Mots clés : barytine, filon, barytine crêtée, hydrothermalisme continental

Filon de barytine, minéralisation et extension tardi-hercyniennes, carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

16/05/2011

Résumé

Minéralogie des filons : la barytine.


Figure 1. Front de taille et échantillon de barytine, carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Front de taille et échantillon de barytine, carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

À gauche, vue globale du front de taille Nord (état le 24 septembre 2006) de la carrière. Cette carrière exploite (pour l'empierrement) de la dolomie cambrienne massive. La moitié inférieure du front de taille est traversée par un filon blanc, constitué de barytine (BaSO4).

À droite, vue globale d'un échantillon ramassé dans les éboulis situés juste en bas du front de taille, au niveau du filon, d'où il provient très probablement. Cet échantillon est constitué pour moitié de dolomie (à l'arrière) et de cristaux blancs nacrés de barytine sur sa face avant.


Nous avons déjà passé quatre semaines dans la carrière de Loiras (Le Bosc, Hérault), où nous avons vu les pélites permienne recouvrant le discordance la dolomie caverneuse cambrienne, des fossiles de végétaux, des pseudomorphoses de cristaux de glace contenues dans ces pélites permiennes, et du pétrole contenu dans les interstrates ou les cavités de la dolomie caverneuse. Cette carrière est traversée par des filons hydrothermaux de barytine (BaSO4). En fonction de la position du front de taille qui recule au gré de l'exploitation, il est possible d'étudier ces filons in situ et/ou d'observer de très belles cristallisations dans les blocs éboulés au pied du front de taille. Cette carrière est en exploitation ; il convient de demander l'autorisation pour y pénétrer.

Figure 2. Front de taille, en septembre 2006, de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Front de taille, en septembre 2006, de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

En septembre 2006, cette carrière était exploitée sur plusieurs niveaux séparés par des plate-forme d'exploitation horizontales (cf fig 6 de la semaine présentant la discordance hercynienne). La roche dominante, beige clair, est constituée de dolomie cambrienne. La partie supérieure du front de taille visible sur cette photo est donc située une vingtaine de mètres en retrait par rapport à la falaise inférieure. Cette falaise inférieure est traversée par un filon vertical de barytine, visible au centre de l'image. Ce filon n'existe pas sur le front de taille supérieur (situé à une vingtaine de mètres en arrière), ce qui montre son extension latérale limitée. Les 3 figures suivantes sont des détails de ce filon.


Figure 3. Vue globale du filon (barytine blanche) qui traverse tout le front de taille inférieur de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Vue globale du filon (barytine blanche) qui traverse tout le front de taille inférieur de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Le front de taille inférieur de la carrière est constitué de dolomie cambrienne (état en septembre 2006). Ce filon mesure entre 10 et 20 cm de large. Notez que le filon est, notamment dans sa partie supérieure, divisé en deux en son milieu par une limite verticale qui le sépare en deux parties sub-égales. La flèche bleue localise le zoom proposé plus loin.


Figure 4. Partie supérieure du filon (barytine blanche) qui traverse le front de taille inférieur de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Partie supérieure du filon (barytine blanche) qui traverse le front de taille inférieur de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

On voit très bien que le filon est divisé en deux par une limite verticale parallèle à ses bords, limite qui le sépare en deux parties sub-égales. Cette limite est souvent assez sombre, rendue foncée par des argiles et/ou des oxydes de fer hydratés. En bas de l'image, on voit que cette limite sombre s'élargit, et correspond à une cavité : une géode.


Figure 5. Détail du filon (barytine blanche), carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Détail du filon (barytine blanche), carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

La limite médiane est présente mais très peu visible, car les argiles et oxydes de fer sont absents. Une petite géode est visible au centre de la photo. La position de ce détail est indiquée par la flèche bleue sur la vue globale du filon.


Ce filon est rempli de barytine (sulfate de baryum, BaSO4), minéral fréquent dans les remplissages de filons hydrothermaux continentaux.

Le sulfate de baryum est insoluble dans l'eau aux conditions de surface (T = 20°C, P = 1013 hPa). C'est d'ailleurs cette insolubilité que l'on utilise pour mettre en évidence les sulfates dans les TP de chimie (ou de biochimie) élémentaires : si, dans une solution de nitrate de baryum (soluble), on verse une solution d'un sulfate soluble, il se forme un précipité blanc de sulfate de baryum, insoluble. Par contre, comme beaucoup de substances insolubles dans les eaux froides, le sulfate de baryum est soluble dans les eaux chaudes, en particulier dans les eaux supercritiques (T > 374°C, P > 22,11 MPa), ce qui correspond à une profondeur de 660 m dans le cas d'une pression lithostatique standard, 2211 m de profondeur sous l'eau).

Des eaux chaudes circulant en profondeur (hydrothermalisme, ici continental) peuvent donc contenir en solution du sulfate de baryum, ainsi que beaucoup d'autres substances insolubles dans les conditions de surface (silice, sulfures divers, carbonates de fer, de cuivre …, en fonction de la géologie des terrains qu'elles traversent, des conditions de P, de T, de pH, des conditions redox…). Si, au cours de leur circulation, ces eaux voient leur température (et/ou leur pression ou d'autres conditions) diminuer et/ou varier, elles vont déposer sur les bords de la fracture les substances dont la solubilité diminue.

Figure 6. Schéma très simplifié expliquant le mode de genèse des filons hydrothermaux du type "barytine à Loiras"

Schéma très simplifié expliquant le mode de genèse des filons hydrothermaux du type "barytine à Loiras"

Stade 1 : Une fracture verticale s'initie.

Stade 2 : Cette fissure verticale s'ouvre par écartement de ses bords, et de l'eau (figurée en bleu), très chaude si on est en profondeur, circule dans la fissure. L'ouverture de telles fissures se fait dans un contexte tectonique particulier : la contrainte maximale σ1 est verticale, et la contrainte minimale σ3 est horizontale (gauche/droite dans le cas du schéma dessiné ici).

Stade 3 : L'eau qui circule dans la fissure dépose des cristaux sur chacun des bords (bords nommés épontes). Dans les cas idéaux, les cristaux croissent perpendiculairement aux bords du filon. Les extrémités des cristaux en croissance dans l'eau sont automorphes. Ils perdent leur forme propre quand leur croissance est « gênée » par leurs voisins. Les stades 2 et 3 ne sont pas forcément séparés dans le temps, et la fissure peut s'élargir pendant que de la barytine se dépose sur ses épontes.

Stade 4 : Les dépôts des deux bords se rejoignent et la fissure est colmatée. Le contact entre les deux bords est souvent souligné par des concentrations d'impuretés, souvent des argiles et des oxydes de fer. Un filon hydrothermal est né. Parfois, les deux bords ne se rejoignent pas partout, et il reste une zone limitée vide (remplie d'eau, puis d'air si l'eau s'en est échappée) où l'on peut voir la forme propre des cristaux : une géode. Dans certains cas exceptionnels, hélas pas dans cette carrière, on peut encore voir l'eau remplissant la géode (voir le film dans Géodes et hydrothermalisme)


L'exploitation (par explosifs) de la carrière engendre la création de blocs de taille décimétrique à métrique. La fracturation de la roche lors des explosions est souvent guidée par les fractures préexistantes, en particulier par les zones de contact entre les filons et leurs épontes, ou encore par la limite de contact entre les deux côtés du remplissage filonien. Dans ce cas, si l'explosion ouvre le filon « en deux » en suivant la limite centrale, on peut observer la cristallisation de la barytine, en particulier si la séparation passe par une géode.

Figure 7. Bloc de taille métrique créé par l'exploitation de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Bloc de taille métrique créé par l'exploitation de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Le couteau suisse rouge donne l'échelle. La face avant de ce bloc correspond au plan d'un filon. À droite, toute la barytine a été enlevée et la dolomie est « à nu ». À gauche, il reste la moitié du filon, plaqué sur la dolomie, l'explosion ayant ouvert le filon par son milieu. La figure suivante montre un détail de cette face juste à droite du couteau. Les deux figures d'après montrent deux zooms d'un détail situé juste à gauche du couteau.


Figure 8. Détail d'un bloc de taille métrique créé par l'exploitation de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Détail d'un bloc de taille métrique créé par l'exploitation de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Détail de la figure précédente. On commence à voir la cristallisation « en lamelles » de la barytine, forme dite « barytine crêtée ».


Figure 9. Détail d'un bloc de taille métrique créé par l'exploitation de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Détail d'un bloc de taille métrique créé par l'exploitation de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Détail du bloc ci-dessus. On voit très bien la cristallisation « en lamelles » de la barytine, forme dite « barytine crêtée ».


Figure 10. Détail d'un bloc de taille métrique créé par l'exploitation de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Détail d'un bloc de taille métrique créé par l'exploitation de la carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Détail de la figure précédente. On voit très bien la cristallisation « en lamelles » de la barytine, forme dite « barytine crêtée », qui n'est pas sans rappeler la morphologie des roses des sables, qui sont aussi faites par cristallisation de sulfates (sulfate de calcium hydraté = gypse).


En plus des blocs métriques, les explosions dues à l'exploitation de la carrière permettent d'échantillonner des « échantillons de poches ». En voici deux, parmi beaucoup d'autres.

Figure 11. Échantillon de barytine crêtée, carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Échantillon de barytine crêtée, carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Échantillon de poche, barytine crêtée de la carrière de Loiras.


Figure 12. Vue d'ensemble d'un échantillon de barytine nacrée, carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Vue d'ensemble d'un échantillon de barytine nacrée, carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Échantillon de poche, barytine nacrée. Les deux figures suivantes montrent des détails de cet échantillon.

En plus des cristaux de barytine blancs nacrés, on peut noter des mouchetures vertes et bleues : des carbonates de cuivre hydratés. Le carbonate vert est de la malachite, Cu2[(OH)2 (CO3)] et le carbonate bleu de l'azurite, Cu3[(OH) (CO3)]2 .


Figure 13. Détail dun échantillon de barytine nacrée, carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Détail dun échantillon de barytine nacrée, carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Échantillon de poche, barytine de la carrière de Loiras.

En plus des cristaux de barytine blancs nacrés, on peut noter des mouchetures vertes et bleues : des carbonates de cuivre hydratés. Le carbonate vert est de la malachite, Cu2[(OH)2 (CO3)] et le carbonate bleu de l'azurite, Cu3[(OH) (CO3)]2 .


Figure 14. Détail dun échantillon de barytine nacrée, carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Détail dun échantillon de barytine nacrée, carrière de Loiras, Le Bosc, Hérault

Échantillon de poche, barytine de la carrière de Loiras.

En plus des cristaux de barytine blancs nacrés, on peut noter des mouchetures vertes et bleues : des carbonates de cuivre hydratés. Le carbonate vert est de la malachite, Cu2[(OH)2 (CO3)] et le carbonate bleu de l'azurite, Cu3[(OH) (CO3)]2 .


Dans la carrière de Loiras, la barytine, très minoritaire, n'est pas exploitée. Elle peut l'être dans le cas où les quantités déposées sont importantes. La barytine est exploité comme minerai de baryum, métal dont certaines propriétés chimiques sont utiles en industrie ou en pharmacie. La barytine est aussi et surtout exploitée pour être utilisée telle quelle. C'est en effet une substance très dense (densité de 4,5, d'où son nom, barus = lourd en grec). C'est le minéral dense le plus usuel, donc le moins cher. On utilise cette densité pour faire des boues barytées, très denses, comme liquide de forage dans les puits pétroliers où le pétrole est sous pression, pour que la simple pression hydrostatique compense la pression du pétrole et empêche ainsi le jaillissement de ce dernier. La barytine comme tout corps dense, arrête bien les rayons X et γ. On utilise ainsi la barytine comme « granulat » pour faire des bétons destinés à arrêter les radiations. Quand on fait une radiographie (médicale) de l'estomac ou de l'intestin, on donne à manger une bouillie dense qui arrête bien les rayons X : c'est souvent une bouillie barytée.

Le cuivre, par contre, a donné lieu localement à des exploitations sporadiques anciennes.

Le cuivre le plus visible dans ce filon est sous forme de carbonates. Dans un filon voisin, on peut voir que ces carbonates proviennent de l'oxydation / carbonation de sulfures de cuivre (chalcocite (Cu2S) et/ou covellite (CuS)).

Outre la barytine, les carbonates et les sulfures, les filons associés à la chaîne hercynienne sont le plus souvent remplis de quartz et de sulfures de fer, de fluorine (parfois avec fluorine automorphe), de fluorine, barytine et quartz, de fluorine et sulfures (comme la pyrite), d'oxydes (comme l'hématite)...

La carrière de Loiras, dans son état de 2006, ne permet pas de dater (relativement) ces filons de barytine par rapport au Permien. Ces filons sont bien sûr postérieurs au Cambrien. Mais là où ils sont situés, ce Cambrien n'est pas (plus) recouvert de Permien. On ne peut donc pas savoir si cet hydrothermalisme filonien est anté-, syn- ou post-permien. Par contre, de tels affleurements (en filon ou stratoïdes) de barytine, souvent associés à du cuivre, du plomb, du zinc… se trouvent souvent dans le Permien et même dans le Trias dans les quelques kilomètres entourant Loiras. Cet hydrothermalisme serait donc lié à l'extension permienne, conséquence de la relaxation gravitaire de la chaîne hercynienne, extension tardi-hercynienne qui s'est continuée au Trias et au Jurassique inférieur dans tout le Sud et Sud-Est de la France, en relation indirecte avec l'ouverture de l'océan alpin et de ses marges.

Figure 15. Extrait de la carte géologique BRGM / Google Earth du secteur de la carrière de Loiras (Le Bosc, Hérault)

Extrait de la carte géologique BRGM / Google Earth du secteur de la carrière de Loiras (Le Bosc, Hérault)

Tous les affleurements de barytine et/ou d'autres minerais signalés par le BRGM sont entourés de jaune. Ils sont aussi bien dans le Cambrien que dans le Permien ou le Trias.


Mots clés : barytine, filon, barytine crêtée, hydrothermalisme continental