Image de la semaine | 01/02/2021

Filons alpins de quartz et calcite, quartz et sidérite, quartz et amphibole…

01/02/2021

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Résumé

Filons à remplissage de quartz accompagné de minéraux variés. Large gamme de conditions de cristallisation du quartz et variété des formes de la calcite.


Échantillon de filon à cristaux de quartz et calcite s'interpénétrant

Figure 1. Échantillon de filon à cristaux de quartz et calcite s'interpénétrant.

On voit des cristaux de calcite (en forme de “pétales” et de lames) et des cristaux de quartz (prismes et pyramides classiques) s'interpénétrant. Ces cristaux forment un “placage”. ils ont “poussé” sur l'un des deux bords d'un filon non complètement rempli, et sont parfaitement automorphes.


Vue rapprochée sur les cristaux de quartz et calcite s'interpénétrant

Figure 2. Vue rapprochée sur les cristaux de quartz et calcite s'interpénétrant.

On voit des cristaux de calcite (en forme de “pétales” et de lames) et des cristaux de quartz (prismes et pyramides classiques) s'interpénétrant. Ces cristaux forment un “placage”. ils ont “poussé” sur l'un des deux bords d'un filon non complètement rempli, et sont parfaitement automorphes.


Zoom sur les cristaux de quartz et calcite s'interpénétrant

Figure 3. Zoom sur les cristaux de quartz et calcite s'interpénétrant.

On voit des cristaux de calcite (en forme de “pétales” et de lames) et des cristaux de quartz (prismes et pyramides classiques) s'interpénétrant. Ces cristaux forment un “placage”. ils ont “poussé” sur l'un des deux bords d'un filon non complètement rempli, et sont parfaitement automorphes.


Vue du même échantillon à quartz et calcite, selon un angle de vue différent

Figure 4. Vue du même échantillon à quartz et calcite, selon un angle de vue différent.

Il s'agit d'une face perpendiculaire à celle photographiée sur les figures 1 à 3. En haut, on voit le placage de cristaux de quartz et de calcite. En bas on voit que ces cristaux ont “poussé” sur un grès quartzeux, riche en muscovite.


Montage photographique reproduisant ce à quoi devait ressembler le filon sur le terrain

Figure 5. Montage photographique reproduisant ce à quoi devait ressembler le filon sur le terrain.

Ce montage (deux photos de la même face du même échantillon mises en position tête-bêche) montre une fracture ouverte d'une dizaine de centimètres de large, colmatée par des cristaux de quartz et de calcite imbriqués. Quand, localement, le filon n'a été qu'incomplètement rempli de cristaux, cela laisse une géode au centre du filon, géode où l'on peut bien voir les cristaux automorphes.


Il y a une dizaine d'années, un ami m'a donné cet échantillon. Il n'en connaissait pas l'origine exacte, mais savait que cela venait des Hautes-Alpes, sans doute pas très loin de Briançon. L'encaissant gréseux ressemble beaucoup aux grès du Carbonifère briançonnais, voir figure 21 à 24, plus bas, et Le Briançonnais, peut-être la meilleure région de France pour découvrir les histoires sédimentaires et volcaniques tardives des chaines de collision (chaine hercynienne). Les filons de calcite sont fréquents dans les Alpes, en particulier dans les régions calcaires et marneuses. Il y est assez difficile de séparer des filons d'origine purement karstique de filons hydrothermaux, tous les intermédiaires pouvant exister. Les filons de quartz sont également très fréquents dans les Alpes et ont donné les cristaux parmi les plus beaux du monde (cf. les Filons de quartz des Alpes et d'ailleurs de la semaine dernière). Ils sont en général tardifs et datent majoritairement du Miocène. Ils sont dus à des circulations d'eau chaude et saturée en silice, circulation se faisant dans des fractures associées à la tectonique alpine. L'origine de ces eaux chaudes est discutée dans Quelques filons de quartz dans la chaine hercynienne : l'ile Callot (29), Roche d'Agoux (63), Saint-Paul-la Roche (24). Dans le cas de cet échantillon, cas non majoritaire mais quand même assez fréquent dans les Alpes, les eaux ont déposé à la fois quartz et calcite. Ces dépôts de quartz et de calcite se sont faits par diminution de leur solubilité lors de la remontée de ces eaux dans les fractures, baisses de solubilité dues à la baisse de température et/ou de pression. Le quartz y a cristallisé avec sa morphologie classique (prisme hexagonal terminé par une pyramide elle aussi à six côtés). La calcite, elle, a cristallisé sous une forme plus inhabituelle bien que non exceptionnelle. Classiquement les cristaux de calcite forment des prismes, des rhomboèdres, des scalénoèdres (cf. figure 16 de Les macro-cristaux de calcite de la Carrière du Boulonnais, Pas de Calais), des pyramides quand on ne voit que la moitié du scalénoèdre, (cf. Les filons de calcite associés à la Faille Nord-pyrénéenne, Sournia, Pyrénées-Orientales). Mais, comme d'autres minéraux tels le gypse et la barytine, la calcite peut aussi cristalliser sous forme de lames ou de “pétales”. Des études chimiques, thermo-barométriques, minéralogiques… pourraient/devraient être entreprises pour savoir pourquoi il y a des filons purement quartzeux et d'autres à quartz + calcite dans un même environnement et à quelques mètres ou dizaines de mètres de distance. Tout cela n'est pas à la portée de Monsieur Toulemonde. Mais Monsieur Toutlemonde peut, par simple examen macroscopique, essayer de faire de la chronologie relative entre quartz et calcite. C'est ce qu'on va essayer de faire avec les cinq photographies suivantes.

Relation géométrique entre quartz et calcite, permettant de proposer une chronologie relative entre la croissance de ces deux espèces minérales

Figure 6. Relation géométrique entre quartz et calcite, permettant de proposer une chronologie relative entre la croissance de ces deux espèces minérales.

Au-dessus de la flèche rouge on voit que le cristal de quartz semble avoir crû en épaisseur en englobant une lame de calcite. Si cette interprétation est correcte (il faudrait “voir” à l'intérieur du cristal pour en être sûr), ce quartz a continué à croitre alors que le cristal de calcite existait déjà, et est donc postérieur. La flèche bleue localise les deux photos suivantes.


Zoom sur le cristal de quartz signalé par une flèche bleue sur la figure précédente

Figure 7. Zoom sur le cristal de quartz signalé par une flèche bleue sur la figure précédente.

On voit que le cristal de quartz englobe le bord droit d'une lame de calcite. La cristallisation du quartz est donc postérieure à celle du cristal de calcite.


Zoom sur le cristal de quartz signalé par une flèche bleue sur la figure ci-dessus

Figure 8. Zoom sur le cristal de quartz signalé par une flèche bleue sur la figure ci-dessus.

On voit que le cristal de quartz englobe le bord droit d'une lame de calcite. La cristallisation du quartz est donc postérieure à celle du cristal de calcite.


Lame de calcite dont la croissance semble avoir été “gênée” par la présence du cristal de quartz

Figure 9. Lame de calcite dont la croissance semble avoir été “gênée” par la présence du cristal de quartz.

Un examen rapproché à la loupe semble montrer que la lame de calcite ne semble pas se prolonger dans le cristal de quartz, contrairement aux deux photos précédentes. Si cette interprétation est correcte, alors la cristallisation de la calcite est postérieure à la cristallisation du quartz.


Cristal de quartz semblant postérieur à certains cristaux de calcite mais antérieur à d'autres

Figure 10. Cristal de quartz semblant postérieur à certains cristaux de calcite mais antérieur à d'autres.

Cela suggère fortement que la cristallisation de ces deux espèces minérales sont géologiquement contemporaines.


Les échantillons, c'est bien, mais rien ne vaut d'observer les roches et cristaux “en place”. C'est ce que j'ai essayé de faire après que l'on m'a donné cet échantillon. Les filons et lentilles de quartz sont classiques dans la région de Bourg-d'Oisans (Isère). Beaucoup sont dans le socle, mais il y en a d'autres dans la couverture mésozoïque, localement constituée de dolomie triasique et de jurassique inférieur marneux (cf. Les plis de la Paute – Bourg d'Oisans, Isère et Les plis-failles de Bourg-d'Oisans). Des filons intra-sédiments carbonatés, lorsque ceux-ci reposent sur gneiss et granites hercyniens, semblent prometteur pour trouver des filons mixtes quartz + calcite. La suite, ce sont des balades le long des petites routes et des pistes carrossables (ou plus si on est randonneur ou montagnard) dans ce secteur près de Bourg-d'Oisans, en particulier dans la vallée de la Lignarre (entre le col d'Ornon et la Paute) et dans le secteur de l'Alpe d'Huez.

Vue globale sur un filon de quartz + calcite quasi vertical recoupant des marnes noires schistosées liasiques dans la vallée de la Lignarre (entre le col d'Ornon et Bourg-d'Oisans)

Figure 11. Vue globale sur un filon de quartz + calcite quasi vertical recoupant des marnes noires schistosées liasiques dans la vallée de la Lignarre (entre le col d'Ornon et Bourg-d'Oisans).

Le quartz parait grisâtre et la calcite jaunâtre sur ces photos (le filon est légèrement surexposé). Le cadre vert localise la photo de détail 13.


Vue globale sur un filon de quartz + calcite quasi vertical recoupant des marnes noires schistosées liasiques dans la vallée de la Lignarre (entre le col d'Ornon et Bourg-d'Oisans)

Zoom sur le secteur du filon encadré en vert sur la figure 11

Figure 13. Zoom sur le secteur du filon encadré en vert sur la figure 11.

On reconnait la calcite de couleur “crème”, le quartz plus gris, et l'encaissant fait de marnes noires schistosées. Le filon (ancienne fissure) est (presque) complètement rempli et il n'y a pas de géode en son centre. La calcite semble incluse dans le quartz et lui serait donc antérieure. La photo 14 correspond à un zoom du centre du filon, la figure 15 à un zoom de son coin supérieur droit.


Gros plan sur le centre de la photo précédente

Figure 14. Gros plan sur le centre de la photo précédente.

On voit bien que la calcite forme des “lames” incluses dans le quartz.


Gros plan sur la seule mini-géode (en haut au centre) visible aussi sur la figure 12

Figure 15. Gros plan sur la seule mini-géode (en haut au centre) visible aussi sur la figure 12.

Mon doigt pointe le seul cristal de quartz manifestement automorphe, cristal situé à la base d'une petite cavité centimétrique avec une lame de calcite en son centre.



Zoom sur un détail de la bordure du filon de quartz + calcite de la figure précédente

Figure 17. Zoom sur un détail de la bordure du filon de quartz + calcite de la figure précédente.

On voit nettement qu'un cristal de quartz situé en bordure du filon se prolonge sur la gauche dans les marnes noires schistosées. De l'eau chargée de silice a continué à circuler après l'ouverture du filon et son remplissage.


Zoom sur un détail de la bordure du filon de quartz + calcite des figures ci-dessus

Figure 18. Zoom sur un détail de la bordure du filon de quartz + calcite des figures ci-dessus.

On voit nettement qu'un cristal de quartz situé en bordure du filon se prolonge sur la gauche dans les marnes noires schistosées. De l'eau chargée de silice a continué à circuler après l'ouverture du filon et son remplissage.


Deux filons de quartz + calcite dans le même secteur de la vallée de la Lignarre

Figure 19. Deux filons de quartz + calcite dans le même secteur de la vallée de la Lignarre.

Ces filons sont horizontaux. Ils se sont ouverts dans un contexte avec un σ3 vertical (régime compressif) alors que les filons verticaux des figures précédente s'étaient faits avec un σ3 horizontal (régime distensif ou transtensif, cf. fig. 14 dans Filons de quartz des Alpes et d'ailleurs). Chronologies quartz /calcite variables, champ de contrainte variable… Les conditions de pression et de température ainsi que le champ de contrainte ont varié pendant la mise en place de ces filons dans la région de Bourg-d'Oisans. Des études détaillées et multidisciplinaires seraient nécessaires pour préciser ces conditions. La photographie suivante a été prise au centre de cette image, là où on voit le couteau suisse rouge.


Zoom sur le centre de la photographie précédente

Figure 20. Zoom sur le centre de la photographie précédente.

On distingue quartz très blanc et calcite plus jaunâtre. Les cristaux de calcite ont ici une forme rhomboédrique plus classique que les “pétales” de l'échantillon des figures à 1 à 10.


L'échantillon des figures 1 à 6 semble appartenir à un filon recoupant des grès carbonifères briançonnais, une promenade dans le Carbonifère briançonnais s'imposait, à la recherche de filons silice + carbonate. On en trouve sur le bord de la route du Col du Granon au-dessus de Serre-Chevalier (Hautes-Alpes). Il y a néanmoins trois différences avec l'échantillon des figures 1 à 10 : (1) ces filons ne contiennent pas de géodes et il n'y a pas de cristaux automorphes bien visibles ; (2) le remplissage des filons a une structure “fibreuse”, avec les cristaux plus ou moins perpendiculaires aux épontes, comme dans les figures 16, 17 et 19 de l'article sur les Filons de quartz des Alpes et d'ailleurs et dans Les filons de calcite associés à la Faille Nord-pyrénéenne, Sournia, Pyrénées-Orientales ; (3) les carbonates sont de couleur rousse, il ne s'agit pas de calcite pure, mais probablement d'un mélange calcite et sidérite (FeCO3, anciennement appelée sidérose).

Gros plan sur une fissure remplie de quartz et de carbonate, route du col du Granon, Hautes-Alpes

Figure 21. Gros plan sur une fissure remplie de quartz et de carbonate, route du col du Granon, Hautes-Alpes.

Le quartz est sous forme de cristaux allongés (quasiment des fibres) allant d'une éponte à l'autre. Les carbonates roux que l'on voit entre les quartz ne montrent pas de cristaux visibles. Sous réserve d'analyse, ces carbonates seraient constitués de calcite riche en fer (FeCO3 = sidérite, anciennement appelé sidérose).





Quartz et sidérite sont souvent associés dans les filons alpins

Figure 25. Quartz et sidérite sont souvent associés dans les filons alpins.

En atteste cet échantillon du Muséum de Grenoble. La sidérite est suffisamment abondante dans certains filons pour que ceux-ci aient été exploités pour le fer.


Il n'y a pas que des carbonates qui co-cristallisent avec le quartz dans les filons alpins. Albite, chlorite, épidote et autres silicates le font souvent. Ces minéraux annexes associés au quartz filoniens sont très utiles, car cela permet de trouver pression et température de cristallisation. Une association quartz-épidote ou quartz-chlorite indiquent une température de cristallisation dans les eaux hydrothermales de 350 à 400°C et une pression de 0,2 à 0,7 GPa (6 à 20 km de profondeur). D'autres silicates se trouvent aussi dans ces filons de quartz, en particulier l'axinite (soro-silicate assez voisin de l'épidote et contenant du bore), minéral très recherché des minéralogistes amateurs.


Échantillon provenant d'un filon quartz-axinite photographié au Muséum de Grenoble

Figure 27. Échantillon provenant d'un filon quartz-axinite photographié au Muséum de Grenoble.

Le nom d'axinite vient du grec αξίνη (“axini”), qui signifie “hache”, en raison de la forme des cristaux.


Tous les filons et échantillons que l'on vient de voir se sont formés à relativement faible profondeur. Ces filons recoupaient des roches pas ou peu métamorphiques (grès, marnes schistosées). Les échantillons contenaient épidote ou axinite ce qui indique une cristallisation en condition de faciès schiste vert. Mais des filons de quartz peuvent aussi se former à grande profondeur, dans les conditions des faciès amphibolite, schiste bleu, voire éclogite. Nous vous montrons ici un filon à quartz + amphibole photographié en Val d'Aoste, en pleine zone éclogitique (cf. Éclogites et vignobles : exemples de la Vallée d'Aoste (Italie) et du Pays Nantais).

Bloc d'éclogite (pas très pédagogique car altéré et oxydé) éboulé d'une falaise

Figure 28. Bloc d'éclogite (pas très pédagogique car altéré et oxydé) éboulé d'une falaise.

Ce bloc est traversé par un filon à quartz + amphibole. La figure 30 détaille ce filon.


Zoom sur le bloc d'éclogite (pas très pédagogique car altéré et oxydé) éboulé d'une falaise

Figure 29. Zoom sur le bloc d'éclogite (pas très pédagogique car altéré et oxydé) éboulé d'une falaise.

Ce bloc est traversé par un filon à quartz + amphibole. La figure 30 détaille ce filon.


Gros plan sur le filon à quartz + amphibole du bloc éboulé d'éclogite

Figure 30. Gros plan sur le filon à quartz + amphibole du bloc éboulé d'éclogite.

Les fibres minérales sont, comme fréquemment, perpendiculaires aux épontes. Les aiguilles foncées semblent “bleu-nuit” à cœur, bordées de vert-bouteille. Si cette observation est significative, on peut l'interpréter de la façon suivante : c'est du glaucophane qui a co-cristallisé avec le quartz dans le filon en formation. Puis, au cours de l'exhumation du Val d'Aoste, la périphérie de ces cristaux de glaucophane s'est rétromorphosée en amphibole verte. On pourrait même proposer que ce filon se soit formé lors de l'exhumation, pendant que la roche franchissait l'isograde faciès éclogite (ou faciès schiste bleu) → faciès amphibolite. Des lames minces seraient nécessaires pour confirmer (ou infirmer) ces identifications minérales et ces interprétations tectono-métamorphiques. Si, de plus, ces minéraux étaient datables par radiochronologie, on pourrait bien étudier la dynamique de l'exhumation du Val d'Aoste. Les fentes alpines et leurs cristaux sont plus que des objets de collection !