Outils personnels
Navigation

Aller au contenu. | Aller à la navigation

Vous êtes ici : Accueil → Ressources → La galène (PbS), le principal minerai de plomb et d'argent

Image de la semaine | 27/11/2023

La galène (PbS), le principal minerai de plomb et d'argent

27/11/2023

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS de Lyon

Olivier Dequincey

ENS de Lyon / DGESCO

Résumé

La galène et autres minéraux plombifères. Exploitation et usages de la galène, du plomb et de l’argent.

Source - © 2023 Pierre Thomas

Figure 1. Échantillon de galène (PbS) collecté en 1978 dans la mine des Farges (Corrèze).

La mine des Farges a exploité entre 1975 et 1981 un filon de quartz (SiO2), barytine (BaSO4) et galène PbS. La galène est un minéral à l'éclat gris métallique et à la masse volumique importante caractéristique (7,5 g/cm3). L'ouverture et la brièveté de l'exploitation de cette mine pourraient être dues à l'action politique de Jacques Chirac, député de Corrèze et premier ministre de Giscard d'Estaing de 1974 à 1976. Cet échantillon ne montre pas de cristaux automorphes mais seulement des faces de clivage formant des dièdres droits, car ce bloc a été obtenu en cassant un bloc beaucoup plus gros. Le minéral clair associé à la galène correspond à du quartz.


Source - © 2023 Pierre Thomas

Figure 2. Détail d'un échantillon de galène (PbS) collecté en 1978 dans la mine des Farges (Corrèze).

La mine des Farges a exploité entre 1975 et 1981 un filon de quartz (SiO2), barytine (BaSO4) et galène PbS. La galène est un minéral à l'éclat gris métallique et à la masse volumique importante caractéristique (7,5 g/cm3). L'ouverture et la brièveté de l'exploitation de cette mine pourraient être dues à l'action politique de Jacques Chirac, député de Corrèze et premier ministre de Giscard d'Estaing de 1974 à 1976. Cet échantillon ne montre pas de cristaux automorphes mais seulement des faces de clivage formant des dièdres droits, car ce bloc a été obtenu en cassant un bloc beaucoup plus gros. Le minéral clair associé à la galène correspond à du quartz.


Nous avons vu la semaine dernière ce qu'il restait d'une mine de plomb vendéenne, c'est-à-dire, en l'occurrence, quasiment rien (cf. La Plage de la Mine, Jard-sur-Mer, Vendée : sa discordance, ses minéralisations et ses mini-failles ). Depuis l'Antiquité, le plomb est un métal très prisé en raison de sa malléabilité, de sa ductilité, de sa résistance à la corrosion… C'est à cause de ces propriétés que ce métal était fortement utilisé dans la fabrication de conduites d'eau potable, de vaisselle, de gouttières, de plaques de toiture (en particulier des cathédrales)… Durant l'Antiquité, les sels de plomb étaient utilisés pour la fabrication de maquillages et comme édulcorant en substitut du miel, plus cher. De nos jours, le plomb sert à fabriquer des récipients destinés à contenir l'acide sulfurique liquide, auquel il résiste en produisant une couche insoluble et protectrice de sulfate de plomb. Il est utilisé dans les accumulateurs électriques (ou batteries) employées dans l'automobile (véhicule thermique) et dans l'industrie (72 % de la production de plomb utilisée dans ces deux secteurs). Dans le domaine de l'imprimerie, le plomb est allié avec l'étain et l'antimoine afin de fabriquer les caractères ; on l'appelle alors « plomb typographique ». Mais on retrouve également du plomb dans la fabrication de munitions et d'armements. Le plomb sert aussi dans la fabrication de colorants, d'antirouille (le “minium” est un oxyde de plomb), dans la verrerie (ce qu'on appelle “cristal” est un verre au plomb), dans les essences (le plomb tétraéthyle est un additif antidétonant dans les carburants)… La forte toxicité du plomb fait que de très nombreux de ces usages sont maintenant interdits ou réglementés. La disparition programmée des véhicules thermiques utilisant des batteries au plomb, les révolutions dans l'imprimerie… vont probablement faire diminuer la consommation.

Une autre cause de la production de plomb, c'est la demande et la production d'argent, en particulier dans l'Antiquité et au Moyen-Âge quand l'argent métal servait à battre monnaie. En effet, les minerais d'argent “pur” (argent natif, sulfure d'argent…) sont assez rares. Par contre, l'argent est très souvent présent à l'état d'“impureté” dans la galène avec des rapports Ag/Pb allant le plus souvent de 0,1 à 2 %. La galène est d'ailleurs souvent appelée le « plomb argentifère ». De nombreuses villes ou villages où était situées des mines de galène ont d'ailleurs le mot “argent” dans leur nom, comme par exemple Largentière en Ardèche ou L'Argentière-La-Bessée près de Briançon (Hautes-Alpes) où l'on peut visiter d'anciennes mines. Selon les époques, les pays… le plomb était un sous-produit (donc très peu cher) de la production d'argent, ou, à l'inverse, l'argent était un sous-produit de l'exploitation du plomb, et servait à rentabiliser les mines de plomb.

Source - © 2001 BRGM dans Y. Paquette (2018)

Figure 3. Carte des mines et gisements de plomb de France métropolitaine.

Il s'agit principalement de gisements de type amas sulfurés, gisements filoniens, gisements stratiformes sur les bordures triasiques et jurassiques, gisements volcano-sédimentaires dévoniens… La majorité de ces gisements est associée au socle hercynien (gisement interne au socle ou en périphérie immédiate dans la couverture sédimentaire discordante). Seules exceptions notables, les petits gisements de la Drôme liés à d'anciennes circulations de fluides issus du Trias salifère sous-jacent. La production française totale de plomb métal est estimée à 1,8 Mt métal de 1800 à 1991. Soixante mines ont fourni chacune plus de 1 000 t de Pb. La dernière mine (Les Malines, Gard) a fermé en 1991. Voici les principaux districts plombifères classés en fonction de leur production cumulée aux XIXe et XXe siècles : Largentière (Ardèche) 356 000 t, Pontpéan (Ille-et-Vilaine) 155 000 t, La Plagne (Savoie) 126 600 t, Les Malines (Gard) 100 000 t, Sainte-Marie-aux Mines (Vosges) 100 000 t, La Croix-aux-Mines (Vosges) 80 000 t, La Baume (Aveyron) 77 000 t, Peyrebrune (Tarn) 64 000 t, Giromagny (Territoire de Belfort) 50 000 t, Pontgibaud (Puy-de-Dôme) 50 000 t, La Loubatière (Aude) 48 000 t, La Rabasse (Hérault) 48 000 t, Villemagne (Gard) 39 600 t, La-Croix-de-Pallières (Gard) 34 000 t, Saint-Sébastien-d'Aigrefeuille (Gard) 30 000 t.


Nous n'allons pas retracer l'histoire géologique et l'origine des très nombreux gisements de plomb français. Les lecteurs intéressés peuvent se rapporter par exemple à une étude faite par le BRGM en 1977 : Les gisements de Pb-Zn français (situation en 1977) . Nous avons vu l'un de ces gisements de plomb la semaine dernière et en avons discuté l'origine (cf. La Plage de la Mine, Jard-sur-Mer, Vendée : sa discordance, ses minéralisations et ses mini-failles ). Les abords de ce gisement montrent de très beaux affleurements dégagés et rafraichis par l'érosion marine. Une petite exploitation de plomb (et de zinc) y a eu lieu au XIXe siècle et au tout début du XXe. En 2023, on voyait sans problème dans la falaise des minéralisations et cristallisations de quartz et de barytine, mais aucun sulfure n'était visible. Galène (PbS) et blende (ZnS) avaient complètement été oxydées et avaient disparu sans laisser de traces visibles. La pyrite (FeS2) initialement présente était, elle aussi, oxydée, mais les oxydes ferriques étant colorés, sa présence ancienne se trahissait par des placages et des dépôts de couleur rouille.

De nos jours, il est quasiment impossible de voir de la galène dans la nature en France “hexagonale”. Il n'y a plus de mines en exploitation depuis 32 ans. Quelques mines “historiques” se visitent, comme celle de L'Argentière-la-Bessée (Hautes-Alpes), celles du secteur de Sainte-Marie-aux-Mines (Vosges), celle de Melle (Deux-Sèvres)… mais les mineurs ont tellement bien fait leur travail que plus aucune minéralisation de galène n'est visible dans les galeries, du moins dans celles ouvertes à la visite. Pour trouver de la galène, il reste les déblais des anciennes mines (mais la végétation les gagne de plus en plus) ; et il y a les descendants des vieux mineurs dont les greniers regorgent parfois de trésors. Des amis géologues peuvent vous en donner, et, jusque dans les années 1970, on en trouvait encore dans certains marchés orientaux comme matière première de maquillage.

Jusqu'à la figure 16, nous vous montrons des échantillons récoltés dans des mines du Massif Central ou “cadeaux” venant de Bulgarie (probablement des mines de Madan).

Source - © 2023 Pierre Thomas

Figure 4. Échantillon de galène automorphe bien cristallisée et formant de beaux cubes.

La galène, comme la pyrite, cristallise dans le système cubique. Des prismes de quartz sont associés à ces cristaux de galène. Origine de l'échantillon : Bulgarie.

Source - © 2023 Pierre Thomas

Figure 5. Échantillon à galène provenant de Bulgarie.

On reconnait sans problème des cubes de galène, des cristaux de pyrite (dorés) et de quartz. Les masses cristallisées sombres sont vraisemblablement de la blende, sulfure de zinc très polymorphe dont la couleur va du noir au rouge brun sombre, plus ou moins transparent.

Source - © 2023 Pierre Thomas

Figure 6. Échantillon à galène provenant de Bulgarie, vu sous un autre angle.

On reconnait sans problème des cubes de galène, des cristaux de pyrite (dorés) et de quartz. Les masses cristallisées sombres sont vraisemblablement de la blende, sulfure de zinc très polymorphe dont la couleur va du noir au rouge brun sombre, plus ou moins transparent.

La galène, comme de nombreux minéraux cristallisant dans le système cubique, existe aussi en cristaux morphologiquement différents d'un cube : octaèdre, cubooctaèdre… (cf. figures 4 à 10 de Cube, cubo-octaèdre, octaèdre, dodécaèdre… les différentes formes cristallines de la pyrite (FeS2) ). Le gisement de Pranal (figures 7, 8 et 21), dans le district minier de Pontgibaud (Puy-de-Dôme), est réputé pour ses octaèdres (et autres formes intermédiaires entre cube et octaèdre, dodécaèdre…). Voici un échantillon qui m'a été donné il y a plus de 50 ans par le petit-fils d'un ancien mineur de Pranal.

Si des circulations hydrothermales “déposent” de la galène dont le plomb est sous forme réduite Pb2+ (que ce soit dans des filons péri-granitiques, des failles minéralisées, le long d'interfaces entre différents milieux comme des discordances…), c'est que ces fluides sont très réduits [la forme sulfure (S2−) est la forme réduite du soufre, contrairement à la forme sulfate (SO4 2−) qui est la forme oxydée]. Si ces fluides hydrothermaux riches en plomb atteignent des zones oxydantes (zones moins profondes par exemple), alors le plomb pourra précipiter sous sa forme oxydée (Pb4+), ou sous un mélange des 2 formes, ou associé à d'autres anions que l'anion S2− même si le plomb reste sous sa forme Pb2+. Il ne précipitera alors pas de sulfure de plomb, mais des sulfates, des carbonates, des hydrocarbonates, des chloro-phosphates… Ainsi pourra se déposer de l'anglésite (PbSO4), de la cérusite (PbCO3), de l'hydrocérusite [Pb3(CO3)2(OH)2], de la pyromorphite [Pb5(PO4)3Cl]… Si des fluides oxydants carbonatés, chloro-phosphatés… circulent au contact de galène déjà déposée, il pourra y avoir transformation partielle et locale de la galène en anglésite, cérusite… Si anglésite et cérusite sont difficiles à distinguer à l'œil nu, étant tous deux de couleur claire (blanc à beige), transparents ou opaques, cristallisant tous deux dans le système orthorhombique… la pyromorphite est très facile à identifier grâce à sa couleur allant du jaune-vert au vert “flashy” ; elle cristallise dans le système hexagonal. Le gisement des Farges (Corrèze), exploité entre 1975 et 1981, est mondialement connu pour sa pyromorphite dans le petit monde des minéralogistes. J'ai eu la chance de pouvoir y descendre en 1978 (je connaissais un mineur).





Quand on échantillonne dans des déblais d'anciennes mines, il est très difficile de trouver des données sur la géométrie et la genèse du gisement. On peut néanmoins assez souvent remarquer que la galène constitue le ciment d'une brèche. Une bonne indication que les fluides hydrothermaux ont circulé dans une brèche tectonique associée à une faille, les fluides sous pression entrainant de plus une fracturation hydraulique.


Comme il ne m'est pas possible de vous montrer de la galène “en place” dans un affleurement naturel ou artificiel, on va se tourner vers le passé en regardant quelques documents historiques (du XVe au XIXe siècle) ayant trait à l'exploitation du plomb : une enluminure du XVe siècle, une galerie de mine abandonnée depuis des siècles, de vielles installations de surface du XIXe siècle et des gravures dignes de l’univers de Zola.

Source - © ~1490 Matthäus - Conservé à l’Österreichische Nationalbibliothek

Figure 17. Enluminure datant de 1490 et appartenant à un ouvrage connu sous le nom de Graduel de Kutna Hora .

Kutna Hora, ville de Bohème (maintenant en République tchèque), est célèbre pour ses mines de plomb et d'argent d'où était extrait, au Moyen-Âge, jusqu'au tiers de la production européenne. Cette enluminure est attribuée à l'enlumineur Matthäus. Elle est conservée à Vienne ( Österreichische Nationalbibliothek ). La partie inférieure représente le travail dans la mine. La partie supérieure représente le marché au minerai, où les négociants venaient “choisir” après examen les minerais qu'ils achetaient. Les figures 18 et 19 montrent des agrandissements de ces parties,respectivement, inférieure et supérieure.

Source - © ~1490 Matthäus - Conservé à l’Österreichische Nationalbibliothek

Figure 18. Partie inférieure de l'enluminure de Kutna Hora montrant de façon imagée l'activité souterraine dans une mine de plomb et d'argent à la fin du XVe siècle.

On voit des mineurs armés de pioches, des porteurs de sacs, l'utilisation de treuils…

Source - © ~1490 Matthäus - Conservé à l’Österreichische Nationalbibliothek

Figure 19. Partie supérieure de l'enluminure de Kutna Hora montrant de façon imagée l'activité à l'air libre dans une mine de plomb et d'argent à la fin du XVe siècle.

On voit les exploitants exposer leurs minerais, des acheteurs discuter avec les exposants, voire testant les minerais à coup de marteau… Les opérations “métallurgiques” qui devaient se faire plus ou moins sur place (il est plus facile de transporter des lingots de plomb ou d'argent que du minerai) ne sont pas représentées. On ne voit pas non plus les manipulations nécessaires pour estimer la quantité d'argent contenu dans le minerai (il faut pour cela des petits “réchauds” à charbon de bois pour séparer plomb et argent et ces opérations dégagent du SO2, gaz irritant).

Source - © 2015 A.BourgeoisP – CC BY-SA 4.0

Figure 20. Galerie inondée d'une ancienne mine de plomb et d'argent, galerie creusée sans doute au XVIIIe siècle à Plancher-les-Mines (Haute Saône).

Cette commune est maintenant plus connue pour son étape du Tour de France (La Planche des Belles-Filles) que pour son passé minier.

Source - © - cartorum.fr

Figure 21. Carte postale du début du XXe siècle montrant ce qui restait des anciennes installations minières de Pranal (district de Pontgibaud, Puy de Dôme).

Les installations minières étaient abandonnées depuis plusieurs décennies avant que cette photo ne soit prise. On voit le socle hercynien à droite, socle recouvert à gauche par les coulées basaltiques quaternaires appartenant à la province dite de la “Petite Chaine des Puys” (cf. La complexité de la structure interne d'une coulée de basalte, carrière de Roure, Saint-Pierre le Chastel (Puy-de-Dôme) ).

Figure 22. Vestiges de la fonderie (XVIIIe et XIXe siècles) de Peisey-Nancroix, Savoie.

Une fois extrait de la mine, pour en extraire plomb et argent, le minerai devait être traité dans des bâtiments communément appelés « fonderies ». Au milieu du XVIIIe siècle, les mines de Peisey-Nancroix et sa fonderie fournissait 320 tonnes de plomb et 780 kilogrammes d'argent par an.

Source - © 1845 Mme C.P. dans L'Illustration

Figure 23.  Enfants laveurs aux grilles, mines de Poullaouen, Finistère (journal L'IIlustration, 14 juin 1845).

Avant d'être traité dans une fonderie, le “tout venant” extrait de la mine est trié, lavé… pour séparer la galène de l'encaissant stérile. Au XIXe siècle, en France, ce travail était en partie assuré par des enfants, que ce soit autour des mines de charbon du Nord (cf. les romans de Zola) ou d'autres mines comme ici en Bretagne. Et, au XXIe siècle, c'est encore le cas dans certains pays exploitant, entres autres, des métaux rares (très utiles pour nos smartphones ).

Tous ces travaux miniers se poursuivent de nos jours, avec d'autres conditions techniques et industrielles et pour des usages inconnus en ces temps anciens. Il en résulte une production totale de plomb d'environ 4,6 millions de tonnes par an en ce début du XXIe siècle.


Les minerais de plomb étaient extraits pour en tirer le plomb métal, ainsi que l'argent. Mais il existe des cas où c'est le minerai de plomb qui est utilisé en tant que tel, et non pas pour le métal qu'on en extrait. C'est le cas de la galène anciennement utilisée broyée comme maquillage noir (connu sou le nom de khôl), ou de la cérusite hydratée (ou hydrocérusite) anciennement utilisée comme pigment blanc (connu sous le nom de céruse, de blanc de Saturne ou de blanc de plomb) pour des fards blancs ou des peintures à l'huile.

Figure 26. Couverture d'un livre qui retrace l'histoire de l'utilisation de blanc de plomb.

Ce livre retrace l'utilisation du blanc de plomb (carbonate de plomb, d'abord extrait de mines, puis synthétisé par des procédés chimiques), l'histoire des méfaits dus à sa toxicité connue depuis longtemps, et l'histoire du “retard” de son interdiction sous la pression de divers lobbys (une histoire qui rappelle celle de l'amiante – autre composé géologique “toxique”, du chlordécone…).

La galène est un semi-conducteur naturel, comme le sont les produits de synthèse du genre silicium monocristallin, arséniure de gallium… Les semi-conducteurs servent, en autres, à fabriquer des diodes et autres dispositifs électroniques nécessaires à d'innombrables usages, dont les récepteurs radio. Avant l'invention de ces diodes, on utilisait des « tubes électroniques » (également appelés «  lampes ») dans les anciens récepteurs radio (dit à lampes). Et avant l'usage massif ce ces lampes, on utilisait un semi-conducteur naturel, la galène. Les premiers récepteurs radio était dits « postes à galène ».

Source - © 2008 D’après Holger.Ellgaard (haut et bas) – CC BY-SA 3.0, modifiés

Figure 27. Un poste à galène.


Mais n'oublions pas que la galène est plus qu'un minerai de plomb, c'est aussi un minerai d'argent. En effet, l'argent est très souvent présent à l'état d'impureté dans la galène, avec des rapports Ag/Pb allant le plus souvent de 0,1 à 2 %. Selon les usages qui varient avec les époques et les pays, le plomb était souvent un sous-produit de l'exploitation de l'argent, qui représentait alors la majorité du chiffre d'affaires de ces mines. Dans l'Antiquité gréco-romaine, et encore plus au Moyen-Âge européen, l'argent métal servait à fabriquer les pièces de monnaie et était plus important et plus recherché que le plomb. C'est à sa quasi inaltérabilité et à sa relative rareté que l'argent métal doit d'avoir été utilisé comme monnaie d'échange. Si les transactions exceptionnelles se faisaient en or, les transactions “importantes” se faisaient avec de l'argent, en pièces d'argent. Jésus n'a-t-il pas été vendu pour 30 pièces d'argent ? Un des plus riches “grand argentier” de France, Jacques Cœur (1395-1456, grand argentier de Charles VII) doit une partie de sa fortune à ses mines d'argent. Faire de la fausse monnaie, c'est-à-dire faire des pièces trafiquées avec un pourcentage d'argent plus faible que celui garanti par les autorités, était l’un des crimes les plus grave au Moyen-Âge.

Figure 28. Production mondiale et usages de l'argent, chiffres de 2019.

Avec une production annuelle d'environ 25 000 tonnes, soit 150 fois moins que le plomb mais 8 fois plus importante que l'or en quantité (et 20 fois plus faible en valeur), l'argent reste un petit marché aux mains de peu d'acteurs. Aujourd'hui, un petit tiers de la production provient de mines ouvertes spécifiquement pour l'argent, un gros tiers comme sous-produit de mines de zinc ou de plomb, un quart comme sous-produit de mines de cuivre et un huitième comme sous-produit de mines d'or. Les réserves mondiales sont estimées à 580 000 tonnes, ce qui laisserait à peine plus que 20 ans d'extraction au rythme actuel.

Source - © 1539 Marinus van Reymerswaele – Museo del Prado

Figure 29.  Le Changeur et sa femme, peinture de Marinus van Reymerswale (1490, 1546), Musée du Prado, Madrid.

Peser les pièces pour évaluer les teneurs en différents métaux (dont l'argent) et/ou identifier des fausses pièces était l'un des travaux importants des banquiers du XVIe siècle.

Source - © XIIIe s. Enluminure du Code justinien

Figure 30. Miniature du XIIIe siècle montrant le supplice réservé aux faux monnayeurs : l'ébouillantage.

La gravité de la peine nous indique la gravité du délit aux yeux des autorités. Pour bien montrer que ce criminel avait “fauté” par l'argent, deux bourses sont accrochées au-dessus du chaudron.