Image de la semaine | 08/01/2024
Un granite à grenat et pyroxène : la charnockite d'Ansignan (hameau des Albas, Pyrénées-Orientales)
08/01/2024
Résumé
Conditions de formation de charnockite, granite à pyroxène et grenat, avec faciès porphyroïde ou leucocrate.
Source - © 2014 Alexandre Aubray
La pointe du marteau donne l'échelle. Le gros cristal sub-rectangulaire de couleur brun vert / bronze est très vraisemblablement un orthopyroxène [(Fe,Mg)OSiO2] altéré. Il en est de même des taches “bronze rouillé” dans le quart supérieur gauche, très vraisemblablement des orthopyroxènes eux aussi altérés. On voit de petits grenats millimétriques roses-rouges situés près de la pointe du marteau. D'autres grenats sont visibles dans le coin supérieur droit. La majorité de la roche est constituée de grosses orthoses (granite à faciès porphyroïde) et d'un agrégats de petits cristaux de quartz + feldspath + biotite.
Localisation par fichier kmz de l'affleurement de charnockite d'Ansignan (Pyrénées-Orientales).
 Source - © 2014 Alexandre Aubray Figure 2. La charnockite d'Ansignan, en bord de route (D 619) au hameau des Albas, Pyrénées-Orientales Vue avec un léger recul par rapport à la figure 1. On retrouve au centre de l'image l'orthopyroxène sub-rectangulaire de la figure 1. On voit très bien la structure porphyroïde du granite et de nombreux petits grenats roses. Les nombreuses “taches” de couleur bronze verdâtre sont très vraisemblablement des orthopyroxènes altérés. |  Source - © 2014 Alexandre Aubray Vue avec recul par rapport à la figure 1. On retrouve au centre de l'image l'orthopyroxène sub-rectangulaire de la figure 1. On voit très bien la structure porphyroïde du granite et de nombreux petits grenats roses. Les nombreuses “taches” de couleur bronze verdâtre sont très vraisemblablement des orthopyroxènes altérés. |
 Source - © 2009 Pierre Thomas Ses clivages confirment qu'il s'agit très vraisemblablement d'un orthopyroxène. | |
Pour la très grande majorité des amateurs de géologie, un granite est constitué de quartz, feldspaths et micas, auxquels s'ajoutent éventuellement amphiboles, cordiérite, tourmaline… Pour cette majorité, les granites à pyroxènes ou à grenats n'existent pas car, « comme chacun sait », le pyroxène est un minéral de roches basiques et le grenat un minéral de roches métamorphiques (et de haute pression bien sûr !). Et bien, ces « croyances » sont fausses, car il existe des granites à pyroxènes, à orthopyroxène pour être plus précis : les charnockites. L'année de L3 de géologie à l'ENS de Lyon commençait jusqu’il y a peu par un stage de 5 jours en Languedoc-Roussillon. Quant je posais une question sur tel ou tel affleurement, souvent un étudiant répondait par une “incongruité géologique”, genre « mouton à 5 pattes » ; je répondais alors « et pourquoi pas un granite à pyroxènes et grenats », prototype des roches “impossibles” dans l'esprit des étudiants post-L2 ou post-prépa BCPST. Au fil des cinq jours, les granites à pyroxènes et grenats étaient devenus un « monstre du Loch Ness » dont on parlait en riant, mais que chacun “savait” ne pas exister. C'était pour préparer le bouquet final de ce stage. En effet, le dernier arrêt de cette excursion était justement au niveau d'un magnifique affleurement de granite à grenats et pyroxènes. L'étonnement et la joie de la découverte des étudiants faisait plaisir à voir ! Et de plus, quand on leur disait que ces grenats n'étaient pas de haute pression mais de moyenne ou basse pression (cf. Non, les grenats ne sont pas caractéristiques de haute pressio !)…
Une charnockite est, par définition, une roche de composition granitique avec, en plus des minéraux usuels d'un granite, de l'orthopyroxène et parfois du grenat. Il peut s'agir soit de roches métamorphiques (issues d'une roche mère de composition gréso-pélitique ou granitique) soit de roches magmatiques, ayant cristallisé dans le faciès granulite (T > 750°C) de basse ou moyenne pression (P < 1 GPa). Nous ne verrons ici que des charnockites magmatiques. L'absence des charnockites dans l'Éducation nationale (au moins jusqu'au niveau L2 et prépa BCPST) peut s'expliquer assez aisément : c'est une roche assez rare dans les temps phanérozoïques, car les conditions de sa genèse sont rares depuis 600 Ma. Par contre, ces roches sont beaucoup plus fréquentes dans les boucliers archéens. Et comme il n'y a pas d'Archéen en France métropolitaine… Il y a cependant une très belle intrusion de charnockite en France métropolitaine, celle d'Ansignan dans les Pyrénées-Orientales. Pour en voir d'autres en restant en Europe, il faudrait aller en Scandinavie, en Ukraine… où elles sont abondantes, ou aller par exemple voir le bouclier guyanais.
L'origine des charnockites a déjà été traité dans Planet-Terre dans l’article de Christian Nicollet Qu'est-ce qu'une charnockite ?, inspiré de la page Les charnockites du site de l'auteur. On peut résumer la formation des charnockites de la façon suivante.
Quand une roche métamorphique de composition quartzo-feldspatique “normalement” hydratée car contenant mica et/ou amphibole (gneiss, micaschiste…) atteint 650°C, il y a un début de fusion partielle, avec production d'un magma mélangé aux résidus de fusion qui sont souvent des biotites, les plus réfractaires des minéraux des gneiss, micaschistes… Si pour une raison ou une autre ce magma (et ses biotites résiduelles) est surchauffé (T >750°C) à pression relativement basse, plusieurs réactions peuvent se produire au sein du mélange magma + résidu (ou du mélange magma + premiers minéraux réfractaires potentiels à cristalliser en cas de refroidissement). Par exemple, voici deux réactions simplifiées : (1) biotite + quartz = orthopyroxène + feldspath potassique + magma + H2O, ou (2) biotite + silicate d'alumine = grenat + feldspath potassique + magma + H2O. Le type de réaction dépendra de la teneur en aluminium de la roche commençant à fondre ou du magma commençant à cristalliser. L'eau dégagée n'est bien sûr pas sous la forme liquide ou vapeur, mais dans son état supercritique (cf. L'état supercritique en sciences de la Terre). Les nouveaux minéraux néoformés (feldspath potassique, orthopyroxène, grenat…) peuvent disparaitre par fusion plus poussée ou séparation magma-solide). Si tout ou partie de l'eau supercritique quitte le magma, celui-ci deviendra alors totalement ou partiellement anhydre. Lors de la cristallisation d'un magma granitique “normalement” hydraté, fer et magnésium sont incorporés dans les premiers minéraux à cristalliser, les biotites. Si le magma est anhydre, la biotite ne pourra pas cristalliser, et fer et magnésium seront intégrés dans des ferro-magnésiens anhydres, orthopyroxène (dans le cas d'un magma pauvre en aluminium) et/ou grenat (dans le cas d'un magma plus riche en aluminium). Si le magma est encore partiellement hydraté, ou moyennement riche en aluminium… tous les intermédiaires pyroxène/grenat/biotite peuvent exister.
Ce sont ces conditions de haute température à une pression pas trop forte (à une relativement faible profondeur) qui sont rares dans les temps récents (au Phanérozoïque) mais plus fréquentes au Protérozoïque et surtout à l'Archéen.
La charnockite d'Ansignan appartient au socle hercynien de la Zone Nord-Pyrénéenne, au sein d'un massif connu sous le nom de massif de l'Agly. Elle est datée du Carbonifère supérieur (305 à 315 Ma) selon diverses datations. Comme la majorité des granites tardi-hercyniens de France, elle s'est mise en place en contexte extensif. Le cœur de l'intrusion est une charnockite riche en pyroxène et en biotite, souvent avec de grosses orthoses (faciès porphyroïde) mais sans grenat. Les zones périphériques ont deux faciès : le faciès porphyroïde classique avec orthopyroxène et biotite mais très riche en grenats, et un faciès clair leucogranitique, pauvre en biotite, avec grenats mais quasiment sans pyroxène. La présence de biotite montre que le magma n'était pas totalement anhydre. À part les figures 5 et 6, toutes les photographies viennent de la zone périphérique. Si les grenats de ces charnockites sont “frais”, les pyroxènes sont souvent altérés dans la masse du granite et difficiles à reconnaitre à l'œil nu. La mise en place de cette intrusion charnockitique complexe a été accompagnée de l'arrivée de magma basique en quantité importante. Magma charnokitique classique, magma charnockitique clair, et magma basique coexistaient à l'état liquide et donnent des figures de mélange magmatique remarquables (cf. Mélange de deux magmas granitiques, les Albas, commune de Felluns (Pyrénées Orientales)). Nous ne détaillerons pas ici ces figures de mélange. L'arrivée de grandes quantités de magma basique (dont la température est voisine de 1200°C) est peut-être pour partie responsable de la “surchauffe” du magma charnokitique, surchauffe assez rare au Phanérozoïque.
Mais que ce soit dans l'article de C. Nicollet ou dans celui sur les mélanges magmatiques, Planet-Terre n'a pas montré de belles photographies macroscopiques de cette roche à la minéralogie à la fois esthétique et originale pour un Français. Pour réparer ce manque, nous vous montrons aujourd'hui 20 photographies prises sur le terrain en zone périphérique de la charnockite d'Ansignan, montrant cette roche, ses minéraux, leurs relations géométriques réciproques…
Source - © Christian Nicollet
Figure 5. Vues macroscopiques des deux principaux faciès de la charnockite d'Ansignan
À gauche, le faciès des zones périphériques, porphyroïde, avec grenats abondants et pyroxènes altérés.
À droite, pour comparaison, le faciès du cœur de l'intrusion, sans grenat mais avec pyroxènes (ici relativement peu altérés).
Source - © Christian Nicollet
Figure 6. Lame mine (en LPNA et LPA) de la charnockite d'Ansignan (faciès central, sans grenat)
On reconnait bien l'orthopyroxène (OPx), la biotite (Biot), le quartz (Q) et les feldspaths (F). Exceptionnellement, ici, l'orthopyroxène n'est pas altéré contrairement à la majorité des affleurements.
Voici maintenant 16 figures, toutes des photographies d'affleurements de la zone périphérique riche en grenats prises sur les bords de la D619. Les affleurements ont été “rafraichis” il y a quelques dizaines d'années mais commencent à se dégrader. On verra le faciès porphyroïde, le faciès leucogranitique, des gros plans sur divers minéraux et leur relations réciproques… Un régal pour des yeux de géologue.
 Source - © 2006 Pierre Thomas Les taches de couleur rouille correspondent vraisemblablement à de petits orthopyroxènes altérés. |  Source - © 2006 Pierre Thomas Les taches de couleur rouille correspondent vraisemblablement à de petits orthopyroxènes altérés. |
 Source - © 2009 Pierre Thomas Figure 9. Zone à grenats centimétriques, charnockite d'Ansignan (Pyrénées-Orientales) On remarque que chaque gros grenat est entouré d'une auréole blanche, sans doute riche en feldspath potassique. On peut proposer que cette accumulation de feldspath potassique soit la conséquence de la cristallisation des grenats. Ces derniers, en effet, ne contiennent pas de potassium. Leur cristallisation enrichirait le magma environnant en potassium, d'où la cristallisation de feldspath potassique. Les taches de couleur rouille correspondent vraisemblablement à de petits orthopyroxènes altérés. |  Source - © 2005 Pierre Thomas En haut, vue d'ensemble sur le faciès porphyroïde normal. L'orientation des gros cristaux d'orthose est due à l'écoulement du magma granitique (cf. Mélange de deux magmas granitiques, les Albas, commune de Felluns (Pyrénées Orientales)). En regardant bien, on voit des petits grenats roses. En bas, détail de la partie située juste sous le couteau suisse. On voit très bien de nombreux petits grenats inclus dans un phénocristal d'orthose. |
 Source - © 2009 Pierre Thomas Photo prise sur les bords de la route D619, au hameau des Albas, commune de Felluns, Pyrénées-Orientales. L'intrication des faciès porphyroïde sombre, d'une part, et leucocrate, d'autre part, signe l'écoulement simultané et le très mauvais mélange entre ces deux magmas. |  Source - © 2009 Pierre Thomas Photo prise sur les bords de la route D619, au hameau des Albas, commune de Felluns, Pyrénées-Orientales. L'intrication des faciès porphyroïde sombre, d'une part, et leucocrate, d'autre part, signe l'écoulement simultané et le très mauvais mélange entre ces deux magmas. |
 Source - © 2009 Pierre Thomas Figure 13. Gros plan sur une passée de leucogranite au sein du faciès sombre de la charnockite d'Ansignan Un gros phénocristal ayant cristallisé dans le faciès sombre s'est fait incorporer dans le leucogranite. Les deux faciès contiennent de très nombreux grenats. |  Source - © 2006 Pierre Thomas On retrouve des passées à biotite en haut à droite et en bas à gauche de cette zone de leucogranite. Les deux figures suivantes sont des détails de cette vue. |
 Source - © 2006 Pierre Thomas |  Source - © 2006 Pierre Thomas Quand ces relations sont claires, il semble que le grenat englobe la biotite et lui serait donc postérieur. Une image de la déshydratation du magma en cours de cristallisation ? |
 Source - © 2009 Pierre Thomas |  Source - © 2009 Pierre Thomas Il semble qu'on retrouve la chronologie de la figure 16 : grenat postérieur à la biotite. |
 Source - © 2009 Pierre Thomas |  Source - © 2005 Pierre Thomas |
 Source - © 2009 Pierre Thomas Figure 21. Vue d'ensemble et de détail sur un secteur clair au sein du faciès porphyroïde Passée leucogranitique ou accumulation de phénocristaux d'orthoses ? On voit un beau regroupement de grenats centimétriques. |  Source - © 2015 Alexandre Aubray |
 Source - © 2023 BRGM / InfoTerre Figure 23. Contexte géologique de la charnockite d'Ansignan (Pyrénées-Orientales) sur fond de carte à 1/50 000 L'intrusion de charnockite d'Ansignan est à cheval sur deux cartes géologiques à 1/50 000 : Rivesaltes à l'Est et Saint-Paul-de-Fenouillet à l'Ouest, carte publiée en 2023 mais remplacée par la photo aérienne sur cette figure car non encore intégrée aux outils numériques mis à disposition par le BRGM. Cette charnockite (au centre gauche de la partie cartée, ργ1, en violet) est intrusive dans les gneiss de Caramany (ζC, en orange et bleu). Les roches basiques co-intrusives avec la charnockite sont figurées en vert (θη1). La relative grande quantité de magma basique par rapport au magma acide pourrait expliquer pour partie la température anormalement élevée (pour le Phanérozoïque) du magma charnockitique d'Ansignan. Le repère au centre de la zone non cartographiée localise l'affleurement des Albas d'où proviennent toutes les photos. | |
 Source - © - BRGM Figure 24. Schéma structural (modifié) de la carte de Rivesaltes à 1/50 000 On voit que le massif paléozoïque de l'Agly correspond au socle hercynien de la zone Nord-pyrénéenne, zone comprise entre la zone axiale au Sud et la zone sous-pyrénéenne au Nord. Ces trois zones sont séparées par deux failles majeures, la faille Nord-pyrénéenne et le chevauchement frontal Nord-pyrénéen (appelé “front nord-pyrénéen” sur ce schéma). |  Source - © 2006 D’après BRGM, modifié La charnockite d'Ansignan correspond à la petite tache rouge numéroté 17, indiquée par la flèche jaune. |
 Source - © 2023 BRGM / Google Earth | |
Il reste maintenant à expliquer l'origine de ce nom “charnockite”.
Job Charnock (1630-1692/1693) était un administrateur anglais de la compagnie des Indes orientales. Il est généralement considéré comme le fondateur du Calcutta “moderne” (maintenant Kolkata). Il a surtout travaillé dans le golfe du Bengale, entre Madras (maintenant Chennai) et Calcutta. À sa mort en 1692 ou 1693, il a été enterré à Calcutta. Quelques années après sa mort, sa famille fit construire un mausolée au-dessus de sa tombe, mausolée qui existe encore. Parce qu'il y a très peu de pierres à Calcutta (construit dans le delta du Gange) et parce que Job Charnock avait beaucoup travaillé à Madras, sa famille fit venir les pierres de la tombe (refaite) et du mausolée depuis des carrières situées à Madras. Plus de 150 ans après la mort de Job Charnock, le géologue anglo-irlandais Thomas Oldham (1816-1878), travaillant au Mont Saint-Thomas à Madras, a découvert une nouvelle variété de granite, un granite à orthopyroxène. Peu de temps plus tard, à Calcutta, un autre géologue anglais, Thomas Henry Holland (1868-1947), extrayait et étudiait des petits fragments de la tombe de Job Charnock et confirmait que les granites du Mont Saint-Thomas de Madras étudiés et caractérisés par Thomas Oldham et ceux de la tombe de Job Charnock étaient les mêmes. Thomas H. Holland a baptisé cette roche “charnockite” en l'honneur de Job Charnock. Co-découverte et caractérisée par deux géologues prénommés Thomas, initialement trouvée au Mont Saint-Thomas, cette roche aurait pu aussi être appelée “thomasite”.
 Source - © 2011 Biswarup Ganguly – CC BY 3.0 Figure 27. La tombe de Job Charnock à l'intérieur de son mausolée à Calcutta (Inde) La résolution des photos disponibles sur le web ne permet d'identifier la charnockite ni sur la tombe elle-même, ni dans les pierres du mausolée. |  Source - © 2023 Rangan Datta / telegraphindia Figure 28. Mausolée de Job Charnock et carrière de charnockite du Mont Saint-Thomas À gauche, le mausolée de Job Charnock à Calcutta (Inde). À droite un gros plan sur une carrière du Mont Saint-Thomas à Madras (Inde), montrant en bas à gauche de la charnockite magmatique, intrusive (en filon) dans de la charnockite métamorphique. |
 Source - © 2005 PlaneMad – CC BY-SA 2.5 Figure 29. Vue sur le Mont Saint-Thomas, à Madras (Inde) Deux anciennes carrières sont visibles. Est-ce de l'une d'elles que proviennent les pierres de la tombe de Job Charnock ? On peut se demander pourquoi cette colline du Bengale s'appelle Mont Saint-Thomas, du nom d'un des douze apôtres ? C'est oublier que Saint Thomas était un apôtre “original”. Tout d'abord, il ne voulait croire ce qu'il pouvait vérifier par lui même ; en cela, il devrait être le saint patron des scientifiques. Ensuite, au lieu de faire comme les autres apôtres et de parcourir l'empire romain pour « évangéliser les païens », il partit vers l'Est, jusqu'en Inde. Selon la tradition (les textes indiscutables manquent), il y serait arrivé en l'an 52, et serait mort martyrisé sur cette colline en 72. Étant le lieu présumé du martyre et de la mort de Saint Thomas, cette colline est devenue un lieu de pèlerinage assidument fréquenté par les chrétiens d'Inde (2,3 % de la population). Une petite église construite au XVIe siècle abrite une Croix de Saint Thomas sculptée dans une pierre noire (de la charnockite ?), qui date du VIe ou VIIe siècle. Le 5 février 1986, le pape Jean-Paul II est monté au sommet du Mont Saint-Thomas et s'est recueilli dans son église. Connaissait-il la charnockite ? | |
 Source - © 2023 Google Earth, modifié | |
