Pr. Salah Bouhlel
Cours Géologie Faculté des Sciences de Tunis Unversité Tunis El Manar Salah Bouhlel  
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  COURS DE MINERALOGIE
  GITES METALLIFERES & METALLOGENIE
  => 1. Ressources; métallogénie; gîtes métallifères
  => 2. Fluides magmatiques
  => 3. Fluides hydrothermaux
  => 4. Alteration des roches encaissantes
  => 5. Paragenèse, Séquence paragénétique, zonalité
  => 6. Inclusions fluides
  => 7. Isotopes stables
  => 8. Classification des gîtes métallifères
  => 9. Les gîtes liés aux magmatismes mafique et ultramafique
  => 10. Les gîtes du plutono-volcanisme alcalin (Carbonatites à Nb, Zr, Ti, U, Th et kimberlites et lamproïtes à diamant)
  => 11. Les gîtes du plutonisme felsique (Pégmatites, Porphyres, Skarnes, Mantos)
  => 12. Les gîtes épithermaux associés au volcanisme aérien felsique (Or, Argent, ..)
  => 13. Les gîtes du volcanisme sous-marin ("Volcanic-Hosted Massive Sulfides") (VHMS)
  => 14. Les gîtes filoniens (Au, Ag, Pb-Zn-Ba-F)
  => 15. Les SHMS ou SEDEX
  => 16. Gisement de type Mississippy Valey (MVT)
  => 17. Gisements stratiformes de Cu-(Ag-Pb-Zn…) dans des roches détritiques (pelites)
  => 18. Gisements à Uranium dans des conglomérats et grès
  => 19. Gisements de fer et de manganèse d’affiliation sédimentaire
  => 20. Phosphates sédimentaires
  => 21. Evaporites
  => 22. Gîtes liés aux altérations météoriques
  Ressources Minérales de la Tunisie
  METALLOGRAPHIE
  ATLAS METALLOGRAPHIQUE
  MINERAUX DES MINERAIS
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1. Ressources; métallogénie; gîtes métallifères
1        Ressources minerales; métallogenique ; gites métallifères
 
1.1       Types de matière première
 
Les ressources minérales constituent une partie essentielle des matières premières des industries métallurgiques et chimiques, de l'énergie, ainsi que des produits utiles pour les travaux publics et la joaillerie.
 
On distingue les trois grands types suivants de matières premières minérales (Table 1.1) :
 
A)      Métaux (exemples : Fe, Cu, Zn, Au), pas abondants, donc chers --> un transport long est économiquement possible, traitement nécessaire
 
B)      Non Métalliques (exemples : matériaux de construction, fertilisants (comme les phosphates), peu abondants, usage souvent direct, --> un transport très long normalement pas possible
 
C)      Combustibles énergétiques (exemples :, hydrocarbures, charbon, U), pas abondants, donc chers --> un transport long est économiquement possible
 
L'impact des matières premières minérales dans l’économie mondiale est important. Ensemble, les matières premières minérales constituent environ 10% de la valeur globale de la production mondiale.
 
1.1.1       Notion de Minerai « ore »
 
Selon la définition de E. Raguin (1946) :
 
"Minerais = les substances minérales naturelles qui peuvent être exploitées et vendues avec profit, pour être utilisées en général après une élaboration industrielle physique et chimique. Les matériaux de construction sont donc laissés en dehors des minerais."
 
Le tableau 1.1 donne une classification des minerais.
 
Par convention on tend à limiter la définition aux minerais utilisés pour la fabrication des métaux (groupe A). D'un point de vue strictement logique, l'eau et le pétrole sont des "minerais liquides", comme le charbon (groupe C), ils sont de vrais minerais; mais dans l'usage courant, on ne les désigne pas comme tels.
 
Le terme minerai s'applique donc à des substances minérales naturelles (en général des roches) et implique donc des aspects chimiques, physiques et économiques.
 
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.
 
Tableau 1.1 – Classification des minerais
 
A- Métaux  (12% du valeur des matières premières minérales)
 
Fer et ferreux d’alliage (iron and iron alloys)
Fe,Mn,Cr,Ni,Co,Mo,V
Non ferreux (métaux de base, base mestals)
Cu,Pb,Zn,Sn,Cd,Sb,Bi,Hg
Précieux (precious métals)
Au,Ag, et PGE
Autres
Be,As
Légers (light metals)
Al,Mg,Ti
 
 
 
 
 
 
(PGE = Platinium, Rhutenium, Rhodium, Iridium, Osmium)
 
B- Non métalliques (non-metallics or industriel minerals) (13% des matières premières)
 
Matériaux de construction
Sables, graviers, calcaires
Chimiques
S, sels, fluorine
Céramiques
Quartz, argiles, feldspath
Isolants
Amiantes, mica
Pigments
Argiles, diatomite, barite
Engrais
Phosphates, azote, potassium
Gemmes et pierres précieuses
Diamant, émeraude, saphirs,rubis, etc
 
 
 
C- Combustibles énergétique (~75% des matières premières)
 
Hydrocarbures
Pétrole et gaz
Roches carbonées
Charbon
Combustibles [métaux] ‘metals fuels)
U,Th
 
 

 
 
1.2       Minéralogie des minerais
Le Tableau xx donne les principaux minéraux formant des gîtes économiques. On constate que presque tous les minéraux non-silicatés peuvent se rencontrer dans les gîtes métallifères.
Retenons en particulier les sulfures, les sulfosels, les oxydes ; des minéraux de la gangue (quartz, barytine, dolomite, calcite) et les minéraux d’altération.
 
1.3       gîtes metalifères « ore deposits » 
1.3.1       Définition
 
Selon la définition de  E. Raguin (1946), un gisement minéral est "une concentration locale exceptionnelle de substances minérales, qui sont ailleurs diffuses dans l'écorce terrestre à faible teneur". Cette concentration n'est pas toujours exploitable. La notion de gisement va donc au-delà des tendances immédiates du marché.
 
D’un point de vue économique, un gisement est une concentration minérale exploitable avec profit.
 
D’un point de vue géochimique, un gisement est un point de la crôute terrestre marqué par une concentration anormale en un ou plusieurs éléments chimique, économiquement exploitatble.
 
On définie un facteur de concentration qui correspond au taux d'enrichissement en un élément chimique, c'est à dire au rapport entre sa teneur moyenne d'exploitation et son abondance dans la croûte (clarke). Il n'est pas le même pour tous les métaux.
 
Tirée de xxxxx

 
 
Le tableau 1.2 donne quelques exemples de teneurs typiques de gisements métallifères. Les teneurs sont comparés à la concentration moyenne dans la croûte terrestre. On remarque que les "facteurs d’enrichissement" de la concentration moyenne de la croûte aux teneurs dans les gisements varie de 4 pour l'aluminium jusqu'à plus de 1000 pour l'or et le plomb.
 
Tableau 1.2  - Concentrations métalliques et facteurs de concentration
élément
teneur moyenne
dans la croûte Continentale
teneur
d’exploitation
facteur de
concentration
taille des
gisements
géants (Mt)
Al
8.1%
30%
4
 
Cu
0.005
0.5-2
100-400
 
Ag
0.1 ppm
150 -300 g/t
1500-3000
 
Fe
7,4 %
60 %
8
 
Ti
0,54 %
35 %
65
 
Ni
0,011 %
3 %
270
>5,8
Zn
0.007 %
4%
600
 
Pb
16 ppm
10 %
1 250
>1.6
Sn
2,5 ppm
1 %
4 000
>0,25
Au
0,3 ppb (0.003ppm)
10 g/t (=10ppm)
30 000
>0,00034
 
 
 
La notion de gisement de minerai est donc à la fois d'ordre chimique et d'ordre économique. On comprend aisément que cette notion varie :
 
- dans le temps, en fonction des progrès dans les techniques d'exploitation, de valorisation, de l'utilisation par l'industrie de tel ou tel élément et de nombreux autres facteurs secondaires ;
 
- dans l'espace, en fonction des systèmes politiques ou économique, ou données géographiques (éloignement des gisements, coût de l'énergie, coût du transport, etc...).
 
On distingue les concentrations métallifères, où l'on va détruire la structure des minéraux pour en extraire un élément, par exemple la sphalérite pour le zinc, des concentrations de minéraux dits industriels où l'on conserve la structure naturelle tout en l'aménageant, comme c'est le cas pour l'amiante.
 
Ainsi, il y a lieu de prendre en compte plusieurs types de facteurs liés au gisement lui-même, à la structure du marché et à des considérations politiques. Le mode d'exploitation, le coût de l'énergie, les coûts métallurgiques (maille de libération, substances pénalisantes, mode de traitement etc.) sont des facteurs liés au gisement.
 
Les facteurs liés à la structure du marché tel l'existence de monopole, d'oligopole ou une concurrence plus ou moins vive influenceront largement la viabilité d'une exploitation.
 
Les substances minérales jouent également un grand rôle politique et suscitent donc l'intérêt des gouvernements: indépendance énergétique, métaux militairement stratégiques comme l’uranium, développement régional et fixation de population, acquisition de monnaie en devise.
 
1.3.2       Autres nomenclatures : indice, corps minéralisés etc..
 
L'étude des gîtes métallifères s'appuie sur un vocabulaire rigoureux. En plus de la définition du gîte (voir ci-dessus), on doit également retenir les notions suivantes : 
 
Les géologues miniers utilisent des termes précis pour décrire la morphologie des gisements. La définition de la morphologie d’une concentration minérale présente une grande importance tant pratique (exploration, exploitation), que pour la détermination des conditions de genèse du gîte.
 
Un indice est une indication de la présence de minéralisation sans valeur économique; les anglo-saxons utilisent souvent le terme d'occurrence.
 
Orebody (corps mineralisé)
 
Un coprs minéralisé correspond à une continuité des travaux miniers; sa plus grande dimension est généralement inférieure au kilomètre.
 
"A continuous, well-defined mass of material of sufficient ore content to make extraction economically feasible" (Bates & Jackson, 1987). Ce terme très utilisé en anglais peut être traduit en français par l'expression assez inhabituelle de "corps minéralisé".
 
Un champ correspond à l'assemblage de plusieurs corps; les dimensions varient de 1 à 10 km.
 
Un district regroupe plusieurs champs; ses dimensions varient de 10 à 100 km.
 
Une aire ou province métallifère est une vaste zone (au-delà de 100 km) à concentration élevée en gîtes: elle peut prendre la forme d'une ceinture (ex: ceinture plombo-zincifère circum-méditerrannée.
La répartition des gisements est très anisotrope: ainsi, le bassin sédimentaire du Witwatersrand (Afrique du Sud) a produit plus de moitié de tout l'or du monde depuis 1887 (41 kt).
Un seul gisement, Climax aux USA a produit 38% de tout le molybdène consommé depuis le début de l'ère industriel.
 
 
1.4       Morphologie des gisements : Concordance – discordance
1.4.1       Notion de Concordance –Discordance
 
La relation géométrique entre les "orebodies" et leurs roches encaissantes peut être définie en fonction du facteur de concordance:
 
-gîtes concordants avec leurs roches encaissantes (ou stratiformes)
 -gîtes discordants avec leurs roches encaissantes
 
 
 
Figure 1.3. Types morphologiques de corps stratiformes et lenticulaires

 
1.4.2       Gîtes concordants avec la roche encaissante ("stratiformes") à l'échelle du gisement
 
Dans le groupe des gisements concordants avec leur roche encaissante les "orebodies" peuvent constituer de vraies couches à l'échelle régionale (Exemple gisements de phosphates sédimentaires ; gisements d’évaporites)
 
Le minerai peut être aussi
 
Ø massif (exemple: les itabirites ou BIF ("Banded Iron Formations") très riches du district d'Itabira, Brasil, avec des contenus de l'ordre de 60-66% de Fe2O3),
           ou
Ø disséminé (exemple: contenus de Cu de l'ordre de 1% sous la forme de chalcopyrite, bornite et autres sulfures dans les gisements du type Kupferschiefer).
 
1.4.3       Gites discordants avec la roche encaissante
 
On a des gîtes stratabound, en lentilles ou en amas plus ou moins discordants sur les structures des roches encaissantes et les filons qui représentent les morphologies les plus typiques de concentrations minérales discordantes.
 
                a) Stratabound (lié à des strates) - Le terme "stratabound"(ou "strata-bound") est appliqué à des gîtes métallifères qui sont liés à des unités stratigraphiques. Il faut souligner que les roches stratifiées peuvent être tantôt sédimentaires, tantôt volcaniques.
 
"Strata-bound Said of a mineral deposit confined to a single stratigraphic unit. The term can refer to a stratiform deposit, to variously oriented orebodies contanied within the unit, or to a deposit containîng veinlets and alteration zones that may or may not be strict conformable with bedding" (Bates & Jackson, 1987)
 
Un gisement "stratabound" peut donc comprendre des parties stratiformes et/ou discordantes si elles se trouvent dans une unité stratigraphique déterminée. Ainsi, dans l'exemple des amas sulfurés mentionnés plus haut, les parties stratiformes et les parties discordantes du stockwerk forment un gisement stratabound.
 
Finalement on doit encore souligner que le terme "stratabound" est seulement géométrique et n'implique aucune genèse. Mais c'est un terme utile, surtout pour l'exploration, puisqu'il permet de décrire l'association empirique de certains gisements à leurs roches encaissantes sans en connaître leur genèse.
 
b) Lentilles, amas - Les lentilles et amas sont de nature et d'origine très diverses, par exemple :
 
- amas pegmatitiques renfermant des terres rares, de l'étain, du béryl, etc.;
- amas bauxitiques ou à Pb-Zn-Ba en remplissage de poches dans des calcaires karstifiés;
- lentilles ou amas de sulfures massifs associés aux complexes volcano-sédimentaires;
 
 
             c) Filon ("vein")
 
La planche des figures 1.3, donne les types morphologiques de corps filoniens (en carte et en coupe).
Par définition un filon recoupe les structures de la roche encaissante bien que localement, il puisse être parallèle à elles ('filon couche"). Souvent il s'agit de remplissage de fractures.
Les formations encaissantes sont qualifiées d'épontes ("walls"), l'éponte inférieure étant le mur et l'éponte supérieure étant le toit. Le contact entre le filon et son éponte est tantôt franc, tantôt affecté par une altération qualifiée par hydrothermale. " Souvent entre le filon et la roche encaissante, il existe une zone litée de matériel argileux, généralement tendre: la "salbande" ("selvage", "Salbande"). Quelquefois la surface même de contact d'un filon avec la roche encaissante est également appelée "salbande".
 
Le volume occupé par le filon est la caisse filonienne formée par une association minéralogique constituée par le minerai métallique et sa gangue (quartz, barytine, fluorine, calcite, etc. ). La caisse filonienne renferme parfois des débris emballés de la roche encaissante.
 
Si l'échelle de l'affleurement, le filon se présente comme une figure à bords parallèles, à l'échelle régionale ce même filon montre des variations d'épaisseurs sensibles. Ainsi une caisse filonienne d'une dizaine de mètres de puissance se réduira à un filet de un ou de deux centimètres dans lequel seul le minerai ou sa gangue serait présent. A l'extrême le filon se poursuit par une faille - voir une diaclase- sans minéralisation, avant de retrouver un nouveau corps minéralisé. Dans ces conditions, la recherche de l'extension d'un gîte ressort de l'analyse structurale fine.
 
L'orientation d'un filon se définit (par analogie avec l'orientation d'une couche) par sa direction (strike) et son pendage (dip).
 
Souvent les filons sont disposés "en échelon" ou ils sont "anastomosés".
 
Le filon se termine normalement par pincement ("pinching out"). S'il présente un éparpillement à l'échelle d'un champ filonien, on parle de structure en queue de cheval ("horsetail structure") qui est typique pour les filons se terminant en roches de moindre cohésion.
 
Souvent la minéralisation utile ne se répartit pas de façon régulière et homogène dans un filon. Elle peut être concentrée en zones de forme variable que les mineurs désignent par des noms divers. Par exemple un "ore shoot" (colonne minéralisée représente une partie particulièrement riche de forme lenticulaire, souvent avec une élongation marquée dans le plan du filon ou de la faille. Dans un filon donné les directions d'allongement des diverses "colonnes minéralisées" sont parfois à peu près parallèles.
 
Filonnet (veinlet) : Filon petit et irrégulier
Veinule (stringer) : Filonnet très mince
 
Les groupements de filons sont appelés "champ filonien", composés de corps minéralisés plus ou moins parallèles ou au contraire sécants.
 
Un croiseur est un filon de moindre importance recoupant (ou recoupé par) le filon principal. Les intersections de filons croiseurs sont parfois le siège de concentrations minérales particulièrement riches.
 
Stockwork
 
Une partie d'un gisement formée par un réseau tridimensionnel de filons et filonnets (selon plans réguliers ou de forme irrégulière) minéralisés qui sont suffisamment proches pour que toute la masse de roche soit exploitée.
 
 
Figure 1.4. Types morphologiques de corps filoniens
1.4.4       Associations de types morphologiques
 
Un gisement minéral peut présenter une association de types morphologiques différents. Par exemple la succession verticale de haut en bas de parties stratiformes, en stockwork et en filons est typique pour certains gisements du type amas sulfuré.
 
1.4.5       Termes génétiques utilises dans la description des gîtes métallifères:
a)       les termes ‘’syngénétique’’  et ‘’épigénetique’’
Un autre type de classification génétique se base sur les âges de mise en place respectifs du gisement et des roches encaissantes. Ainsi, les gisements qui se forment en même temps que la roche encaissante sont syngénétiques et ceux qui se forment après sont épigénétiques.
syngenetic (ore deposit) Said of a mineral deposit formed contemporaneously with, and by essentially the same process as, the enclosing rocks (Glossary of Geology, A.G.I., 1987)
epigenetic (ore deposit) Said of a mineral deposit of origin later than that of the enclosing rocks (Glossary of Geology, A.G.I., 1987.)
 
b)      Les termes "hypogene" et "supergene"
 
Hypogene: "said of a mineral deposit formed by ascending solutions, also said of those solutions and of that environment".
 
Supergene: "said of a mineral deposit or enrichment formed near the surface commonly by descending solutions, also said of those solutions and of that environment"(Glossary of Geology, A.G.I., 1987).

1.5       Méthodes d’études
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.
Sur le terrain, les principales questions à résoudre sont la nature et la géométrie des minéralisations, leurs relations spatiales avec l’encaissant (conformité ou discordance), l‘établissement de chronologie de la mise en place de la minéralisation et l’insertion des minéralisations dans l’histoire géologique locale et régionale.
Les methodes de terrain sont donc, la stratigraphie, la cartographie, à une échelle détaillée (1/1000 à 1/10 000), la tectonique, la mineralogie descriptive, la petrologie des roches, la geophysique, etc..
En laboratoire, les méthodes utilisées devront répondre à des besoins de description détaillée des objets géologiques et miniers et à une compréhension de la genèse des concentrations.
La partie descriptive s’appuiera en particulier sur :
Une minéralogie détaillée des minerais (métallographie) afin d’établir la position des substances économiques par rapport aux roches encaissantes et l’ordre de mise en place des minéraux (paragenèse et séquences paragénériques).
La nature des altérations peut être reconnue par les assemblages minéralogiques et par des études détaillées des minéraux et par des bilans de masse, basés sur des analyses chimique (majeurs, traces),
Les relations chronologiques entre minéralisations, altérations et encaissants constitueront également un élément fondamental à éclaircir, en utilisant par exemple les textures de dépôt.
La reconstitution de la genèse des minéralisations portera sur les conditions de dépôt, de transport et la nature de la source des éléments :
Détermination de l’âge de la minéralisation, par rapport à l’encaissant et à l’évolution géologique, puis d’une manière absolue (chronomètres isotopiques).
Les conditions de transport et de dépôt pourront être approchées par l’étude des inclusions fluides, les équilibres minéralogiques des minéralisations et des altérations, la géothermométrie isotopique et l’analyse microtectonique.
La recherche des sources fait appel à la géochimie des éléments en trace, les inclusions fluides et la géochimie isotopique.
L’élaboration d’une synthèse peut s’effectuer au sein d’un modèle descriptif ou d’un modèle génétique exprimant les processus génétiques.
La mise au point de guides de prospection constitue les éléments décisifs qui permettent de valider les résultats de la recherche.
Liste des cours disponibles  
  1) Minéralogie Générale (IGS3)

2) Gîtes Minéraux (Gîtes météllifères et Métallogénie) (ST3 RME ET IGS4

4) Géochimie des isotopes stables S1 du M1 (= géochimie Isotopique II dans le programme affiché)

5) Substances Utiles (industriel minerals) et ressources énergétiques pour LAGTE2 (en construction)

6) Atlas des minéraux des minerais (LAGTE2, ST3, IGS4)

7) Atlas métallographie sous miccroscope à lumière réfléchie (ST3 RME, IGS4 et autres...)

8) Inclusions fluides pour la métallogénie et la géologie des bassins sédimentaires et des réservoirs (ST3 RME, IGS 4 et MASTERS ST)


 
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