; NiS (millérite) ✓ Type AX2: MoS2 (molybdénite) ; FeS2 (pyrite) Les sulfosels sont également composés de soufre associés à un ou plusieurs semi-métaux et lié à des métaux (argent, cuivre, plomb, fer…). Ils sont généralement tendres et fragiles. Les sulfates et dérivés Ce sont des minéraux composés de métaux combinés avec l’oxygène et l’élément soufre (sulfate), chrome (chromate), molybdène (molybdate) ou tungstène (tungstate). L’ensemble de cette classe compte près de 300 espèces. La classe des sulfates regroupe le plus grand nombre de minéraux. On distingue les sulfates anhydres et les sulfates hydratés. Les sulfates sont fragiles et peu colorés. Les chromates, molybdates et tungstates sont peu nombreux (une trentaine d’espèce), fragiles et de faible dureté. Les sulfates et dérivées se définissent par les groupements anioniques de forme [XO4]2✓ Sulfate: [SO4]2•

Sulfate anhydres : barytime BaSO4, Celestine SrSO4, anhydrite CaSO4

•

Sulfates hydrates : gypse CaSO4, 2H2O (pierre plate), chalcantite CuSO4, 5H2O

✓ Chromate : [CrO4]2- : Crocoïte PbCrO4, dichromate de potassium K2CrO4

✓ Tungstate: [WO4]2- : Wolframite (Fe, Mn) WO4

✓ Molybdate: [MoO4]2- : Wulfenite: PbMoO4 (Quadra) Les halogénures Ce sont des minéraux qui se forment quand un métal se combine à l’un des cinq halogènes : le fluor (F), le chlore (Cl), le brome (Br), l’iode (I) et l’astate (At). Cette classe comprend environ 130 minéraux où les fluorures sont les minéraux les plus courants ; les chlorures sont peu nombreux même si le chlorure de sodium (halite) c'est-à-dire le sel de cuisine (NaCl) est largement exploité, les bromures et les iodures sont quant à eux extrêmement rares. Les halogénures sont généralement fragiles et de faible dureté. Les liaisons sont typiquement ioniques et les minéraux possèdent au maximum les propriétés des cristaux ioniques. Les carbonates et dérivés Les carbonates, les nitrates et les borates sont les minéraux composés de métaux combinés avec les éléments carbone (C), azote (N) ou bore (B) plus oxygène (O). Cette classe regroupe environ 300 espèces. Les carbonates les plus connus sont la calcite, l’aragonite et la dolomite. Les carbonates sont fragiles et de faible dureté. On distingue les carbonates basiques (azurite, malachite), le groupe de la calcite (magnésite, sidérite) et celui de l’aragonite (aragonite, cérusite). Les carbonates (cas de la calcite) se rencontrent dans les gangues de nombreux filons métalliques dans les tests des fossiles. ✓ Carbonate orthorhombique : calcite CaCO3, sidérite ou sidérose FeCO3, dolomite CaMg(CO3)2, smithsonite ZnCO3. ✓ Carbonates rhomboédrique : aragonite (CaCO3), strontianite (SrCO3), cérusite (PbCO3), rhodochrosite (MnCO3). Les nitrates sont rares et généralement solubles dans l’eau. Sur les 8 espèces répertoriées, les plus connues sont le salpêtre ordinaire ou nitre (KNO3) et le salpêtre du Chili (NaNO3) appelé nitratine ou nitronatrite. Les borates les plus connus sont les borates hydratés comme le borax (Na2B4O7, 10H2O). Ils restent instables en la présence d’hydratation comme le borax qui se transforme en tincalconite à l’air libre; ces minéraux ont majoritairement un éclat vitreux, incolores et possèdent de faibles densité et dureté. Leur groupement anionique est soit l’ion borate [BO3]3- ou l’ion [BO3]5-. Les phosphates et dérivés Les phosphates, les arséniates et les vanadates sont les minéraux composés de métaux combinés avec un groupement tétraédrique constitué d’un élément phosphore, arsenic ou vanadium entouré de quatre atome d’oxygène. Cette classe rassemble environ 250 espèces. Les minéraux colorés de phosphate constituent la majorité de cette. Les arséniates sont principalement l’adamite, la mimétite et l’érythrite. Les vanadates sont quant à eux extrêmement rares. Le groupement anionique de base est de la forme [XO4]3- : ✓ Phosphates: [PO4]3-

•

Pyromorphite Pb5(PO4)3Cl

•

Apatite Ca5(PO4)3[FCl (OH)]

•

Monazite (Ce, Al, Th) (PO4)

•

Vivianite : Fe(PO4)2, 8H2O

✓ Arséniates: [AsO4]3•

Minétite Pb5(AsO4)3Cl5

•

Érythrite (fleur de cobalt) CO3 (AsO4)2, 8H2O

✓ Vanadates [VO4]3- : Vanadirite Pb5 (VO4)3Cl Les sels d’acides organiques, hydrocarbures et résines La dernière classe de minéraux regroupe des mélanges de composés organiques tels que les sels d’acides organiques, les hydrocarbures naturels (charbon, pétrole, etc.) et les résines pétrifiées (résines fossiles) ; l’ambre appartient à cette classe de résines pétrifiées qui ne comprend qu’une trentaine d’espèces. 7. PROVINCES METALLOGENIQUES, EPOQUES METALLOGENIQUES, PROVINCE METALLIQUE Provinces métallogéniques Le terme de province métallogénique a été introduit en 1913 par le métallogéniste français Louis de Launay, et, dans son sens originel, il fait simultanément appel à la notion d'espace et à celle de temps. L’emploi de ce concept spatio-temporel s'est avéré extrêmement utile lorsque l'on considère des ensembles clairement définis, comme les minéralisations stannifères liées aux granites varisques de l'Europe occidentale. En revanche, quand les phénomènes envisagés pour expliquer la genèse de certains gîtes sont complexes, on se heurte à des difficultés. Le métallogéniste autrichien Walter Emil Petrascheck (1906-1991) a défini la province métallogénique comme un ensemble de gîtes minéraux formés au cours d'une époque tectonico-métallogénique dans une unité tectonique importante et caractérisée par une certaine parenté minéralogique, par la forme des gisements et par l'intensité de la minéralisation. Il faut noter que dans certaines provinces il existe clairement plus d’une époque métallogénique, c’est-à-dire que les gisements se sont formés à des époques successives. Si l'on considère la notion de province métallogénique du point de vue génétique, intervient fréquemment le dilemme des parts respectives à faire aux processus de différenciation magmatique et aux processus sédimentaires. Au contraire, si l'on distingue les provinces en fonction du milieu géotectonique, on peut en définir trois types fondamentaux : provinces des boucliers métamorphiques ; provinces des plates-formes stables ; provinces des zones orogéniques. En ce sens, une province évolue dans le temps : ainsi, une époque métallogénique commence lors d'une phase d'extension tectonique, à laquelle peuvent être associés non seulement les gîtes de type volcano-sédimentaire, mais encore les gisements d'origine épigénique. La période de « superintensité métallogénique » est en relation avec les phases orogéniques (granitoïdes synorogéniques et volcanisme tardi-orogénique). Ensuite, les

phénomènes de glyptogenèse et de sédimentation conduisent à la formation des derniers gisements de l'époque métallogénique considérée. Si l'on prend l'exemple de l'Europe, les provinces apparaissent assez mal définies, et de faibles dimensions. Ainsi, la Scandinavie possède une petite province à nickel, et une autre à magnétitehématite, centrée sur Kiruna-Vaara, et dont les gisements sont parmi les plus importants du monde. L'Allemagne a une petite province à argent-cobalt, dans l'Erzgebirge, s'étendant jusqu'en Bohême, ainsi qu'une province à plomb-zinc dans le Harz. Les intrusions d'origine alpine ont été accompagnées de dépôts de plomb-zinc en Europe méridionale, donnant une province distincte. De même, en Europe orientale, des minéralisations cuprifères économiquement intéressantes sont liées aux intrusions ophiolitiques. D'autres provinces ont été définies : dans les Carpates et la Transylvanie (or-tellure), etc. Époques métallogéniques Le concept d'époque métallogénique a été introduit, en même temps que celui de province métallogénique, par Louis de Launay. Il recouvre l'idée de durée et de synchronisme dans la formation des minéralisations. À l'échelle mondiale, les principales époques métallogéniques, que l'on peut distinguer, sont les suivantes : – Époque précambrienne. Tous les grands boucliers précambriens ont été le siège d'une intense activité métallogénique. En Amérique du Nord : gisements de fer-cuivre (lac Supérieur), de nickel-cuivre (Sudbury, Ontario), de cobalt-argent (Cobalt, Ontario), d'ilménite (Québec), d'or (bouclier canadien) ; en Amérique du Sud : gîte d'or, de fer et de manganèse des boucliers brésilien et colombien ; en Afrique : gisements sud-africains à or et à platine-chrome-nickel du Bushveld, de Zambie et du Zimbabwe ; en Asie : or, cuivre, fer et manganèse des boucliers sibérien et indien ; en Europe : minéralisations à fer, cuivre, or, dont les principales occurrences se trouvent dans le bouclier fenno-scandien (notamment, le fer de Kiruna-Vaara). – Époque du Paléozoïque. Formation de gisements de cuivre, de nickel, de titane et de chrome, en Norvège au Paléozoïque moyen, mais surtout granitisation intense et minéralisations d'une richesse exceptionnelle (gisements d'étain, cuivre, zinc, plomb-argent, or, liés, plus ou moins nettement, plus ou moins directement, à ces granites), au Paléozoïque supérieur (cycle orogénique hercynien ou varisque). Parmi les régions d'Europe les plus riches et les mieux connues, on peut citer : les Cornouailles britanniques (et le massif Armoricain) et la Saxe, pour l'étain et le cuivre ; l'Oural, pour le platine ; l'Espagne et le Portugal, pour l'étain et le tungstène ; l'Espagne, pour le plomb et l'argent (Linares-La Carolina, El Horcajo, San Quintín, Villanueva del Duque), ainsi que pour le mercure (Almadén).

– Époque du Permo-Trias. Dépôts évaporitiques de sel, gypse, potasse, à travers le monde entier (Europe : Allemagne, Alsace ; Russie ; Asie : Iran ; Amérique du Nord : Texas). – Époque du Jurassique. Dépôt des formations de fer oolithique en Europe (minette de Lorraine et du Luxembourg). En Amérique du Nord, c'est une période d'intense activité magmatique, à laquelle est associée une minéralisation en cuivre (Californie, Alaska, Colombie-Britannique). – Époque du Crétacé. Les minéralisations de cette époque présentent un grand développement dans toute la partie occidentale de l'Amérique du Nord. Les intrusions d'âge jurassique-crétacé s'étendent de l'Alaska au Nouveau-Mexique ; elles sont accompagnées par des minéralisations de plomb, zinc, cuivre, argent et or. C'est d'ailleurs à cette époque que se sont constituées les « ceintures à or » de Californie et d'Alaska. La Russie et le Japon possèdent des gîtes de cet âge. – Époque du Cénozoïque. Elle a vu le développement d'un grand nombre de minéralisations. En Amérique du Nord, les dépôts du type « porphyry-copper » du sud-ouest des États-Unis, ainsi que les gisements de molybdène du Colorado se sont mis en place à cette époque. En Amérique latine, les gîtes d'or et d'argent sont de cet âge. En Amérique du Sud, les grands gisements de cuivre du Chili, d'argent du Potosí et du Cerro de Pasco, ainsi que les gîtes de tungstène, étain, or, plomb, zinc, antimoine sont datés du début du Cénozoïque. En Europe, les minéralisations accompagnent les intrusions d'âge alpin : par exemple, le chrome de Grèce et de Turquie, lié à des roches ultrabasiques ; le fer de l'île d'Elbe, lié à un granite. – Époque du Miocène et du Pliocène (Tertiaire terminal). Après la mise en place des appareils magmatiques du début du Cénozoïque, suit une période de volcanisme intense qui affecte la ceinture pacifique. Celle-ci voit la mise en place de nouveaux gisements d'or et d'argent, avec tellure et antimoine associés (Mexique : El Oro, San Luis Potosí, Pachuca, Guanajuato ; ouest des États-Unis : Cripple Creek dans le Colorado, Goldfield et Comstock dans le Nevada). Province métallique C’est un domaine géologique caractérisé par un métal ou un assemblage métallique sans référence aux types de gîtes qui contiennent ces métaux

8. EXERCICES 1) Identifiez et expliquez les notions mise en évidence par les concepts de province métallogénique et d’époque métallogénique. 2) Identifiez les similitudes et différences entre la géochimie et la métallogénie. 3) Quelle est l’importance des contrôles en métallogénie? 4) Quelles sont les grandes questions que se posaient De Launay, dès 1913, au sujet de la métallogénie ? 5) Vrai ou faux ? • Science appliquée, la métallogénie est donc à la fois poussée par la recherche fondamentale, productrice de concepts novateurs, de nouveaux outils analytiques, ou de liens avec d’autres disciplines, et tirée par l’exploration minière, l’industrie des ressources. • L’étude des liens entre processus géologique et distribution des minéralisations est une étape essentielle pour comprendre la formation des gisements et améliorer leur prospection. • L’évolution de la connaissance sur l’or et les modèles métallogéniques associés n’est pas linéaire car intimement liée aux variations du prix du métal jaune. • Les modèles métallogéniques naissent, maturent, voire disparaissent. • Les modèles métallogéniques formalisent notre degré de connaissances sur les gisements et, d’autre part, peuvent avoir une incidence sur l’exploration minière. • L’uranium est la seule ressource minérale naturelle à être exploitée à partir de gisements localisés dans tout le cycle géologique dans des environnements métamorphiques,

plutoniques,

métasomatiques,

hydrothermaux,

diagénétiques,

volcaniques, sédimentaires à superficiels. • L’étude des gîtes minéraux fait appel à l’ensemble des disciplines des Sciences de la Terre, aussi bien sur le terrain qu’en laboratoire • Il n'existe pas une définition absolue de ce qu’est un minerai. Une même roche peut être un minerai ou ne pas l'être en fonction des variables temps et espace.

PARTIE I DISTRIBUTION SPATIALE DES GÎTES MINÉRAUX 1. MINERALISATION Les processus de minéralisation sont le résultat d’un ensemble de facteurs interagissant les uns avec les autres. Les mécanismes principaux incluent : ✓ la déformation tectonique, ✓ les écoulements de fluides, ✓ les transports thermiques, ✓ les réactions chimiques comprenant la dissolution minérale, ✓ le transport des ions, ✓ la précipitation.

Schéma illustrant les interactions de premier ordre et les rétroactions entre les mécanismes impliqués dans le processus de minéralisation : déformation, écoulement de fluides, transport thermique et réactions chimiques, d’après Hobbs et al. (2000)

2. MECANISMES DE FORMATION La formation d’une concentration métallifère nécessite une source, un transport et un dépôt (Routhier, 1963). Ces conditions locales résultent pour la plupart de l’évolution à long terme de la croûte et du manteau. L’étude de la genèse des gisements peut donc s’inscrire dans le cadre de la géodynamique globale. Les géologues miniers cherchent à proposer des scénarii de mise en place des gisements. Certains caractères propres au gisement et à son encaissant sont de bons indices pour comprendre l’histoire géologique menant à l’apparition d’une concentration. Parmi les caractères relatifs au gisement, les suivants peuvent être cités : ✓ la paragenèse ;

✓ les conditions de pression et température des fluides minéralisateurs au moment du dépôt ; ✓ la composition chimique et les teneurs ; ✓ l’âge de la minéralisation (datation) ; ✓ les contrôles structuraux sur la minéralisation ; ✓ la morphologie et la géométrie des corps minéralisés ; ✓ le traçage de la source des fluides. Les principales caractéristiques de l’encaissant à retenir sont : ✓ la nature lithologique des roches ; ✓ les structures présentes (importantes pour le piégeage de concentrations) ; ✓ la proximité de roches plutoniques ou volcaniques (rôle thermique) ; ✓ le degré de métamorphisme ; ✓ la paragenèse d’altération des roches encaissantes Enfin, la formation des concentrations entre dans le cadre de l’histoire géologique régionale. La relation temporelle entre le gisement et son encaissant est, de ce fait, un aspect de l’étude à ne pas négliger dans l’élaboration d’un scénario de mise en place d’un gisement.

a) Source des métaux La plupart des métaux sont présents en faible quantité dans la croûte terrestre, la formation d’un gisement nécessite donc des phénomènes de concentration. Il est difficile de distinguer la source des métaux du type de gisement considéré. La croûte et le manteau terrestres sont, dans tous les cas, le réservoir initial.

b) transport Tout gisement métallifère, représente une concentration anormale d’éléments dans la croûte, ce qui nécessite des déplacements et des migrations d’ions métalliques. Le transport de ces ions, sous forme de complexes divers, est généralement assuré par des circulations de fluides de diverses origines. On distingue ainsi des fluides : aqueux, d’origine superficielle, météoritiques ou marins ; magmatiques ; métamorphiques ; ou sédimentaires. Deux forces sont invoquées pour expliquer la cause de circulations de fluides dans la croûte : la pression interne et la gravité. Les écoulements seront, de plus, contrôlés de manière significative par la perméabilité. La tectonique permet, en régime cassant, de former des failles, largement utilisées en tant que drains, de façon plus ou moins répétitive (Sibson, 1987).

c) Piégeage des concentrations Les déformations et les structures de la croûte terrestre jouent un rôle déterminant sur la localisation des concentrations et exercent un contrôle sur la forme, le volume, et l’agencement des pièges, et donc des minéralisations. La rhéologie des roches influence le type de déformation, le domaine fragile favorisant la création de pièges alors que le domaine ductile est peu propice à la formation de fractures. Des baisses de température, de pression, des changements de pH, d’état d’oxydoréduction, l’ébullition, l’immiscibilité d’une phase gazeuse, la réaction avec les roches encaissantes ou

un mélange avec des fluides sont autant de mécanismes permettant d’expliquer la précipitation des ions métalliques. Leur combinaison ou leur action seule concentre les éléments en des endroits particuliers de la croûte. 3. CLASSIFICATION DES GISEMENTS Le but d’une classification des gites est de constituer des groupements sur la base d’analogies entre les gites ; pour faciliter la découverte de nouveaux gîtes minéraux en se basant sur des similitudes avec des gîtes connus actuellement; C’est l’essence même de la gitologie. En pratique ; La création de telles classifications nécessite en premier lieu, l’inventaire des gîtes minéraux. Comme tous les gites minéraux sont différents dans le détail ; les classes et types sont basés sur les connaissances actuelles. De nouvelles découvertes peuvent éventuellement bousculer ou fragmenter les anciennes classifications. De plus il existe une grande variabilité dans la qualité des modèles. Les modèles sont utiles lorsqu’ils sont utilisés à bon escient Il existe différents systèmes de classification concernant les gisements. Une classification pourra être descriptive ou interprétative à caractère génétique, suivant les critères choisis. Les classifications descriptives se rapportent à des observations communes ou plus fréquentes a une classe de gites (observations géologiques ; géochimiques ou géophysiques suffisamment bien établies pour qu’elles servent de métallotectes) contrairement aux classifications génétiques qui se basent sur l’interprétation du mode de formation des différents gîtes (ce qui offre en principe le meilleur outil possible pour concevoir une stratégie d’exploration car présuppose une compréhension complète du mode de formation d’un type de gite). La substance, la morphologie, la température et la profondeur de formation ou la nature des roches associées au gisement ont ainsi été utilisées pour classer les gîtes minéraux. Les classifications peuvent aussi se baser sur le lien génétique du gisement avec des processus magmatiques, hydrothermaux ou sédimentaires (Beaudoin, 2002). Cette approche a été privilégiée ci-dessous pour classer les gisements d’un point de vue général.

d) Classification génétique Les gîtes liés au magmatisme Deux processus magmatiques principaux sont à l’ origine des minéralisations : – La cristallisation fractionnée, par accumulation de cristaux par différence de densité, produit une modification de la composition du magma résiduel. – La ségrégation du liquide immiscible, sulfuré ou oxydé, dans un magma silicaté. Cette immiscibilité peut être provoquée par divers phénomènes : un changement de composition par assimilation de l’encaissant, un mélange de magmas, des changements de température ou de pression. Les processus magmatiques sont à l’ origine de plusieurs types de concentrations d’intérêt économique, par combinaison de multiples phénomènes : précipitation des oxydes et des liquides sulfurés, ségrégation gravitaire, cristallisation fractionnée. La mise en place des

horizons minéralisés dépend fortement de processus thermiques. Les processus magmatiques permettent donc de comprendre la formation de certains gisements, cependant, ils ne suffisent pas `à expliquer la mise en place de tous les gîtes minéraux, un nombre conséquent d’entre eux étant liés notamment à des processus hydrothermaux. Les gîtes liés à la sédimentation Les bassins sédimentaires représentent des environnements favorables pour certaines minéralisations car ils présentent un régime thermique particulier et sont le lieu de circulations hydrothermales. Les minéralisations sont de deux types selon le moment auquel elles se forment par rapport à l’évolution du bassin : – Le type syngénétique se rapporte à des minéralisations contemporaines à la sédimentation du fond du bassin. – Le type dia- à épigénétique, correspond à des circulations tardives dans le bassin. Les gîtes liés à l’hydrothermalisme Les circulations de fluides hydrothermaux transportant des ions métalliques peuvent entraîner la formation de gisements dans la croûte. Les gisements sont dits syngénétiques, si leur dépôt est synchrone à celui des séries dans lesquelles ils se forment alors qu’ils sont épigénétiques s’ils se forment après la roche encaissante. Les gîtes d’enrichissement supergène Ces gîtes sont liés à l’altération supergène, des processus liés au climat permettent d’augmenter le degré de concentration des éléments métalliques. Trois mécanismes principaux agissent : une dissolution locale, le transport des complexes, et la précipitation, ce qui conduit à un degré de concentration plus important que dans les roches lessivées. Divers métaux sont affectés par ces phénomènes, des gîtes supergènes de Mn, Ni, Cu, Fe, Ag, Zn, Au sont ainsi reconnus. Ils se concentrent de façon privilégiée au niveau de zones d’altération et de zones d’accumulation sédimentaires détritiques. Les placers se retrouvent généralement dans des horizons détritiques et correspondent à des sédiments terrigènes provenant de l’érosion de dépôts primaires. Les particules de métal natif (denses) sont transportées, par le biais du réseau hydrographique et reconcentrées par différence de densité dans des pièges hydrauliques. La relation gîte métallifère et contexte géodynamique et géologique a été, quant à elle, soulignée par Mitchell & Garson (1981); Sillitoe (1972). Ce type de classification est notamment utile pour comprendre la distribution spatiale des gisements, traitée dans le chapitre suivant. 4. GITES MINERAUX ET TECTONIQUES DES PLAQUES Les gisements ne sont pas repartis de façon homogène à la surface du globe terrestre. Cette constatation valable à l’échelle globale se retrouve à l’échelle continentale. De la même manière, pour une substance donnée, les gisements montrent une répartition hétérogène. Ainsi, certaines zones regroupent à elles seules des ressources métallifères considérables,

alors qu’ailleurs les concentrations en métaux sont insuffisantes pour les rendre exploitables.

Répartition de richesses minières en Afrique ; principales provinces et gisements majeurs, d’après (Milesi et al., 2001).

Carte illustrant la distribution de l’or en fonction des ˆâges de formation des gisements, d’après Lescuyer (2003).

Certains auteurs (Mitchell & Garson, 1981; Sillitoe, 1972) ont montré que les minéralisations se mettent en place à divers moments du cycle de Wilson. Le cadre tectonique et géologique exerce une influence majeure sur la formation et le potentiel de préservation des gisements. Il détermine un certain nombre de paramètres dont la mise en place des gîtes métallifères dépend. Ainsi, la sédimentation, l’érosion, le type de magmatisme et le degré de métamorphisme seront caractéristiques de contextes tectoniques particuliers. De la même manière la présence de failles majeures, contrôlant la circulation des fluides minéralisateurs, est le résultat du régime tectonique régional. Enfin, le gradient géothermique, sera fortement modifié par les évènements tectoniques affectant la région, tels que des chevauchements ou la mise en place de bassins sédimentaires. Chaque environnement géodynamique est caractérisé par la présence de différents types de gisements. Les processus spécifiques à la mise en place des divers gisements sont donc dépendants de l’environnement géodynamique. Quelques exemples sont illustrés ci-dessous.

a) Points chauds La présence de panaches sous une masse continentale, entraîne des variations topographiques à l’aplomb du point chaud et un magmatisme. Ce magmatisme va se concentrer dans les zones de faiblesse de la croûte et s’accompagne parfois de la mise en place de gisements. Ceux-ci sont liés à des roches intrusives, telles que des carbonatites, des granites per-alumineux et des granites alcalins ou per-alcalins chacun caractéristiques de minéralisations particulières. Les panaches mantelliques correspondent à l’une des manifestations convectives du manteau terrestre. Ces remontées de matériau profond, qui prennent la forme de champignons, atteignent des vitesses pouvant dépasser le mètre par an. L’arrivée rapide de magmas à très haute température (1 500 à 2 000 °C) et l’impact mécanique du panache sur la lithosphère, engendrent des conditions favorables à la remontée, au travers de failles lithosphériques, de magmas ultramafiques (riches en Fe et Mg, représentatifs du manteau) L’arrivée d’un panache sous un craton se traduit par sa remontée jusqu’au niveau des bordures fracturées, où le taux de fusion des roches mantelliques est important : ✓ Épanchements de basaltes continentaux : sulfures massifs à Cu-Ni-EGP. ✓ Complexes stratiformes: Cr litées, EGP lités.

b) Rifts intracontinentaux Si la masse continentale dérive lentement ou bien devient temporairement stationnaire audessus d’un panache mantellique, il peut y avoir un soulèvement d’un dôme de fracturation dans les trois directions principales radiales et à 120°. Le développement d’un rift avec trois bras est suivi de l’abandon d’un bras qui devient un aulacogène et tandis que l’ouverture d’un bassin océanique se propage le long des deux autres segments. Lorsqu’une plaque continentale est sur le point de se rompre par écartement de 2 blocs, l’apport thermique de l’asthénosphère et le réseau des failles majeures associées favorisent la mise en place de minéralisations. Ces épisodes de rifting, peuvent être associés à des

éruptions de laves carbonatitiques, pauvres en silice mais particulièrement riches en terres rares, phosphore, niobium, uranium, thorium, etc... Elles représentent des zones fortement perméables, propices à la migration des fluides minéralisateurs. Si la répartition de ces gisements est contrôlée par des subtilités structurales au sein de la zone faillée, ce sont bien les discontinuités majeures, donc reliées à la géodynamique régionale, qui concentrent les minéralisations (failles d’Ashanti au Ghana, de Cadillac au Canada ou de Boulder-Lefroy en Australie). Le développement d’un rift à l’aplomb d’un point chaud entraîne, la formation de fractures traversant la croûte continentale et servant de conduits pour la remontée de divers types de magmas et de fluides hydrothermaux. Les magmas, selon leur type, sont associés à diverses minéralisations. Cet environnement instable peut être caractérisé par des taux élevés de sédimentation terrigène.

Minéralisations associées a) aux points chauds et rifts intracontinentaux d’après Mitchell & Garson (1981)

c) Expansion du plancher océanique Le développement du plancher océanique associé à l’activité hydrothermale aux dorsales et le long des zones de fractures est aussi un contexte caractéristique de certaines minéralisations. La proximité de chambres magmatiques peu profondes à l’axe des dorsales contribue à un apport de chaleur important (Fouquet, 2002), permettant la mise en place de cellules de convection. La circulation de fluides hydrothermaux chauds (350˚C) s’effectue essentiellement par convection à l’axe de la dorsale. A proximité des zones de décharges hydrothermales, des dépôts stratiformes riches en Cu ainsi que des dépôts de Fe-Mn hydrothermaux se forment

alors que des sédiments s’accumulent sur les flancs de la ride. Ils constituent des lieux privilégiés pour la précipitation de nodules de Mn, riches en Cu, Ni et Co. D’autre part, l’interaction entre les fluides hydrothermaux et des roches du manteau (principalement des dunites), portées à l’affleurement au niveau de la ride, permet le dépôt de Cr podiforme. La précipitation, à partir de l’eau de mer, de Fe et Mn (encroûtements ferromagnésiens) peut se produire dans des zones où les taux de sédimentation sont très faibles. Ils sont généralement enrichis en Co et Pt et se déposent soit sur des plate-formes carbonatées ou sur des cendres volcaniques, soit sur d’anciennes coulées basaltiques (Bonneville, 2002). Au niveau des marges passives et sur les plate-formes continentales, des séquences évaporitiques transgressives riches en minéralisations peuvent se mettent en place (Cu et Phosphorites-Cu). Sur le continent, les zones de faiblesse, peuvent se caractériser par la présence de failles transformantes, qui peuvent être le siège de minéralisations en association avec des intrusions mafiques a ultramafiques de Cu-, Ni, Ti, Au, et Pt.

d) Zones de subduction et expansion arrière-arc La subduction du plancher océanique est reliée en partie à son refroidissement, celui-ci entraîne en effet une augmentation de la densité en s’éloignant de la dorsale. La relation entre tectonique des plaques et minéralisations est aussi applicable au cas particulier des zones de subduction, où une multitude de gisements se forment.

Minéralisations associées b) à l’expansion plancher océanique et c) aux zones de subduction (marge et arc) d’après Mitchell & Garson (1981)

Les gisements porphyriques et les épithermaux se retrouvent notamment dans ce type de contexte tectonique (Andes).

e) Collision continent-continent et continent-arc Collision continent-arc : Cette collision peut s’accompagner du chevauchement de roches ophiolitiques au préalable accrétées sur le bassin d’avant pays, auquel des minéralisations particulières sont associées. La collision accompagne aussi la mise en place de granites d’anatexie, associés à des minéralisations de Sn, W et U (parfois Ag-Ni, Co-Ar). Le bassin d’avant-pays sera lui, hôte de minéralisations d’U, Va et Cu stratiforme, dont la source correspond à des granites. Collision continent-continent : Elle est caractérisée par la fermeture de bassin océanique, et s’accompagne de l’accrétion et obduction d’ophiolites. Des fluides minéralisateurs peuvent être expulsés du prisme d’accrétion et entraîner la formation de dépôts épigénétiques de Zn-Pb dans les carbonates, au niveau des plateformes continentales. La suture entraîne un épaississement crustal et la formation de granites d’anatexie, responsables de la formation gisements.

Minéralisations associées à des contextes de collision d’après Mitchell & Garson (1981)

f) Discussion Les différents contextes tectoniques rapportés dans cette partie montrent clairement des relations avec la mise en place de gisements spécifiques à chacun d’entre eux. Il apparaît donc que le contexte géodynamique est un facteur déterminant pour la formation de gisements.

Il est intéressant de noter que la plupart des gisements se mettent en place à proximité d’intrusions magmatiques reliées aux divers contextes tectoniques. C’est le cas par exemple des granites d’anatexie et des minéralisations de Sn, W et U ou des gisements à proximité des dorsales, qui sont eux caractérisés par la présence de chambres magmatiques peu profondes. Ces intrusions jouent le rôle de moteurs thermiques et sont donc des acteurs à part entière des processus de minéralisation. La distribution spatiale des gites minéraux est liée aux environnements géodynamiques. Chaque environnement géodynamique peut être plus ou moins spécialisé pour différents types de gîtes et reflète des processus spécifiques à un type de gîte qui sont particuliers à un environnement géodynamique. D’autres processus, se développent dans une variété d’environnements géodynamiques La dynamique terrestre joue un rôle majeur dans la formation de nombreux gisements, notamment parce qu’elle génère des fluides qui collectent et transportent les métaux. Ainsi, certains gisements peuvent être directement issus de magmas ou de fluides hydrothermaux dérivant de magmas. De plus, les anomalies thermiques liées à la dynamique terrestre peuvent provoquer des transformations métamorphiques de la croûte, avec libération de fluides métamorphiques qui, à leur tour, pourront transporter et déposer des métaux. Il existe cependant des processus de minéralisation où la géodynamique est moins directement, voire pas du tout impliquée. Les études de distribution spatiale de gisements minéraux ont toujours représenté un grand intérêt pour l’industrie minière et la recherche. Malgré ce grand intérêt, elles ne peuvent que donner une évaluation de la distribution métallique réelle d’un secteur considérant les gisements non découverts et certains facteurs économiques. Une distribution systématique peut en fait être exploitée comme outil d’exploration régionale afin d’évaluer le potentiel de certaines régions similaires à renfermer des ressources naturelles (McCammon, 1993). Ces zones ont le potentiel de focaliser d’importantes quantités de fluides qui sont essential à la formation de ces gisements

5. EXERCICES 1) Faites un commentaire sur la problématique de la classification des gisements en métallogénie. 2) Quelles sont les étapes fondamentales de la genèse d’un gisement ? 3) Comparez les modèles génétiques et descriptifs des classifications des gites minéraux en métallogénique 4) Quel est le rôle de la dynamique terrestre dans la distribution spatiale des gites minéraux ? 5) Peut-on Aujourd’hui, penser à une démarche réciproque, à savoir l’utilisation des données métallogéniques pour la compréhension de la dynamique du globe? Argumentez! 6) Discutez l’assertion suivante : •

Il faut insister sur trois principes fondamentaux sans lesquels la Métallogénie et la recherche minérale ne peuvent progresser. 1. Sortir des «types» connus et poser en principe que tout élément chimique peut se concentrer à diverses étapes du cycle géologique et géochimique. 2. Récuser la confusion des concepts chronologiques et des concepts spatiaux. 3. Tout est hérité d'un passé plus ou moins lointain.

PARTIE III DISTRIBUTION TEMPORELLE DES GÎTES MINÉRAUX Les dépôts métallifères se sont formés tout au long de l’histoire de la Terre. Dans le temps, leur formation est épisodique et les données actuelles concernant les principaux types de dépôts montrent une alternance entre des périodes favorables aux minéralisations et des lacunes temporelles, avec peu ou pas de genèse de gisements. Ces observations sont à la base du concept de crises métallifères. Dans l’espace, les gisements possèdent, une deuxième caractéristique commune, `à savoir, une distribution hétérogène à la surface du globe. 1. PRESERVATION DES GISEMENTS Les déformations, les processus tels que l’uplift ou l’érosion, et le métamorphisme affectant une région minéralisée conditionnent la préservation des gisements. Le fait de ne pas trouver certains types de minéralisations dans une région ne signifie pas pour autant qu’il n’y a pas eu de formations de gisements. La stabilité tectonique des zones minéralisées joue donc un rôle non négligeable dans la préservation des gisements. En effet, les gisements, tels que les gisements d’or orogéniques archéens, formés en profondeur, dans des régions “tectoniquement stables”, auront plus de chance d’être préservés que des minéralisations de types épithermales, mises en place à faible profondeur dans des zones `a fort taux d’exhumation et érosion. De plus, certains gisements ne sont pas exposes `a la surface du globe, en raison d’un enfouissement, d’un recouvrement par des séries plus jeunes ou d’une formation `à des niveaux structuraux élevés par exemple. Ce phénomène de préservation doit être pris en compte lorsque l’on étudie la distribution dans le temps et l’espace des gisements. Goldfarb et al. (2001) ont cependant montré que la répartition spatio-temporelle des gisements d’or orogéniques n’est pas uniquement le fait de la préservation ou non de ce type de minéralisations, mais qu’elle reflété bien un phénomène global. 2. REPARTITION DES GISEMENTS DANS LE TEMPS La répartition des gisements dans le temps ne se présente pas sous la forme d’un phénomène continu. Les travaux de Meyer (1988) [voir aussi Barley & Groves (1992)], présentés en figures 4.1, illustrent la distribution temporelle des concentrations métalliques selon le type de substances et d’environnements. On discerne des périodes ou “pics” d’activités métallogéniques, avec de fortes productions de minerais et des époques correspondant à des lacunes dans le dépôt. Il semble que cette distribution épisodique de gisements soit liée principalement à l’histoire tectonique de la Terre et a l’évolution chimique des environnements de surface. En effet, comme le montrent les exemples suivants, la plupart des crises sont en relation avec des phénomènes tectoniques, thermiques, des changements des conditions chimiques ou climatiques ou encore avec des évènements catastrophiques. Les dépôts de BIF (Banded Iron formation) et de manganèse ne peuvent précipiter que dans des milieux oxydants. Il est donc normal de constater que l’une des périodes pendant laquelle l’oxygénation de l’atmosphère se produit, comprise entre 2500 et 1800 Ma, coïncide

avec les pics métallifères des BIFs et des gisements de manganèse. Un lien avec l’activité de panaches mantelliques a aussi ´été proposé pour expliquer l’apport massif de Fe et de Mn, nécessaire pour ces minéralisations (Isley & Abbott, 1999) ou avec la mise en place de larges provinces ignées (Barley et al., 1997). Une relation entre la formation de ces gisements et les grandes crises climatiques, telles que des glaciations globales a aussi ´été suggérée par certains auteurs (Kirschvink et al., 1997, 2000; Hoffman et al., 1998; Hoffman & Schrag, 2000). De la même façon, une connexion directe entre les pics de genèse des gisements de type MVT (Mississipi Valley Type) et la tectonique globale a été montrée (Leach et al., 2001). Les deux principales périodes de formation sont les suivantes : du Dévonien au Permien, donc au moment de l’assimilation de la Pangée, et du Crétacé au Tertiaire, qui correspond `à l’assimilation de microplaques. Le fait que les gisements porphyriques et épithermaux ne se retrouvent que du Phanérozoïque `a l’actuel ne représentent pas nécessairement le résultat d’une crise. Leur formation s’effectue en relation avec des zones de subduction qui permettent la création d’arcs volcaniques continentaux ou insulaires. Ce sont donc des zones de surrection et d’érosion rapide favorisant la disparition de gisements anciens. La lacune temporelle peut donc s’expliquer en partie par ce phénomène de non préservation. Certains gisements de Ni-Cu-PGE sont liés à des évènements “catastrophiques” tels que les effusions de basaltes continentaux. Dans ce cas, c’est encore une crise géodynamique globale qui est responsable de certains des pics métallifères pour ce type de métaux. Ces trappes sont notamment à rapprocher de la formation du gisement de Ni-Cu-PGE de Noril’sk en Russie, mis en place il y a environ 250 Ma (Hawkesworth et al., 1995). Les impacts météoritiques constituent un autre type d’évènements catastrophiques, corrélés `a des pics métallifères, ils sont notamment responsables de certaines minéralisations, par exemple, Sudbury et Redford (Grieve & Therriault, 2000). A Sudbury l’impact supposé du météorite a donné naissance à un gisement de Ni et Cu de classe mondiale. Dans ce cas, l’activité hydrothermale est liée `à l’impact lui-même. Enfin, les gisements associés à des complexes lités sont datés pour la plupart entre 2900 et 2000 Ma et sont liés à des phénomènes magmatiques de grande ampleur. Certains auteurs ont ainsi relié la présence d’intrusions litées majeures à l’activité de super panaches (Isley & Abbott, 1999), notamment dans les cas du great dyke du Zimbabwe (2500 Ma) ou du complexe du Bushveld (2100 Ma).

Distribution temporelle des principaux types de gisements, d’après Meyer (1988). La largeur de chaque barre verticale représente approximativement 50 Ma. La longueur de chaque barre est une estimation de la quantité de minerai formée pendant cette période de temps rapportée au tonnage total -somme de toutes les barres pour chaque type de dépôts- pour toute la durée des temps géologiques.

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