Le gisement de Kaolin d’Echassières (03)

Guillaume Mazankiewicz

il y a 5 ans

SITUATION GÉOGRAPHIQUE, GÉOLOGIE RÉGIONALE ET HISTORIQUE DU GISEMENT

Le gisement de kaolin d’Echassières se situe à environ 50km au nord de Clermont-Ferrand au niveau du carrefour de la Bosse et vers le carrefour de la Bosse dans l’Allier.

Il se situe prés du sillon houiller qui est connu pour ses nombreux gisements de charbon dans le département de l’Allier ( commentry, St Eloy les mines) et du Puy de Dôme (messeix).

Le site d’echassières est remarquable par le contexte géologique complexe du gisement.

Si la genèse de la kaolinite est connue, l’origine de certaines minéralisations comme le wolfram est moins évidente.

Le gisement est exploité depuis 1894.

SITUATION GÉOLOGIQUE DU GISEMENT

D’après les données de la pétrologie expérimentale, le complexe d’Echassières regroupe deux granites:

Le granite des colettes et le granite de Beauvoir

Ce gisement se situe dans la série cristallographique de la Sioule ; C’est une série métamorphique constituée de migmatites, de gneiss, de schistes et surtout de micaschistes au niveau de la carrière de Beauvoir.

Les micaschistes forment au maximum une couverture de 97m d’épaisseur.

A la fin de l’aire primaire, l’intrusion d’un batholite granitique (le granite des colettes ) provoque un métamorphisme de contact à andalousite et cordiérite dans les micaschistes déjà affectés par un métamorphisme régional à deux micas, staurotide et sillimanite. Ce granite a été recoupé par le granite Beauvoir.

Ces intrusions semblent être antiviséennes ; L’âge du granite des colettes a été estimé à 305millions d’années +/- 4 millions d’années grâce à la méthode de datation rubidium/strontium appliquée sur des lépidolites.

Le granite de Beauvoir est le plus intéressant car il présente trois faciès montrant un enrichissement en terres rares.

DESCRIPTION DU COMPLEXE GRANITIQUE

Le granite des colettes est un granite porphyroide à deux micas peu altéré et compact. Sa composition minéralogique se distingue par la présence de cordièrite et sa couleur rosée est due à une importante teneur en fer. Ce granite est non spécialisé donc peu évolué.

L’étude d’inclusions fluides dans les quartz ont permis d’établir une profondeur de mise en place de 5 à 6km.

Le granite de Beauvoir est riche en albite, lépidolite et en topaze. C’est un granite hololeucocrate en raison de son absence de biotite. Son extension est d’environ 15hectares et sa profondeur de mise en place est estimée à 3km.

sa richesse en lithium, nobium et tantale de concrétise par la présence de colombotantalite et de lépidolite. Cette lame granitique est constituée de 3 unités superposées: les faciès B1,B2 et B3.

Le contact entre le granite de beauvoir et le granite des colettes se distingue par une couleur plus rosée visible vers le fond de la carrière. Le contact entre le micaschiste assez altéré et le granite de Beauvoir est plus évident.

Ces 3 faciès montrent un enrichissement en albite et en lépidolite du granite B3 ver B1. Cette évolution est caractéristique de l’obtention d’un granite spécialisé. Un granite spécialisé est un granite qui a subit une cristallisation fractionnée poussée. C’est à dire que les éléments incomptatibles tels que Li,F,Sn se concentrent dans la phase liquide. Cette phase va cristalliser pour donner un granite évolué enrichi en Lépidolite(Li), apatite(F) et cassitérite (Sn).

Une cristallisation fractionnée se fait lors d’une baisse de température. Le fluor et le lithium cristallisent dans les topazes et les lépidolites.

Cette différenciation magmatique a été confirmée lors de la réalisation d’un sondage de 900m ( Echassières n°1) lors du programme « géologie profonde de la France »GPF

IL a mis en évidence que l’enrichissement en éléments lithophiles (F,Li,Be) s’est fait vers le haut de la coupole granitique.

Dans les micaschistes, on note une zonalité chimique matérialisée par un appauvrissement en lithium et Fluor lorsqu’on s’éloigne du batholite.

Ces micaschistes ont subi un hydrothermalisme sous forme de veines et d’imprégnations en As,Li,F et Rb.

CONSTITUTION DU GISEMENT DE KAOLIN D’ECHASSIERES

Ce gisement s’est constitué par altération du complexe granitique. cette altération de traduit par deux phénomènes importants:

La greisenisation et la kaolinisation

Ces 2 processus , couplés à la composition même des granites, font que le site d’échassières est exploitable ; La kaolinisation entraine la formation de kaolin et la greisenisation favorise le développement de cassitérite.

LA GREISENISATION

La greisenisation est le résultat de la silicification d’un granite par l’action de fluides pneumatolithiques. Ils interviennent juste après la mise en place du granite.

La roche obtenue est un greisen: d’éthmologie saxonne, grey stein (pierre grise). C’est une roche composée de quartz et de muscovite qui diffère d’un granite par l’absence de feldspaths.

Pour arriver à ce résultat, il faut envisager une hydrolyse des feldspaths, en particulier de l’albite.

si on considère les réactions suivantes:

IL y a donc un lessivage des alcalins, en particulier le sodium. Il faut introduire dans le système un fluide. Il intervient dans le gisement par le biais de fractures induites par une augmentation de la pression de fluides.

On constate un système de fractures parallèles entre elles qui sont remplies de quartz avec à leurs épontes, des greisens.

On observe un passage brusque entre le granite de départ et la zone greisenisée. Ceci s’est produit successivement par l’ouverture de fracture puis leur remplissage par des fluides. Ces fluides sont apparus par percolation et diffusion. On note une corrélation entre la largeur de l’éponte greisenisée et la largeur de la fracture!

On déduit la composition et la temprérature du fluide grâce aux inclusions fluides étudiées dans les quartz qui »fossilisent » le fluide responsable de l’altération.

Au départ, le fluide est moins agressif ; il est en équilibre avec le feldspath potassique et l’albite puis, au fur et à mesure de sa circulation, il devient plus acide et s’équilibre avec les muscovites.

La température est estimée à 400°C pour un pH de 3.5/5.

LA KAOLINISATION

Le gisement d’échassières est exploité avant tout pour la kaolinite (Si4O10aL2(OH)8)

La kaolinite est un phyllosilicate caractérisé par sa couleur blanchâtre et sa structure en feuillet.

On distingue 2 modes de formation de la kaolinite:

La dissolution incongruente où l’on passe successivement du stade feldspath potassique, muscovite puis kaolinite: c’est une hydrolyse

La dissolution congruente où le fluide formé à partir des feldspaths potassiques contient les différents éléments nécessaires à la fabrication de la kaolinite.

Toutefois pour se former, la kaolinite doit faire face à certaines contraintes chimiques:

Sa formation dépend de la proportion stoechiométrique en Si et Al.

-Si Al=Si, la kaolinite précipite rapidement

-Si la silice est en excés, il se forme de la silice cryptocristalline puis de la kaolinite lorsque les conditions atteignent l’équilibre chimique.

-Si AL est en excés, la gibbsite se forme et laisse place à l’équilibre à la kaolinite.

Le second obstacle est la présence d’alcalins (Na et K). Ces derniers proviennent de la dissolution du feldspath potassique et gènent la précipitation de la kaolinite. Il faut donc envisager des fluides importants et renouvellés pour pouvoir éliminer les alcalins au fur et à mesure de la kaolinisation.

Pour obtenir un gisement de kaolinite, il faut une solution à pH acide et un drainage de la solution minéralisatrice. la teneur en kaolinite de la roche est régie par la proportion de feldspath. A Echassières, elle est d’environ 40%.

Dans la carrière de Beauvoir, le granite des colettes est trés kaolinisé en raison de l’homogénéité du granite de départ.

Le granite de beauvoir est soumis à une kaolinisation plus irrégulière induite par la présence de filons de greisens qui résistent mieux à l’altération.

La zone kaolinisée s’enracine le long de filons de quartz jusqu’à une profondeur limite de 50m et certaines parties du gisement ne sont pas kaolinisées(filons de greisens et une partie du granite de beauvoir).

Dans un environnement supergène, la kaolinisation se forme vers 25°C alors qu’une kaolinite d’origine hydrothermale, voire pneumatolytique, se forme vers 200°C. Ceci permet de supposer 2 modes de formation de la kaolinite :

L’hétérogéneité du gisement laisse à penser que les 2 phénomènes se superposent:

Dans un premier temps, les fluides pneumatolytiques préfabriquent la kaolinite et ensuite, l’action de l’eau météorique achève le processus.

s’il n’y avait eu que l’action des fluides hydrothermaux, le gisement ne serait pas aussi étendu et la kaolinisation n’aurait affecté que les épontes des filons drainants.

Il faut donc un processus supergène sur un matériel dejà fortement altéré pour obtenir un tel gisement.

Dans la zone sud de la carrière, au niveau de la couverture micaschisteuse , l’ancien site des montmins témoigne de l’exploitation de filonnets de quartz à wolframite (le stockwerk).

Les minéralisations sont recoupées par le granite des colettes et celui de Beauvoir donc le wolfram est antérieur à ces 2 granites. Il y aurait donc un troisième granite, non affleurant qui serait à l’origine de ces minéralisations.

Le sondage du programme GPF n’a pas pu confirmer cette hypothèse mais a prouvé le contact franc entre le granite de Beauvoir et le granite des colettes.