Pegmatites polies d'Afrique australe (Namibie et Afrique du Sud)

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

23/04/2018

Résumé

Pegmatites ornementales, facteurs contrôlant la taille des cristaux.


Figure 1. Urinoir en roche métamorphique polie, recoupée par de nombreux filons de pegmatite, Namibie

Dans un restaurant de Seriem, près des dunes de Sossusvlei (Namibie).


Figure 2. Panneau latéral gauche d'un urinoir en roche métamorphique recoupée par de nombreux filons de pegmatite, Namibie

Dans un restaurant de Seriem, près des dunes de Sossusvlei (Namibie).


Figure 3. Panneau latéral droit d'un urinoir en roche métamorphique recoupée par de nombreux filons de pegmatite, Namibie

Dans un restaurant de Seriem, près des dunes de Sossusvlei (Namibie).


Figure 4. Détail sur des filons de pegmatite du panneau latéral droit de l'urinoir précédent (Namibie)

Dans un restaurant de Seriem, près des dunes de Sossusvlei (Namibie).

On voit très bien la différence entre l'encaissant migmatitico-métamorphique, folié, et les filons pegmatitiques non foliés. Les doigts donnent l'échelle des cristaux. On reconnait des cristaux blanc-ivoire et le quartz de couleur gris-gros sel. Les minéraux noirs de la pegmatite sont soit de la biotite, soit de la tourmaline. La couleur rouille provient d'une altération-circulation hydrothermale ayant libéré/déposé des hydroxydes ferriques.


En France et dans de nombreux autres pays, les dallages d'allées, les devantures de magasins, les parements muraux, des tables et comptoirs de café… sont souvent constitués de calcaires et marbres divers (cf. Étudier les bélemnites et leur phragmocône dans le centre commercial de la Part-Dieu (Lyon, Rhône) et Orthocères, goniatites, décrochement… sur le parvis de la gare de la Part-Dieu à Lyon ), de granites (cf. Quand les crapauds des granites égyptiens démontrent le mélange de magmas à Paris et à Lyon , de serpentinites ( Carrière de serpentinite à Chatillon, Val d'Aoste, Italie )… En Namibie et en Afrique du Sud, on trouve souvent, en plus de ces roches usuelles, de magnifiques dalles polies de roches granitiques ou métamorphiques riches en filons de pegmatite.

Rappelons que les pegmatites sont des roches magmatiques filoniennes que l'on trouve principalement dans, et en périphérie, des granites, roches filoniennes caractérisées par des cristaux de taille anormalement grande. Elles correspondent la plupart du temps aux derniers liquides résiduels subsistant en toute fin de cristallisation du magma granitique, liquides silicatés résiduels saturés en eau en solution. Ce magma particulier s'injecte en filon dans l'encaissant périphérique du granite ou dans les parties déjà cristallisées de l'intrusion. L'abondance de l'eau dissoute dans les silicates fondus favorise la diffusion des ions dans le magma et provoque cette "anomalie" de cristallisation. Imaginons par exemple qu'un premier petit cristal d'orthose (feldspath potassique) apparaisse dans le magma en cours de refroidissement. En cristallisant, ce premier cristal d‘orthose a incorporé la majorité du potassium qui se trouvait dans le magma à son voisinage immédiat. Le magma perdant encore de la chaleur au cours du temps, de l'orthose va continuer à cristalliser. Il y a alors compétition entre deux solutions possibles. Si les ions potassium sont peu mobiles et circulent mal dans le magma, le premier cristal d'orthose ne pourra pas grandir, faute de potassium présent dans les environs, et ce sera un nouveau cristal d'orthose qui cristallisera à quelque distance du premier (quelques millimètres, voire moins), là où il y a abondance de potassium dans le magma. Si au contraire les ions potassium sont mobiles et circulent bien dans le magma, le premier cristal pourra grandir car il pourra incorporer tout le potassium présent à des centimètres à la ronde, ce qui empêchera par là-même la cristallisation de nouveau cristaux dans les environs. Ce qui est vrai pour le potassium l'est aussi pour tous les autres ions (sodium, calcium, fer…). Un magma granitique très riche en eau dissoute dans le magma cristallisera donc sous forme de cristaux peu nombreux mais de grande taille. Un magma granitique classique relativement pauvre en eau en solution cristallisera sous forme de nombreux petits cristaux de petite taille. On voit bien là que, comme pour les obsidiennes (cf. Obsidienne / bordure figée : une obsidienne n'est pas une lave refroidie rapidement ), il n'y a pas que la vitesse de cristallisation du magma qui conditionne la taille des cristaux, même si bien sûr elle intervient pour expliquer la différence granite/rhyolite, gabbro/basalte... Et de même que l'absence de cristaux dans une obsidienne n'est pas due à un refroidissement rapide, la grande taille des cristaux des pegmatites n'est pas due à un refroidissement lent. Dans ce dernier cas, la non-relation taille des cristaux / lenteur de la cristallisation est particulièrement évidente, car les pegmatites forment des filons de largeur décimétrique à métrique, et non pas des massifs plurikilométriques. Des filons d'une dizaine de centimètres de large comme on en voit sur toutes les images de cet article se refroidissent bien sûr beaucoup plus vite qu'une grosse intrusion magmatique d'un diamètre plurikilométrique ; et pourtant leurs cristaux sont beaucoup plus gros.

En plus des minéraux classiques des magmas acides (micas, feldspaths et quartz), les pegmatites contiennent souvent des minéraux accessoires comme des tourmalines, des béryls, des topazes… Ces minéraux annexes incorporent les éléments peu compatibles avec le réseau cristallin des silicates usuels, qui ont été concentrés dans les derniers liquides résiduels après la cristallisation presque totale du magma initial. Par exemple la tourmaline incorporera le bore, le béryl incorporera le bérylium, le topaze le fluor…

Après les pegmatites ayant servi à faire un urinoir dans un restaurant namibien près des dunes de Sossusvlei, nous verrons d'autres pegmatites ornant les murs de l'aéroport de Johannesbourg en Afrique du Sud, puis d'autres enfin ayant servi à faire des tables dans un café de Namibie. Boire une bière, prendre l'avion et même uriner devant de telles roches procure un plaisir rare. Chacune des images de cette "galerie de pegmatites polies" ne sera accompagnée que d'une rapide description, car nous ignorons tout de la provenance, de l'âge, du contexte géologique… d'où ont été extraits les blocs ayant servi à faire ces dalles. Mais cette ignorance n'empêche pas l'admiration.

Figure 5. Un filon de pegmatite servant de décoration sur un mur de l'aéroport de Johannesbourg, Afrique du Sud

Ce filon, intrusif dans ce qui ressemble à des migmatites, associe cristaux "géants" et cristaux "normaux". La teneur en eau du magma et la dynamique des fluides magmatiques ont dû avoir une histoire complexe au cours de la mise en place de ce filon.


Figure 6. Zoom sur le filon de pegmatite de la figure précédente, Afrique du Sud

Ce filon, intrusif dans ce qui ressemble à des migmatites, associe cristaux "géants" et cristaux "normaux". La teneur en eau du magma et la dynamique des fluides magmatiques ont dû avoir une histoire complexe au cours de la mise en place de ce filon.


Figure 7. Très belle pegmatite sur un mur de l'aéroport de Johannesbourg, Afrique du Sud

On reconnait le quartz (en gris), les feldspaths (en blanc) et un minéral noir (tourmaline et/ou biotite).


Figure 8. Filons de pegmatite sur un mur de l'aéroport de Johannesbourg, Afrique du Sud

La photo suivante correspond à un zoom sur la partie supérieure du filon de droite.


Figure 9. Zoom sur la partie supérieur du filon de droite de la photo précédente

Trois remarques peuvent être faites. (1) Les feldspaths sont parfois blancs, parfois rose-orangé. Sans doute s'agit-il là d'une association albite, blanche, et orthose, rosée. (2) Les cristaux de la bordure du filon sont plus petits que les cristaux du centre. Sans doute la teneur en eau du magma a-t-elle augmenté au cours de la cristallisation. (3) Les cristaux de feldspath sont automorphes, alors que les quartz « bouchent les trous » et sont xénomorphes. On retrouve là l'ordre classique de cristallisation des minéraux dans un magma acide.


Figure 10. Zoom sur un filon de pegmatite, aéroport de Johannesbourg (Afrique du Sud)

On peut faire les mêmes remarques que pour l'image précédente. (1) Les feldspaths sont parfois blancs, parfois rose-orangé. Sans doute s'agit-il là d'une association albite, blanche, et orthose, rosée. (2) Les cristaux de la bordure du filon sont plus petits que les cristaux du centre. Sans doute la teneur en eau du magma a-t-elle augmenté au cours de la cristallisation. (3) Les cristaux de feldspath sont automorphes, alors que les quartz « bouchent les trous » et sont xénomorphes. On retrouve là l'ordre classique de cristallisation des minéraux dans un magma acide.


Figure 11. Un filon de pegmatite recoupant des migmatites, aéroport de Johannesbourg, Afrique du Sud

Ce filon recoupe les structures de son encaissant, en particulier sa schistosité/foliation, ce qui est particulièrement visible en bas à droite du filon. Ce filon, qui ne montre d'ailleurs aucune manifestation d'une déformation interne, est postérieur au métamorphisme régional.


Figure 12. Détail sur un filon de pegmatite recoupant des migmatites, aéroports de Johannesbourg, Afrique du Sud

Ce filon recoupe les structures de son encaissant, en particulier sa schistosité/foliation, ce qui est particulièrement visible en bas à droite du filon. Ce filon, qui ne montre d'ailleurs aucune manifestation d'une déformation interne, est postérieur au métamorphisme régional.


Figure 13. Table d'un bar namibien

Dans un bar voisin du restaurant dont les urinoirs sont présentés en début d'article.

Cette table est faite d'une dalle de gneiss (sans doute un orthogneiss) dont la schistosité/foliation est microplissée, gneiss recoupé de divers filons, dont un filon de pegmatite au-dessus de la diagonale de la table. Ce filon ne montre pas de schistosité interne. Vu de loin, ce filon est approximativement parallèle à la foliation du gneiss. Mais dans le détail, ce filon recoupe nettement la foliation. Ce filon, postérieur à la structuration de l'encaissant due à des mouvements tectoniques aurait donc eu sa géométrie influencée par cette structure préexistante de l'encaissant.


Figure 14. Détail d'une table d'un bar namibien

Dans un bar voisin du restaurant dont les urinoirs sont présentés en début d'article.

Cette table est faite d'une dalle de gneiss (sans doute un orthogneiss) dont la schistosité/foliation est microplissée, gneiss recoupé de divers filons, dont un filon de pegmatite au-dessus de la diagonale de la table. Ce filon ne montre pas de schistosité interne. Vu de loin, ce filon est approximativement parallèle à la foliation du gneiss. Mais dans le détail, ce filon recoupe nettement la foliation. Ce filon, postérieur à la structuration de l'encaissant due à des mouvements tectoniques aurait donc eu sa géométrie influencée par cette structure préexistante de l'encaissant.


Figure 15. Table d'un café namibien montrant les relations géométriques entre un filon de pegmatite non schistosé et son encaissant qui, lui, est schistosé

Vu de loin, ce filon est approximativement parallèle à la foliation du gneiss. Mais dans le détail, ce filon recoupe nettement la foliation. Ce filon, postérieur à la structuration de l'encaissant due à des mouvements tectoniques aurait donc eu sa géométrie influencée par la structure préexistante de l'encaissant.


Figure 16. Détail d'une autre table d'un café namibien montrant les relations géométriques entre un filon de pegmatite non schistosé et son encaissant qui, lui, est schistosé

Vu de loin, ce filon est approximativement parallèle à la foliation du gneiss. Mais dans le détail, ce filon recoupe nettement la foliation. Ce filon, postérieur à la structuration de l'encaissant due à des mouvements tectoniques aurait donc eu sa géométrie influencée par la structure préexistante de l'encaissant.


Figure 17. Table d'un café namibien montrant la complexité des relations mises en place des filons / déformations

Le gneiss (sans doute un orthogneiss) est recoupé par d'étroits filons de pegmatite et par un filon beaucoup plus large à grains fins (aplite). Un cisaillement ductile recoupe le gneiss et semble déformer les filons. Dans la position actuelle de la dalle, ce cisaillement a une signification de décrochement dextre. Quand on regarde en détail, le filon d'aplite acquiert une légère schistosité au voisinage du cisaillement, ce qui ne semble pas le cas du filon de pegmatite pourtant apparemment "tordu" (dans la mesure où la résolution de la photo permet ce diagnostic). On peut donc proposer l'histoire géologique suivante. (1) Mise en place d'un granite, (2) transformation de ce granite en orthogneiss, (3), injection de ce gneiss par un filon d'aplite, (4) cisaillement ductile, (5) injection de filons de pegmatite dont la géométrie est guidée par le cisaillement ductile préexistant.

Pour confirmer ou infirmer ce diagnostic, je me promets de regarder cette table plus en détail si je retourne boire une bière dans ce café namibien, pour ensuite aller "me soulager" dans les urinoirs voisins.


Figure 18. Détail d'une table d'un café namibien montrant la complexité des relations mises en place des filons / déformations

Le gneiss (sans doute un orthogneiss) est recoupé par d'étroits filons de pegmatite et par un filon beaucoup plus large à grains fins (aplite). Un cisaillement ductile recoupe le gneiss et semble déformer les filons. Dans la position actuelle de la dalle, ce cisaillement a une signification de décrochement dextre. Quand on regarde en détail, le filon d'aplite acquiert une légère schistosité au voisinage du cisaillement, ce qui ne semble pas le cas du filon de pegmatite pourtant apparemment "tordu" (dans la mesure où la résolution de la photo permet ce diagnostic). On peut donc proposer l'histoire géologique suivante. (1) Mise en place d'un granite, (2) transformation de ce granite en orthogneiss, (3), injection de ce gneiss par un filon d'aplite, (4) cisaillement ductile, (5) injection de filons de pegmatite dont la géométrie est guidée par le cisaillement ductile préexistant.

Pour confirmer ou infirmer ce diagnostic, je me promets de regarder cette table plus en détail si je retourne boire une bière dans ce café namibien, pour ensuite aller "me soulager" dans les urinoirs voisins.


Figure 19. Affleurement montrant un filon vertical de pegmatite (de 50 cm à 1 m de largeur) recoupant un encaissant gneissique, Namibie

La tache brillante au milieu du filon de pegmatite est un gros cristal de feldspath détaillé sur la photo suivante.

Toutes les dalles polies de cet article ont été extraites de carrières exploitant des sites similaires.


Figure 20. Très gros cristal de feldspath d'un filon de pegmatite recoupant un encaissant gneissique, Namibie

Le gros cristal de feldspath correspond à la tache brillante au milieu du filon de pegmatite. sur la photo précédente.

Toutes les dalles polies de cet article ont été extraites de carrières exploitant des sites similaires.