Thèse soutenue

Impact de la recristallisation et du métamorphisme sur la mobilité du germanium et éléments associés dans les minéralisations Pb-Zn orogéniques : exemple des minéralisations de la Zone Axiale des Pyrénées (France-Espagne)

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Auteur / Autrice : Alexandre Cugerone
Direction : Bénédicte Cenki-Tok
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Géosciences
Date : Soutenance le 15/11/2019
Etablissement(s) : Montpellier
Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Montpellier)
Jury : Président / Présidente : Olivier Vanderhaeghe
Examinateurs / Examinatrices : Bénédicte Cenki-Tok, Olivier Vanderhaeghe, Jochen Kolb, Fleurice Parat
Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Vanderhaeghe, Jochen Kolb

Résumé

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Les métaux rares sont essentiels au développement des technologies vertes qui sont maintenant au cœur de nos sociétés. Le germanium est un élément rare considéré critique par l’Union Européenne et l’US Geological Survey, du fait de ses nombreux usages dans l’industrie de l’optique et de l’électronique. Les cristaux non déformés de sphalérite (ZnS) sont souvent porteurs de Ge et d’autres métaux rares (In, Ga) avec des concentrations pouvant atteindre quelques milliers de ppm. Seulement peu d’études décrivent des minéraux avec des concentrations en Ge au-dessus du % poids, du fait de leur apparente rareté dans les gisements Pb-Zn(-Cu). En fait, ces minéraux à Ge semblent plus fréquents dans les gisements Pb-Zn(-Cu) déformés ou métamorphisés ce qui soulève la question de l’impact de la déformation et du métamorphisme sur la mobilité du Ge et d’autres métaux rares. Ce type de gites contiennent les plus grandes ressources de zinc sur Terre and actuellement leur potentiel en métaux rares reste à évaluer.Les gites Pb-Zn de la Zone Axiale des Pyrénées sont une cible idéale pour étudier l’impact de la déformation et du métamorphisme sur la mobilité des métaux rares car la sphalérite est seulement localement recristallisée. Une étude structurale de terrain a permis de discriminer quatre types de minéralisations Pb-Zn. La minéralisation Type 1 est disséminée, syngénétique et stratiforme. La minéralisation Type 2a est épigénétique et stratabound. Les minéralisations Type 2b tardi-Varisque et Mésozoïque sont parallèles à la schistosité S2. La sphalérite est largement déformée par une schistosité tardive, probablement Pyrénéenne (Sp). Le fluide tardi-Varisque présente de faible salinité (<20 %poids eq. NaCl) avec de relative haute temperature (200-350 °C) tandis que le fluide Mésozoïque contient de forte salinité (15-35 %poids eq. NaCl) et de faible température (< 200 °C). Le germanium est distribué de manière très hétérogène dans les minéralisations en veines. Des analyses texturales (EBSD) et chimiques (EPMA, LA-ICPMS, cartographie LIBS) permettent de définir différents domaines dans la sphalérite : i) des zonations marron sombres en patches ou rayées dans les gros grains parents présentent des concentrations en Ge élevées dans la maille cristallographique (jusqu’à 600 ppmGe). ii) des zonations marron claires dans les gros grains parents contiennent des concentrations en Ge faibles, le plus souvent en-dessous de 100 ppmGe. iii) des petits grains clairs recristallisés (en dessous de ~100 µm) presentent de très faibles concentrations en Ge (~20 ppm Ge). Les concentrations en Cu sont corrélées à celles du Ge tandis que le Ga est zoné que dans les gros grains. Les minéraux à Ge, comme la brunogéiérite, la carboirite, la briartite et l’argutite (jusqu’à ~70 %poids Ge) occurent dans les domaines de sphalérite recristallisée ou plus rarement proche des limites maclées dans les gros grains. Ces observations démontrent que la recristallisation de la sphalérite a permis la redistribution du Ge depuis la maille de la sphalérite jusqu’à la formation des minéraux à Ge. Nous suggérons que les intéractions entre des fluides et la diffusion intra-granulaire sont responsable de la redistribution du Ge. Des hétérogénéités chimiques et texturales sont fréquemment reportées dans d’autres gisements et ont pu être affectés par des processus similaires de redistributions dans des minéraux accessoires. Ces petits minéraux peuvents avoir été manqués par des analyses chimiques ponctuelles sans contrôle textural préalable. Comprendre comment les métaux rares se concentrent à travers la déformation et la recristallisation syn-tectonique à l’échelle du minéral est essentiel pour surligner leur localisation à l’échelle du gisement. Cette étude met en évidence l’importance de coupler les analyses chimiques in-situ et cartographiques avec la caractérisation macro- et micro texturale lors de l’exploration des métaux rares dans des minérais déformés.