1 Inclusions fluides
Les études métallogéniques d’une concentration minérale a parmi ses buts la détermination des caractéristiques géochimiques et thermiques des fluides minéralisateurs ; ces buts peuvent être atteints par l’étude des inclusions fluides dans les minéraux des minerais et de leurs gangues.
1.1 Définition
Les inclusions fluides sont des petites cavités à l’intérieur des cristaux remplies par des fluides piégées au cours de la croissance du minéral ou après sa formation. Ces inclusions fluides représentent des témoins des fluides minéralisateurs et peuvent nous renseigner directement sur les conditions de cristallisation des minéraux, en particulier des minerais et de leurs gangues et des roches.
La phase fluide peut être un liquide et/ou gazeuse; elle correspond à de l'eau, du CO2, des hydrocarbures et de l'azote. Certaines inclusions peuvent renfermer des phases solides surtout représentées par des cristaux de chlorures, comme NaCal (halite) ou KCl (Sylvite), et témoignent d’une sursaturation des solutions en Na et K.
1.2 Classification des inclusions fluides
Deux types de classification : génétique et en fonction de la nature du remplissage
1.2.1 Classification génétique
Trois types : Inclusions primaires, Inclusions pseudosecondaires et Inclusions secondaires
(Figure 6.1. et 6.2).
Figure 6.1: Schématisation de la classification chronologique de différents types d’inclusions fluides dans un grès à cimentation de quartz bien cristallisé. Points et ellipses noirs phase gazeuse ; en clair de l’eau ; le cube est du NaCl (Tirée de Roedder,1979).
a) Inclusions primaires:
La croissance d'un minéral ou d'un cristal donné peut être gênée par des processus pouvant engendrer la création de cavités ou de lacunes de cristallisation qui peuvent piéger un échantillon fluide du milieu générateur aboutissant à la formation d'inclusions fluides primaires. Ces dernières sont généralement de grandes tailles (100 à 500µm), isolées et de formes variables (Shepherd et al., 1984). Certaines formes sont celle de la forme du cristal hôtes (dite forme en cristal négatif)
b) Inclusions pseudosecondaires
L’édifice cristallin d'un minéral donné peut être affecté, lors de la croissance, par des microfissures; la cicatrisation incomplète de ces dernières engendre la naissance d'inclusions fluides groupées en alignements et pouvant traverser les zones de croissance.
Lorsque la cicatrisation se produit à un moment repérable de l'histoire du cristal, ces inclusions sont aussi importantes que les inclusions primaires; on les appelle « inclusions pseudosecondaire » du fait de leur apparence secondaire.
Ces inclusions fluides pseudosecondaires sont plus petites que les inclusions primaires (10 à 100µm) et possèdent des formes variables.
c) Inclusions secondaires
Elles se sont formées une fois la croissance du cristal s'est achevée et elles témoignent de ce fait de la succession des événements dans l'histoire du minéral hôte.
La disposition des inclusions secondaires dans l'architecture cristalline est assez particulière puisqu'elles sont regroupées en alignement traversant les zones de croissance et les fissures intérieures à inclusions pseudosecondaires.
Les inclusions secondaires sont de petites tailles et de formes variables: tabulaires, ovoïdes, amiboïdes, sphériques,...etc.
1.2.2 Classification selon la nature du remplissage
Tableau.6.2 :- Classification des inclusions fluides et solides dans les minéraux d’après les observations à température ambiante (Shepherd et al.1984).
a- Inclusions monophasées
Selon la nature de la phase présente on distingue deux types d'inclusions monophasées:
Inclusions monophasées liquides: elles sont entièrement remplies d'un liquide pouvant être une solution saline ou du pétrole.
Inclusions monophasées gazeuses: elles sont complètement remplies d'une phase vapeur de faible densité; selon la nature du milieu générateur, on a un mélange de CO2, CH4 et N2.
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Microphotographie d’une inclusion fluide primaire monophasée gazeuse piégée dans le quartz du Trias (Jebel Echeid).
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b- Inclusions biphasées
Inclusion contenant une phase liquide et une phase gazeuse. La phase liquide peut être de l’eau, du pétrole ou du CO2.
En se basant sur les proportions relatives des phases présentes dans l'inclusion, on distingue deux types d'inclusions biphasées:
Inclusions biphasées riches en liquide: la phase liquide est dominante (liquide >50%) mais avec présence d'une petite bulle de vapeur.
Inclusions biphasées riches en gaz: la phase vapeur est dominante variant de 50 à 80% du volume total de la cavité intracristalline. Ce type d'inclusion caractérise les fluides de faible densité (Guilhaumou, 1982).
c- Inclusions triphasées
Elles renferment une phase aqueuse saturée en sel, une ou plusieurs phases solides et une phase gazeuse.
Microphotographies des inclusions fluides primaires et triphasées dans le quartz néoformé de Trias J. Echeid (L: Liquide; V: Vapeur; H: Halite; Sy : Sylvite)
d- Inclusions à liquides immiscibles
Ces inclusions sont caractérisées par la présence de deux liquides immiscibles dont l'un est aqueux, généralement de l'eau; l'autre est souvent un liquide riche en CO2 ou en hydrocarbures.
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Microphotographie d’une inclusion fluide primaire monophasée gazeuse piégée dans le quartz du Trias tunisien (Jebel Echeid). (Photo J. Bejaoui)
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d) Inclusions à liquides immiscibles
Ces inclusions sont caractérisées par la présence de deux liquides immiscibles dont l'un est aqueux, généralement de l'eau; l'autre est souvent un liquide riche en CO2 ou du pétrole.
Inclusion liquide à deux liquides immiscibles (eau, CO2 liquide) et CO2 gaz. Quartz de Jebel el Kohol (Photo Salah Bouhlel).
1.2.3 La microthermomètrie
1.2.3.1 Préparation du matériel
Le cristal ou la roche à étudier est taillé en lame épaisse, avec un minimum d’épaisseur pour avoir le maximum de transparence (0,2 à 0,5 mm). Ces lames sont polies sur les deux faces et ne sont pas collées sur plaques de verres.
C’est une étape essentielle dans l’étude des inclusions fluides. Cette étape consiste à faire une observation préliminaire au microscope de façon à :
- Repérer les inclusions et familles d’inclusions, à rechercher les critères de définition d’une cavité primaire, secondaire ou pseudo-secondaire.
- D’identifier les fluides et solides inclus (indices de réfraction, couleur, ….),
- Repérer les familles d’inclusions : monophasées, biphasées, triphasées
1.2.3.2 Mesures microthermomètriques et interprétation
a) Principe et matériel
La méthode d’analyse microthermométrique permet de mesurer sous le microscope les changements de phases dans une inclusion fluides lors des variations de températures. L’installation est conçue autour d’une platine chauffante et réfrigérante de type CHAIXMECA ou LINKAM, d’un coffret de mesure et régulation électronique.
Le domaine de variation thermique couvert pour ces platines varie de -180 à +600°C.
L’étalonnage de la platine est réalisé en mesurant le point de fusion des substances pures que l’on met à la place de l’échantillon.
La nomenclature utilisée pour la détermination des températures de refroidissement et de chauffage est la suivante:
· Tc: Température de congélation exprimée en °C.
· Tdf: température de début de fusion de la glace pour les inclusions aqueuses ou du clathrate pour les inclusions à CO2 gazeux, exprimée en °C.
· Tf: température de fin de fusion de la glace ou du clathrate, exprimée en °C.
· Th: température d’homogénéisation exprimée en °C.
· Ts: température de dissolution du solide NaCl en °C.
b) Interprétation, Équivalent en % poids de NaCl:
Ayant mesuré la Tf, et en assumant que le seul sel en solution est NaCl. La salinité peut alors être déterminée en utilisant les relations de phases (Figure 6.4 et 6.5).
La température de l'eutectique peut être déterminée lors de l'apparition de la première goutte de liquide. Si la température eutectique est basse par rapport au diagramme de phase, cela indique la présence d'autres sels, le plus souvent MgCl2, CaCl2 se traduisant par une température de 1ère fusion entre – 21°C (- 21 à – 40 °C).
Fig. 6.4 :: Système NaCl-H2O utilisé pour la détermination de la salinité en % équivalent NaCl, à partir des températures de fin de la fusion de la glace, dans une experience de congélation et décongélation des inclusions aqueuses.
Fig. 6.5:: Micrphotographie d’inclusions a différents stade de décongélation et la courbe de la solubilité de la glace du système H2O-NaCl donnant la teneur en % équivalent NaCl de la solution en fonction de la température de fusion mesurée (Tiré de J. Béjaoui, 2005. Travaux de Mastère, Faculté des Sciences de Tunis).
Pour les inclusions triphasées à cube d’halite, la détermination de la salinité s’obtient directement en mesurant et en reportant la température de dissolution sur la figure 7.10 .
Pour les inclusions fluides polyphasées contenant de la sylvite, la température de dissolution de la sylvite est toujours inférieure à la température de dissolution de l’halite.
QUELQUES REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
BOUHLEL S., FORTUNE J.-P., Guilhaumou N. et J.-C. Touray (1988). - Les minéralisations stratiformes à F-Ba de Hammam Zriba, Jebel Guebli (Tunisie Nord Orientale): l'apport des études d'inclusions fluides à la modélisation génétique. Mineral. Deposita, 23: 166-173.
GUILHAUMOU N. (1982). - Analyse ponctuelle des inclusions fluides par microsonde moléculaire à laser (MOLE) et microthermométrie, 68 p, X p1. Presses de l'E.N.S., Paris
GUILHAUMOU N., TOURAY J.-C. and BOUHLEL S. (1988). - Stretching of hydrocarbon fluid inclusions in fluorite at 200 and 400 bars confining pressure. Application to low-pressure geobarometry: Bull. Mineral., 111: 421-426.
PERTHUISOT V., GUILHAUMOU N. et TOURAY J.-C. (1978). - les inclusions fluides hypersalines et gazeuses des quartz et dolomites du Trias évaporitique Nord Tunisien. Essai d'interprétation géodynamique. Bull. Soc. Géol. France, XX, 2: 145-155.
ROEDDER E. (1977). - Fluid Inclusions as Tools in Mineral Explorations. - Econ. Géol., 72: 503-525.
ROEDDER E. (1984). - Fluid inclusions. Reviews in Mineralogy, 12, Mineral Soc. of America.
