T1.1 : Métallogénie du terrain à l’expérimentation

Coordinateurs : Salvi S.

Personnels impliqués :  Béziat D.,  Borisova A.,  de Parseval Ph., Giuliani G., Pokrovski G.,  Salvi S.

Chercheur invité :

Lucrecia Steinmetz 

Karima Lagraa 

Au GET, les approches scientifiques en métallogénie sont pluridisciplinaires. Elles portent essentiellement sur les concentrations métalliques de la croûte continentale. Les projets de recherche s’organisent autour des étapes fondamentales de la genèse d’un gisement : source des métaux, modalités de transfert des fluides et métaux dans la croûte (impact des caractéristiques géométriques et structurales du district), caractéristiques physico-chimiques du magma et des fluides minéralisateurs (rôle des ligands, spéciation des métaux…) et processus de dépôt. L’objectif étant in fine de situer ces minéralisations dans leur contexte géodynamique et de les relier aux processus de croissance crustale (évènements magmatiques et tectoniques), mais également aux processus de surface qui contrôlent la formation et la modification de nouveaux gisements. Les principaux projets se focalisent sur l’or, le cuivre, les gemmes et les métaux rares (Zr, REE, Nb, Ta et U).

Le chantier ouest africain, réactivée grâce à la composante IRD du laboratoire, va se développer considérablement au travers de 3 réseaux de recherche et de formation : WAXI; IRD CORUS2, réseau de formation pour l'étude des concentrations minérales en Afrique (Burkina Faso, Niger, Cameroun, Sénégal, République Centrafricaine et Madagascar) ; et 7ème PCRD AEGOS, African European Georesources Observation System. Il bénéficiera de notre implantation secondaire au Sénégal.

Rôle du magmatisme et hydrothermalisme dans la formation des gisements

(coordinateur : S. Salvi)

Les gisements en métaux rares dans les complexes alcalins sont un exemple majeur de minéralisation où le rôle des processus magmatiques et hydrothermaux est en plein débat. Les corps ignés hyperalcalins sont caractérisés par un enrichissement extrême en métaux rares, et représentent souvent des gisements exploitables. Il est également couramment accepté que les gisements de ces métaux dérivent de concentrations d’origine magmatique. Ceci se justifie par leur fort potentiel ionique et leur faible électronégativité qui font qu’ils n’ont pas d’affinité avec les ligands communément présents dans les fluides géologiques. Cependant, au cours de la dernière quinzaine d’années, il a été montre que les minéralisations en métaux rares peuvent être d’origine hydrothermale. Notre groupe participe activement dans cette thématique et il est reconnu au niveau international. Le GET a pu documenter et expliquer la minéralisation hydrothermale de ces métaux dans les complexes de Strange Lake (Canada) et du Tamazeght (Haut-Atlas marocain), ce qui nous a mené à proposer un modèle bimodal, par des processus à la fois magmatiques et hydrothermaux. Dans les projets en cours et à venir, on montre que ce modèle peu s’appliquer à des complexes alcalins minéralisés en métaux rares qui n’étaient pas reconnus comme tel, par exemple à Madagascar (financement : Banque Mondiale, PGRM). Ces projets incluent aussi la caractérisation d’une minéralisation en U qui vient d’être découverte dans le nord du Québec (financement : NSERC Research and Development Grant, Canada), et de gisements d’or orogénique du craton ouest africain (projet WAXI).

Gemmes : genèse des gisements de "tsavorite" de la ceinture mozambiquaine

(coordinateur : G. Giuliani)

Le programme sur la "tsavorite" est un nouvel axe de recherche qui débutera à Madagascar (région sud, Gogogogo), en 2009, et se poursuivra en Tanzanie par l'étude des mines de "tsavorite" de Komolo et de Merelani, puis au Kenya (Voy). Il a pour objectif l'étude des gisements primaires de "tsavorite", un grenat de type grossulaire vanadifère, de la ceinture Néoprotérozoïque Mozambicaine en Tanzanie, Kenya et Madagascar. L'importance économique de cette gemme est majeure au niveau international car les gisements sont rares et les prix du carat de la tsavorite sont équivalents à ceux de l'émeraude. La compréhension de leur genèse et l'utilisation de ces gemmes comme marqueur de l'évolution tectono-métamorphique d'un segment d'échelle continentale au Panafricain est le produit attendu par la communauté scientifique internationale. La recherche comprend une approche de terrain sur des cibles minières précises pour réaliser une cartographie géologique et structurale, et un échantillonnage destiné à l'étude pétrographique et géochimique des protolithes et de la minéralisation. La caractérisation des paramètres structuraux, minéralogiques et géochimiques permettra de proposer un modèle de genèse et de définir des métallotectes directement applicables à la prospection. La caractérisation des traceurs géochimiques et isotopiques des cristaux de "tsavorite" (notamment les isotopes de l'oxygène) de tous les gisements mondiaux connus permettra d'apporter une contribution à leur certification sur le marché international.

Après une étude de terrain détaillée sur les différents sites miniers, il s'agira de proposer un modèle métallogénique et de définir des paramètres applicables à la prospection et à la certification gemmologique. Ces actions seront menées dans un cadre de coopération régionale africaine piloté par l’IRD.

Nouvelles approches expérimentales et théoriques : transferts des éléments chimiques par les fluides géologiques aux conditions ‘extrêmes’

(coordinateur : G. Pokrovski)

Ce programme vise à quantifier les transferts des métaux d’intérêt économique (e.g. Au, Cu, Ag, PGE) et des volatiles (As, S) par les fluides géologiques, depuis les zones de subduction jusqu’aux systèmes hydrothermaux-volcaniques, en utilisant de nouvelles approches expérimentales et de modélisation. Ce projet s’appuie d’une part sur notre connaissance physico-chimique et structurale des fluides hydrothermaux de basse et moyenne T et P et, d’autre part, sur les progrès exceptionnels des outils spectroscopiques et des approches émergeantes de chimie quantique et de dynamique moléculaire que nous avons commencées à mettre en œuvre depuis les 5 dernières années. Ces méthodes permettent de déterminer la solubilité, spéciation et structure des éléments dans les fluides en conditions ‘extrêmes’ comme les vapeurs hydrothermales-magmatiques de faible densité riches en volatils et les solutions à teneur en sel > 50% de haute T, ou les fluides dans les zones de subduction (~1000°C, 100 kbar). Nous combinerons mesures de solubilité/partage avec spectroscopie Raman et XAFS in situ et modélisation thermodynamique et de chimie quantique, afin de déterminer l’identité, la structure et la stabilité des complexes métalliques en phase fluide et vapeur et la solubilité des principaux minerais formés par les métaux chalcophiles. Les résultats obtenus seront confrontés aux données d’inclusions fluides et de paragenèses des gisements, afin de quantifier la capacité des fluides à transporter les métaux et tester la validité des processus responsables de la formation des ressources. Cela permettra de construire des modèles géologiques quantitatifs de transfert des éléments en contexte hydrothermal-magmatique. Ce projet a débuté en 2009 (programmes d’échange PHC avec ETH-Zurich et l’Université de Kanazawa ; action incitative INSU: coll. GET-LGCA-IPGP-ETH); il sera poursuivi dans le cadre de programmes nationaux (INSU et ANR).

Collaborations
Bayreuth Geoinstitut; CRPG/CNRS; ETH-Zurich; G2R; GIA Bangkok ; Institut Gübelin ; Institut Néel-ESRF; IPGP; INRAP; McGill and Waterloo Universities, Canada; Quest Uranium Corp.; Université de Genève; LEAGE; SUERC Glascow; Université d'Antananarivo; Université de Dar es Salaam; Université de Montpellier; Université Pierre et Marie-Curie ; Université de Leeds ; Univ. du Chili (Santiago); Univ. Catolica del Norte (Antofagasta). Partenariat Afrique : BRGM, Beak Consultants GmbH, British Geological Survey, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Centre International pour la Formation et les Echanges en Géosciences, Ceska Geologicka Sulzba, Council for Geoscience, Department of Geological Survey, Direcção Nacional de Geologia, European Commission/ DG Joint Research Centre/ Institute for Environment and Sustainability, European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites, Geologian Tutkimuskeskus, Geological Survey Department, Geological Survey Tanzania, Geological Survey and Mines Department of Uganda, Geological Survey of Ethiopia, Geology Department, School of Mines, University of Zambia, Institute for Resource Assessment, Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação, Ministry of Agriculture, Water and Forestry, Ministère des Mines et de l'Industrie - Direction des Mines et de la Géologie, Ministère des Mines et de l'Energie - Direction Nationale de la Géologie, Netherlands Organisation for Applied Scientific Research, , anstwowy Instytut Geologiczny, Royal Belgian Institute of Natural Sciences, Royal Museum for Central Africa, Southern and Eastern African Mineral Centre, Sveriges geologiska undersökning, Union Economique et Monétaire Ouest Africaine, Univ. de Bangui, Univ. de Bamako, Univ. de Cheikh Anta Diop (Dakar), Univ. de Ougadoudou.

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