Image de la semaine | 03/10/2022

Non, les grenats ne sont pas caractéristiques de haute pression !

03/10/2022

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS de Lyon

Olivier Dequincey

ENS de Lyon / DGESCO

Résumé

Petit inventaire, incomplet, de grenats magmatiques ou métamorphiques formés dans des conditions n’impliquant pas de haute pression.


Gros plan sur un bloc épars trouvé en bordure d'un champ, dans le secteur de Plélauff (Côtes d'Armor)

Figure 1. Gros plan sur un bloc épars trouvé en bordure d'un champ, dans le secteur de Plélauff (Côtes d'Armor)

Il s'agit d'une cornéenne quartzique de teinte bleuâtre, appartenant à de vastes panneaux de Dévonien, enclavés et métamorphisés par le massif granitique voisin. Ces cornéennes sont riches en grenats rouge sosmbres, grenats inclus dans un fond composé de quartz, biotite, muscovite, sillimanite, cordiérite, andalousite… Ces grenats sont des almandins.

Localisation par fichier kmz de la commune de Plélauff (Côtes d’Armor).


Vue d'ensemble sur la moitié d'un bloc épars trouvé en bordure d'un champ, dans le secteur de Plélauff (Côtes d'Armor)

Figure 2. Vue d'ensemble sur la moitié d'un bloc épars trouvé en bordure d'un champ, dans le secteur de Plélauff (Côtes d'Armor)

Il s'agit d'une cornéenne quartzique de teinte bleuâtre, appartenant à de vastes panneaux de Dévonien, enclavés et métamorphisés par le massif granitique voisin. Ces cornéennes sont riches en grenats rouge sosmbres, grenats inclus dans un fond composé de quartz, biotite, muscovite, sillimanite, cordiérite, andalousite… Ces grenats sont des almandins.


Vue et zoom sur la section de l'échantillon précédent

Figure 3. Vue et zoom sur la section de l'échantillon précédent

On voit que les almandins sont entourés d'une couronne réactionnelle riche en sillimanite, obtenue par réaction rétrograde du genre : almandin + biotite → sillimanite + phyllosilicates divers + silice.


Extrait (modifié) de la carte géologique 1/50 000 de Pontivy, secteur où a été ramassé (dans les années 1990) l'échantillon de cornéenne des figures 1 à 3

Figure 4. Extrait (modifié) de la carte géologique 1/50 000 de Pontivy, secteur où a été ramassé (dans les années 1990) l'échantillon de cornéenne des figures 1 à 3

Il s'agit d'une cornéenne de l'auréole de métamorphisme de contact du complexe granitique de Rostrenen. Il s'agit donc d'un métamorphisme BP-HT. Il n'y a pas de beaux affleurements de ces cornéennes dans ce secteur, mais seulement des pierres volantes, des vieux murs… affleurant en particulier dans les secteurs signalés par des punaises jaunes. Les différents granitoïdes (hercyniens) responsables du métamorphisme de contact et connus sous le nom de « complexe granitique de Rostrenen » sont figurés dans les teintes rose à rouge sombre, les terrains dévoniens (dans lesquels on trouve les cornéennes à grenat) ont différentes teintes de marrons. La ligne pointillée rouge représente la limite orientale (approximative) de l'auréole de métamorphisme de contact. Des renseignements complémentaire sur les grenats de Plélauff sont disponibles dans l'article d'Alain Abréal (2019) « Les grenats de Pléhauff » http://toutsurlesgrenats.free.fr/fichierspdf/LesGrenatsdePlelauff.pdf .


Les grenats constituent une famille de nésosilicates cristallisant dans le système cubique, avec les formes caractéristiques de ce système (dodécaèdre, octaèdre…). La formule globale de la famille est : (Me2+)3(Me3+)2(SiO4)3, où Me2+ représente un cation métallique divalent (Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+) et Me3+ un cation métallique trivalent (Al3+, Fe3+, Cr3+). Les grenats les plus fréquents sont l'almandin (Al3+, Fe2+), le grossulaire (Al3+, Ca2+), le pyrope (Al3+, Mg2+), la spessartite (Al3+, Mn2+), l'andradite (Fe3+, Ca2+) et l'uvarovite (Cr3+, Ca2+). Des solutions solides existent entre ces différents pôles.

Les grenats sont le sujet d'une double erreur extrêmement répandue dans l'Éducation nationale. Selon cette double fake news, les grenats seraient (1) des minéraux exclusivement d'origine métamorphique, (2) des minéraux caractéristiques d'une haute pression. Je retrouve tous les ans cette double erreur chez les étudiants entrant en L3 à l'ENS de Lyon (et venant donc de BCPST ou de L1 et L2 universitaires) ou chez les étudiants entrant en « prépa agrèg » et venant d'un cursus SVT-CAPES. C'est une double erreur, car (1) si les grenats sont majoritairement métamorphiques, il existe des grenats dans des roches magmatiques (plutoniques comme volcaniques), et (2) les grenats sont stables dans quasiment tous le champ Pression-Température (sauf “à froid”) et pas seulement dans le domaine des hautes pressions. Les grenats des cornéennes de Plélauff (figures 1 à 4) et les cinq autres exemples qui suivent sont là pour le rappeler.

On peut se demander d'où vient cette fausse association grenat / haute pression. Le lycéen découvre les grenats avec le métamorphisme des zones de subduction (éclogite, faciès métamorphique de haute pression) et il ne les voit plus après dans sa scolarité au lycée. Dans les années qui suivent, on parle beaucoup plus des subductions que des auréoles de métamorphisme de contact ou que des phases tardives BP-HT des chaines de collision… On parle des grenats comme la phase alumineuse du manteau profond, ou comme minéral protégeant la coésite de la rétromorphose lors de la remontée des zones profondes. Tout ça fleure bon la haute pression. Très probablement, peu d'enseignants disent explicitement que les grenats sont caractéristiques d'une haute pression, mais bien peu parlent et montrent des grenats de basse pression.

Nous allons vous montrer deux autres exemples de grenats associés au métamorphisme de contact, autour du plus célèbre granite de France (le granite de Flamanville) et autour d'un des plus jeunes granites d'Europe (le granite de l'Ile d'Elbe). Puis nous verrons des grenats liés au métamorphisme MP à BP - HT et aux migmatites et granites associés, phénomènes fréquents dans les stades tardi- et post-collisionnels de la chaine hercynienne, avec deux exemples pris dans le Velay et dans les Pyrénées hercyniennes. Enfin nous vous montrerons des grenats formés par des fumeroles (à la pression atmosphérique donc) dans un dôme de trachyte du Cantal. Nous évoquerons aussi (sans les traiter) des grenats présents dans des roches volcaniques acides de la Martinique, des iles Marquises et des Pyrénées.

Vue aérienne et carte géologique des environs du granite de Flamanville (Manche)

Figure 5. Vue aérienne et carte géologique des environs du granite de Flamanville (Manche)

Les niveaux riches en grenats sont coincés entre le granite et la mer, dans une mince bande de méta-sédiments dévoniens, à 700 m au NE des installations de la centrale nucléaire, au niveau de Dielette.

Des données complémentaires sur les niveaux à grenat de Dielette sont disponibles dans un article de Marcoux et al. (2012) Le skarn à magnétite tardi-hercynien de Diélette (Massif armoricain, France).

Localisation par fichier kmz des grenats liés au métamorphisme de contact du granite de Flamanville (Manche).


Deux vues des affleurements des cornéennes à grenats de Dielette, dans l'auréole de métamorphisme de contact du granite de Flamanville (Manche)

Figure 6. Deux vues des affleurements des cornéennes à grenats de Dielette, dans l'auréole de métamorphisme de contact du granite de Flamanville (Manche)

Ces grenats se trouvent dans des niveaux de méta-calcaires et de méta-marnes. Les grenats, roses-orangés sont des grossulaires. Les niveaux blancs verdâtres, outres des carbonates résiduels, contiennent des pyroxènes altérés.


Échantillon de skarn (cornéenne issue du métamorphisme d'un banc carbonaté) riche en gros grenats grossulaires

Figure 7. Échantillon de skarn (cornéenne issue du métamorphisme d'un banc carbonaté) riche en gros grenats grossulaires

Moins altérable que la “matrice”, ces grenats sont mis en relief par l'altération et l'érosion marines. La section hexagonale de certains de ces grenats est parfois bien visible.


Détail d'un échantillon de skarn (cornéenne issue du métamorphisme d'un banc carbonaté) riche en gros grenats grossulaires

Figure 8. Détail d'un échantillon de skarn (cornéenne issue du métamorphisme d'un banc carbonaté) riche en gros grenats grossulaires

Moins altérable que la “matrice”, ces grenats sont mis en relief par l'altération et l'érosion marines. La section hexagonale de certains de ces grenats est parfois bien visible.


Figure 9. Carte géologique des deux tiers Nord de l'Ile d'Elbe (Italie)

Tout l'Ouest de l'ile correspond à une intrusion de granodiorite datant de 6,9 à 6,7 Ma (Miocène supérieur) ce qui en fait l'un des plus jeunes granitoïde d'Europe (cf. La granodiorite porphyroïde Miocène du Monte Capanne, Capo San Andrea, île d'Elbe (Italie)). Les trois photos suivantes proviennent de l'auréole de métamorphisme de contact de ce granitoïde (astérisque rouge).


Vue d'ensemble des rochers côtiers de l'Ile d'Elbe (Italie) où ont été prises les deux photos suivantes

Figure 10. Vue d'ensemble des rochers côtiers de l'Ile d'Elbe (Italie) où ont été prises les deux photos suivantes

La géologie et la tectonique de l'Ile d'Elbe sont très complexes. Les derniers épisodes correspondent à une extension synschisteuse (avec développement de phénomènes de boudinage, cf. Festival de boudins, de plis et de minéraux métamorphiques, ile d'Elbe (Italie)), précédant de peu la mise en place d'intrusions de granitoïdes, dont l'intrusion du Monte Capanne. Cette intrusion a provoqué une auréole de métamorphisme de contact, avec développement de wollastonite (cf. Les sphérolites de wollastonite de l'ile d'Elbe (Italie), témoins métamorphiques de la mise en place d'un granitoïde pendant une extension lithosphérique) et de grossulaire. Les deux photos suivantes sont des détails du secteur avec les boudins visibles dans le quart inférieur gauche de cette vue d'ensemble, secteur avec de superbes grossulaires.

Localisation par fichier kmz de l’auréole de métamorphisme de contact à grenats sur l’Ile d’Elbe (Italie).


Niveau de marbre riche en grenats grossulaires, Ile d'Elbe (Italie)

Figure 11. Niveau de marbre riche en grenats grossulaires, Ile d'Elbe (Italie)

Ce niveau est situé sous des alternances argilo-calcaires montrant de très beaux boudins. La couleur brun-rouge et l'éclat adamantin du grossulaire se voit très bien.


Détail d'un niveau de marbre riche en grenats grossulaires, Ile d'Elbe (Italie)

Figure 12. Détail d'un niveau de marbre riche en grenats grossulaires, Ile d'Elbe (Italie)

Ce niveau est situé sous des alternances argilo-calcaires montrant de très beaux boudins. La couleur brun-rouge et l'éclat adamantin du grossulaire se voit très bien.


Les stades tardifs des chaines de collision correspondent souvent à des épisodes d'augmentation de température et de désépaississement (diminution de pression) de l'empilement des unités tectoniques réalisé pendant la collision sensu stricto. Il s'en suit un métamorphisme MP-HT et BP-HT, avec développement de minéraux comme la sillimanite, la cordiérite et les grenats. Cette température élevée s'accompagne souvent d'une fusion partielle, avec développement de migmatites et de véritables massifs granitiques. Migmatites, granites et filons péri-granitiques contiennent eux aussi souvent des grenats. Des précisions sur ces épisodes tardifs dans la chaine hercynienne française sont développées dans Structure et évolution pré-permienne du Massif Central français 3/3 – Magmatisme et scénario géodynamique aux parties consacrées à la migmatisation et au magmatisme post-orogénique.

Nous vous montrons ci-dessous deux zones où ces évènements tardi-hercyniens ont engendré des grenats : dans le massif du Canigou, massif hercynien de la zone axiale des Pyrénées (Pyrénées Orientales), et dans le Sud du dôme granitico-migmatitique du Velay (Ardèche).


Vue aérienne et carte géologique du cœur du massif du Canigou (Pyrénées Orientale) dans le secteur du village de Py

Figure 14. Vue aérienne et carte géologique du cœur du massif du Canigou (Pyrénées Orientale) dans le secteur du village de Py

La série litho-stratigraphique locale est constituée de Protérozoïque terminal et de Paléozoïque inférieur (terrains de couleurs vertes, oranges, bleues violettes… sur la carte géologique), série tectono-métamorphisée et injectée de granites lors de la collision hercynienne et des évènements tardi-hercyniens BP-HT. Des calcaires attribués au Cambrien (en bleu sur la carte géologique) sont devenus des marbres à grossulaire.

Localisation par fichier kmz d’un affleurement de marbre à grenats grossulaires dans le massif du Canigou (Pyrénées Orientales).


Affleurement de marbre (méta-calcaire attribué au Cambrien) sur le bord de la route de Py à Mantet dans le cœur du massif du Canigou (Pyrénées Orientales)

Figure 15. Affleurement de marbre (méta-calcaire attribué au Cambrien) sur le bord de la route de Py à Mantet dans le cœur du massif du Canigou (Pyrénées Orientales)

C'est dans ces affleurements de marbre qu'on trouve des niveaux de carbonates impurs contenant des grossulaires.


Échantillon de marbre à grossulaires échantillonné dans les années 1990 près de l'affleurement de la figure 15, sur la route de Py (Pyrénées Orientales)

Figure 16. Échantillon de marbre à grossulaires échantillonné dans les années 1990 près de l'affleurement de la figure 15, sur la route de Py (Pyrénées Orientales)

Les grossulaires sur les faces “altérées” sont de couleur rose-orangée. Les grossulaires affectés par une cassure fraiche ont une couleur plus foncée (couleur bordeaux).


Détail d'un échantillon de marbre à grossulaires échantillonné dans les années 1990 près de l'affleurement de la figure 15, sur la route de Py (Pyrénées Orientales)

Figure 17. Détail d'un échantillon de marbre à grossulaires échantillonné dans les années 1990 près de l'affleurement de la figure 15, sur la route de Py (Pyrénées Orientales)

Les grossulaires sur les faces “altérées” sont de couleur rose-orangée. Les grossulaires affectés par une cassure fraiche ont une couleur plus foncée (couleur bordeaux).


Activité artisanale autour du grenat dans la banlieue de Prades

Figure 18. Activité artisanale autour du grenat dans la banlieue de Prades

Le grenat est omniprésent dans les Pyrénées Orientales, du Fenouillèdes au massif du Canigou en passant par les Albères. De beaux exemplaires sont présents dans les collections locales. Dans les siècles passés, un important artisanat de bijoux en grenat s'est développé, du fait de l'abondance des grenats régionaux. Cela fait au moins un siècle que plus aucun grenat n'a été extrait du sous-sol des Pyrénées Orientales à des fins de fabrication de bijoux. Mais la tradition artisanale demeure avec des grenats importés. En témoigne cette “Manufacture du grenat” située dans la banlieue de Prades.


Le Dôme de Velay correspond à un « diapir migmatitico-granitique » mis en place au Carbonifère supérieur-Permien basal en contexte extensif, dans des conditions de BP-HT. Lors de sa mise en place de ce dôme, les premiers jus granitiques à se solidifier étaient recoupés par des magmas plus tardifs, eux-mêmes injectés après leur cristallisation par des magmas encore plus récents… Et tout cela est recoupé par des filons de pegmatites, des filons de quartz hydrothermal… Ces migmatites, granites et roches filoniennes contiennent souvent des grenats (des almandins) et des minéraux caractéristiques d'une BP et d'une HT, en particulier de la cordiérite.

Allure caractéristique d'un affleurement du Sud du Dôme du Velay (Ardèche)

Figure 19. Allure caractéristique d'un affleurement du Sud du Dôme du Velay (Ardèche)

On voit clairement des passées de granites (type leucogranites) plus ou moins isotropes et à grains plus ou moins grossiers recoupant des zones nettement plus déformées qui méritent le nom d'orthogneiss. De beaux grenats sont présent au-dessus et à droite du cache de l'objectif. C'est pour que ces beaux grenats ne soient pas “pillés” et ne se retrouvent pas dans les bourses aux minéraux qu'ils ne sont pas localisés avec précision dans cet article.


Un affleurement du Sud du Dôme du Velay (Ardèche)

Figure 20. Un affleurement du Sud du Dôme du Velay (Ardèche)

De beaux grenats sont présent au-dessus et à droite du cache de l'objectif. C'est pour que ces beaux grenats ne soient pas “pillés” et ne se retrouvent pas dans les bourses aux minéraux qu'ils ne sont pas localisés avec précision dans cet article.




Filon de quartz hydrothermal recoupant un gneiss migmatitique au Sud du Dôme du Velay

Figure 23. Filon de quartz hydrothermal recoupant un gneiss migmatitique au Sud du Dôme du Velay

Ce filon de quartz contient de nombreux grenats.


Détail d'un filon de quartz hydrothermal recoupant un gneiss migmatitique au Sud du Dôme du Velay

Non seulement les grenats peuvent être présents dans les migmatites, les granites et les filons péri-granitiques, mais ils existent aussi dans les roches volcaniques, en particulier les roches volcaniques acides. Citons les phonolites des iles Marquises (article de Brousse et Maury, 1978 et image geowiki), les dacites du Miocène supérieur du dôme de Gros Ilet, Martinique (Dacite à grenat, Lithothèque de l'ENS de Lyon) et les dacites permiennes du Pic du Midi d'Ossau (Pyrénées Atlantiques), que la notice de la carte géologique de Laruns-Somport décrit ainsi : « Le premier cycle volcanique de chimisme acide et peralumineux, est essentiellement formé de rhyolites et dacites caractérisées par la présence constante de grenats en plus ou moins grande abondance. […]. Le grenat, de composition almandin, est automorphe et non zoné, ce qui incite à lui attribuer une origine magmatique ». Autre occurrence connue, des grenats de type hydrogrosssulaire sont présents dans les rodingites (roches de type gabbro ayant subi un métamorphisme océanique) de nombreuses ophiolites.

Mais encore plus méconnus, des grenats peuvent avoir été formés quasiment à la pression atmosphérique, car déposés par des fumeroles. Ils se forment par circulation de fluides fumeroliens à haute température dans des fractures internes à des dômes volcaniques acides ou dans des cavités internes à la roche à peine refroidie. Nous vous montrons les andradites du dôme trachytique miocène supérieur de Menoyre (Menet, Cantal) que l'on trouve dans une carrière (de pierres de taille) maintenant abandonnée. Ces grenats, des andradites relativement riches en manganèse, ont soit été déposés directement par les fluides fumeroliens, soit obtenus par réactions entre ces fluides (s'ils étaient oxydants) et certains des minéraux du trachyte, par exemple selon la réaction (voir Abréal Grenats de fumeroles et phonolites à grenats) 6 CaFe2+Si2O6 (hédenbergite = pyroxène ferro-calcique) + 3/2 O2 → 2 Ca3Fe2(SiO4)3 (andradite) + Fe2O3 + 6 SiO2.

Les grenats cristallisant dans les fractures n'ont pu que cristalliser dans deux dimensions et, après “ouverture” des fractures par les carriers, ils ressemblent à des lichens. Les grenats ayant cristallisé dans des cavités montrent les formes caractéristiques des cristaux du système cubique (dodécaèdre, octaèdre…).

Vue aérienne et carte géologique centrées sur le dôme trachytique de Menoyre (commune de Menet, Cantal)

Figure 25. Vue aérienne et carte géologique centrées sur le dôme trachytique de Menoyre (commune de Menet, Cantal)

Ce dôme date de 7 Ma. Le dôme, à peine érodé, mesure 500 m de diamètre pour 120 m de hauteur. La tache claire (sur la vue aérienne) et l'astérisque rouge (sur la carte géologique) localisent l'ancienne carrière.

Localisation par fichier kmz de l’ancienne carrière du dôme trachytique de Menoyre (Menet, Cantal).


Vue, de face, sur une fracture dans le trachyte du Puy de Menoyre dans laquelle ont cristallisé de nombreux grenats fumeroliens

Figure 26. Vue, de face, sur une fracture dans le trachyte du Puy de Menoyre dans laquelle ont cristallisé de nombreux grenats fumeroliens

Ayant cristallisé dans une fracture, ces andradites n'ont pas pu croitre dans les trois directions de l'espace et forment maintenant des cristaux “à deux dimensions”.


Vue rapprochée, de face, sur une fracture dans le trachyte du Puy de Menoyre dans laquelle ont cristallisé de nombreux grenats fumeroliens

Figure 27. Vue rapprochée, de face, sur une fracture dans le trachyte du Puy de Menoyre dans laquelle ont cristallisé de nombreux grenats fumeroliens

Ayant cristallisé dans une fracture, ces andradites n'ont pas pu croitre dans les trois directions de l'espace et forment maintenant des cristaux “à deux dimensions”.


Vue globale sur une cavité (une géode) interne au trachyte du Puy de Menoyre (Menet)

Figure 28. Vue globale sur une cavité (une géode) interne au trachyte du Puy de Menoyre (Menet)

Les andradites ont pu cristalliser dans les trois directions de l'espace, et on voit bien les faces cristallines dans la partie haute de la géode. Des plaquages (oxydes de fer probables) masquent et/ou altèrent la visibilité des cristaux au centre de la cavité. Les petits points blancs correspondent à des sphérules de zéolite.