Soutenance mémoire
Généralités sur talc et chlorites
Pour aborder le contexte géologique de notre objet d’étude, nous proposons une approche de la minéralogie des minéraux ubiquistes que sont le talc et la chlorite. Nous présentons aussi les modes de formation de ces minéralisations dans le but d’introduite les notions générales qui seront fréquemment employées dans cette étude.
Minéralogie
Le talc est un silicate de magnésium hydroxylé appartenant au groupe des phyllosilicates. Il est le minéral le plus tendre (1 sur l’échelle de Mohs – rayable à l’ongle). Il cristallise dans le système cristallin monoclinique ou triclinique à Trimouns (Martin et al., 1999). Sa formule chimique est Mg3Si4O10(OH)2. Sa structure est un empilement de couches TOT (T : tétraédrique – O : octaédrique). L’unité de base ou feuillet élémentaire (TOT) a pour épaisseur 9.36 Å soit de l’ordre de 10-10 mètre (Fig. I-1a). Les sites tétraédriques sont remplis par les atomes de silices et les sites octaédriques par ceux de magnésium ; on peut néanmoins observer des substitutions dans les deux types de sites notamment avec le fer ou l’aluminium (Martin et al., 1999 et références incluses), ces changements n’influent que peu sur la composition chimique globale (silicium et magnésium).
Le comportement du talc à grande échelle est directement lié à cette structure minéralogique et à sa composition chimique. Les liaisons entre les feuillets (entre tétraèdres) sont extrêmement faibles faisant du talc un matériel incompétent. Ainsi à l’échelle d’un gisement les talcitites sont facilement déformées. Le groupe des chlorites, quant à lui, représente une solution solide complexe. Les chlorites appartiennent à la famille des phyllosilicates. Ces minéraux sont des aluminosilicates pouvant contenir nombre d’autres éléments, leur formule globale peut être écrite sous la forme :
(R2+,R3+ ,)6 [(Si4-x,Alx)4O10](OH)8 (e.g. Wiewióra et Weiss, 1990) où R est un cation (Mg,Fe,Mn,Ni,Na,Li,Al) et les lacunes de site octaédrique. Elles cristallisent dans le système cristallin monoclinique, triclinique, ou orthorhombique. Leur structure minéralogique est proche de celle du talc (Fig. I-1b), un feuillet octaédrique isolé de type brucite ce rajoutant à la succession TOT du talc. L’épaisseur de cette argile TOT-O est d’environ 14 Å. Les substitutions dans les différents sites sont nombreuses et sont la cause de la grande variété du groupe des chlorites. Suite notamment aux travaux de Bayliss (1975), la classification des chlorites dénombre une dizaine de pôles purs en fonction des proportions d’élément clef comme le magnésium, le fer, le manganèse, etc. Des notions plus précises sur la minéralogie des chlorites seront exposées dans le chapitre III pour introduire des notions utilisées dans la géothermométrie de ce minéral. Comme le talc, la chlorite est un matériau assez facilement déformable de par sa structure en feuillet. La chlorite la plus abondante sur Trimouns est une chlorite magnésienne dont le pôle pur est le clinochlore : Mg3 (Mg2Al) [Si3AlO10](OH)8.
Formation du talc
Le talc et la chlorite sont des espèces minérales largement répandues. Nous abordons ici la mise en place des minéralisations de talc qui conduisent à la formation de gisements. La minéralisation des chlorites n’est évoquée que lorsqu’elle est complémentaire au talc.
Quatre paramètres majeurs contrôlent la formation du talc.
1) La roche mère.
Les gisements de talc sont issus de roches mères soit magnésiennes (magnésites, dolomies, ou serpentinites) soit siliceuses (quartzites ou pélites gréseuses).
2) Le fluide.
C’est sous l’action de fluides hydrothermaux que sont apportés ou mis en solution les éléments chimiques nécessaires à la formation du talc : MgO, SiO2, CO2 et H2O. On parlera dans ces cas d’altération métasomatique : transformation à l’état solide de roches par interaction avec un fluide.
3) Les structures géologiques.
Dans tous les types de gisement, les structures tectoniques ont un contrôle certain sur la circulation des fluides à grande échelle mais aussi pour la micro-fracturation qu’elle engendre. C’est fréquemment dans des zones de cisaillement que se développe le minéral blanc. La porosité de la roche mère a également un rôle déterminant dans la circulation des fluides minéralisateurs.
4) Le métamorphisme.
Ce dernier a son importance pour apporter des conditions de pression et de température suffisantes pour engendrer la transformation.
On distingue trois grands types de mode de formation pour les gisements de talc en fonction des roches mères rencontrées.
Type 1) : les roches magnésiennes carbonatées (type dolomie).
C’est par apport de silice sur les carbonates que la réaction se fait. Cette réaction a été notamment décrite pour la transformation des dolomies en talcitites par Parseval et al. (2004) à Trimouns : 3CaMg(CO3)2 + 4SiO2(aq) + 6H+ = Mg3Si4O10(OH)2 + 3Ca2+ + 6CO2 + 6H2O .
Les conditions P-T pour ce type de gisement sont de 250°C à 350°C, et de 2.5 kbar (Parseval, 1992). A un plus haut degré de métamorphisme, on ne crée plus de talc à partir de la dolomite mais de la trémolite (Skippen, 1974 ; Deer et al., 2009). Talc, trémolite et calcite peuvent également coexister mais à dans des conditions de températures supérieures à celles de formation de la minéralisation de Trimouns (env. 450°C – Bowers et Helgeson, 1983).
Type 2) : les roches magnésiennes non carbonatées ultrabasiques (type serpentine). Les roches mères ultrabasiques peuvent soit être affectées par un apport de silice : Mg3Si2O5(OH)4 + SiO2 = Mg3Si4O10(OH)2 + H2O – réaction non équilibrée (Deer et al., 2009) ;
soit un apport de dioxyde de carbone :
2Mg3Si2O5(OH)4 + 3CO2 = Mg3Si4O10(OH)2 + 3MgCO3 + 3H2O (Turner, 1948).
Ces types de gisements se forment avec des températures pouvant avoisiner les 500°C mais généralement inférieures et à des pressions autour du kilobar.
Type 3) : les roches siliceuses.
Ce mode de minéralisation se réalise par apport de magnésium sur roches siliceuses (et surtout silicoalumineuses). Une telle réaction permet également de créer du talc par mobilisation en solution de la silice contenu dans ces roches qui ajoutée au magnésium dans des fluides minéralisateurs précipite en talc :
4SiO2(aq) + 3Mg2+ +4H2O = Mg3Si4O10(OH)2 + 6H+ (Parseval et al., 2004).
Trimouns est un exemple de couplage entre les réactions de type 1 et 3. Il existe également quelques rares gisements d’origine sédimentaire qui se présentent entre des couches de sédiments souvent carbonatés résultant de l’évolution diagénétique de sédiments magnésiens. Ces talcs présentent en général une couleur sombre avec un taux de matière organique inférieur à 1%. On parle alors des « black talc » (Li et al., 2013).
Répartition
Dans le monde
Le talc est un minéral assez commun qui se forme sur tous les continents. Comme dit précédemment il existe trois grands types de mode de formation de gisement de talc. Le planisphère ci-dessous (Fig. I-2) propose une liste non exhaustive des principaux gisements de talc du monde. Les données comportent les gisements des principaux groupes industriels exploitant le talc.
Les trois types de minéralisations exposé précédemment sont toujours associés à des zones de failles ayant permis la circulation des fluides dans la roche mère. Il y a peu d’étude sur les contextes géologiques structuraux des modes de formation des différents gisements de talc. Il est néanmoins observé qu’à l’échelle de l’Europe c’est le métamorphisme régional en lien avec le cycle varisque ou alpin qui a permis de créer les conditions nécessaires (Moine et al., 1989). Ce sont les minéralisations de type 1 (talc issu de carbonates) qui constituent la majeure partie des gisements de talc. 75% de la production mondiale de talc est tirée des gisements de type 1 et de ceux du type 3 (talc issu de roche siliceuse). Ces deux modes de formation sont souvent couplés entre eux.
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Table des matières
Introduction générale
I) Contexte géologique
A) Généralités sur talc et chlorites
(1) Minéralogie
(2) Formation du talc
(3) Répartition
a. Dans le monde
b. Dans les Pyrénées
c. En Ariège
B) Les Pyrénées
(1) Caractéristiques générales
a. Le bassin aquitain
b. La zone nord pyrénéenne
c. La zone axiale
d. La zone sud pyrénéenne
e. Le bassin de l’Ebre
(2) Le cycle varisque
a. La période pré-varisque
b. L’orogène varisque
c. L’extension tardi‐varisque
(3) Le cycle alpin
a. Période pré-orogénique
b. Collision alpine
c. L’érosion quaternaire et l’activité humaine
C) Le massif du Saint Barthélémy
(1) Description générale
(2) Lithostratigraphie générale
a. Les unités de base
b. L’unité migmatitique
c. La couverture métasédimentaire
d. La bordure post-varisque
e. « Minéralisations »
D) Trimouns
(1) Les formations géologiques
a. Les formations du mur
b. Les formations du gisement
c. Les formations du toit
(2) Transformations métasomatiques
a. Altération des dolomies
b. Altération des roches silico-alumineuses
c. Bilan
II) Structure et géométrie du gisement
A) Introduction
B) Les données structurales
(1) Le mur
a. Les gneiss et la bande mylonitique majeure
b. Les migmatites et les granitoïdes associés
c. La structure faille 1 – F1
d. Les micaschistes et leurs inclusions
(2) Le gisement
a. Les chloritites
b. Les talcitites
c. Les pegmatites
d. Les autres inclusions
e. Les contacts
(3) Le toit
a. Le Silurien
b. Le Dévonien et le Carbonifère
c. Le Mésozoïque
C) Synthèse et modèle
(1) Les cartes
a. Analyse des cartes géologiques
b. Analyse des cartes structurales et de la cinématique
(2) Les coupes
(3) Histoire de la déformation
a. Dans le mur
b. Dans le gisement
c. Dans le toit
d. Synthèse et questionnements
III) Approche thermométrique
A) Introduction
B) Travaux sur les chlorites
(1) Généralités
a. Les chlorites
b. Les géothermomètres
(2) Résultats
a. Mur
b. Gisement
c. Toit
(3) Synthèse et discussion
C) Raman sur matière organique
(1) Méthode analytique
(2) Résultats
(3) Synthèse et discussion
D) Conclusion et perspective
IV) Géochronologie
A) Article – Succession d’événements métasomatiques permiens et mésozoïques dans l’est des Pyrénées avec application sur le gisement de talc-chlorite de Trimouns
B) Résultats complémentaires
(1) Description des roches étudiées
(2) Méthode analytique et résultats
(3) Discussion
(4) Conclusion
C) Conclusion et perspective
V) Synthèse et discussion
A) Synthèses
(1) Relations entre thermométrie et structure
(2) Relations entre thermométrie et datation
(3) Relations datation et structure
B) Modèle d’évolution
C) Discussion
Conclusions
