Mots clés : grenat, sable, ripple mark, placer

Les plages et les dunes riches en grenats de la côte namibienne

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

21/05/2018

Résumé

Sable à grenat, tri éolien et hydraulique en Namibie et sur l'ile de Groix.


Figure 1. Arrière-plage très riche en sable de grenat, côte de Namibie, à une trentaine de kilomètres au Sud de Walvis Bay

La marée est haute et commence à baisser. On voit la limite sinueuse entre le sable humide et le sable sec. Le sable sec, bien jaune et bien propre, constitue une bande de 5 à 10 m de large. Sa limite supérieure gauche correspond sans doute à la limite des marées hautes de vives eaux. À sa gauche, cette bande de sable jaune et propre se prolonge par une bande en relief arrêtant les vagues (sauf sans doute en cas de tempête). Ce relief forme une “ride” assez plate qui mesure environ 50 cm de hauteur ; elle est faite de sable parsemé de “taches sombres” (végétaux pionniers…). Cette ride peu élevée se raccorde à ses extrémités à des dunes formant tout l'arrière-plan et le premier plan ; elle contient une petite dune résiduelle isolée de hauteur métrique en son milieu. C'est à l'arrière (à gauche) de cette ride en relief et surtout de sa dune médiane que le sable prend une couleur nettement rouge-violacé, couleur due à l'abondance des grenats. Ce sable rouge fait des trainées allongées, de direction droite-gauche (Ouest-Est), direction parallèle à celle des vents dominants venant de l'océan. Les trainées avec le plus de grenats (trainées les plus sombres) se trouvent juste à gauche en contrebas des reliefs. C'est dans l'alignement de la dune métrique centrale, dans la zone à l'abri du vent, que la teneur en grenats est la plus forte. Les traces de voiture bien visibles en bas à gauche donnent l'échelle.


Figure 2. Arrière-plage très riche en sable de grenat, côte de Namibie, à une trentaine de kilomètres au Sud de Walvis Bay

La marée est haute et commence à baisser. On voit la limite sinueuse entre le sable humide et le sable sec. Le sable sec, bien jaune et bien propre, constitue une bande de 5 à 10 m de large. Sa limite supérieure gauche correspond sans doute à la limite des marées hautes de vives eaux. À sa gauche, cette bande de sable jaune et propre se prolonge par une bande en relief arrêtant les vagues (sauf sans doute en cas de tempête). Ce relief forme une “ride” assez plate qui mesure environ 50 cm de hauteur ; elle est faite de sable parsemé de “taches sombres” (végétaux pionniers…). Cette ride peu élevée se raccorde à ses extrémités à des dunes formant tout l'arrière-plan et le premier plan ; elle contient une petite dune résiduelle isolée de hauteur métrique en son milieu. C'est à l'arrière (à gauche) de cette ride en relief et surtout de sa dune médiane que le sable prend une couleur nettement rouge-violacé, couleur due à l'abondance des grenats. Ce sable rouge fait des trainées allongées, de direction droite-gauche (Ouest-Est), direction parallèle à celle des vents dominants venant de l'océan. Les trainées avec le plus de grenats (trainées les plus sombres) se trouvent juste à gauche en contrebas des reliefs. C'est dans l'alignement de la dune métrique centrale, dans la zone à l'abri du vent, que la teneur en grenats est la plus forte. Les traces de voiture bien visibles en bas à gauche donnent l'échelle.


La côte namibienne entre Walvis Bay, au Nord, et l'embouchure de l'Orange, 650 km au Sud, correspond à un désert particulièrement aride, le désert du Namib, dont les dunes arrivent jusqu'à l'océan. L'aridité de ce désert est due (1) à sa position sous le tropique Sud, et (2) à la présence d'un courant froid qui longe la côte, le courant du Benguela. Cette énorme masse de sable, ultra-majoritairement constituée de quartz, est, entre autres, alimentée par les quelques fleuves temporaires issus du plateau central qui atteignent la mer lors de grandes crues, et par un important fleuve permanent, le fleuve Orange. Ces fleuves traversent une chaine protérozoïque, la chaine des Damaras, constituée de roches granitiques et métamorphiques, elles-même riches en quartz et en grenats. D'autre part, l'Orange qui vient d'Afrique du Sud, en plus des quartz et des grenats, charrie des diamants venant de l'érosion des pipes de kimberlite nombreux en Afrique Australe (cf. L'origine des diamants ). Grenats et diamants ont deux caractéristiques communes : (1) ils ne sont pas (ou peu) altérables, et (2) ils sont denses : ρ = 3,5 à 4,3 g/cm3 pour les grenats, 3,5 g/cm  pour les diamants, à comparer aux 2,6 g/cm3 pour le quartz. En arrivant à la mer, tout ce matériel détritique se dépose en aval de l'estuaire, est repris par les courants marins allant du Sud au Nord et par les vents qui remobilisent les sables côtiers. Courants marins et vents effectuent alors un tri, essentiellement selon la masse des grains, et donc selon la densité des minéraux pour une granulométrie homogène, et aussi selon la vitesse du courant d'air ou d'eau. Pour une granulométrie donnée, les minéraux denses comme peu denses sont transportés par des courants rapides, mais seuls les minéraux peu denses le sont par des courants lents.

Imaginons par exemple un courant d'eau ou un vent assez forts pour transporter quartz et grenats. Si la vitesse du courant ou du vent diminue (augmentation de la profondeur d'un chenal, obstacle faisant derrière lui une zone à l'abri du vent…), alors les grenats se déposeront dans cette zone à faible vitesse, mais les grains de quartz continueront leur trajet seuls, “débarrassés” de leurs grenats, et iront se déposer plus loin sous forme de sable de quartz pur. Imaginons un autre cas : un courant (d'air ou d'eau) passe au-dessus d'un sable fait d'un mélange quartz + grenat. Si le courant n'est ni trop fort ni trop faible, il pourra être assez fort pour entrainer les grains de quartz, mais pas assez pour déplacer les grains de grenat. Le sable local sera “débarrassé” de ses quartz et il ne restera sur place qu'un sable très enrichi en grenats. Le sable quartzeux ira se déposer plus loin, où il formera des niveaux purement quartzeux.

Nous vous montrons ci-dessous 14 images d'affleurements tous situés à environ 50 km au Sud de Walvis Bay, et illustrant ce tri par densité, soit par le vent, soit par l'eau. Nous n'avons pas pu faire une étude approfondie ce ces affleurements ; les explications proposées ne le seront qu'à titre indicatif.

Plus au Sud, près de l'embouchure de l'Orange, ce type de tri a également (mais très partiellement) séparé les diamants des autres minéraux. Nous ne pourrons pas vous montrer les effets de ce tri (1) parce que même si le tri multiplie la proportion de diamants par 1000, le sable enrichi en diamants serait bien trop pauvre en gemmes pour que cela se voit à l'œil nu, (2) parce que pénétrer dans ces zones à sable diamantifère est formellement interdit.

Mais Google Earth permet d'avoir une idée du gigantisme des terrassements, excavations et autres bassins laissés par cette exploitation des dunes littorales, même si, actuellement, l'essentiel de l'exploitation se fait en mer. Il faut en effet remuer des mètres cubes et des mètres cubes de sable, même déjà pré-enrichi en diamants, pour récupérer quelques carats.

Ce type de gisement ayant concentré des minéraux denses (on parle habituellement de minéraux lourds) là ou une baisse de la vitesse d'un courant les a concentrés est nommé « placer ». Outre les diamants, les placers les plus connus et les plus exploités concentrent l'or, mais aussi le rutile et l'ilménite (TiO2 et FeTiO3, minerais de titane), le zircon (ZrSiO4, minerai de zirconium), la cassitérite (SnO2, minerai d'étain), la monazite ([Ce,La,Nd,Th]PO4 minerai de thorium et de quelques terres rares)…


Figure 4. Vue d'ensemble sur une bande de sable particulièrement riche en grenats, côte de Namibie

Cette bande rose se situe au-dessus de la zone atteinte par les grandes marées, mais à la base des dunes éoliennes. Elle doit pouvoir être atteinte par la mer lors des tempêtes. Sa surface est affectée de ripple marks éoliens “actifs” et mobiles ; de petits escarpements montrent que ce sable est stratifié et possède une certaine cohésion dès quelques centimètres de profondeur (grains légèrement collés par du sel, des substances organiques, des biofilms…). Le personnage donne l'échelle.


Figure 5. Détail de la photo précédente montrant des mini-rides éoliennes

Le vent vient de la droite. Comme pour les dunes métriques ou hectométriques classiques, chaque ride est constituée d'un flanc long face au vent (à droite), et d'un flanc court sous le vent (à gauche). Le flanc face au vent est nettement plus rose que le flanc sous le vent et contient donc plus de grenats. Les rides sont espacées assez régulièrement, avec une longueur d'onde de 5 à 10 cm.


Figure 6. Détail des strates internes de la bande rose des images précédentes affectées de petits escarpements

Cet escarpement montre que ce sable est stratifié (strates non ondulées, déposée par des vagues de tempête ?), et possède une légère cohésion à partir de quelques centimètres de profondeur (grains collés par du sel, des substances organiques…). Cet escarpement montre que la masse du sable contient beaucoup moins de grenats que la surface actuelle (surface à priori postérieure au dernier coup de vent). Cette surface correspond donc à une ségrégation différentielle de grenats, sans doute parce que le vent érode différentiellement ce sable en entrainant les grains de quartz et en laissant les grenats sur place.


Figure 7. Vue sur la partie supérieure des ripple marks “actifs” de la bande rose située entre la ligne des hautes mers et la dune éolienne dépourvue de grenat

Comme dans l'image précédente, on revoit au niveau d'un petit escarpement que le sable immédiatement sous la surface est beaucoup moins riche en grenat que la surface elle-même. Un animal est passé par là et a laissé des traces.


Figure 8. Zone à ripple marks actifs, avec les flancs face au vent, en pente douce, beaucoup plus riches en grenats que les flancs sous le vent, en pente raide

Le personnage donne l'échelle. Pour interpréter cette disposition, on peut proposer l'explication suivante : dans les heures ou jours qui ont précédé la prise des photos, le vent soufflait assez fort de la gauche vers la droite pour déplacer et entrainer beaucoup de grain de quartz, en laissant sur place la majorité des grains de grenat. Les faces avant des mini-dunes étaient enrichies en grenats par départ différentiel des quartz. Derrière chaque mini-dune, la vitesse du vent ralentissait localement, et une partie des grains de quartz tombait en tapissant le flanc raide. Les petites taches blanches correspondent à de petites coquilles de bivalves, coquilles très légères et offrant une grande prise au vent. Elles ont pu être déposées là par la dernière tempête et/ou être mobilisées par le vent.


Figure 9.  Ripple marks actifs, avec les flancs face au vent, en pente douce, beaucoup plus riches en grenats que les flancs sous le vent, en pente raide

Pour interpréter cette disposition, on peut proposer l'explication suivante : dans les heures ou jours qui ont précédé la prise des photos, le vent soufflait assez fort de la gauche vers la droite pour déplacer et entrainer beaucoup de grain de quartz, en laissant sur place la majorité des grains de grenat. Les faces avant des mini-dunes étaient enrichies en grenats par départ différentiel des quartz. Derrière chaque mini-dune, la vitesse du vent ralentissait localement, et une partie des grains de quartz tombait en tapissant le flanc raide. Les petites taches blanches correspondent à de petites coquilles de bivalves, coquilles très légères et offrant une grande prise au vent. Elles ont pu être déposées là par la dernière tempête et/ou être mobilisées par le vent.


Figure 10. Zoom sur des ripple marks actifs, avec les flancs face au vent, en pente douce, beaucoup plus riches en grenats que les flancs sous le vent, en pente raide

Pour interpréter cette disposition, on peut proposer l'explication suivante : dans les heures ou jours qui ont précédé la prise des photos, le vent soufflait assez fort de la gauche vers la droite pour déplacer et entrainer beaucoup de grain de quartz, en laissant sur place la majorité des grains de grenat. Les faces avant des mini-dunes étaient enrichies en grenats par départ différentiel des quartz. Derrière chaque mini-dune, la vitesse du vent ralentissait localement, et une partie des grains de quartz tombait en tapissant le flanc raide.



Figure 12. Vue aérienne d'un secteur de la côte au Sud de Walvis Bay, Namibie

La barre en bas à gauche donne l'échelle. On voit bien la dissymétrie des dunes. Sur presque toute la pente entre la mer et le sommet des dunes, on remarque que les flancs peu raides et face au vent (à droite) sont beaucoup plus rouges que les flancs raides sous le vent. On retrouve là, à une échelle hectométrique, ce qu'on voyait à une échelle décimétrique sur les photos précédentes.


Figure 13. Un secteur particulièrement riche en grenats, côte namibienne

En plus du grenat, il y a une concentration secondaire en minéraux noirs (tourmaline, ilménite… ?).



Figure 15. Zoom fait à la loupe binoculaire (à l'ENS de Lyon) sur du sable ramené de cette bande côtière namibienne

On reconnait le grenat de couleur rose à rouge, des quartz incolores à jaunâtres, et d'autres minéraux verts, jaunes foncés, noirs… qui restent à déterminer.


Figure 16. Zoom fait à la loupe binoculaire (à l'ENS de Lyon) sur du sable ramené de cette bande côtière namibienne

On reconnait le grenat de couleur rose à rouge, des quartz incolores à jaunâtres, et d'autres minéraux verts, jaunes foncés, noirs… qui restent à déterminer.


Figure 17. La piste qui va de Walvis Bay à Sandwich Harbour, le long de laquelle ont été prises toutes les photos, est parfois coincée entre la mer et le champ de dune, et est submergée à chaque marée haute

Ces photos ont été prises à marée descendante, et tout le sable sous la piste (et entre la piste et la mer) est encore mouillé. Il n'est donc pas mis en mouvement par le vent, mais seulement par l'eau (le va-et-vient des vagues, les ruissellements qui sortent du sable…). Les trainées plus ou moins jaunes ou roses sont, dans ce cas, dues à un tri par les eaux courantes.


Figure 18. La piste qui va de Walvis Bay à Sandwich Harbour, le long de laquelle ont été prises toutes les photos est parfois coincée entre la mer et le champ de dune, et est submergée à chaque marée haute

Ces photos ont été prises à marée descendante, et tout le sable sous la piste (et entre la piste et la mer) est encore mouillé. Il n'est donc pas mis en mouvement par le vent, mais seulement par l'eau (le va-et-vient des vagues, les ruissellements qui sortent du sable…). Les trainées plus ou moins jaunes ou roses sont, dans ce cas, dues à un tri par les eaux courantes.


Figure 19. La piste qui va de Walvis Bay à Sandwich Harbour, le long de laquelle ont été prises toutes les photos est parfois coincée entre la mer et le champ de dune, et est submergée à chaque marée haute

Ces photos ont été prises à marée descendante, et tout le sable sous la piste (et entre la piste et la mer) est encore mouillé. Il n'est donc pas mis en mouvement par le vent, mais seulement par l'eau (le va-et-vient des vagues, les ruissellements qui sortent du sable…). Les trainées plus ou moins jaunes ou roses sont, dans ce cas, dues à un tri par les eaux courantes.


Figure 20. Grenats triés par les vagues et extraits de sable de la côte namibienne

Les grenats de sable éolien (cf. figure 11) sont de diamètre infra-millimétrique, ceux ramassés au bord de l'eau et triés par les vagues peuvent être d'un diamètre plus important, comme en témoignent ceux-ci rassemblés dans une coquille de bivalve.


Figure 21. Une otarie, gardienne des grenats de la côte namibienne

La présence de cette otarie explique la doudoune de la figure 8, et est expliquée par le courant froid du Benguela.


Figure 22. Vue aérienne du champ de dunes au Sud de Walvis Bay, Namibie

La morphologie des flèches littorales indique bien la direction et le sens du courant dominant et de la dérive littorale (cf. Géologie et aménagement du territoire, un exemple d'échec  : l'aménagement de l'estuaire de la Slack (Pas de Calais) ), du Sud (en bas) au Nord (en haut).


Il n'est pas nécessaire d'aller en Namibie pour voir des plages à grenats. Il suffit d'aller sur la côte Est de l'ile de Groix dans le Morbihan (cf. Les glaucophanites de l'île de Groix ). Bien sûr c'est un peu moins grandiose, mais c'est bien meilleur pour le bilan carbone.

Figure 23. Une plage à grenats sur l'ile de Groix, Morbihan


Figure 24. Détail de l'amont d'une plage à grenats sur l'ile de Groix, Morbihan



Mots clés : grenat, sable, ripple mark, placer