3. ÉTUDE DE LA MINÉRALISATION PRIMAIRE

L'échantillonnage de cette étude a été effectué en deux endroits de la mine Nord. Le matériel des sections polies 50409-50410 et 50413 provient d'une zone comprise entre les points 52 et 58 du plan 1 (annexe G), c'est-à-dire d'un niveau riche en sulfures (niveau B de MARI et ROSTAN, 1986) (fig. 50) et dont les diaclases présentent la plus grande richesse en minéraux secondaires de cuivre. Le deuxième prélèvement a été réalisé sur le pilier 80 où deux zones sont à distinguer : la zone à Pb représentée par les sections 50554 à 50556 et la zone à Cu illustrée par les sections 50411-50412-50414 et 50415 (cf. plan 2, annexe G). Cette zone à Cu est constituée par un minerai peu altéré qui peut être considéré comme le minerai primaire de cuivre type.

3.1. Métallographie (cf. annexe C : photographies)

a) Minerai de la zone comprise entre les points 52 et 58

La minéralisation primaire sulfurée est comme dans toutes les autres sections polies, localisée dans les joints intergranulaires des grès et poudingues. Dans de rares cas, il a été observé des petits grains de sulfures simples qui ne semblaient pas apparaître dans ce contexte. Les sulfures rencontrés sont peu nombreux. Deux types d'association ont été mises en évidence. La nature de leurs minéraux apparaît liée au degré d'altération de la minéralisation initiale qui est fonction de la proximité des diaclases à minéraux secondaires.

1er type d'association - section 50413

Il s'agit d'une section obtenue à partir de matériel prélevé à proximité d'une diaclase riche en minéraux secondaires. La matrice de la minéralisation est un grès quartzeux à clastes de quartz atteignant 5 mm. Un peu d'azurite teinte le quartz. Au microscope métallographique, l'on observe principalement des grains de chalcocite en îlots dans des minéraux secondaires en particulier l'azurite, parfois il s'agit de digénite avec un peu de chalcocite. La covellite et la tennantite sont très rares. De petits grains de pyrite apparaissent, disséminés dans les plages de sulfures altérés ou non.

2ème type d'association - sections 50409-50410

Elles ont été réalisées dans un poudingue compact, peu recoupé par des diaclases à minéraux secondaires. Leur minéralisation primaire est identique, seul le degré d'altération diffère un peu.

La section 50409 permet d'observer la plus riche association de minéraux sulfurés. Le sulfure primaire principal est la tennantite, il forme des plages parfois plurimillimétriques, entre les grains de quartz et est plus ou moins altéré en périphérie en covellite et divers minéraux secondaires. Ces plages de tennantite contiennent assez souvent de petites inclusions parfois automorphes de pyrite, elles mêmes bordées d'un liseré de gersdorffite. On observe aussi des inclusions plus complexes présentant l'association chalcopyrite, pyrite, et blende ; la chalcopyrite étant la phase la plus abondante. Indépendamment de la tennantite, cette section a permis de rencontrer des chapelets de petites plages de galène dans le quartz. Bien que, selon ces chapelets, aucun joint intergranulaire n'ait été identifié, l'alignement de ces grains de galène permet d'envisager une origine syn- à post-détritique plutôt qu'héritée. Par contre, la présence dans le quartz d'une plage d'arsénopyrite d'environ 50 µm associé à galène, chalcopyrite et marcasite (pseudomorphose après pyrite) constitue un argument en faveur d'une origine héritée. Quelques rares grains de rutile et de zircon représentent des constituants mineurs du matériel détritique.

La section 50410 est constituée par un minerai un peu plus altéré. Cela se manifeste en particulier par l'apparition du cuivre natif en très petits grains, la covellite est presque totalement absente. Les quelques plages de tennantite qui subsistent sont parfois exemptes d'inclusions. On retrouve de la chalcopyrite associé à la pyrite, en position apparemment indépendante dans le quartz. Cette chalcopyrite est automorphe et maclée en secteurs.

b) Minerai du pilier 80

Zone à Cu - sections 50411-50414-50415

La section 50411 a été réalisée à partir d'un poudingue quartzique friable (peu adhérent). Ce peu de cohésion reflète le degré d'altération. En effet, on observe dans les joints intergranulaires presque exclusivement de la covellite avec de rares îlots résiduels de tennantite. Les autres minéraux sulfurés sont représentés par de petites plages de chalcopyrite noyées dans la covellite. Un amas de lamelles de matière carbonée (graphite) a été rencontré en position indépendante dans le quartz.

La section 50412 porte sur une concentration de tennantite au sein d'un nodule de 2 cm de diamètre rencontré dans le poudingue de la section 50411. La tennantite se présente en cristaux tétraédriques atteignant plus de 5 mm, au sein d'un gangue friable de couleur crème. L'observation microscopique montre que ces cristaux sont altérés en surface, ainsi que suivant les fissures, en covellite. Les plages de tennantite fraîche, préservées, présentent de nombreuses inclusions de pyrite associée ou non à chalcopyrite et gersdorffite. De nombreuses pseudomorphoses cubiques, constituées d'hydoxydes de fer et résultant de l'altération de pyrite rencontrée localement au centre de ces pseudomorphoses, ont été observées dans la gangue du nodule.

La minéralisation primaire de la section 50414 a pour matrice un grès quartzique compact à gros clastes de quartz. La tennantite est le principal sulfure. Il se présente en grandes plages légèrement altérées en digénite à leur périphérie. La covellite est peu abondante. Les inclusions rencontrées dans la tennantite sont nombreuses et sont constituées par de la pyrite entourée par de la chalcopyrite ; la gersdorffite est absente.

Pour la section 50415, la minéralisation est contenue dans un poudingue compact. On observe l'altération des plages de tennantite selon la séquence suivante : du centre vers extérieur :

énargite
tennantite → covellite → digénite.

De nombreux essaims de petites inclusions de pyrite auréolées de gersdorffite sont présents dans la tennantite. On note aussi dans cette dernière la présence d'inclusions xénomorphes de blende systématiquement associées à la chalcopyrite ; de la galène complète parfois cette association. On observe aussi le remplacement d'un cristal de pyrite par de la covellite.

Zone à Pb - Sections 50554 à 50556

La minéralisation est identique dans toutes ces sections. Elle constitue le ciment d'un grès compact à clastes de quartz atteignant 10 mm. La galène est le principal minéral sulfuré.

Elle se présente en plages parfois plurimillimétriques auréolées ou traversées selon ses fissures par de la covellite. Quant la covellite est absente, on observe son altération périphérique en minéraux secondaires de Pb, en particulier anglésite. Elle contient parfois d'assez grosses inclusions de blende. Quelques plages de tennantite à inclusion de pyrite associées ou non à la galène et altérées à leur surface en covellite ont été rencontrées. Des cristaux de barytine en lattes sont visibles entre les grains de galène.

c) Complément : classification de la perroudite et de la capgaronnite

Si la règle générale veut que la minéralisation primaire soit essentiellement composée de minéraux métalliques dont l'oxydation va donner différents minéraux secondaires, la mine de Cap Garonne possède la particularité de présenter, outre une minéralisation primaire métallique, une minéralisation secondaire alliant à la fois des minéraux métalliques et des minéraux "oxydés". En effet, la mine de Cap Garonne est la localité type de deux minéraux métalliques : la perroudite Hg_5-x Ag_4+x S_5-x (Cl, I, Br)_4+x (SARP et al., 1987) et la capgaronnite HgAgS(Cl, I, Br) (MASON et al., 1992). Ces minéraux sont associés à des minéraux secondaires types (parnauïte, olivénite,...) et sont donc à considérer malgré leur caractère métallique comme eux-mêmes des minéraux secondaires.

d) Discussion - Conclusion

Le problème soulevé par les études métallographiques réalisées sur le minerai du Cap Garonne est celui de l'héritage à l'état détritique d'une minéralisation sulfurée antérieure à la formation du ciment minéralisé des grès et poudingues. L'idée est déjà ancienne D1EULAFAIT, 1875). GUILLEMIN (1952) la reprend et attribue une origine détritique à blende, galène, pyrite, tennantite et chalcopyrite ; il admet cependant la possibilité qu'une partie de la tennantite et de la chalcopyrite soit remobilisée pour se recomposer par cémentation. Les seuls minéraux formés à son avis in situ sont la chalcocite, la covellite et "probablement le cuivre natif".

Les résultats de notre étude sont très différents. Si effectivement, du fait de leur position indépendante dans le quartz, sans évidence de relation avec une fissure nourricière (joint intergranulaire), de petites plages d'arsénopyrite, et en partie de chalcopyrite, pyrite, blende et galène, peuvent avoir une origine détritique, nous n'avons pu trouver d'argument en faveur de cette origine pour la tennantite. GUILLEMIN (1952) signale la présence de bornite, nous ne l'avons pas retrouvée ; il est fort probable que si cette phase existe réellement, elle appartienne à la minéralisation cementative cuprifère C. VINCHON (1984) l'a signalée assez fréquemment associée à digénite, chalcocite et covellite dans les minéralisations stratiformes permotriasiques du Dôme du Barrot. Cependant suivant les indices, elle ne peut écarter une origine hypogène. GUILLEMIN base sa conclusion d'héritage, pour la plupart des minéraux sulfurés, sur leur présence en galets (nodules) au sein des grès et poudingues ; il se sert aussi de la notion d'indépendance des minéraux métalliques au sein des plages de quartz.

Si nous ne contestons pas le dernier type d'argument, il n'en est pas de même pour celui concernant la présence de nodules. Ceux-ci peuvent tout aussi bien résulter de l'assimilation au sein des grès, lors de leur formation, d'un matériel de nature différente du quartz, sous la forme de nodule, qui sous l'action de solutions minéralisantes (Cu, As, S, Pb) aurait offert un domaine favorable à la précipitation et au développement des différents sulfures, en particulier galène et tennantite. Nous interprétons ainsi la formation des cristaux automorphes de tennantite dans le nodule de la section 50412.

D'autre part, les sulfures évoqués sont très sensibles à l'altération et au transport ; pour parvenir aux concentrations métalliques mécaniques évoquées par GUILLEMIN, il faudrait admettre le démantèlement d'un horizon minéralisé et sa sédimentation sur place. Or cette hypothèse ne tient plus quand on sait que la quasi-totalité de la minéralisation, qui est sous la forme de tennantite, constitue le ciment du grès minéralisé et est donc forcément postérieure à la sédimentation de celui-ci. Il en est de même pour la galène. GUILLEMIN considère qu'une partie de la tennantite a été remobilisée pour se redéposer par cémentation, répondant ainsi à la nécessité d'expliquer la présence de la tennantite dans les joints intergranulaires. Pour lui, le dépôt de cette phase serait postérieur à celui de la chalcocite. Tout d'abord, il convient de préciser que la phase appelée chalcocite par GUILLEMIN pourrait tout aussi bien être de la digénite, car cette dernière ne constituait pas alors une espèce distincte, mais une variété de chalcocite. La description qu'il en donne, concorde assez bien.

À notre avis, il n'y a pas, par un même processus de cémentation, formation de chalcocite, qui se dépose sur les parois d'une cavité intergranulaire puis remplissage de l'espace restant par de la tennantite, mais plutôt deux processus et un ordre de dépôt inverse. À la lumière des connaissances actuelles, l'association covellite-digénite correspond classiquement à un processus cémentatif ; il n'en est pas de même pour la tennantite dont la formation demande des températures plus élevées. Il est plus logique d'admettre, en premier, le dépôt de tennantite en tant que ciment dans les joints intergranulaires, puis son altération périphérique par un processus cémentatif avec formation des sulfures digénite, covellite et chalcocite. L'apparition de chalcocite (vraie) serait favorisée par d'intenses percolations dans les zones riches en diaclases et la proximité de ces dernières.

Il nous reste maintenant à aborder l'interprétation de l'existence de la couche minéralisée cuprifère surmontée par la couche minéralisée plombifère (cf. pilier 80). GUILLEMIN (1952) pense qu'au départ, il n'existait qu'une couche détritique plumbocuprifère qui se serait enrichie à la base en sulfures de cuivre, par le jeu d'un phénomène cémentatif per descensum. Un argument décisif en faveur d'une telle hypothèse aurait été l'observation d'au moins un nodule de tennantite à l'intérieur de la couche plombifère, or GUILLEMIN n'évoque rien de tel ; il en est de même pour nous. À notre avis, les deux principaux minéraux métalliques, tennantite et galène, se sont formés au cours d'un même processus minéralisateur dia- à épigénitique.

La différenciation peut être expliquée de différentes façons. Nous pouvons bien sûr admettre l'effet du comportement géochimique différent des 2 métaux, qui entraînerait le dépôt initial selon un processus per descensum, du plomb, moins soluble que le cuivre. Avec une telle hypothèse, nous n'expliquons pas la limite nette qui existe entre les deux couches minéralisées. Une telle superposition est connue dans les shales cuprifères permiens de Pologne (BANAS et al., 1974), où la présence de la couche plombifère au-dessus de la couche cuprifère serait liée à la nature carbonatée du niveau porteur. À Cap Garonne, nous n'avons pas trouvé d'évidence d'un tel niveau carbonaté ; la nature des gangues des 2 minéralisations (Cu et Pb) étant dans l'état actuel identique (quartz détritique) ; cependant rien n'écarte la possibilité qu'un ciment carbonaté ait un jour existé.

Cette seconde hypothèse de précipitation du plomb implique aussi un phénomène minéralisant per descensum, ceci pour être cohérent avec la notion de solubilité évoquée dans la première hypothèse.

Dans son étude des minéralisations du dôme du Barrot, C. VINCHON (1984) propose un modèle minéralisateur per ascensum de l'interface Permien-Trias. Pour nous rapprocher de cette hypothèse, à laquelle nous adhérons pour Cap Garonne (cf. origine du stock métal, isotopes du plomb), il nous faut adapter les facteurs que nous évoquions dans nos modèles simples per descensum. En particulier, il faut admettre que seule la présence d'un niveau carbonaté joue sur la précipitation du plomb, ce qui implique que la solution minéralisante est sous-saturée en Pb vis-à-vis du cuivre car son contenu métal plomb n'est pas affecté par le passage à travers les strates gréseuses quartziques qui constituent une barrière réductrice pour son contenu métal cuivre.

Tableau 65 : Schéma paragénétique de la minéralisation sulfurée de Cap Garonne.