DS0105 - Approches intégrées environnement-développement : vers des solutions plus efficaces

Les pegmatites varisques: un nouveau type de ressources minérales – VARPEG

Les pegmatites varisques: un nouveau type de ressources minérales

VARPEG est un programme de recherche sur les pegmatites varisques coordonné à l'échelle nationale. Le modèle classique de dérivation des pegmatites par différenciation d'un granite parent est ré-évalué et un nouveau paradigme (origine anatectiques des pegmatites) est testé pour ces nouvelles ressources minérales. VARPEG combine des éléments à caractère conceptuel et d'autres plus pratiques permettant l'optimisation des travaux d'exploration et la localisation des corps pegmatitiques.

Un nouveau modèle pour l'origine des pagmatites varisques: test, construction et application à l'exploration et à la localisation de ces nouvelles ressources minérales

L'approvisionnement en ressources minérales des pays européens devient de plus en plus difficile. La France ne fait pas exception à cette tendance laquelle soutient de nouvelles initiatives dans le domaine de l'exploration minérale. De nouveaux types de minéralisations liées aux granites comme les pegmatites granitiques sont maintenant considérées comme des cibles. Les pegmatites concentrent une large gamme de métaux critiques (Be, Cs, Li, Nb, Sb, Sn, Ta, W). Ce sont aussi des sources de matériaux naturels comme le quartz, les feldspaths et les micas qui sont largement utilisés dans l'industrie minérale et céramique. VARPEG est un programme de recherche sur les pegmatites varisques coordonné à l'échelle nationale. Il a pour but de tester et de construire un nouveau paradigme (origine anatectique des pegmatites) pour la genèse de ces nouvelles ressources minérales. Il comprend des aspects scientifiques fondamentaux et d'autres à caractère plus pratique permettant l'optimisation des travaux d'exploration et la localisation des corps pegmatitiques. Les résultats de VARPEG devraient conduire à une nouvelle génération de modèles conceptuels pouvant servir de base aux initiatives d'exploration en France et dans les autres pays européens.

VARPEG combine plusieurs types d'approches et de méthodes. Les travaux de terrain ((analyse structurale, géochronologie, thermobarométrie) se concentrent sur les 4 champs de pegmatites VARPEG (Limousin, Montagne Noire, Galice, Catalogne). De nouvelles méthodes d'analyse spatiale quantitative sont développées et appliquées pour préciser la localisation des corps pegmatitiques par rapport aux structures géologiques environnantes. La ségrégation et l'ascension des magmas pegmatitiques depuis leur zone source est modélisée numériquement. Des expériences à haute température et haute pression sont menées pour tester l'origine des liquides pegmatitiques comme des produits anatectiques à bas taux de fusion de protolithes crustaux. Les caractères géochimiques des pegmatites varisques sont précisées en associant des données éléments majeurs et traces en roche totale et sur minéraux et l'utilisation de traceurs isotopiques parmi lesquels les isotopes de Li. Les mécanismes de cristallisation des liquides pegmatitiques sont étudiés expérimentalement pour définir les conditions favorables à l'obtention des textures spécifiques des pegmatites et encadrer les échelles de temps de leur consolidation. Enfin, les études minéralogiques (composition des principales phases porteuses, distribution des éléments rares et métaux critiques entre minéraux) sont complétées de mesures expérimentales de coefficients de partage minéral/liquide.

a. contexte structural de mise en place des pegmatites. A la suite du travail antérieur sur le Limousin et la Galice, les contextes structuraux de mise en place des pegmatites et les relations spatiales et géométriques avec les roches encaissantes ont été déterminées pour la Montagne Noire et un travail analogue a débuté sur le Cap de Creus.
b. données géochronologiques. Ils ont été obtenus à la fois pour les champs de pegmatites de la Montagne Noire et du Cap de Creus. Pour la Montagne Noire, les données Rb-Sr sur lépidolite confirment le seul age précédemment obtenu. Pour le Cap de Creus, les pegmatites ont été datées par U-Pb sur zircon et columbo-tantalite (Van Lichtervelde et al., 2017).
c. conditions de la fusion partielle. Elles ont été déterminées avec le logiciel Perplex pour 2 échantillons de la série de la Dronne, qui représentent des roches sources potentielles pour les pegmatites du Limousin. Les résultats indiquent des températures voisines du solidus. La même conclusion s'applique aux micaschistes hôtes des pegmatites de Galice, ce qui suggère que les magmas parents des pegmatites ne se forment pas in situ mais sont produits en profondeur à partir de protolithes de plus degré.
d. données 7Li/6Li. Les nouvelles données sur les micas des pegmatites de la Montagne Noire sont très semblables à celles obtenues sur le Limousin. Le rapport 7Li/6Li n'est pas corrélé avec le degré de fractionnement mais refléterait la composition isotopique du protolithe. Pour le Limousin, les compositions reconstituées des liquides parents des granites et des pegmatites (en utilisant la composition en éléments traces des micas) sont très semblables ce qui suggère que les pegmatites ne sont pas des produits différenciés à partir des granites.
e. modèle de fusion. Un modèle de fusion partielle basé sur les éléments traces a été construit. A la différence des modèles «globaux«, il distingue les phases résiduelles et celles qui cristallisent pendant la fusion.

Faits marquants
1. Initiation d'un projet de recherche sur le champ de pegmatites du Cap de Creus
2. Etude structurale, minéralogique, géochronologique et géostatistique intégrée sur les pegmatites de la Montagne Noire.
3. Datation des pegmatites du Cap de Creus
4. Dévelopment de nouvelles méthodes géostatistiques de positionnement des pegmatites dans leur contexte géologique
5. Démonstration à partir des éléments traces dans les micas que les leucogranites et les pegmatites cristallisent à partir de magmas indépendants du point de vue génétique
6. Mise en évidence expérimentale de l'importance du taux de surfusion sur le développement des textures pegmatitiques
Perspectives
1. démarrage de la modélisation numérique pour simuler la ségrégation et l'ascension des magmas pegmatitiques depuis leur zone source
2. Influence de la déformation sur la distribution spatiale et la composition en éléments traces de liquides de fusion partielle produits expérimentalement
3. Détermination d'un jeu de données expérimentales systématiqus sur l'influence du taux de surfusion, de la vitesse de refroidissement et de la température finale sur le développement des textures pegmatitiques
4. Mesure expérimentale des coefficients de partage entre minéral et liquide pour les éléments rares et les métaux critiques.

Leopold F., Gumiaux C., Gloaguen E., Guillou-Frottier L., Druguet E. (2017). Pegmatites as partial melting products of host migmatites, as demonstrated by field data and spatial statistical analysis. Submitted to Lithos.
Villaros A., Pichavant M., D

L’approvisionnement en matières premières minerales des pays européens devient de plus en plus difficile. La France ne fait pas exception à cette situation qui stimule des initiatives nationales dans le domaine de l’exploration. Le potentiel des roches granitiques est en cours de ré-évaluation, et de nouveaux types de roches granitiques, comme les pegmatites, sont maintenant considérées comme des cibles pour l’exploration. Les pegmatites constituent une proportion importante des roches granitiques varisques. Ce sont des petits (< 0.1-1 km3) corps zonés de façon complexe, qui montrent des variations texturales importantes et sont caracterisés par des cristaux de très grande taille. Les pegmatites granitiques sont parmi les roches les plus fractionnées sur Terre. Elles concentrent une large gamme d’éléments critiques (Be, Cs, Li, Nb, Sb, Sn, Ta, W). En plus d’être des sources potentielles pour ces elements, les pegmatites granitiques produisent également du quartz, des feldspaths et des micas de grand intérêt pour l’industrie minérale et de la céramique.
Le renouveau des programmes d’exploration devant nécessairement s’accompagner d’une mise à jour scientifique, un programme de recherche integré et coordonné à l’échelle nationale est proposé sur les pegmatites varisques. Il se propose de revisiter le modèle classique de dérivation des pegmatites à partir de granites parents et de tester un nouveau paradigme pour ces nouvelles ressources minérales. Il comprend trois parties avec des aspects pour certains fondamentaux et d’autres plus appliqués pouvant servir de guide à l’exploration et permettre d’optimiser la localisation des corps minéralisés.
(A) Le modèle classique envisage les pegmatites comme formées par dérivation à partir de magmas granitiques. Toutefois, de nombreux exemples de pegmatites ne montrent pas de relations spatiales ni génétiques avec des granites. Ceci conduit au modèle concurrent de magmas pegmatitiques engendrés par fusion crustale. Dans ce modèle, la mise en place des pegmatites serait déterminée par l’ascension des liquides pegmatitiques depuis leur source. On se propose de tester ce modèle sur la base d’études de terrain sur les champs de pegmatites du Limousin, de la Galicie, Catalogne et de la Montagne Noire. En parallèle, des methodologies d’analyse spatiale seront appliquées sur ces mêmes objets pour quantifier la distribution des pegmatites. Finalement, une approche numérique sera mise en oeuvre pour modéliser l’ascension des liquides pegmatitiques.
(B) L’origine des pegmatites par de petits taux de fusion partielle sera testée expérimentalement. Des liquides granitiques à pegmatitiques seront produits dans différentes conditions P-T, pour différents protolithes (dont des lithologies enrichies) et différents régimes de fluides. Les verres et les phases résiduelles seront analysées pour le Li et les autres éléments critiques. D’autre part, une approche isotopique sera utilisée pour préciser l’origine des pegmatites des districts ci-dessus. Celle-ci sera basée sur l’utilisation couplée des traceurs 18O/16O and 7Li/6Li qui permet notamment de séparer les influences de la source et de la différenciation magmatique. Enfin, des études de cinétique de cristallisation seront conduites pour préciser les échelles de temps de la consolidation des corps pegmatitiques.
(C) La différenciation et l’évolution interne des pegmatites à elements rares implique des processus encore peu connus, comme l’immiscibilité de liquides et des phénomènes de couche limite. Ces aspects seront abordés expérimentalement en présence d’éléments rares (Nb-Ta-Ti) pour déterminer leur partage entre les liquides immiscibles ainsi que leurs concentrations dans les couches limites. Des expériences de cristallisation de liquides pegmatitiques dopés en métaux rares seront effectuées pour mesurer les coefficients de partage et tester l’influence de la température et la calibration de géothermomètres.

Coordinateur du projet

Monsieur Michel Pichavant (CNRS Délégation Centre Limousin Poitou-Charentes_Institut des Sciences de la Terre d'Orléans)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

UPMC ISTEP UMR 7193
CNRS/GET Centre National de la Recherche Scientifique/Géosciences Environnement Toulouse
CNRS/CRPG Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques
BRGM BRGM
CNRS_ISTO CNRS Délégation Centre Limousin Poitou-Charentes_Institut des Sciences de la Terre d'Orléans

Aide de l'ANR 481 270 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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