Les indices pour remonter le temps

2.3.3 Transport . . . 38 2.3.4 Pi´egeage des concentrations . . . 39

2.1

Disciplines et techniques en m´etallog´enie

La m´etallog´enie est une science complexe qui vise `a comprendre la gen`ese des concentrations m´etallif`eres. La source des m´etaux, le transport des ions m´etalliques par des fluides hydrothermaux ou magmatiques et le pi´egeage de concentrations dans la croˆute sont autant de facteurs d´eterminants pour la mise en place de gisements.

La conception actuelle concernant la formation des gisements s’appuie sur des disci- plines vari´ees mettant en oeuvre des techniques permettant d’appr´ehender les processus min´eralisateurs `a diverses ´echelles.

L’´etude des d´epˆots min´eralis´es requi`erent de ce fait des connaissances dans des domaines tels que la g´eochimie, la p´etrologie ou la g´eologie structurale.

Parmi les techniques utilis´ees pour d´eterminer les processus entrant dans la forma- tion des gisements, des lev´es de surface et des forages souterrains ainsi qu’une analyse structurale sont n´ecessaires et peuvent s’accompagner d’´etudes min´eralogiques des tex- tures et des s´equences parag´en´etiques. L’alt´eration hydrothermale doit, elle aussi, ˆetre caract´eris´ee, donnant acc`es aux donn´ees relatives `a la source de chaleur, et aux mine-

34 Gen`ese des gisements

rais susceptibles d’ˆetre rencontr´es dans la zone d’´etude. Les compositions de la roche et des min´eraux intervenant dans les processus de min´eralisation doivent aussi ˆetre contraintes. L’´etude des inclusions fluides permet de retrouver les conditions de pres- sion et temp´erature des fluides min´eralisateurs au moment du d´epˆot. Le tra¸cage de la source des fluides s’effectue par l’analyse des isotopes stables et radiog´eniques.

Enfin la g´eochronologie permet de dater les ´ev´enements min´eralisateurs et de les replacer dans un cadre temporel en d´eterminant leurs ˆages relatifs par rapport `a l’encais- sant. Dans le cas de gˆıtes magmatiques, l’´etude des magmas `a proximit´e des gisements est importante car elle permet de donner les caract´eristiques relatives `a leur mise en place (temp´erature d’intrusion, min´eraux abondants, etc.).

La g´eophysique consiste surtout `a appuyer l’exploration mini`ere, mais elle ne repr´e- sente pas, `a proprement parler, un outil pour comprendre la m´etallogen`ese. N´eanmoins, des ´etudes introduisant des processus physiques ont pu ˆetre appliqu´ees aux probl`emes de la formation des gisements.

La g´eochimie permet de r´epondre `a nombre de questions mais dans certains cas il arrive que certaines des caract´eristiques de la min´eralisation restent ´enigmatiques.

Les mod´elisations num´eriques repr´esentent un outil suppl´ementaire pour visualiser les processus agissant sur la mise en place de gisements. Elles permettent de calculer les ´ecoulements de fluides hydrothermaux, les champs de temp´erature et les ´eventuelles distributions des zones de pr´ecipitation dans des contextes proches de ceux rencontr´es en m´etallog´enie.

Les syst`emes hydrodynamiques peuvent r´esulter de la pr´esence d’anomalies ther- miques dans la croˆute et de la dispersion de ces anomalies par conduction et convection de fluides. Les fluides s’´ecoulent dans les fractures et les roches perm´eables de la croˆute terrestre et tendent `a ´evacuer les perturbations thermiques `a distance de l’anomalie initiale. Les environnements dans lesquels les gisements hydrothermaux se mettent en place pr´esentent souvent une tectonique complexe et des ´episodes de plutonisme.

Parmi les questions qui subsistent :

La distribution spatiale des gisements semble s’inscrire dans le cadre de la tectonique des plaques cependant, cette relation ne permet pas de justifier de la pr´esence ou au contraire de l’absence de gisements en tout point du globe, ni de comprendre l’ampleur de ces derniers.

L’ˆage des min´eralisations est souvent d´etermin´e `a quelques millions d’ann´ees pr`es ce qui n’est pas assez pr´ecis pour comprendre les relations exactes entre les diff´erents pro- cessus. Il est donc important de comprendre les dur´ees respectives auxquelles on peut s’attendre pour les divers processus.

L’une des incertitudes les plus importantes dans l’´etude des syst`emes hydrothermaux par le biais de mod`eles num´eriques reste la variation et la valeur des param`etres contrˆo- lant les circulations de fluide crustaux (perm´eabilit´e, porosit´e, etc.).

2.2 D´efinition d’un gisement 35

2.2

D´efinition d’un gisement

La notion de gisement s’applique `a toute concentration min´erale, contenant un ou plusieurs m´etaux, exploitable ´economiquement. Le terme gˆıte poss`ede une signification proche mais il ne contient pas de connotation ´economique.

Les gˆıtes m´etallif`eres repr´esentent des concentrations chimiques de m´etaux anormales par rapport `a la teneur moyenne de la croˆute terrestre en ces ´el´ements.

Le tableau 2.1 pr´esente la composition chimique moyenne de la croˆute continentale terrestre, il apparaˆıt que pr`es des 98.5% en poids de la croˆute sont constitu´es de huit ´el´ements principaux, `a savoir : O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, et Mg. La plupart des m´etaux, quant `a eux, sont peu abondants dans la croˆute continentale. Le “clarke” des m´etaux, d´efini par Vernadsky (1924), d´esignant le pourcentage d’un ´el´ement chimique dans la croˆute, est donc faible. Dans les formations g´eologiques communes, ils sont dispers´es dans les min´eraux et les roches mais sont rarement concentr´es.

Tab.2.1 – Composition chimique moyenne de la croˆute continentale terrestre d’apr`es les donn´ees disponibles pour la croˆute continentale (S. Taylor & McLennan, 1995; Rudnick & Fountain, 1995; Plank & Langmuir, 1998). De O `a Mg les quantit´es sont exprim´ees en pourcentage du poids, de C `a Lu en ppm et de Cd `a Os en ppb.

O(%wt) 47.2 Sr 260 La 16 Y b 2.2 Lu 0.3 Si 26.8 Ba 250 N d 16 U 1.7 Cd(ppb) 98 Al 8.41 V 230 Li 13 Ge 1.6 Ag 80 F e 4.32 Cr 185 N b 11 Be 1.5 Bi 60 Ca 5.29 N i 105 B 10 Eu 1.1 In 50 N a 2.3 Zr 100 T h 8.5 As 1 Hg 40 K 0.91 Zn 80 P b 8 Br 1 T e 5 M g 3.2 Cu 75 P r 3.9 T a 1 Au 3 98.43(%wt) N 60 Dy 3.7 W 1 P d 1 C(ppm) 1990 Se 50 Sm 3.5 M o 1 P d 0.4 M n 1400 Ce 33 T h 3.5 U 0.91 Re 0.4 P 757 Rb 32 Gd 3.5 I 0.8 P t 0.4 S 697 Sc 30 Hf 3 Ho 0.78 Ru 0.1 T i 540 Co 29 Cs 2.6 T b 0.6 Ir 0.1 F 525 Y 20 Sn 2.5 T m 0.32 Rh 0.06 Cl 472 Ga 18 Er 2.2 T l 0.36 Os 0.05

Une concentration m´etallif`ere devient exploitable, si une teneur limite est atteinte. La teneur minimale d’exploitation (ou Cut-Off) est fonction de crit`eres ´economiques et sociaux, et varie selon le type du gisement. Ainsi, elle est d´efinie pour chaque d´epˆot de mani`ere `a ce que l’exploitation soit r´emun´eratrice.

36 Gen`ese des gisements

La teneur minimale fluctue notamment en fonction du cours des m´etaux qui lui mˆeme est influenc´e par les conditions ´economiques mondiales ou nationales.

Les param`etres relatifs `a la localisation du site telles que, les conditions climatiques, et les infrastructures disponibles (routes, chemins de fer, ´electricit´e etc.), auront, quant `

a eux, un impact sur le coˆut de l’exploitation, et de l’acheminement des produits de la mine. Le ravitaillement en eau, n´ecessaire `a toute exploitation, sera aussi un facteur d´eterminant.

D’autre part, selon le type d’exploitation, les coˆuts d’extraction sont variables. Des gisements affleurants tels que les ´epithermaux peuvent ˆetre exploit´es en open-pit entraˆınant des coˆuts d’extraction faibles compar´es `a ceux d’une mine souterraine. De la mˆeme mani`ere, le fait de m´ecaniser l’exploitation abaisse les coˆuts. Cette m´ecanisation est possible notamment dans le cas des gros gisements diss´emin´es, type porphyres, poss´edant une faible teneur mais un fort tonnage.

Enfin, la teneur limite d’exploitation est fonction des crit`eres relatifs `a la min´era- lisation au sens strict tels que la morphologie du corps min´eralis´e et la min´eralogie. La taille du grain et la nature de la gangue conditionnent le coˆut du broyage. Ainsi, plus la min´eralisation est diss´emin´ee, plus le broyage doit ˆetre fin.

La pr´esence d’´el´ements valorisants ou au contraire d’´el´ements p´enalisants est aussi `

a prendre en compte. Dans le cas des d´epˆots de zinc (Zn), par exemple, le fait d’avoir du Germanium (Ge) et de l’Indium (In) va apporter une valeur ajout´ee au gisement. Au contraire la pr´esence d’´el´ements tels que le Cadium (Cd), l’Arsenic (As), le Mercure (Hg) ou l’Antimoine (Sb) implique un traitement chimique suppl´ementaire et de ce fait des coˆuts d’exploitation plus importants.

Pour chaque m´etal, on d´efinit un facteur de concentration qui correspond au rap- port de sa teneur minimale d’exploitation et de son clarke. Ce facteur encore ap- pel´e clarke de concentration, indique le degr´e de concentration n´ecessaire pour que se forment des d´epˆots exploitables.

Le tableau 2.2 cite quelques exemples de facteur de concentration pour des m´e- taux usuels. Pour une mˆeme substance, ce facteur varie en fonction du type de la min´eralisation, en raison des diff´erents coˆuts d’exploitation que celui-ci implique.

Il apparaˆıt que pour ˆetre exploitables, les m´etaux doivent ˆetre de cent `a des milliers de fois plus concentr´es que dans la croˆute terrestre moyenne. Mais quels peuvent ˆetre les processus responsables de telles concentrations ?

2.3 M´ecanismes de formation (Source, Transport, D´epˆot) 37

Tab.2.2 – Clarkes, teneurs minimales d’exploration et facteurs de concentration pour divers ´el´ements d’apr`es J´ebrak (2004) et (*) Y. Deschamps (com. pers., 2004)

´el´ement Type de gisement Clarke Teneur moyenne Facteur

d’exploitation exploitable de concentration

F e / 7.4% 60% 8 T i / 0.54% 35% 65 N i / 0.011% 3% 270 P b / 8ppm 10% 1250 Au Epithermaux 3ppb 1ppm∗ 333 Au Carri`eres 3ppb% 3− 5ppm∗ 1330 M´esothermaux Au Mine 3ppb% > 8− 10ppm 3000 Cu Porphyres 75ppm 0.3− 0.5%∗ 5.3

Cu VMS (sulfures massifs volcanog`enes) 75ppm > 2− 3%∗ > 33

Zn VMS et Sedex 80ppm% > 13%∗ > 160

(sulfures massifs dans des s´ediments)

P t Mine 0.4ppb 5− 10ppm∗ 1900

2.3

M´ecanismes de formation (Source, Transport,

D´epˆot)

Les gisements, au sens large, se situent dans des endroits particuliers de la croˆute terrestre, o`u une conjonction de facteurs permet la mise en place de la min´eralisation. La formation d’une concentration m´etallif`ere n´ecessite une source, un transport et un d´epˆot (Routhier, 1963). Ces conditions locales r´esultent pour la plupart de l’´evolution

Source

Transport

Dépôt

`

a long terme de la croˆute et du manteau. L’´etude de la gen`ese des gisements peut donc s’inscrire dans le cadre de la g´eodynamique globale.

2.3.1

Les indices pour remonter le temps...

Les g´eologues miniers cherchent `a proposer des sc´enarii de mise en place des gi- sements, ils utilisent divers moyens pour y parvenir. Certains caract`eres propres au gisement et `a son encaissant sont de bons indices pour comprendre l’histoire g´eologique

38 Gen`ese des gisements

menant `a l’apparition d’une concentration.

Parmi les caract`eres relatifs au gisement, les suivants peuvent ˆetre cit´es :

– la paragen`ese, c’est-`a-dire la ou les associations min´erales constituant le ou les minerais du gisement ;

– les conditions de pression et temp´erature des fluides min´eralisateurs au moment du d´epˆot (´etude des inclusions fluides) ;

– la composition chimique et les teneurs ; – l’ˆage de la min´eralisation (datation) ;

– les contrˆoles structuraux sur la min´eralisation ; – la morphologie et la g´eom´etrie des corps min´eralis´es ;

– le tra¸cage de la source des fluides (analyse des isotopes stables et radiog´eniques). Les principales caract´eristiques de l’encaissant `a retenir sont :

– la nature lithologique des roches ;

– les structures pr´esentes (importantes pour le pi´egeage de concentrations) ; – la proximit´e de roches plutoniques ou volcaniques (rˆole thermique) ; – le degr´e de m´etamorphisme ;

– la paragen`ese d’alt´eration des roches encaissantes (souvent associ´ee `a un type de gisement).

Enfin, la formation des concentrations entre dans le cadre de l’histoire g´eologique r´e- gionale. La relation temporelle entre le gisement et son encaissant est, de ce fait, un aspect de l’´etude `a ne pas n´egliger dans l’´elaboration d’un sc´enario de mise en place d’un gisement.