Les pegmatites du Limousin : d'anciens gisements exploités pour l'industrie électrique, les porcelaines et autres céramiques, la verrerie… et des curiosités géologiques

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

29/04/2019

Résumé

Pegmatites ordinaires des Monts d'Ambazac (Haute-Vienne) à cristaux centimétriques ou géants (quartz, feldspath potassique), et indicateurs de la variabilité des conditions de cristallisation.


Cette “image de la semaine” est la première de deux articles consacrés aux pegmatites du Limousin, plus précisément des Monts d'Ambazac. Cette première semaine montre des pegmatites “ordinaires”. La deuxième semaine sera consacrée aux pegmatites “extraordinaires”, montrant des structures et des minéraux rares, pegmatites modèles pour comprendre la genèse des gisements des métaux dits du futur (béryllium, lithium, tantale, niobium…). Ces deux articles n'ont pu être écrits que grâce à la Société Géologique du Limousin et à son président, qui m'a piloté sur “ses” terres en mars 2019. Qu'il en soit remercié. La majorité des photos présentées ici ont été prises dans des mines abandonnées d'accès malaisé voire dangereux pour un public non averti. Pour préserver ce qui reste de ce patrimoine naturel, aucun prélèvement ou coup de marteau destructeur n'ont été faits ou donnés dans ces galeries lors de cette visite. Les échantillons photographiés ont été ramassés dans des vieux déblais en cours d'altération à l'extérieur des mines. Pour des raisons de sécurité et pour la préservation du patrimoine, les affleurements montrés ne seront pas précisément localisés.

Figure 1. Toit d'une galerie exploitée au début du XXe siècle et montrant des cristaux géants : quartz (gris) et feldspaths potassiques (rose), vers Ambazac (Haute-Vienne)

Quelques biotites se voient ici ou là. Le gros cristal de feldspath au-dessus de la main montre une croissance en deux temps. L'autre gros cristal de feldspath au-dessus à droite de la main mesure plus de 40 cm dans sa plus grande dimension et montre de très beaux plans de clivage. Cette mine a été exploitée pour le quartz, qui commençait à être utilisé en piézo-électricité.


Figure 2. Détail du gros cristal de feldspath potassique zoné du centre de la photo précédente

Le centre est occupé par un monocristal rosé (orthose ou microcline). Il est entouré d'une auréole plus orangée. Des biotites ont crû sur le premier cristal, perpendiculairement à sa surface, et sont englobées dans l'auréole feldspathique plus orangée. L'ensemble est englobé dans un giga-cristal de quartz. Ce cristal met le doigt sur certains problèmes posés par les pegmatites : taille des cristaux bien sûr, mais surtout variation et évolution du magma pegmatitique au cours de la cristallisation dans le filon ce qui se traduit par un “zonage” des cristaux.


L'article sur le lithium, Le lithium (Li) : aspects géologiques, économiques et industriels , a mis en valeur (1) l'intérêt économique des pegmatites, et (2) la présence de pegmatites lithinifères en Limousin. Cela a procuré un “prétexte” pour révéler et s'attarder un peu sur ces trésors du patrimoine géologique français.

Les pegmatites sont des roches filoniennes (éventuellement en poches et petits amas) qui ont toujours intrigué les géologues. Rappelons que les pegmatites correspondent à des phases magmatiques résiduelles de la cristallisation de magmas granitiques, phases résiduelles très enrichies en eau et autres volatiles, ainsi qu'en de nombreux éléments incompatibles[1]. Ces magmas pegmatitiques injectent des filons ou forment des petites poches péri- ou intra-granitiques. La grande taille de leurs cristaux est due à une forte teneur en eau du magma. À cause de la variation de la teneur en eau du magma et à des anomalies de cristallisation, elles sont souvent associées à des aplites. D'autres articles sur les pegmatites sont consultables sur Planet-Terre, par exemple, Filons de pegmatite en Bretagne et en Himalaya , Quelques échantillons de pegmatites extraordinaires et Pegmatites polies d'Afrique australe (Namibie et Afrique du Sud) .

Les géologues ont toujours été intéressés par les pegmatites à cause de la taille de leurs cristaux, et aussi à cause de leur utilité. Elles ont été (et sont encore dans de nombreux pays) des sources de gemmes (émeraude, topaze…), de quartz, de feldspath (utilisé pour les céramiques), de kaolin (pour la céramique, dont la porcelaine), de certains minerais utilisés depuis longtemps comme la cassitérite (minerai d'étain, SnO2)… Depuis quelques décennies, l'intérêt pour ces roches a augmenté, car ce sont des sources majeures de métaux dit « technologiques et stratégiques » indispensables à de nombreux usages modernes. Nous verrons la semaine prochaine certains de ces minéraux à métaux rares.

Les pegmatites des Monts d'Ambazac (Haute-Vienne) se localisent à l'intérieur ou à proximité immédiate du leucogranite hercynien de Saint-Sylvestre (320 Ma), au Nord de Limoges. Sans compter les exploitations d'uranium, il y a une soixantaine d'anciennes carrières dans ce granite, toutes abandonnées. Ces pegmatites de la Haute-Vienne furent exploitées au XIXe et au début du XXe siècle, un peu pour l'exploitation de quartz destiné à la piézo-électricité, un peu aussi pour l'extraction du kaolin, et surtout pour le feldspath potassique, kaolin et feldspath utilisés par l'industrie porcelainière de Limoges, tout proche. Il y eu aussi exploitation des pegmatites lithinifères destinées à la verrerie. La plupart des anciennes exploitations souterraines sont partiellement éboulées ou rebouchées ; et les carrières, tranchées et autres travaux à l'air libre, ainsi que les déblais, sont maintenant envahis par la végétation.

Nous allons donc faire deux “promenades géologiques” dans les Monts d'Ambazac au Nord de Limoges. La semaine prochaine, ce sera pour découvrir des minéraux contenant ces métaux rares, ainsi que des exemples de structures internes des filons de pegmatites montrant la complexité de leur mise en place. Cette semaine sera une introduction montrant des pegmatites ordinaires, mais néanmoins dignes d'intérêt. Il y aura 15 photographies commentées prises sur des pegmatites en place dans des galeries de mine en mars 2019, et quatre photographies d'échantillons ramassés dans des déblais, trois en mars 2019, et un ramassé en 1972 pendant ma jeunesse estudiantine. Cette série de photos sera suivie par des cartes géologiques et topographiques.

Figure 3. Ancienne tranchée correspondant à un ancien filon de pegmatite “vidé” de son contenu au début du XXe siècle, Monts d'Ambazac (Haute-Vienne)

Depuis, la forêt a repris ses droits, et trouver des affleurements non altérés est devenu bien difficile.


Figure 4. Entrée d'une ancienne galerie de mine perdue dans la forêt limousine, Monts d'Ambazac (Haute-Vienne)

Cette mine exploitait un filon de pegmatite possédant de grands cristaux (généralement xénomorphes) de quartz assez purs pour être utilisés en piézo-électricité.


Figure 5. Entrée de mine vue de l'intérieur, Monts d'Ambazac (Haute-Vienne)

On devine en bas à gauche juste au-dessus du trou rempli d'eau, une belle paroi de pegmatite à peine recouverte de quelques mousses et micro-algues vertes. Une enclave de granite “ordinaire” incluse dans la pegmatite se voit au-dessus du trou d'eau. Les deux photos suivantes montrent des détails de la pegmatite surmontant le trou d'eau.


Figure 6. Détail de la pegmatite de la photo précédente

La droite et la gauche de l'affleurement sont faits d'une pegmatite « ordinaire » à grains centimétriques. Le centre de l'affleurement est fait de pegmatite à cristaux parfois largement décimétriques. Cette dualité de faciès montre bien la complexité interne des filons de pegmatites (injections successives, variations de la pression de fluide, cristallisation parfois en déséquilibre à cause de phénomènes de surfusion… ?).


Figure 7. Zoom sur la pegmatite à deux faciès de la photo précédente

La droite et la gauche de l'affleurement sont faits d'une pegmatite « ordinaire » à grains centimétriques. Le centre de l'affleurement est fait de pegmatite à cristaux parfois largement décimétriques. Cette dualité de faciès montre bien la complexité interne des filons de pegmatites (injections successives, variations de la pression de fluide, cristallisation parfois en déséquilibre à cause de phénomènes de surfusion… ?).


Figure 12. Cristal géant de feldspath potassique (h > 50 cm, le marteau donne l'échelle) en forme de triangle, englobé dans un cristal de quartz de largeur > 1 m, Monts d'Ambazac (Haute-Vienne)

À la base gauche du triangle, les photos de détail montrent que la pegmatite prend un caractère “graphique” (cf. figures 4 et 5 de Quelques échantillons de pegmatites extraordinaires ). En bas, sous la pegmatite à cristaux géants, de la pegmatite “normale”. La petite tache noire à 40 cm à gauche du manche du marteau est une chauve-souris qui n'a pas fini d'hiberner.


Figure 13. Vue rapprochée sur le cristal géant de feldspath potassique englobé dans un cristal de quartz

À la base gauche du triangle, les photos de détail montrent que la pegmatite prend un caractère “graphique” (cf. figures 4 et 5 de Quelques échantillons de pegmatites extraordinaires ). En bas, sous la pegmatite à cristaux géants, de la pegmatite “normale”. La petite tache noire à 40 cm à gauche du manche du marteau est une chauve-souris qui n'a pas fini d'hiberner.


Figure 14. Détail de la pegmatite en bas du cristal géant de feldspath potassique englobé dans un cristal de quartz

À la base gauche du triangle, les photos de détail montrent que la pegmatite prend un caractère “graphique” (cf. figures 4 et 5 de Quelques échantillons de pegmatites extraordinaires ). En bas, sous la pegmatite à cristaux géants, de la pegmatite “normale”.


Figure 15. Chauve-souris accrochée à la limite entre un quartz et un feldspath pluri-décimétriques, pegmatite des Monts d'Ambazac (Haute-Vienne)

Que l'échelle de cristaux de pegmatite soit donnée par une chauve-souris procure un plaisir rare pour un amateur de SVT. Aucun coup de marteau n'a cassé un cristal ou dérangé une chauve-souris.


Figure 16. Chauve-souris accrochée à la limite entre un quartz et un feldspath pluri-décimétriques, pegmatite des Monts d'Ambazac (Haute-Vienne)

Que l'échelle de cristaux de pegmatite soit donnée par une chauve-souris[a] procure un plaisir rare pour un amateur de SVT. Aucun coup de marteau n'a cassé un cristal ou dérangé une chauve-souris.


[a] La chauve-souris photographiée dans l'ancienne galerie de pegmatite est un rhinolophe. l'enveloppement par les ailes "en papillote" et la suspension "en poire" sont caractéristiques de ce genre, du moins en France. La petite taille en comparaison avec le marteau et la main, l'ouverture entre les ailes, le fait que la tête soit entièrement cachée et la fourrure grise de la face inférieure visible entre les ailes plaident pour un petit rhinolophe fer-à-cheval, Rhinolophus hipposideros . On pourrait éventuellement penser à jeune Rh. ferrumequinum (grand rh. fer à cheval) mais c'est moins probable. Les autres espèces de ce genre sont plus méditerranéennes, plus rares (absentes de la Haute-Vienne) et ne s'installent pas aussi près des entrées.

Michel Wienin, Commission scientifique de la Fédération Française de Spéléologie

Figure 17. Détail du contact entre un filon de pegmatite à cristaux “ordinaires” (taille de 1 à 2 cm) et le faciès classique du granite de Saint-Sylvestre (cristaux millimétriques)

La teinte verte de certains minéraux est due à des micro-algues vertes (on est à la lumière, en face de l'entrée de la mine) et non à des minéraux verts comme de l'apatite.


Figure 18. Vue plus éloignée du contact entre un filon de pegmatite (en haut, faciès à cristaux centimétriques) et le faciès classique du granite de Saint-Sylvestre (en bas)

Noter que le contact granite-pegmatite est localement particulièrement riche en biotites. Tout cela montre une fois de plus que la mise en place des filons de pegmatite n'est pas une histoire simple et tranquille.


En plus des affleurements visibles dans les anciennes galeries, on peut voir et récolter des échantillons dans les anciens déblais quand ceux-ci ne sont pas trop colonisés par la végétation. Ces échantillons peuvent être classiques mais aussi ravir les amateurs de minéralogie. En témoignent deux échantillons ramassés en 2019, et un ramassé en 1972, il y a 47 ans.

Figure 19. Deux zooms sur un échantillon de pegmatite classique à biotite, muscovite, feldspath et quartz

On voit très bien une biotite incluse dans une muscovite, indiquant l'ordre de cristallisation de ces deux micas. Échantillon de 2019.


Figure 20. Deux zooms sur un échantillon de pegmatite classique à biotite, muscovite, feldspath et quartz

On voit très bien une biotite incluse dans une muscovite, indiquant l'ordre de cristallisation de ces deux micas. Échantillon de 2019.


Figure 21. Petit échantillon de pegmatite avec quartz fumé automorphe, muscovite et feldspath (orangé)

La pièce qui donne l'échelle est une pièce d'1 €. Échantillon de 2019.


Figure 22. Vues avant et arrière d'un petit échantillon de pegmatite montrant la juxtaposition d'un cristal automorphe de quartz fumé et d'un cristal automorphe de feldspath

La pièce qui donne l'échelle est une pièce d'1 €. Échantillon de 1972.


Figure 23. Extraits de la carte géologique d'Ambazac, de sa légende, et de la carte IGN couvant la même zone localisant approximativement les zones où ont été prises les photos et ramassés les échantillons présentés (ellipses)

Les auteurs de la carte géologique ont carté de très nombreux filons et petits corps internes au granite de Saint-Sylvestre (les trois teintes bleues violacées les plus à l'Est). Les auteurs ont distingué les filons plus ou moins basiques rappelant qu'il y a souvent un peu d'intervention mantellique dans la fusion crustale (dernière ligne du rectangle de la légende), les filons hydrothermaux et de microgranites (troisième ligne de la légende) et les filons et petits corps de pegmatite (deuxième ligne, encadrée en rouge).

Ils ont distingué trois types de pegmatites : les pegmatites potassiques (surtout à l'Ouest), sodolithiques (surtout à l'Est), et un intermédiaire, les pegmatites sodipotassiques surtout au centre. La cause de la variabilité de la chimie des pegmatites au sein d'un même granite, et la raison de leur répartition géographique n'est pas bien comprise. La carte géologique peut être vue avec une bonne résolution sur InfoTerre, et sa notice peut y être téléchargée.


Figure 24. Cartes topographique et géologique localisant le secteur riche en pegmatites correspondant à la figure précédente (rectangles)

Ces pegmatites sont internes (ou juste à proximité du) au granite de Saint-Sylvestre, qui a un indice 17 sur la carte géologique au 1/1 000 000 (ce qui indique un âge carbonifère moyen, entre 335 et 305 Ma).



Figure 26. Localisation des Monts d'Ambazac et de leurs pegmatites en France




[1] Rappelons la définition géologique du mot “incompatible”. Ce mot a plusieurs synonymes, dont “hygromagmaphile” et “hygromagmatophile”, et qualifie la propriété qu'ont certains éléments à être difficilement intégrés dans les silicates qui cristallisent à partir d'un magma silicaté et qui restent majoritairement dans la phase fluide résiduelle. Inversement, les éléments incompatibles sont les premiers à quitter le réseau cristallin des silicates pour gagner le magma lors d'une fusion partielle.