GISEMENTS MÉTALLIFÈRES

GISEMENTS MÉTALLIFÈRES

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. Plus près de nous, les Grecs et les Romains se révélèrent des exploitants habiles, et de nombreuses mines renferment des vestiges de ces époques.

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. Dans le Harz comme en Cornouailles, berceaux de ces exploitations anciennes, les filons paraissent en relation avec des massifs de granite intrusifs. 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.

1. Définitions

Un gisement , ou gîte , est l’endroit où se trouve (où gît) une substance minérale exploitable. Cet endroit est défini par ses trois coordonnées spatiales: longitude, latitude et profondeur. La substance sera, selon les cas, des métaux (gisement métallifère), du pétrole (gisement pétrolifère), de l’eau (gisement aquifère), des matériaux (gisement de barytine, fluorine, etc.), et même, par extension, 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) est tiré de l’eau de mer à une teneur inférieure à son clarke; il fait donc exception à la règle. À un gisement métallifère correspond dans la majorité des cas une concentration plus ou moins anormale d’un ou de plusieurs métaux.

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 (quartz, calcite, granite, etc.) 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 .

2. Relations des corps minéralisés 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 (fig. 1). La minéralisation peut y être disséminée dans la roche sous forme de «mouches» (gisement disséminé); elle peut y être en lits et concordante avec la stratification (gisement stratiforme); ou bien en lentilles, concordante ou non avec la stratification; ou encore en amas à contours plus ou moins diffus, 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.

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 intéressants 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 découverte des gros gisements filoniens du Harz, en relation avec des massifs granitiques, a primitivement conduit les géologues à rechercher des gisements aux abords des masses granitiques et volcaniques. 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. L’échelle sensible pour aborder de tels problèmes varie entre le 1:1 000 et le 1:20 000 pour la carte géologique. 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.

3. Genèse des corps minéralisés

Il est impossible, ici, de nuancer chaque problème relatif à la genèse des gisements; il faut donc considérer les propos qui vont suivre comme 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 (Cr23) 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.

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. Nous parlerons d’une remise en mouvement postérieure à la diagenèse (gisement épigénétique ) en évoquant les concentrations hydatogènes.

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 ripple-marks ou 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 zonatlité sédimentaire des minéraux, et notamment des sulfures, est très importante car elle sert de guide dans la recherche et l’exploitation minière (fig. 2).

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 (terrasses fluviatiles ou marines; dunes envahies par la mer, par exemple). 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. Le déplacement chimique de l’or dans les placers est discuté; certains faits prouvent qu’il existe au moins à petite échelle. Les grains d’or sont quelquefois enrichis postérieurement à leur dépôt.

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. La minéralisation se concentre souvent dans des paléochenaux où il n’est pas rare de voir des bois fossiles particulièrement riches en minerai.

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.

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 minèralisations disposées en zones concentriques autour des plutons granitiques (fig. 3). 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 (fig. 1). Les phénomènes d’altération hydrothermale y sont parfois très importants.

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 [cf. SYÉNITES ET SYÉNITES NÉPHÉLINIQUES] 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).

Les gisements plutoniques

Certaines minéralisations se disposent en zones à la fois dans les plutons et autour d’eux. La gamme des métaux associés à chaque pluton est plus ou moins variée, plus ou moins riche. En comparant de nombreux cas de zonalité partielle, en recoupant les observations, un schéma théorique de la zonalité périplutonique a été proposé par Aleksandr Evgenievich Fersman (fig. 3).

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 (ce phénomène de «télescopage» a été évoqué plus haut).

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.

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 300 0C), méso- (de 300 à 200 0C), épithermal (de 200 à 50 0C) 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 stades d’érosion des massifs granitiques, définis par W. H. Emmons, influent sur les minéralisations trouvées. Ainsi les boucliers antécambriens très érodés montrent des minéralisations en or, car la zone de l’or enveloppe le pluton. Les chaînes hercyniennes sont très intéressantes: l’érosion y atteint en effet l’apex des plutons; on y rencontre les principaux gisements d’étain et de tungstène (fig. 3).

Les minéralisations s’accompagnent souvent d’une altération pneumatolytique ou hydrothermale des roches encaissantes avec apports et départs d’éléments. Ainsi se forment, autour des filons de départ acide, des greisens (modification du granite en quartz, muscovite aux dépens des feldspaths, topaze ou tourmaline), des tourmalinites (quartz, tourmaline), des topazites (quartz, topaze), de la kaolinite (altération des feldspaths) et, pour les filons hydrothermaux, de la pyrite, de l’hématite, de la chlorite, de la séricite.

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 rubannés, 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.

En règle générale, les granites tardi- et post-tectoniques sont plus minéralisés que les granites syntectoniques. Par cette constatation, ces derniers se rapprochent des roches métamorphiques dans lesquelles la nature des minéralisations ne varie pas avec l’intensité du métamorphisme. Il est vraisemblable que les minéralisations restent pratiquement sur place, dans les granites syntectoniques, ou bien s’en évadent vers des zones de détente (granites localement intrusifs, éventuellement tarditectoniques).

Les concentrations hydatogènes

À la suite de A. Maucher, 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. Nous n’en citerons que quelques exemples. 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 ).

Le cas de filons dans le Massif central français passant du socle, constitué en grande partie de terrains paléozoïques plus ou moins métamorphisés, dans la couverture d’âge secondaire, posent d’importants problèmes. En effet, il existe des filons hydrothermaux dans le socle, des minéralisations stratiformes sédimentaires dans la couverture. Les filons en question peuvent donc se former à partir de l’un ou l’autre de ces dépôts, ou bien à partir des deux dépôts à la fois par circulation d’eau dans des cassures. Les filons du socle sont souvent d’anciennes cassures qui, en rejouant postérieurement à la mise en place de la couverture, se prolongent dans cette dernière. Ce sont alors des voies idéales de circulations aqueuses et d’échanges socle-couverture.

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.

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, volcano-sédimentaire 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.

Les quartzites ferrugineux sont des gisements très répandus dans les boucliers antécambriens; leur extension horizontale est souvent grande (réserves considérables). Cette minéralisation serait sédimentaire à l’origine, métamorphisée postérieurement. La présence de roches volcaniques aux abords de certains quartzites ferrugineux conduit quelques auteurs à y voir une minéralisation volcano-sédimentaire. De même certains gisements de manganèse d’origine sédimentaire ou volcano-sédimentaire sont métamorphisés et deviennent très riches en silicates de manganèse.

Signalons le gisement de zinc de Franklin Furnest avec ses minéraux particuliers, notamment la franklinite, la zincite, la willémite, encaissé dans des cipolins et plié en synclinal étroit. 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.

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 [cf. BAUXITES] 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, là où la nappe d’eau est stagnante, 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.

4. Recherche des corps minéralisés

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.

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 (par exemple, retrouver un filon au-delà d’une faille), à l’échelle du district (par exemple, limiter une paléocuvette renfermant un niveau minéralisé d’origine sédimentaire), à l’échelle de la province (par exemple, 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.

Encyclopédie Universelle. 2012.

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