Conclusions partielles

IV.5 Conclusions partielles

L'ensemble des bassins étudiés présente une hyperthermicité consécutive au régime tectonique prévalant pendant la fin de l'orogenèse hercynienne. Cette hyperthermicité est hétérogène non seulement entre deux bassins mais également au sein d'un même bassin.

A la suite du dépouillement des données de sondages des Houillères (1953) et d'Alpern, (1969), ce sont les failles, ancrées dans le socle qui, à l'instar de la faille de Dourdel, contribuent aux variations thermiques observées. Ces accidents peuvent donc être considérés comme des vecteurs de flux de chaleur libérés par la mise en place en profondeur des plutons. Quelques variantes de ce processus peuvent exister notamment à Graissessac où l'acquisition du degré de maturité des charbons semble dépendre étroitement de l'existence de dômes thermiques résultant d'un flux thermique résiduel génétiquement lié à un cycle métamorphique (Becq-Giraudon et Gonzalez, 1986; Copard et al., 2000).

Ce sont les méthodes directes (Disnar, 1995; Barker et Pawlewicz, 1994) qui ont a priori permis les meilleures estimations des PaléoTempératures Maximales d'Enfouissement "PTME", i.e. avec un minimum de marges d'erreurs. Ces PTME (Tab. IV.5), bien qu'assez proches de celles déterminées par les méthodes indirectes ont permis de valider les paléoenfouissements supposés nécessaires à la maturation de la MO, soit 1500-2000m. En tenant compte des abaques de Karweil modifiés par Bostick (1971) appliqués aux nouvelles PTME, les durées de houillification pour certains bassins ont été revues à la baisse (Fig. IV.4), c'est à dire proches de 15 Ma au lieu des 20 à 25 Ma préalablement calculés (Copard et al., 2000); les paléoflux thermiques ont également été rééstimés.

Conformément à l'objectif initial de ce travail, nous avons tenté de vérifier si des circulations hydrothermales (événements Au 300Ma, Bouchot et al., 1997) avaient bien affecté le charbon. A cet égard, les quelques points suivants sont à souligner :

Œ En premier lieu, les minéralisations primaires à Au-As-Sb-W sont antérieures à la sédimentation stéphanienne comme l'atteste indiscutablement la présence de galets aurifères d'Argentat et d'Alès (Becq-Giraudon, 1997; Becq-Giraudon et al., 1999; Bouchot et al., 1999). Il n'est cependant pas exclu qu'une remobilisation de ce stock d'or primaire ait pu se produire pendant le Stéphanien comme le montrent les indices d'or observés dans le bassin de la Loire (Saint Priest en Jarez, à Landuzière, la Béraudière) et à Lugeac (voir aussi section IV.3.2 : Copard et al., sous presse).

• L'analyse des paramètres caractéristiques de la MO effectuée sur certains charbons, fait apparaître une distorsion entre deux paramètres de rang majeurs, le Tmax et Ro, le Tmax

pouvant indiquer un rang plus élevé que la réflectance. En première hypothèse, c'est cette anomalie positive de Tmax (associée à un faible IH, voire, un fort IO) qui serait susceptible d'être le marqueur des circulations hydrothermales incriminées (Copard et al., 2000).

Cependant, tant le cortège minéralogique que l'analyse des éléments traces, ne révèlent d'enrichissement ou appauvrissement en minéraux ou éléments susceptibles de témoigner, à coup sûr, de telles circulations. En d'autres termes, sur la foi de la définition classique du Tmax

(Espitalié et al., 1985), seul ce paramètre (et les IH et IO associés) témoignerait donc d'une venue hydrothermale, de température supérieure ou égale à celle de la PTME de l'échantillon altéré.

Néanmoins, les enrichissements en Br, Cl et éventuellement Cr constatés sur certains échantillons matures de Graissessac, n'ont a priori pu se produire qu'après la maturation de la MO, notamment à la faveur de circulations de fluides. Compte tenu du fait que l' enrichissement en ces éléments ne se corrèle pas avec les anomalies de Tmax de la MO mais obéit plutôt à une distribution géographique, il ne paraît pas imputable aux fluides précédemment incriminés. A titre d'alternative, nous sommes donc, cette fois, amenés à envisager des circulations froides, i.e. à des températures inférieures aux PTME enregistrées par les échantillons. Ces solutions notamment porteuses des anions Br^- et Cl^-, auraient affecté la géochimie de ces échantillons d'une manière discrète, sans perturber les paramètres caractéristiques de la MO. Dans ce cas, la géochimie de ces fluides aurait été fonction de celle des matériaux avec lesquels ils auraient interagi avant d'affecter la MO. A Graissessac, il s'avère que ces matériaux se caractérisent par une forte composante volcanique.

Au total, seule l'anomalie de Tmax (associée à l'IO) suggère donc l'influence possible de circulations hydrothermales chaudes avec les échantillons de charbons analysés. Au terme de cette phase de l'étude, il convient désormais de mieux comprendre l'origine des comportements des paramètres RE et notamment celui du Tmax qui ne reflète pas le même rang que celui fourni par la réflectance. Si l'hypothèse d'une circulation hydrothermale chaude et oxydante est validée, il s'agira alors de répondre aux questions suivantes :

- pourquoi la réflectance n'évolue-t-elle pas comme le Tmax ?

- pourquoi cette anomalie est-elle principalement rencontrée avec des charbons matures?

- quels seraient l'âge et la température des circulations envisagées sachant qu'elles sont postérieures à la maturation de la MO et qu'elles affichent nécessairement une température supérieure aux PTME enregistrées par les échantillons altérés (Copard et al., 2000) ?

Enfin, l'enregistrement des circulations supposées ne reposant que sur des bases assez fragiles, autrement dit uniquement sur les anomalies de Tmax, il est concevable de douter de leur influence, voire de leur existence même. Cette interrogation amène les questions supplémentaires suivantes notamment en ce qui concerne l'origine de l'augmentation de Tmax

jugée anomalique:

- une circulation de fluide froid de type supergène, est-elle à même d'augmenter de façon considérable le Tmax ?

- si oui, comment cette augmentation inattendue peut-elle s'expliquer?

Légende de la planche de l'article sous presse :

1 Lugeac: Mineral assemblage with quartz and euhedral adularia crystals (Ad, Sample LUG 6; polarized light).

2 Lugeac : SEM microphotograph of barite laths and silver sulfide (light grey) assemblages. 3 Saint-Priest-en- Jarez : exposure of the massive silica beds overlying the Carboniferous

sandstone-conglomerate series.

4 Saint-Priest-en- Jarez : microphotograph of amorphous to cryptocrystalline silica laminae (Sample SP 3; polarized light).

5 Landuzière : Appearance of the silicified sandstone-conglomerate series (Sample LAND 3; polarized light).

6 Landuzière : SEM microphotograph of lozenge-shaped and acicular arsenopyrite crystals (light grey), larger pyrite crystals (grey) in a quartz gangue inside plant cells with the cell walls intact (dark grey).

PLANCHE

IV.1

observations pétrographiques en microscopie photonique

[lumière naturelle (sans indication) ou lumière polarisée & analysée, LPA]

a faciès silto-argileux comportant des passées riches en MO (échantillon Se3,

n°33; affleurement de l'Alzou; Graissessac)

b dépôts amorphes d'o xy-hydroxydes de fer (goethite probable) altérant la pyrite

framboïdale (échantillon Ac16, La Béraudière, St. Etienne)

c pyrites framboïdales (échantillon Ac16, La Béraudière, St. Etienne)

d minéralisation en sulfures (arsénopyrite probable) de l'échantillon (échantillon

11332, sondage BA1, GPF Ardèche, cote : 1378m)

e faciès à dominance siliceuse (Qz) comportant des clastes de MO (échantillon

Ac3,La Béraudière, St. Etienne)

f faciès argilo-silteux à grains grossiers de quartz comportant des clastes de MO

(LPA échantillon Ac14, La Béraudière, St. Etienne)

g remplissage de pyrites massives dans des cellules végétales gélifiées – les

zones rougies attestent d'un début d'altération des sulfures en oxy-hydroxydes de fer (goethite ?) (échantillon Ac1, La Béraudière, St. Etienne)

h remplissage de pyrite framboïdale et de pyrite massive dans les cellules

végétales dont les parois sont silicifiées (échantillon LAN, affleurement de Landuzière, St. Etienne)

Légendes

arg. argile au sens large

AsPy arsénopyrite (FeAsS)

FeOOH goethite

framb Pyrite framboïdale

L lumière des cellules végétales

MM Matière Minérale (cortège minéral accompagnant la MO)

MO Matière Organique

P paroi des cellules végétales

Py. pyrite ou plus généralement sulfure.

Py. mas. pyrite massive

Qz quartz

telo telocollinite

vit. vitrinite

note : les figures de la communication (Copard et al., sous presse) ne sont pas mentionnées et possède leur numérotation propre.

m m 140 I-1 Ad Ad I-2 I-4 600 m m I-5 140 m m ^I-6 I-3 B A silica deposits detrital facies Qz Py AsPy

m m 14 a m m 14 b m m 14 c m m 7 d m m 14 e m m 14 g m m 14 ff m m 14 h MM. vit. telo telo telo AsPy? Qz vit. Py.mas. L P MO Qz arg. framb. framb. framb. Py.mas. FeOOH MO arg. FeOOH?

ALTERATION

ALTERATION

DES CHARBONS DU MCF

DES CHARBONS DU MCF

Récemment l'étude de deux paramètres de rang classiques de la matière organique, à savoir le pouvoir réflecteur de la vitrinite (Ro, en %) et le Tmax (°C) de la pyrolyse Rock-Eval 6 (RE6), nous a permis d'émettre l'hypothèse de circulations de fluides chauds et oxydants post houillification ayant affecté des charbons du Carbonifère supérieur, de divers bassins intramontagneux du Massif Central français (Copard et al., 2000). Cette interprétation se basait principalement sur des valeurs anormalement fortes du Tmax par rapport à la réflectance, amenant à une information conflictuelle en terme de degré de maturité de ces charbons. De surcroît, ces valeurs anormalement fortes du T_max s'accompagnaient fréquemment par de fortes valeurs de l'Indice d'Oxygène RE6 et de faibles valeurs d'Indice d'Hydrogène. De précédentes études ayant montré l’invariance du Tmax en pareil cas, nous avons exclu que ces phénomènes aient pu résulter d’un processus d’altération supergène. Il a donc été logiquement suggéré que la distorsion de ces paramètres de rang devait nécessairement impliquer un événement à la fois thermique oxydant ayant permis de faire évoluer le Tmax et conjointement l'IH et l'IORE6.

Outre le comportement inaccoutumé du Tmax, les observations pétrographiques effectuées sur ces charbonsont aussi révélé des micro-fracturations découpant les vitrinites et pouvant être accompagnées ou non de franges de plus faible réflectance que le cœur de la particule affectée. Ces observations uniquement effectuées sur ces charbons, nous ont amené à suggérer que ces critères pétrographiques étaient attribuables aux événements thermiques et oxydants précédemment incriminés.

Cependant, des remarques concernant ces critères pétrographiques (Koch, com. pers.) nous ont conduit à considérer une analogie entre les stigmates observés et des marques d'altération supergène. De plus, il semblerait que les circulations chaudes incriminées auraient préférentiellement, voire spécifiquement affecté certains charbons de haut rang caractérisés par un Ro>1,5%. En revanche, les charbons de bas rang (0,5<Ro<0,9%) ne montrent pas d'élévation du Tmax mais une simple diminution de l'IH et une augmentation de l'IO classiquement attribuables à une altération supergène (Copard et al., 2000). La prise en compte de ces deux remarques oblige à reconsidérer l'hypothèse d'un couple température / oxydation susceptible d'avoir provoqué l'augmentation du T_max et du IORE6 de charbons de rang élevé, ainsi que la diminution conjointe de leur IH. Cette remise en question nous a naturellement conduits à formuler d'autre(s) hypothèse(s) sur le ou les processus responsable(s) de cette altération.

L'objectif prioritaire de ce chapitre est d'affiner la caractérisation du processus d'oxydation invoqué, à travers ses marques spécifiques et notamment au niveau fonctionnel. Ensuite, il s'agit de préciser les conditions dans lesquelles ce processus s'est développé et que l'on soupçonne maintenant de n'avoir mis en jeu que des températures modérées.

Sur le plan analytique, nous avons procédé selon une double approche, pétrographique (observation optique et mesure du pouvoir réflecteur de la vitrinite) et géochimique : pyrolyse Rock-Eval 6 (RE6), analyses élémentaires et analyses de caractérisation de type industriel

(teneur en MV, taux d'humidité et de cendres). Cette approche analytique essentielle a été complétée par des études en microspectroscopie IRTF, ainsi que par une extraction alcaline. C'est en fait de ces deux dernières approches que nous attendions les indications majeures sur les conditions dans lesquelles s'est développée l'altération oxydative étudiée, à travers une caractérisation des groupes oxygénés portés par la MO.

Nous nous sommes en premier lieu focalisés sur les échantillons de Saint-Etienne et, bien qu'ils aient fait l'objet d'une étude antérieure (Copard et al., 2000), sur ceux de Graissessac. Qu'elles proviennent de charbons nouvellement étudiés ou non, les données de ces analyses ont, dans la mesure du possible, été comparées avec les résultats antérieurs (Copard et al., 2000), mais aussi avec d'autres données de la littérature. Parallèlement, des charbons ont aussi été soumis à une altération thermique simple, afin de contrôler l'influence du seul effet de la température sur les paramètres étudiés.

Dans cette étude une attention plus particulière a été portée aux échantillons G43 de Saint-Etienne, ainsi qu'aux échantillons RG2, Sé2 et Sé6 de Graissessac, jugés représentatifs des types d’anomalies précédemment décrits (Copard et al., 2000). A ces échantillons sont systématiquement associés des échantillons homologues (i.e. provenant du même affleurement) nommés références si et seulement si, ils répondent aux conditions suivantes :

- leur T_max et leur Ro sont cohérents entre-eux et fournissent donc la même indication de rang;

- ils ont un Ro identique à celui de l’échantillon altéré dont ils constituent la référence; - ils ne montrent aucune marque d'oxydation tant d’un point de vue pétrographique que géochimique ; ils doivent donc présenter un IH et un IO cohérents avec leur degré de maturité;

- ils doivent être de même âge, appartenir au même compartiment tectonique et à la même coupe que l’échantillon anomalique dont ils constituent la référence.

Les échantillons G51, pour G43-G42, RG1 pour RG2 et enfin Sé42-Se5 pour Sé2-Sé6 répondent à ces conditions et seront donc utilisés en tant que références afin de rendre compte des modifications chimiques qu'ont subies les charbons anomaliques.