Formation et gisement des minéraux

Second volet de la trilogie : Comment se forment les éléments, Comment se forment les minéraux, Comment se forment les cristaux.

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Formation et gisement des minéraux

Pour comprendre l'origine des minéraux existants et de ceux qui naissent constamment à la surface et à l'intérieur de la Terre, il est important de connaître les conditions de leur formation. La très longue évolution géologique de la Terre est caractérisée par des processus compliqués qui, dans de nombreux cas, s'entremêlent ou bien se suivent. En gros, on peut les distinguer en processus magmatique, sédimentaire et métamorphique.

• MAGMATIQUE

Lors du processus magmatique, des minéraux se forment à partir de silicates en fusion incandescente (le magma), riches en combinaisons volatiles. Le magma prend naissance dans l'écorce terrestre, dans le manteau d'où, sous l'influence de phénomènes complexes (plissements, fractures), il parvient dans les couches supérieures où il se refroidit et se solidifie lentement. Au cours de son ascension, il absorbe une partie des roches voisines qui s'y dissolvent et modifient son caractère chimique. Le refroidissement du magma provoque la séparation des fluides et des matières solides et la différentiation magmatique. Cela signifie que les minéraux les plus légers restent dans la partie supérieure de la masse en voie de solidification et que les plus lourds descendent. Les minéraux qui se différencient les premiers cristallisent dans le magma sous la forme de cristaux parfaitement développés, les autres s'adaptant ensuite aux éléments cristallisés les premiers.

Au cours de la différenciation magmatique, apparaissent des roches aux compositions chimiques et minérales différentes. On parlera par exemple de roches ultra basiques (péridotite, picrite), riches en MgO et FeO, mais pauvres en SiO₂, de Al₂O₃ CaO et formées de feldspaths, de pyroxènes et d'amphiboles. Les roches acides (granites, rhyolites) sont riches en SiO₂, enrichies de Na₂O et de K₂O; mais plus pauvres en CaO, FeO, et MgO. Elles sont formées en général de quartz, de feldspaths, de micas et, très rarement, de pyroxènes et d'amphiboles.

Au cours de la différentiation magmatique, peut se produire une accumulation plus marquée de certains minéraux utiles. C'est ainsi que naissent par exemple les gisements de magnétite, d'ilménite, de chromite, de chalcopyrite, de platine, ... La caractéristique de ces gisements est leur évolution irrégulière, en veines ou en amas.

Au stade final de la solidification du magma, se produit souvent le départ de silicates sous la forme de corps irréguliers, de lentilles et de veines d'aspect granuleux, les pegmatites. Elles se forment soit à l'intérieur de la masse magmatique soit dans sa périphérie. A ces pegmatites sont liés de nombreux minéraux de grande importance économique. En font partie les feldspaths, les quartz et les micas qui peuvent atteindre chacun des dimensions considérables. On y trouve aussi les minéraux de lithium ou lithinifères, des concentrations de zircons, de monazites, de cassitérites, d'émeraudes, de topazes, de saphirs, d'apatites, de grenats et d'un grand nombre d'autres minéraux.

• PNEUMATOLYTIQUE

Parfois les minéraux se dégagent directement des gaz et vapeurs brûlants. Cette formation est dite pneumatolytique. . Ainsi se forment, par exemple, la tourmaline, la topaze et la wolframite. Au début du processus post-magmatique, les dissolutions résiduelles du magma, enrichies de matières volatiles (bore, lithium, fluor ...) jouent le rôle principal. Ces dissolutions brûlantes, accompagnées de gaz et de vapeurs, s'échappent en bordure de la masse magmatique et s'élèvent par les fentes et les crevasses des roches vers la surface. En même temps, elles se refroidissent et donnent naissance à de nouveaux minéraux qui recouvrent les parois des fractures. Cette formation de minéraux est dite hydrothermale. De cette manière, peuvent naître le quartz, la dolomite, et la calcite. Quand il existe des éléments de métaux lourds dans ces dissolutions, on assiste à la formation de filons métallifères.

Si les gaz et les dissolutions agissent tout en se refroidissant sur les roches voisines, on assiste à la naissance de minéraux de contact métasomatiques tels que la vésuvianite, la pyrrhotite, la magnétite, ...

Si le magma parvient à la surface du sol lors d'une activité volcanique les conditions de solidification sont très différentes de celles qui règnent à l'intérieur de la Terre. La lave se fige très rapidement car elle subit un refroidissement brutal, un abaissement de la pression et la disparition des substances volatiles. Si le magma se solidifie à proximité de la surface, une partie cristallise d'abord en forme de protubérance, le reste cristallise ensuite très rapidement en petits cristaux. Si le magma arrive jusqu'à la surface, le refroidissement peut être si rapide qu'il se forme une masse vitreuse. Les gaz peuvent se former parfois dans le magma en voie de solidification, les cavités qui en résulte, peuvent ensuite être remplies par différents minéraux comme la calcite, le quartz, la calcédoine, ... De même, les émanations de gaz dans les fumerolles et les solfatares donnent naissance à un grand nombre de minéraux comme le soufre, la sassolite, l'alunogène, le salmiac, ... Les eaux thermales volcaniques jaillissent sous forme de sources minérales, en particulier d'eau gazeuse. De ces eaux chaudes ou froides s'éliminent des minéraux tels que l'aragonite, la calcite, la calcédoine, le cinabre.

• SÉDIMENTAIRE

Tous les minéraux de la surface terrestre sont constamment exposés à l'influence de l'atmosphère (O₂, CO₂), de l'hydrosphère (H₂O), aux variations de température ou à l'action des organismes vivants qui les décomposent ou les transforment en nouveaux minéraux, stables dans les conditions données. Ce processus est lent, mais ininterrompu et l'on appelle altération (voir par exemple l'Altération_du_granite. L'accumulation consécutive des minéraux utiles décomposés ou nouvellement formés aboutit à des gisements sédimentaires.

Les variations de température (soleil, gel) et les effets destructifs du froid (eau, glace) provoquent une décomposition mécanique des roches en minéraux différents. Ils peuvent se concentrer directement sur place, ou bien, sous l'action de la pesanteur, ils glissent sur les pentes (alluvions métallifères). L'or, le platine, la cassitérite, la wolframite, la magnétite, le grenat et d’autre encore se concentrent de cette manière ; il s’agit donc surtout de minéraux insolubles et qui s’oxydent difficilement.

Les minéraux résultant de la décomposition d’une roche peuvent encore être transportés par l’eau et le vent et déposés dans des endroits souvent très éloignés de leur lieu d’origine ; en même temps se produit un classement progressif des particules selon leur taille et leur poids spécifique. Les dépôts des minéraux par les cours d’eau donnent naissance aux gisements alluvionnaires. C’est là que se déposent les minéraux lourds, durs et résistants à l’abrasion et aux chocs. Le dépôt de minéraux utiles peut se produire également dans les lacs et les mers où les ont transportés les cours d’eau. Ainsi naissent différents gisement lacustres ou marins. C’est le cas, par exemple, des gisements d’or, de monazite ou de diamant. Des minéraux sensiblement plus légers tels que le quartz ou le feldspath peuvent également constituer des dépôts exploitables.

L’action de l’eau et des gaz atmosphériques, en même temps que l’érosion mécanique et la décomposition biologique aboutissant à l’altération chimique. Les minéraux se transforment ou se dissolvent pour donner naissance à des minéraux secondaire.

Par le lessivage de certains gisements de minéraux utiles, sous l’action des eaux de surface, il arrive qu’une partie des minéraux solubles soit entraînée, les minéraux non solubles restant sur place. Ainsi se forment des gisements résiduels. On peut prendre pour exemple les concentrations de minéraux qui naissent de la latérisation dans les régions chaudes et tropicales, où peuvent se constituer des dépôts de limonite, de nickel, de silicates, … On range dans les gisements résiduels les gisements de kaolinite résultant de l’altération chimique des roches feldspathiques. D’autres exemples de gisements résiduels sont ceux de phosphate, de gypse, … C’est le cas d’un grand nombre de gisements de fer, de cuivre, de manganèse, de vanadium, d’uranium, de phosphates, … Les deux types de gisements, gisements résiduels ou gisements d’infiltration sont souvent étroitement liés ; ce qui apparaît dans les nombreux exemples de certains regroupements de minéraux. Lors de l’altération des roches de surface (zone d’oxydation) se produit la transformation des combinaisons sulfureuses (pyrite, chalcopyrite, galène, sphalérite) en sels oxygénifères (malachite, azurite, goethite, cérusite).

Les produits d’altération chimique des minéraux entraînés dans les lacs et les mers peuvent, à la suite d'autres processus chimiques, précipiter et donner naissance à de nouveaux minéraux et à de nouveaux gisements. Ainsi se produisent non seulement la décomposition des minéraux à la surface sous l’influence des racines des végétaux (acide humique) avec production de phosphates, de pétroles, de charbons, …

• MÉTAMORPHIQUE

Les minéraux, après leur formation, se modifient sous l’influence de conditions internes ou externes. Ces modifications peuvent se produire par exemple dans les gisements sédimentaires par déshydratation des oxydes, carbonisation ou silicification de restes organiques. Ces transformations sont dites diagénétiques. Elles se produisent à la surface du sol, à la température normale.

Des modifications profondes ont lieu sous l’action de conditions physico-chimiques dans les profondeurs de la croûte. Ce sont surtout des roches sédimentaires qui subissent des modifications, sous l’action de la température et de la pression et également des réactions chimiques. Leurs aspects ainsi que leurs propriétés chimiques sont modifiés, on voit naître de nouvelles paragénèses de minéraux. Ce processus constitue le métamorphisme.

On distingue un métamorphisme de contact qui touche les roches en contact immédiat avec les roches éruptives. Le degré de modification donne de nouvelles espèces minérales.

• Voir aussi à : gîtologie

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• Bibliographie :
  

- Chimie 1ère S, collection Durandeau/Mouhourat, Hachette
- SVT 1ère S, Hatier
- Roches et minéraux, Larousse Nature en poche
- La Terre en 301 questions/réponses, David Huguet, Delachaux et Niestlé
- La planète Terre, Lionel Bender, France Loisir

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