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| LE GISEMENT DE KAOLIN D'ECHASSIERES
Situation
géographique, géologie régionale et historique du gisement
L’exploitation de kaolin de Beauvoir se situe à environ 50 km au
Nord de Clermont-Ferrand non loin du village d’Echassières dans le
département de l’Allier. Le gisement se situe prés du
sillon houiller connu pour ses nombreux gisements de charbon dans le département
de l’Allier (Commentry, Saint-Eloy..) et du Puy-de-Dôme (Messeix,
Brassac). Le site d’Echassières est remarquable par sa richesse
minéralogique ainsi que par le contexte géologique complexe du gisement.
Si la génèse de la kaolinite est connue, l’origine de certaines
minéralisations comme la wolframite est moins évidente. La
société des kaolins de Beauvoir (SKB) exploite le kaolin depuis
1894. Quatre anciennes autres sociétés s’intéressaient
au gisement (kaolins James) mais seule la SKB a résisté à
la concurrence. Depuis 10 ans, cette société a atteint un stade
industriel grâce au rachat par COFRAMINE (filiale du BRGM). C’est
actuellement la société australienne Normandie Poseïdon qui
investit dans ce secteur. |
Généralités
D’après
les données de la pétrologie expérimentale, le complexe d’Echassières
regroupe deux granites: - le granite des Colettes - le granite de Beauvoir
Ce gisement se situe dans la série cristallophilienne inverse de la Sioule,
série métamorphique constituée de migmatites, de gneiss,
de schistes et surtout de micaschistes au niveau de la carrière de Beauvoir.
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Vue générale de la carrière d'Echassières |
Ces
derniers forment au maximum une couverture micaschisteuse de 97 m d’épaisseur.
A la fin de l’ère primaire, l’intrusion d’un batholite
granitique (le granite des Colettes) provoque un métamorphisme de contact
à andalousite et cordiérite dans des micaschistes déjà
affectés par un métamorphisme régional à deux micas,
staurotide et sillimanite. Ce granite a été recoupé par le
granite de Beauvoir.
Ces intrusions semblent être antéviséennes
! L’âge du granite des Colettes a été estimé
à 305 millions d’années +/- 4 millions grâce à
la méthode de datation rubidium/strontium appliquée sur des lépidolites.
Le granite de Beauvoir est du point de vue métallogénique le plus
intéréssant puisqu’il présente trois faciès
montrant un enrichissement en terres rares. |
Description du complexe granitique.
Le granite des Colettes
C’est un granite
porphyroide à deux micas peu altéré, compact, d’environ
15km², dont la composition minéralogique se distingue par la présence
de cordiérite ; sa couleur rosée est due à une importante
teneur en fer. Ce granite est non spécialisé donc peu évolué
! L’étude des inclusions fluides dans les quartz ont permis d’établir
une profondeur de mise en place de 5 à 6 km
Le granite de
Beauvoir
Riche en albite, en lépidolite et en topaze, le granite de Beauvoir est
un granite hololeucocrate en raison de son absence de biotite. Son extension
est d’environ 15 hectares et sa profondeur de mise en place est estimée
à 3 kilomètres. Sa richesse en Lithium, Nobium et Tantale se
concrétise par l’apparition de colombo-tantalite et de lépidolite.
Cette lame granitique est constituée de 3 unités superposées.
Cette évolution est caractéristique de l’obtention d’un
granite spécialisé.
Un granite spécialisé est un granite ayant subit une cristallisation
fractionnée poussée. C’est à dire que les éléments
incompatibles tels que Li, F, Sn se concentrent dans la phase liquide. Cette dernière
va cristalliser pour donner un granite évolué enrichi en lépidolite
(Li), apatite (F), cassitérite (Sn).
Dans un triangle quartz, albite, orthose, on remarque que lorsque le fluor et
le lithium cristallisent dans les topazes et les lépidolites, la composition
chimique du granite évolue vers le pôle albite. La cristallisation
fractionnée se fait lors d’une baisse de température.
Cette différenciation magmatique a été confirmée
lors de la réalisation du sondage de 900m (Echassières 1), partie
du programme «Géologie Profonde de la France». Il a mis en
évidence que l’enrichissement en éléments lithophiles
(F, Li, Be) s’est fait vers le haut de la coupole granitique.
Dans les micaschistes, on note une zonalité chimique matérialisée
par un apprauvrissement en Lithium et Fluor lorsqu’on s’éloigne
du batholite ! Ces micaschistes ont subi par ailleurs un hydrothermalisme polyphasé
sous forme de veines et d’ imprégnations en As, Li, F, Rb. |
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Constitution
du gisement de Kaolin d’Echassières
Ce gisement s’est constitué par altération du complexe granitique.
Cette altération se traduit par deux phénomènes importants
:
- La greisenisation - La kaolinisation
Ces deux processus, couplés à la composition même des granites,
font que le site d’Echassières est exploitable ; la kaolinisation
entrainant la formation de kaolin et la greisenisation favorisant le développement
de cassitérite. La
greisenisation
La greisenisation est le résultat de la silicification d’un granite
par l’action de fluides pneumatolithiques intervenant juste après
la mise en place du granite. La roche obtenue est un greisen ; d’éthymologie
saxonne, grey stein (pierre grise), c’est une roche composée de quartz
et de muscovite (qui diffère du granite par l’absence de feldspaths).
Pour arriver à ce résultat, il faut envisager une hydrolyse des
feldspaths, en particulier l’albite : en considérant les réactions
suivantes : 3
KAlSi3O8 + 2H+aq <= KAl3Si3O10(OH)2 + 6 SiO2 + 2 K+aq Feldspath potassique
=> muscovite
3 NaAlSi3O8 + 2H+aq <= NaAl3Si3O10(OH)2 + 6 SiO2 + 2 Na+aq Albite =>
Mica sodique En
conclusion :
Albite + H+ + K+ => Muscovite + SiO2 + Na+ <=
Il y a donc lessivage des alcalins, en particulier le Sodium. Il faut donc introduire
dans le système un fluide qui intervient dans le gisement par le biais
de fractures induites par une augmentation de la pression de fluide.
On constate donc un système de fractures parallèles entre elles
qui sont remplies de quartz avec à leur épontes, des greisens.
Grâce aux inclusions fluides étudiées dans les quartz qui
«fossilisent» le fluide responsable de l’altération,
on en déduit la composition du fluide ainsi que sa température.
Il en résulte que le fluide de départ est moins agressif ; il est
en équilibre avec le feldspath potassique et l’albite puis il devient
de plus en plus acide au fur et à mesure de la circulation pour se trouver
en équilibre avec la muscovite potassique et la muscovite Sodique.
La température est estimée à 400°C pour un pH d’acidité
3,5 / 5. |
La
kaolinisation
Le gisement d’Echasssières est exploité avant tout pour le
kaolin ; le kaolin étant un terme industriel, on parlera plus rigoureusement
de kaolinite (Si4O10Al2(OH)8)
La kaolinite est un phyllosilicate caractérisé par sa couleur blanchâtre
et sa structure en feuillet. On distingue 2 modes de formation de la kaolinite
: La
dissolution incongruente
où l’on passe successivement du stade feldspath potassique, muscovite
puis kaolinite. C’est une hydrolyse. La dissolution
congruente où le fluide formé à partir des feldspaths
potassiques contient les différents éléments nécessaires
à la fabrication de la kaolinite.
Toutefois, pour se former, la kaolinite doit faire face à certaines contraintes
chimiques :
- Sa formation dépend de la proportion stoechiométrique en Si et
Al - Si Al=Si, la kaolinite précipite rapidement - Si la silice
est en excès, il se forme de la silice cryptocristalline puis de la kaolinite
lorsque les conditions atteignent l’équilibre chimique. - Si
l’Al est en excès, la gibbsite se forme pour laisser la place à
l’équilibre à la kaolinite. - Le second obstacle réside
en la présence d’alcalins (Na et K). ces derniers proviennent de
la dissolution du feldspath potassique et gènent la précipitation
de la kaolinite. Il faut donc envisager des fluides importants et renouvellés
pour pouvoir éliminer les alcalins au fur et à mesure de la kaolinisation.
Il en résulte que pour obtenir un gisement de kaolinite, il faut une solution
à pH acide et un drainage de la solution minéralisatrice. La teneur
en kaolinite de la roche est régie par la proportion de feldspath ; cette
dernière est d’environ 40% pour le gisement d’Echassières.
La kaolinisation n’est en tout cas pas homogène. Dans la carrière
exploitée par la SKB, on voit à l’affleurement le granite
des Colettes qui est très kaolinisé en raison de l’homogéneité
du granite de départ alors que le granite de Beauvoir est soumis à
une altération plus irrégulière induite par la présence
de filons de greisens qui résistent mieux à l’altération.
Hormis ces constatations faites sur la partie visible du gisement, on a découvert
que la zone kaolinisée s’enracine le long de filons de quartz jusqu’à
une profondeur limite de 50m et que certaines parties du gisement ne sont pas
kaolinisées. C’est le cas des filons de greisens et de certaines
zones de granite de Beauvoir, le stone.
Les conditions de genèse de la kaolinite dans un environnement supergène
est de 25°C alors que la kaolinite d’origine hydrothermale, voire pneumatolytique,
est de 200°C. Ceci permet de supposer 2 modes de formation de la kaolinite
dont une par l’action de l’eau météorique qui est tout
à fait envisageable sous nos lattitudes. L’hétérogénéité
du gisement laisse à penser que les deux phénomènes se superposent.
Dans un premier temps, l’intervention des fluides pneumatolytiques préfabriquent
la kaolinite et ensuite, l’action de l’eau météorique
achève le processus. En effet, si l’on ne considére que les
fluides pneumatolytiques, le gisement ne serait pas si étendu. La kaolinisation
n’aurait affecté que les épontes des filons drainants. Il
faut donc un processus supergène sur un matériel déjà
fortement altéré pour obtenir un tel gisement. Vu les conditions
de formation de la kaolinite, le paléoclimat devait être subtropical
mais un début de kaolinisation peut s’obtenir sous nos climats au
bout de 5 ans (si les conditions précédentes sont requises). L’âge
de la kaolinisation n’est pas connue. |
L’énigme d’Echassières
Dans la zone sud
de la carrière, au niveau de la couverture micaschisteuse qui borde le
granite de Beauvoir, l’ancien site des montmins témoigne de l’exploitation
de filonnets de quartz à wolframite. Ces minéralisations sont recoupées
par le granite des Colettes et celui de Beauvoir, ce qui implique que le wolfram
est antérieur aux 2 granites et que sa source est à rechercher dans
un troisième granite. Le granite de la Bosse, non affleurant, serait
à l’origine de ces minéralisations. Cette hypothèse
a failli être confirmée par la campagne de sondage profond de la
France mis en oeuvre depuis 1983. L’étude de l’évolution
géochimique et métallogénique de l’apex granitique
d’Echassières était l’un des onze projets retenus dans
le programme GPF. D’une longueur prévue de 1000m, le sondage
n’a finalement mesuré que 900m faute de crédits et n’a
servi qu’à prouver le contact franc entre le granite des Colettes
et le granite de Beauvoir. |
Minéralogie
du gisement. La
liste des minéraux citée ci-dessous n’est que le reflet des
trouvailles de ces cinq dernières années. Elle sera donc sommaire
et incomplète surtout en ce qui concerne les micro-minéraux.
Le
quartz Fumé. Les principales minéralisations
observables dans le gisement sont des quartz. De teintes variées, c’est
toutefois le quartz fumé qui est le plus recherché. Les cristaux
que l’on peut trouver actuellement atteignent rarement plus de 3 centimètres.
Ils ne sont constitués que de la pyramide, mais certains cristaux
sont plus développés et présentent un prisme constitué
de multiples pyramides. En ce qui concerne leur éclat, les quartz
sont souvent recouverts d’oxydes assez récalcitrants aux acides légers.
Certaines pièces sont en plus recouvertes d’une argile indurée,
la gorcéixite, argile rare uniquement pour le géologue. les filons
présentant des minéralisations sont le plus souvent remplis d’une
argile rougeâtre caractéristique. Certains filons sont bréchifiés
; de ce fait aucun échantillon ne peut être extrait , on ne trouve
que des pyramides isolées dans l’argile. La teinte des quartz
dépend du degré d’irradiation qu’ils ont subi ; la teinte
fumée s’explique par un remplacement des atomes de Si par Al, en
commençant par les arètes. Ceci peut arriver au stade morion.
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Quartz
hématoïde.
Une découverte assez récente a mis à jour des quartz
hématoïdes de quelques centimètres ,assez trapus et associés
au lépidolite et à la cassitérite. Les quartz ont tous un
prisme bien développé avec une teinte rouge fantôme. Cette
dernière provient de la transformation des oxydes de fer tels que l’hématite
ou la goethite qui sont omniprésents dans le gisement. Certains flottants
biterminés (cassés puis recristallisés) peuvent atteindre
5 cm.
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Turquoise et autres minéraux
secondaires. Un
filon quartzeux a livré des nodules de turquoise amorphe allant jusqu’à
20cm de diamètre, associés à la cassitérite ou à
la wolframite dans les parties caverneuses. D’autres produits d’altérations
se rencontrent fréquemment sans être pour autant intéressant
(malachite, pyromorphite, plumbogummite...) Certains filons de quartz
à structure caverneuse sont remplis d’argile et montrent des structures
géométriques caractéristiques d’anciens cristaux de
fluorine. Ce sont des traces de dissolution fréquentes dans le gisement
. Tout les filons visibles dans le granite altéré sont à
suivre dans le micaschiste du toit mais la puissance des filons diminue vers le
haut de l’apex granitique. La seule minéralisation intéressante
récoltée dans les micaschistes hydrothermalisés sont des
hémimorphites aciculaires mesurant jusqu’à 1.5 cm, en gerbe
sur des quartz fumés de petite taille. L’hémimorphite est
de couleur crème et peu transparente. Elle traduit tout comme les autres
minéralisations secondaires un polyphasage des minéralisations.
De la scheelite a également été trouvée dans les niveaux
inférieurs de la carrière.
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Cassitérite
et wolframite.
Ces deux minéraux sont fréquents dans des gisements liés
aux granites. Le granite de Beauvoir est un granite d’origine crustale et
pourtant il n’a pas engendré de minéralisations importantes
en W et Sn ce qui est pourtant habituel pour les granites spécialisés.
On constate que la wolframite se concentre dans les filons avec la columbotantalite.
Ceci s’explique par une teneur en W solide inférieure à la
teneur du W dans le liquide silicaté. De plus, une teneur élevée
en Cl et F dans le liquide défavorise la concentration du tungstène.
L’explication de l’absence de cassitérite dans le granite
de Beauvoir n’est pas aussi simple que pour la wolframite. On sait que Sn
est transporté sous forme Sn2+ et qu’il cristallise sous forme Sn4+.
Les conditions d’oxydo-réduction influencent l’apparition de
SnO2. L’absence de Sn dans le granite de Beauvoir s’explique par une
Fugacité en O2 trop forte. En général, les granites spécialisés
ont une fugacité en O2 faible, preuve de la mise en place en milieu réducteur.
Un tel milieu se caractérise par la présence d’ilménite
(Fer sous forme réduite). Or à Echassière, le granite
de Beauvoir ne contient pas d’ilménite. Le rapport FeO/Fe2O3 baisse
lorsque que l’on augmente la spécialisation; Fe2O3 (forme oxydée)
est donc prépondérant au fur de l’enrichissement en éléments
volatiles dans le granite. Cette forte fugacité en oxygène expliquerait
la cristallisation de Sn dans le magma ; c’est pourquoi on trouve surtout
la cassitérite sous forme de mouches dans le granite et plus rarement en
cristaux bien individualisés. LACROIX ne citait en effet la cassitérite
que sous forme millimétrique. Quelques échantillons centimétriques
dans des petites géodes de quartz et de lépidolite ont été
trouvés. Des échantillons ont été trouvés
dans le fond de la carrière. Un filon de pegmatite a livré des plaques
de muscovite de plus d’une dizaine de cm. La plupart des cristaux présentent
la macle en bec d’étain. Si leur taille ne les rend pas intéressantes,
elles sont par contre très brillantes. |
Economie minière
du gisement.
Les
réserves du gisement sont estimées à plus de trente ans avec
40 millions de tonnes de réserves. Le chiffre d’affaire de la SKB
est de 25 millions de francs en étant axé sur le kaolin et ses sous-produits
comme la cassitérite. Même si la cassitérite n’est pas
une substance concessible, elle est tout de même exploitée en tant
que sous-produit et tient un rôle important dans l’économie
du gisement. Quatre qualités de kaolin sont commercialisées
selon leur teneur en fer donc leur pureté. Certaines substances
ne sont pas valorisées ; c’est le cas des 50000 t de lithium sous
forme Li2O contenus dans les lépidolites du gisement. Cette substance est
généralement exploitée et vendue sous forme d’amblygonite
dans les autres gisements producteurs . Ainsi c’est le lithium de production
américaine que l’on trouve sur le marché car les verriers,
utilisateurs de lithium et de beryllium ne veulent pas changer leurs méthodes
de transformation qui utilisent l’amblygonite et la phénacite (Be).
De même, 1800 t de tantale dans la tantalite, 3000 t de BeO contenus dans
l’Herdérite (Be Ca PO4 (F,OH)) ainsi que 3 millions de tonnes d’albite
ne sont valorisées. |
Conclusion
La
richesse minéralogique de ce gisement n’est plus à prouver
mais comme la plupart des sites, leur accès est réglementé
! L’entrée est effectivement interdite sauf autorisation exceptionnelle.
Ceci s’explique par des soucis de sécurité qui sont réels
; le danger ne se manifeste pas ici par des éboulements dus à des
gradins trop instables mais surtout dans le fond de la carrière où
une zone est constamment noyée. Le kaolin constitue à ce niveau
un véritable danger.
Guillaume Mazankiewicz |
Il
est à noter que le site d'Echassières a été ajouté
à SPATHFLUOR.COM car il existe un rapport étroit
avec la fluorine. En effet, lors des dernières recherches, une plaque de
quartz fumé avait été trouvée. Celle-ci reposait sur
une gangue de kaolin assez dur, et un traitement chimique nous permit de découvrir
l'envers de la cristallisation : Tout
comme à Valzergues ou au Kaymar, des empreintes de cubes sont présentes.
Cela signifie donc la présence ancienne d'un minéral cubique qui
a été dissout, et qui aurait été de la fluorine.
Mais la particularité ne s'arrête pas là : Les empreintes
présentent des "babels quartz" (voir "La
Mine de Fluorine de Valzergues" - p 182). Aussi, la conclusion
qui nous vient à l'esprit est que de la fluorine a existé dans ces
terrains (existerait-elle encore?) et à subi une altération qui
n'a laissée que ses empreintes.
Etienne Guillou | |
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