INCLUSIONS FLUIDES

INCLUSIONS FLUIDES

INCLUSIONS FLUIDES

Parmi les processus ayant donné lieu à la formation des roches dans l’écorce terrestre, il en est un qui est très important pour la genèse de certains gisements métallifères: c’est la croissance de minéraux à partir d’une phase fluide. Dans ce cas, lorsqu’un cristal se développe, il est fréquent qu’il emprisonne dans des lacunes de cristallisation de petites quantités de la phase fluide avec ses sels solubles et ses composés volatils. Les reliques de ce fluide nourricier sont appelées inclusions fluides et ces inclusions sont évidemment très utiles pour la connaissance des conditions physico-chimiques régnant lors de la mise en place des gisements.

Les dimensions des inclusions fluides vont de 10^—4 millimètre à quelques dizaines de centimètres cubes (très exceptionnel), mais leur taille moyenne se situe vers 0,01 mm; et en général celles dont la taille est supérieure à 1 mm sont peu fréquentes. Quand les parois des inclusions ont la géométrie du cristal hôte, elles forment des «cristaux négatifs».

On distingue généralement deux types d’inclusions: les inclusions primaires et les inclusions secondaires, correspondant à deux mécanismes de piégeage. Dans un minéral, entre la formation de ces deux types, plusieurs millions d’années peuvent s’être écoulés.

Tout phénomène venant perturber la croissance d’un cristal parfait peut provoquer la formation d’une inclusion primaire. Par exemple, une période de croissance rapide provoquant une surface lacunaire, dendritique, suivie d’une période de croissance lente recouvrant ces lacunes de couches homogènes, peut être à l’origine de ces inclusions. De même, les arêtes des cristaux croissent généralement plus rapidement que le centre des faces et les dépressions ainsi créées peuvent être le lieu d’inclusions primaires. De nombreux cristaux tels que la tourmaline ou le béryl croissent en prismes parallèles, d’où la possible formation de cannelures prismatiques pouvant s’obturer lors d’une nouvelle période de croissance en donnant des cristaux négatifs, enfin une ou des particules solides en suspension dans le liquide nourricier peuvent se déposer à la surface d’un cristal en formation; au point de contact, la croissance du cristal va cesser alors qu’elle se poursuivra autour de lui en créant une cavité généralement tubulaire qui pourra se refermer en emprisonnant du fluide.

Les inclusions secondaires sont celles qui se forment par un quelconque processus après la cristallisation du cristal hôte. Ainsi, si un cristal se fracture au contact d’un fluide (souvent différent du fluide originel) pour lequel ce cristal a une solubilité définie, le fluide pénètre la fracture et un phénomène de dissolution-recristallisation va aussitôt commencer en créant un réseau dendritique qui peut se renfermer en emprisonnant le fluide. Les inclusions secondaires, du fait de leur formation dans des fractures, sont généralement disposées selon une surface plus ou moins plane.

Quel que soit le type d’inclusions la grande majorité du matériel piégé est constituée d’une seule phase (systèmes homogènes), généralement une solution aqueuse ou saumure dans laquelle sont dissous des sels et des gaz. Les ions dissous sont principalement Na⁺ et Cl^— en teneur moyenne de 20 à 30 p. 100 en poids de NaCl, mais aussi Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, K⁺, S^4—— ou ^—, on trouve aussi Ag⁺, Cu⁺⁺, Pb⁺⁺, Zn⁺⁺, etc. en teneurs plus faibles (de l’ordre de 1 000 p.p.m.). Les gaz sont principalement constitués de C² mais on trouve aussi ² et CH⁴.

Le matériel piégé dans les inclusions fluides est cependant constitué parfois de deux phases (systèmes hétérogènes). En effet, pendant la croissance d’un cristal, des particules solides présentes dans le fluide peuvent être piégées donnant des inclusions liquide-solides : le piégeage de deux fluides immiscibles est loin d’être rare. Il s’agit en général d’une émulsion de gouttelettes d’hydrocarbures dans une saumure. De telles inclusions liquide-liquides ont plutôt une origine secondaire. Enfin, les inclusions peuvent être constituées en proportion variable de liquide et de vapeur ou de liquide et de gaz (surtout CO²).

Après le piégeage, les conditions initiales de pression et de température se modifient et plusieurs phénomènes physico-chimiques peuvent alors apparaître. Par exemple, il n’est pas rare que les minéraux des roches contiennent plusieurs milliers d’inclusions, pouvant se révéler biphasées, par centimètre cube. Ces deux phases résultent du fait que les inclusions sont observées à des températures plus basses que celles de leur piégeage. En effet, le coefficient de dilatation thermique des solides est nettement inférieur à celui des fluides. Aussi, lors du refroidissement, la rétraction du liquide engendre une bulle dont la taille croît avec la diminution de la température. Cette bulle est appelée bulle de retrait. Ce processus est réversible par simple chauffage de l’inclusion. Il est maintenant admis que la température à laquelle la bulle disparaît, corrigée des variations de pression, correspond à la température de formation de l’inclusion et donc généralement du minéral hôte. Par ailleurs, des gaz tels que C² ou NH⁴, fortement concentrés dans la phase fluide, auront tendance à passer en phase vapeur lors d’une baisse de température. De plus, si la concentration en C² est très élevée, la phase vapeur se scindra à son tour en C² liquide et C² gazeux aux alentours de 31 ⁰C, température limite du C² à l’état liquide. Enfin, le fluide piégé, originellement homogène, peut devenir saturé au regard de certains de ses éléments dissous, lors d’une baisse de température: une fois le seuil de sursaturation atteint, il y aura nucléation et individualisation de «minéraux-fils» au sein de la solution. Les plus communs sont de loin les cristaux de chlorure de sodium, mais des carbonates comme la calcite, des sulfures comme la sphalérite, des sulfates comme l’anhydrite ou encore des oxydes comme l’hématite peuvent ainsi prendre naissance dans ces inclusions.

Encyclopédie Universelle. 2012.