Les sphérolites de wollastonite de l'ile d'Elbe (Italie), témoins métamorphiques de la mise en place d'un granitoïde pendant une extension lithosphérique

Noël est la saison des crèches (Un anticlinal abritant une crèche-bergerie : la grotte d'Harpéa, Estérençuby (Pyrénées Atlantiques)), des vierges (cf. par exemple La chute d'une météorite peinte par Raphaël dans la Madonna di Foligno (Madone de Foligno), Musée du Vatican). Cette année, nous vous montrons des boules, en l'occurrence des sphérolites de wollastonite.

La wollastonite est un silicate de calcium (CaSiO₃) cristallisant dans le système triclinique et formant des aiguilles très souvent regroupées en structures fibroradiées, parfois en cristaux tabulaires. C'est un minéral classique de métamorphisme de haute température des calcaires impurs. On le trouve très souvent dans le cas d'un métamorphisme de contact affectant des calcaires, parfois quand un métamorphisme régional haute température affecte des carbonates. La (relative) rareté de ces situations en France explique la (relative) rareté de la wollastonite en France et sa non connaissance par une majorité d'étudiants et d'enseignants.

Dans un premier temps, nous regarderons sous toutes les coutures cet affleurement de wollastonite du Cap de Norsi (ile d'Elbe, Italie). Puis nous discuterons les intérêts théoriques et pratiques de la wollastonite. Enfin, nous évoquerons rapidement le contexte géodynamique à l'origine des granitoïdes miocènes de l'ile d'Elbe, à l'origine (avec l'extension) de la haute température ayant généré cette wollastonite.

Sur la plage, on peut trouver des galets présentant des sphérolites de belles tailles, et l'érosion marine peut parfois dégager et mettre en valeur des cristaux tabulaires.

La wollastonite est relativement rare en France, car il n'y a que peu de métamorphisme de contact ou de métamorphisme de haute température affectant des calcaires ayant la “bonne” chimie pour donner de la wollastonite. Au cours de sa scolarité, un étudiant en géologie a pourtant dû la rencontrer deux fois.

Quand on étudie les pyroxènes, on apprend que ces minéraux constituent une solution solide entre trois pôles : MgSiO₃, FeSiO₃ et CaSiO₃. Mais le réseau cristallin des pyroxènes n'accueille au maximum que 50 % de calcium. Les pyroxènes oscillent donc entre quatre pôles : MgSiO₃ (enstatite), FeSiO₃ (ferrosilite), [Ca_0,5Mg_0,5]SiO₃ (diopside), et [Ca_0,5Mg_0,5]SiO₃ (hédenbergite). Le pôle calcique pur (CaSi0₃) n'est pas un pyroxène, mais la wollastonite.

Quand on étudie comment l'altération des silicates contenant du calcium fait baisser le CO₂ atmosphérique en fabriquant de l'argile et (indirectement) du CaCO₃, il serait logique de prendre comme exemple le plus courant des silicates contenant du calcium, à savoir le plagioclase calcique (l'anorthite, CaAl₂Si₂O₈) :

Mais pour simplifier l'équation, on préfère souvent prendre le plus simple (à défaut d'être le plus courant) des silicates contenant du calcium, la wollastonite :

Enfin, la wollastonite est un minéral “utile”, exploité par l'industrie. Riche en calcium et ne contenant pas de volatils (contrairement au calcaire), elle est utilisée dans la métallurgie (pour déphosphorer les aciers par exemple). Blanche et brillante, elle sert de “lest” pour blanchir peinture, papier et carton glacé (au même titre que la calcite). Sa structure fibreuse la rend très utile pour faire des céramiques, des garnitures de frein… où elle remplace avantageusement l'amiante. En 2016, la production mondiale de wollastonite était de 710 000 tonnes. Les principaux pays producteurs sont, par ordre décroissant, la Chine, l'Inde, les USA, le Mexique et la Finlande.

À ces photographies liées au métamorphisme de contact ayant engendré de la wollastonite sur l'ile d'Elbe, à l'importance théorique et pratique de la wollastonite, on pourrait ajouter des questions sur ces granitoïdes d'âge miocène supérieur de l'ile d'Elbe, granites dont la mise en place est à l'origine de la wollastonite. Ces granitoïdes se sont mis en place dans une croûte continentale amincie au Nord de la mer Tyrrhénienne, “mer” à lithosphère océanique s'étant ouverte au Pliocène. Ces granitoïdes sont des granites d'origine mixte (crustale et mantellique, cf. Les enclaves basiques des granites, granite du Monte Capanne, Capo San Andrea, île d'Elbe, Italie). Ils ne sont que l'expression plutonique d'une province magmatique aussi bien volcanique que plutonique, la province magmatique toscane, d'âge mio-plio-quaternaire. Cetteprovince magmatique s'est mise en place dans un contexte d'extension, extension à la fois post-collisionnelle et d'arrière subduction continentale avec une possible rupture de lithosphère plongeante (lithospheric breakdown). Une recherche sur le web montre la complexité et la variété des origines proposées des magmatismes mio-plio-quaternaires italiens, ce qui prouve une fois de plus qu'il existe du volcanisme (et du plutonisme) en dehors de la “sainte trinité” du volcanisme. Les études géochimiques montrent que ces magmas proviennent de mélanges en proportions variables de magmas d'origines crustale et mantellique, ces derniers appartenant aux séries shoshonitique, alcaline, calcoalcaline, tholéitique… Je ne sais pas comment font les collègues italiens pour expliquer leurs volcans à leurs élèves, ni s'ils s'en tiennent à la “sainte trinité”, puisque, à par les volcans de l'archipel Éolien (Vulcano, Stromboli…),aucun n'est dû à un seul des mécanismes simples classiques (et souvent présentés comme les seuls possibles) que sont “rift et dorsale”, “subduction classique” et “point chaud”. Le Vésuve, en particulier, l'un des plus connus des volcans du monde, entre dans cette catégorie de volcans à origines complexes. Nous vous montrons cinq figures (qu'on peut trouver sur le web) illustrant rapidement la complexité du problème de la géodynamique de l'Italie, complexité qui n'est pas l'objet de cet article. Des éléments de réponse sur la géodynamique abominablement complexe de ce secteur de la Méditerranée peuvent être recherchés dans un livre relativement récent (Laurent Jolivet et al., 2008. Géodynamique méditerranéenne, coll. Enseigner les Sciences de la Terre, Vuibert / Société géologique de France) qui montre des rotations de blocs, des ouvertures océaniques, des subductions océaniques puis continentales se relayant dans des sens opposés, des collisions, des ruptures lithosphériques…

Toutes les photographies de terrain de cet article ont été prises lors d'une excursion géologique organisée en 2007 par le CBGA(lien externe - nouvelle fenêtre)↗ (Centre briançonnais de géologie alpine) et encadrée par Jean-Pierre Bouillin (université Grenoble Alpes).