Origine des minéralisations stratiformes de fluorine de la bordure sud-est du bassin de Paris

• Directeur : Maurice Pagel
• co-encadrant : Benjamin Brigaud
• Financement : salariée Brgm
• Début : octobre 2011

Thèse soutenue le jeudi 2 juillet 2015 à 14h30, dans l’amphithéâtre Blandin (Bâtiment 510) devant le jury composé de :
 Maurice Pagel (Professeur, Université Paris-Sud), directeur de thèse
 Benjamin Brigaud (Maître de conférence, Université Paris-Sud), encadrant de thèse
 Guillaume Delpech (Maître de conférence, Université Paris-Sud), encadrant de thèse
 Michel Cathelineau (Directeur de recherche CNRS, Université de Lorraine), rapporteur
 Michel Jébrak (Professeur, Université du Québec à Montréal), rapporteur
 Jocelyn Barbarand (Professeur, Université Paris-Sud), examinateur
 Didier Bonijoly (Directeur adjoint de la Direction des Géoressources, BRGM), examinateur
 Eric Marcoux (Professeur, Université d’Orléans), examinateur
 Thierry Augé (Responsable de l’Unité Connaissance et Exploration des gîtes minéraux, BRGM), invité
 Philippe Négrel (Directeur adjoint de la Direction des Laboratoires, BRGM), invité

Résumé :

En France, des minéralisations stratiformes de fluorine spatialement liées à une discordance socle/couverture sont localisées à la base de la série sédimentaire mésozoïque du bassin de Paris autour du Morvan cristallin, avec des réserves estimées à environ 5,5 Mt de fluorine. Ce travail concerne principalement quatre gisements de fluorine développés au sein de grès/conglomérats (Anisien/Ladinien) à Antully, de calcaires (Hettangien à Sinémurien) à Courcelles-Frémoy et de dolomies (Carnien/Norien) à Pierre-Perthuis et Marigny-sur-Yonne. L’objectif est d’apporter des contraintes sur l’âge et l’origine de ces minéralisations à l’aide d’une approche pluri-disciplinaire combinant géochronologie, pétrographie, géochimie élémentaire et isotopique afin d’élaborer un modèle métallogénique. Une première étude géochronologique permet de déterminer l’âge de mise en place des minéralisations de la dernière génération de fluorine de Pierre-Perthuis par la méthode Sm-Nd définissant un âge de 130 ± 15 Ma, impliquant une circulation de fluide minéralisateur au Crétacé inférieur. Les processus de mise en place des minéralisations ont été contraints par une étude pétrographique de chaque gisement ayant permis l’élaboration d’une paragenèse générale détaillée révélant deux séquences minérales de type « fluorine-barytine-quartz ». Ces deux séquences sont précédées par un événement de dissolution/karstification avec la création de cavités métriques ou de vides moldiques affectant les phases carbonatées des roches encaissantes. Au cours de ces phases de dissolution, le fluide s’enrichit en calcium et joue un rôle majeur pour la minéralisation en fluorine. La caractérisation de la nature et de l’origine du ou des fluide(s) minéralisateur(s) est indispensable à la compréhension des processus de mise en place des minéralisations. Une étude microthermométrique des inclusions fluides piégées dans les cristaux de la dernière génération de fluorine montre la présence de fluides particulièrement riches en CaCl2 avec des températures entre 80-100°C, et des températures ponctuellement plus élevées. L’ensemble de ces données a été confronté à l’histoire thermique du sud-est du bassin de Paris et permet d’évoquer une remontée de fluides hydrothermaux au Crétacé inférieur jusqu’à la discontinuité entre le socle et la base du bassin sédimentaire. Les roches couvertures peu perméables surmontant systématiquement les gisements stratiformes jouent un rôle déterminant dans la mise en place stratiforme des minéralisations, en bloquant la remontée des fluides. L’origine météorique de l’eau a été identifiée par les isotopes stables de l’oxygène sur les générations de quartz des gisements de Pierre-Perthuis, Courcelles-Frémoy et Antully. La distribution des valeurs isotopiques du strontium et du néodyme dans la fluorine ne permet pas de distinguer les deux sources potentielles granitiques et sédimentaires. L’implication d’une source granitique a été démontrée par les rapports isotopiques 206Pb/204Pb très radiogéniques dans la galène (18,71 à 19,09) et l’étude des minéraux constituants du socle granitique, avec l’implication de la biotite en tant que source potentielle du fluor. Un réservoir commun Hercynien pour la source du plomb des gisements stratiformes est évoqué, ajouté au caractère très homogène des spectres en éléments des terres rares avec un motif « en cloche » caractérisant la fluorine stratiforme de la bordure du Morvan. La source sédimentaire est quant à elle supportée par les valeurs isotopiques du soufre dans la galène (δ34S= -38 à -10.9‰) impliquant l’intervention de bactéries sulfato-réductrices et celles dans la barytine (17 à 18.5‰) évoquant les valeurs isotopiques des sulfates des roches sédimentaires du Trias. Un modèle de mise en place des minéralisations stratiformes de fluorine est proposé : au Crétacé inférieur, le soulèvement des bordures du bassin de Paris génère un gradient hydraulique susceptible de provoquer la mise en charge de fluides météoriques dans les massifs cristallins, percolant à travers le socle en profondeur (2 à 5 km) ou à travers le bassin. Les minéralisations de fluorine se forment lors de la remontée d’un fluide hydrothermal ascendant riche en fluor pénétrant et dissolvant les encaissants carbonatés. La dissolution des carbonates va provoquer un enrichissement du fluide en calcium et permettre la formation de la fluorine dans les roches sédimentaires du Trias du bassin de Paris, au niveau de la discordance socle/couverture.

Publications associées :

Gigoux, M., Brigaud, B., Pagel, M., Delpech, G., Guerrot, C., Augé, T., Négrel, P., 2016. Genetic constraints on world-class carbonate- and siliciclastic-hosted stratabound fluorite deposits in Burgundy (France) inferred from mineral paragenetic sequence and fluid inclusion studies. Ore Geology Reviews. 72, 940–962

Gigoux, M., Delpech, G., Guerrot, C., Pagel, M., Augé, T., Négrel, P., Brigaud, B., 2015. Evidence for an Early Cretaceous mineralizing event above the basement/sediment unconformity in the intracratonic Paris Basin : paragenetic sequence and Sm-Nd dating of the world-class Pierre-Perthuis stratabound fluorite deposit. Mineralium Deposita. 50, 455–463