SULFURES ET SULFOSELS NATURELS

SULFURES ET SULFOSELS NATURELS

Le soufre se combine avec la plupart des éléments métalliques pour constituer les sulfures et les sulfosels. Le sélénium et le tellure sont aussi susceptibles de former avec certains métaux des composés, les séléniures et tellurures , inclus dans la même classe minéralogique; celle-ci comprend ainsi 350 espèces environ. Dans la nature, l’importance quantitative des sulfosels par rapport aux sulfures est très faible.

La formule générale des sulfures, séléniures et tellurures peut s’écrire A^x X^z , où X représente le soufre (rarement le sélénium ou le tellure, exceptionnellement l’antimoine, l’arsenic ou le bismuth), et A l’élément métallique. Les métaux montrant le plus d’affinité pour le soufre sont le fer, le cuivre, le zinc, le plomb, l’argent, l’antimoine, l’arsenic, l’étain, le bismuth, le nickel, le cadmium, le cobalt, le mercure, le molybdène (cf. tableau). Certains métaux, qui se trouvent à l’état natif (Au, Pt) ou sous forme oxydée (Ti, Cr, Al, Mn), ne se combinent ordinairement, en revanche, pas avec le soufre. Les tellurures (surtout d’or, d’argent, de bismuth) sont moins rares que les séléniures.

La formule générale des sulfosels est A^x B^y X^z , dans laquelle A = Cu, Pb, Ag, Sn, Fe; B = Sb, As, Bi, Sn, V...; X = S. Les sulfosels les plus fréquents sont les sulfoantimoniures et sulfoarséniures de plomb, de cuivre et d’argent (cf. tableau). Les séries isomorphes entre un pôle arsénié et un pôle antimonié ne sont pas rares (par exemple, les «cuivres gris»).

Sulfures et sulfosels sont presque tous des minéraux opaques à éclat métallique (cf. MINÉRALOGIE, pl. I et II), de densité élevée (4 à 9). La plupart des sulfosels ont une dureté faible ou moyenne (2 à 5), celle des sulfures est très variable (1 à 7).

La détermination des sulfures et sulfosels est fondée sur ces propriétés physiques, observées soit à l’œil nu soit au microscope métallographique sur des sections polies (cf. photos). Certaines espèces minérales ne peuvent être déterminées que par diffractométrie des rayons X et/ou par analyse chimique.

Les sulfures ont des liaisons ioniques, mais ils se rapprochent plus des éléments natifs que des composés oxygénés ioniques types. Les anions S^2-, Se^2-, Te^2- possèdent en effet des rayons beaucoup plus grands que ^2-, ils se polarisent et donnent plus facilement des liaisons homopolaires; les cations qui entrent en combinaison avec eux sont fortement polarisés. Ces phénomènes de polarisation confèrent à ces composés, outre leur éclat métallique, bon nombre de leurs caractéristiques: électro-conductibilité élevée, déficit occasionnel en atomes métalliques (par rapport aux métalloïdes), non-observation des lois de valence, par exemple.

Les sulfosels, tout comme les sels oxygénés, ont des structures comprenant des groupes anioniques compacts, ce qui les distingue des sulfures. Malheureusement, on ne connaît surtout que les structures les plus simples: groupes pyramidaux (AsS³)^3- et (SbS³)^3-, groupes tétraédriques (VS⁴)^3-, etc. La formule chimique est parfois mal définie, car, dans bien des cas, les espèces sont intimement associées et difficiles à analyser.

Les principaux types structuraux sont représentés dans la planche ci-après.

L’abondance du soufre dans l’écorce terrestre est très faible, et la teneur moyenne de la totalité des combinaisons de cet élément est estimée entre 0,05 et 0,28 p. 100 selon les types de roches. L’intérêt économique des sulfures et sulfosels est, en revanche, très grand, car ces minéraux forment des concentrations exploitables représentant la source principale de la majorité des métaux nécessaires à l’industrie. Il faut noter que, parfois, ce ne sont pas les métaux principaux des sulfures ou sulfosels qui sont exploités, mais des métaux contenus dans ces minéraux en faibles teneurs (quelques grammes à quelques kilogrammes par tonne): c’est, par exemple, le cas de l’or dans la pyrite, ou celui de l’argent qui valorise la galène.

1. Minéralogie des sulfures

On peut considérer les sulfures selon le rapport décroissant du cation (A) à l’anion (X), et les classer en groupes chimiques A²X, AX, A²X³, AX², AX³ et enfin A^x A ^y X^z pour les sulfures bimétalliques.

Groupe A²X

Chalcocite

La chalcocite Cu²S, orthorhombique (groupe de symétrie Ab2m ) se présente en prismes courts ou en tablettes épaisses avec parfois des formes pseudohexagonales dues à des macles triples; plus généralement, on la trouve sous forme de masses finement grenues ou d’enduits, souvent en inclusions dans d’autres minéraux. De couleur gris de plomb, d’éclat métallique et de clivage indistinct, elle est peu malléable et plus ou moins sectile. Elle est fréquente en pseudomorphose de bois fossiles ou d’autres minéraux comme la bornite ou la chalcopyrite. L’origine hypogène de la chalcocite est discutée; par contre, la chalcocite supergène peut se rencontrer en masse importante dans la zone de cémentation des gisements. C’est l’un des sulfures le plus facilement oxydable, et son oxydation conduit à la formation de covellite, de cuprite et de cuivre natif.

Argentite

L’argentite Ag²S, cubique (Im3m ), assez fréquemment cristallisée en cubes et octaèdres, a rarement des formes plus complexes. Un cristal cubique d’argentite donne un diagramme de R.X. orthorhombique; en effet la forme cubique d’Ag²S stable au-dessus de 179 ⁰C devient orthorhombique (acanthite) par refroidissement; elle donne souvent des masses réticulées ou filiformes, des arborescences, des croûtes et des enduits. Sa couleur est gris de plomb à noir, avec un éclat métallique; sa rayure est grise et brillante à ternissure très rapide; elle est sectile et malléable mais ne possède pas de clivage. C’est l’un des principaux minerais d’argent, surtout sous forme d’exsolution dans la galène.

Groupe AX

Galène

La galène PbS est de symétrie cubique (Fm3m ). Les cristaux sont très fréquents, et leur taille peut être importante (on en connaît de 30 cm d’arête). Les formes les plus souvent rencontrées sont le cube, l’octaèdre, très rarement le dodécaèdre; les cristaux peuvent aussi être tabulaires ou allongés suivant un axe ternaire. Leur couleur et celle de leur poussière sont gris de plomb, l’éclat métallique; leurs clivages, très nets, fournissent un excellent moyen de reconnaissance, mais ils sont plus difficilement visibles pour les variétés finement grenues. Même ternie en surface, la galène présente toujours un vif éclat métallique sur cassure fraîche. En effet, si elle s’oxyde facilement et rapidement en sulfate de plomb (anglésite), celui-ci la protège d’une altération plus avancée. Instable en présence de gaz carbonique, le sulfate se transforme en carbonate (cérusite).

La galène se rencontre dans la plupart des cas en association avec la blende (ZnS) et la pyrite (FeS²) ainsi qu’avec la chalcopyrite (CuFeS²). Elle est de loin le minerai de plomb le plus exploité; par suite des abondantes inclusions de minéraux d’argent qu’elle contient dans certains cas, c’est aussi l’un des principaux minerais de ce métal.

Blende

La blende ZnS, de symétrie cubique (F 鷺3m ), peut présenter une grande diversité de faciès, ce qui la rend parfois très difficile à reconnaître, d’où son nom, tiré d’un vieux terme allemand, qui signifie «décevant» (on utilise aussi celui de sphalérite , du grec 靖﨏見凞﨎福礼﨟, «trompeur»). Les cristaux, fréquents, peuvent être très complexes: tétraèdres, dodécaèdres, cristaux déformés rappelant des rhomboèdres, cristaux à faces courbes, etc. La blende se présente aussi en masses clivables, grenues, fibreuses ou concrétionnées (Schalenblende ). Généralement de couleur brune, la blende peut être également ambrée, rouge, verte, parfois même incolore ou d’un noir profond; la couleur de poussière va du brun au blanchâtre. Ce minéral possède un clivage parfait; il est transparent à translucide; son éclat adamantin, mielleux, résineux est l’un de ses caractères les plus constants et les plus spécifiques.

La blende est le principal minerai de zinc, mais, en raison des nombreux éléments qu’elle contient, souvent en faible proportion, c’est également un minerai important de cadmium, de gallium, de germanium, d’indium...

Greenockite

La greenockite CdS est un minéral hexagonal (P6 ³mc ). Exceptionnelle sous forme de cristaux (pyramidaux), elle est assez fréquente en croûtes et en fins enduits pulvérulents. Sa couleur est jaune, orangée ou brun clair. La greenockite est généralement supergène, rarement abondante, pratiquement toujours associée avec la blende ou la wurtzite. La greenockite représente, avec la blende, la première source de cadmium.

Cinabre

Le cinabre HgS, cubique (P 3 ¹ 21 ), est rare en cristaux (surtout rhomboèdres souvent maclés, en groupements hexagonaux); il est, dans la plupart des cas, massif, grenu ou se présente en masses terreuses. Il est de couleur rouge cochenille, son éclat est adamantin ou semi-métallique. C’est, avec le mercure natif (qui lui est parfois associé), le seul minerai de mercure.

Pyrrhotite

La pyrrhotite Fe^1-x S cristallise dans le système hexagonal (P 6 ³ /mmc ); les cristaux sont généralement des prismes hexagonaux aplatis, parfois des pyramides; souvent massive, la pyrrhotite est rarement grenue. La couleur jaune de bronze à reflets rosés est assez caractéristique. Il n’y a pas de clivage net, mais un plan de séparation souvent bien visible. La pyrrhotite est magnétique, et c’est un bon conducteur de l’électricité. La nickélite (nickéline ou encore niccolite ) NiAs et la breithauptite NiSb, généralement massives, rouge clair cuivré, sont isostructurales de la pyrrhotite. La millérite NiS, rhomboédrique, est exceptionnelle. En prismes hexagonaux, trapus, en cristaux allongés, capillaires, en touffes, en grains. Couleur jaune de laiton avec des irisations verdâtres. Gîtes cupronickelifères avec pentlandite, dans des filons hydrothermaux à gangue calcaire.

Pentlandite

La pentlandite (Fe,Ni)⁹S⁸ est cubique (F m3m ); elle ne présente pas de cristaux nets et, même «massive», elle est toujours intimement associée à la pyrrhotite, dont elle a, à l’exception du magnétisme, pratiquement les mêmes caractères. C’est le plus important minerai de nickel.

Covellite

La covellite CuS est un minéral hexagonal (P 6 ³ /mmc ); dont les cristaux, petites tablettes aplaties, sont très rares et fragiles. Communément massive, la covellite est fréquente en croûtes, enduits pulvérulents et masses grenues. Sa couleur est bleu indigo et devient nettement pourpre par humidification. Le clivage parfait peut donner des éclats très fins, verts par transparence.

Rarement primaire, la covellite est essentiellement exogène, et c’est l’un des minéraux les plus caractéristiques de la zone d’enrichissement secondaire des gisements cuprifères. Par suite de son association presque constante avec la chalcocite et la bornite, elle constitue un important minerai de cuivre.

Groupe A²X³

Orpiment

L’orpiment As²S³ est monoclinique (P 2¹ /n ); les cristaux, rares, sont prismatiques et montrent souvent des faces courbes; l’orpiment est surtout en agrégats foliacés, fibreux, en masses réniformes dont la couleur va du jaune citron au jaune d’or. Il est sectile et possède un clivage parfait.

Réalgar

Le réalgar AsS est monoclinique (P 2¹ /n ) et se présente en prismes courts ou allongés, striés verticalement, mais surtout en masses compactes, terreuses, allant du rouge orangé ou rouge vermillon. Ce minéral a un bon clivage, il est sectile. Il se décompose à la lumière en donnant un mélange d’orpiment et d’arsénolite (As²³).

Stibine

La stibine Sb²S³, orthorhombique (P bnm ), est fréquemment bien cristallisée en prismes allongés et striés verticalement et pouvant atteindre 40 cm de longueur. En général, la stibine est en agrégats aciculaires, radiés, en masses fibreuses ou en fines aiguilles disséminées dans la gangue. Sa couleur gris de plomb est souvent ternie en bleu noirâtre. Le clivage parfait donne des lames flexibles et non élastiques. La stibine s’oxyde assez facilement en sulfates très instables qui s’hydrolysent en donnant des oxydes: sénarmontite (Sb²³), kermésite (Sb²S²O), qui remplacent parfois totalement la stibine. C’est pratiquement le seul minerai d’antimoine.

Bismuthinite

La bismuthinite Bi²S³, orthorhombique (P bnm ), peut se trouver en cristaux allongés et finement striés parallèlement à cet allongement; elle se présente plus souvent en agrégats lamellaires, en masses clivables, fibreuses ou grenues. Sa couleur va du blanc d’argent au gris de plomb avec des reflets jaunâtres et des irisations rosées. La bismuthinite est légèrement sectile et possède un clivage parfait. Avec le bismuth natif, elle est le principal minerai de bismuth.

Groupe AX²

Molybdénite

La molybdénite MoS², hexagonale (P 6 ³ / mmc ), se présente parfois en cristaux, souvent imparfaits, tabulaires ou en barillets, mais ce sont ordinairement des masses foliacées, des écailles, des agrégats lamellaires. Ce minéral est de couleur gris de plomb avec une poussière verdâtre; il laisse sur le papier un trait bleuté. Le clivage basal est parfait et très facile, le toucher est gras; les lamelles de clivage sont très flexibles et sectiles. Un éclat métallique net différencie la molybdénite du graphite (qui a des caractères très similaires). La molybdénite est le seul minerai de molybdène exploité.

Pyrite

La pyrite FeS², cubique (P a3 ), est très souvent cristallisée: cubes (jusqu’à 30 cm), parfois striés, «pyritoèdres» et octaèdres; en masses grenues, parfois radiées et fibreuses, en formations réniformes, mamelonnées, stalactitiques, dentritiques, etc. Sa couleur est jaune laiton pâle avec des irisations fréquentes et un éclat métallique fort (réflectivité: 54,5 p. 100); les clivages sont très imparfaits, la cassure conchoïdale. La pyrite est paramagnétique. C’est un minéral très répandu, dont l’oxydation en sulfates ferreux et ferrique, conduisant à la formation d’acide sulfurique, est primordiale dans les gisements sulfurés. C’est un important minerai de soufre qui sert à la préparation de l’acide sulfurique.

Marcasite

La marcasite FeS², orthorhombique (P mnn ), est souvent cristallisée: cristaux tabulaires souvent à faces courbes, associations fréquentes en «crêtes de coq» ou en «pointes de flèches». Généralement en masses globulaires, fibroradiées, mamelonnées. Couleur jaune de bronze avec une teinte grisâtre ou verdâtre, cassure blanc d’étain. Minéral fréquent qui s’oxyde très facilement en sulfate de fer (mélantérite; FeS⁴, 7 H²O), blanc verdâtre.

La löllingite FeAs², orthorhombique, ressemble au mispickel, mêmes gisements.

Cobaltite

La cobaltite CoAsS, cubique (P a3 ), se présente en cubes, dodécaèdres pentagonaux, octaèdres et formes mixtes, mais aussi en grains irréguliers et en masses grenues. Elle est blanc d’argent avec un reflet rosé. Bien qu’on la trouve rarement en grandes masses, la cobaltite est un important minerai de cobalt.

Mispickel (ou arsénopyrite)

Le mispickel (ou arsénopyrite) FeAsS, monoclinique (C mmm , pseudo-orthorhombique), se rencontre en octaèdres orthorhombiques et en cristaux prismatiques allongés comportant des faces striées. Les macles, fréquents, donnent des associations cruciformes. Blanc d’argent à gris acier, avec un fort éclat métallique, le mispickel produit, sous un choc, une certaine odeur aliacée. Il peut contenir de grandes proportions de cobalt par remplacement isomorphique du fer, mais surtout, sous forme d’inclusions microscopiques et mécaniques, de l’or, ce qui peut en faire un minerai aurifère; c’est aussi un minerai d’arsenic.

Groupe AX³

La skuttérudite CoAs³, cubique (I m3 ), se présente en cubes, cubo-octaèdres, octaèdres souvent centimétriques, en masses cristallines, en arborescences, en agrégats grenus. Sa couleur est blanc d’étain; elle a un fort éclat métallique, brillant; sa cassure est inégale. Elle contient fréquemment du nickel et elle forme une série continue avec NiAs³ (chloanthite ); ces minéraux sont des minerais de cobalt et de nickel.

Groupe A^xA size=5^yX^z

Chalcopyrite

La chalcopyrite CuFeS² est quadratique (I 鷺2d ); les cristaux, peu fréquents, ont généralement un faciès tétraédrique; ce minéral est ordinairement massif et compact, rarement botryoïdal, jamais fibreux ni radié. Jaune laiton, la chalcopyrite est souvent ternie ou irisée, avec un éclat métallique; c’est un minéral fragile, au clivage rarement visible. Son oxydation fournit du sulfate de cuivre qui, selon l’oxygénation du milieu, conduit soit à la formation de carbonates, d’arseniates, de phosphates et de vanadates de cuivre avec les divers acides de la zone d’oxydation, soit à la formation de sulfures de cémentation. La chalcopyrite est l’un des plus importants minerais de cuivre.

Bornite

La bornite Cu⁵FeS⁴, rhomboédrique (P 鷺2 ¹ c ), dont les cubes et dodécaèdres à faces courbes sont très rares, est presque toujours massive, compacte et grenue. Sur cassure fraîche, la couleur peut aller du rouge de cuivre sombre au jaune de bronze, mais la ternissure en pourpre irisée (le minéral est aussi appelé érubescite ) est très rapide; l’éclat est semi-métallique; il n’y a pas de clivage visible. Toujours associée à la chalcocite et à la covellite, la bornite est un important minerai de cuivre.

2. Minéralogie des sulfosels

La complexité chimique des sulfosels, l’insuffisance des connaissances quant à leurs structures rendent assez difficile une classification logique. On les envisagera ici selon leur importance: sulfosels de cuivre, d’argent et de plomb.

Sulfosels de cuivre

Tennantite et tétraédrite

La tennantite (Cu,Fe)12As⁴S¹³ et la tétraédrite (Cu,Fe)12Sb⁴S¹³, cubiques (I 鷺3m ) constituent une série isomorphe complète, communément appelée « cuivres gris». La tennantite est définie par un rapport Sb/As 諒 1, la tétraédrite par Sb/As 閭 1; il existe un grand nombre de variétés dues à la présence d’un élément supplémentaire comme l’argent, le mercure, le bismuth. Les cristaux sont assez fréquents: ce sont des tétraèdres et des tétraèdres pyramidés, plus rarement des cubes dodécaédraux. Les cuivres gris sont également massifs, compacts, le plus souvent grenus, sans clivages et fragiles. Leur couleur va du gris d’acier au noir de fer; leur poussière, noir olivâtre, est caractéristique. Les termes riches en antimoine sont plus fréquents que ceux qui sont riches en arsenic. Les cuivres gris ne donnent jamais de concentration exploitable, mais ils ont un rôle réel en tant que porteurs d’argent dans certains minerais complexes.

Énargite

L’énargite Cu³AsS⁴, orthorhombique (P nm ), forme parfois des cristaux tabulaires et allongés, surtout prismatiques, mais elle est généralement massive, lamellaire ou finement grenue. La couleur est gris d’acier à noir de fer, l’éclat est métallique sur cassure fraîche, mais sa ternissure est rapide; le clivage est parfait, mais ce minéral est fragile. L’énargite est un minerai de cuivre, dont toutefois les concentrations économiques sont peu fréquentes.

Germanite

La germanite Cu³(Ge, Fe)(S, As)⁴, cubique, massive, violacée noir avec éclat métallique, contient 8 à 10 % de germanium, avec blende et tennantite; elle est peu fréquente, mais c’est un important minerai de germanium.

Bournonite

La bournonite PbCuSbS³, orthorhombique (P n2 ¹m ), se trouve fréquemment en cristaux pseudo-quadratiques aplatis, très souvent maclés; la macle multiple forme des figures cruciformes et des «pignons» caractéristiques. Massive, la bournonite est compacte, gris de plomb et ressemble beaucoup aux cuivres gris, mais ses produits d’altérations, jaunâtres, à éclat gras, ont un aspect bien spécifique. C’est l’un des sulfosels les plus répandus, qui constitue parfois un minerai.

Sulfosels d’argent

Proustite

La proustite Ag³AsS³, rhomboédrique (R 3c ), se présente parfois en cristaux prismatiques scalénoédraux et aigus, mais on la rencontre le plus souvent sous forme grenue, massive ou dendritique. De couleur rouge vermillon à rouge cerise, transparente à translucide, la proustite devient noirâtre et opaque à la lumière; sa poussière est vermillon. C’est un important porteur d’argent dans les minerais complexes.

Pyrargyrite

La pyrargyrite Ag³SbS³, rhomboédrique (R 3c ), forme des cristaux prismatiques, terminés généralement par des faces rhomboédriques (très rarement de formes aiguës comme la proustite); elle se trouve fréquemment en masses, enduits, inclusions. Sa couleur est rouge cochenille foncé avec une poussière nettement carminée. La pyrargyrite est souvent responsable de fortes teneurs en argent de certains minerais sous forme d’inclusions dans la galène et dans les cuivres gris.

Péarcéite

La péarcéite Ag¹⁶As²S¹¹, monoclinique (C 2 /m ), se rencontre en prismes tabulaires pseudo-hexagonaux, de couleur et poussière noires et d’éclat métallique; elle est fragile, sans clivage. C’est un minéral rare, trouvé cependant comme porteur d’argent dans certains gisements.

Polybasite

La polybasite (AgCu)¹⁶As²S¹¹, monoclinique (C 2/m ), présente les mêmes caractères que la péarcéite; la couleur et la pousssière ont cependant des reflets plus rougeâtres, et le clivage est imparfait. Dans certains gisements, la polybasite est un minerai d’argent.

Sulfosels de plomb

Semseyite

La semseyite Pb⁹Sb⁸S²¹, monoclinique (C 2 /c ), peut former des cristaux tabulaires ou prismatiques, mais on la trouve surtout en masses fibro-radiées; elle est gris noir, avec un éclat métallique ternissant rapidement, et possède un clivage parfait.

Jamesonite

La jamesonite Pb⁴FeSb⁶S¹⁴, monoclinique (P 2 ¹/a ), se présente le plus souvent en cristaux aciculaires très fins, en masses aciculaires fibreuses et même en filaments soyeux, presque cotonneux. Sa couleur est gris de plomb, son éclat est métallique. La jamesonite est difficile à distinguer de la semseyite, de la boulangérite ou même de la stibine. Elle peut exister en grande quantité et constituer, avec les minéraux qui lui sont associés, un minerai non négligeable.

Boulangérite

La boulangérite Pb⁵Sb⁴S¹¹, monoclinique (P 2 ¹ /a ), se rencontre surtout en agrégats chevelus pouvant être fibreux comme de l’amiante ou en masses compactes, souvent fibro-radiées. Gris de plomb à noir de fer, elle est, la plupart du temps, difficile à distinguer des deux espèces précédentes. Elle ne forme que très exceptionnellement des concentrations exploitables.

3. Gisements

Si les combinaisons sulfurées naturelles offrent une grande variété d’espèces minérales, elles sont également remarquables par la diversité de leurs gisements. Cette diversité est due, en premier lieu, à la morphologie des corps minéralisés: en filons, en stockwerks, en amas, disséminés, en couches ou en lentilles, etc. De plus, les gisements renferment rarement un seul minéral; généralement, ils comportent des « paragenèses », c’est-à-dire des associations de plusieurs espèces minérales dont le groupement obéit à certaines règles. Parmi les paragenèses classiques, il faut citer: Pb-Zn, Ni-Co, Sn-W. La composition minéralogique de ces paragenèses peut varier horizontalement et verticalement, dessinant une «zonalité». Les différentes paragenèses n’apparaissent pas au hasard dans l’écorce terrestre, mais se localisent en fonction de l’environnement géologique. La concentration des minéralisations résulte de divers processus liés au magmatisme, au volcanisme, à l’altération et à la sédimentation, au métamorphisme et à la sécrétion. Les problèmes génétiques posés par ces concentrations métallifères seront évoqués à propos de chacun des principaux types de gisements.

Gisements stratiformes dans des terrains sédimentaires

À l’échelle du gisement, les corps minéralisés se disposent en couches, en lentilles ou en amas plus ou moins concordants avec la stratification des terrains encaissants, ce qui n’exclut pas des discordances de détail, dues à des remobilisations. Dans bon nombre de ces gisements, des observations tendent à montrer que la minéralisation n’a pas été introduite tardivement mais qu’elle est synchrone avec la sédimentation et la diagenèse. Les concentrations stratiformes obéissent à des « métallotectes » (contrôles) stratigraphiques, lithologiques, sédimentologiques, paléogéographiques. La nature des dépôts métallifères varie notamment en fonction de la distance des paléorivages; les sulfures s’intègrent dans cette zonalité selon le schéma général suivant: oxydes près du rivage, puis, à distance croissante, silicates, carbonates, sulfates, sulfures. Les milieux de dépôt des sulfures seraient réducteurs et riches en matières organiques.

Les gisements stratiformes ont souvent des teneurs assez faibles mais d’énormes tonnages. Les principaux métaux concentrés dans ce type de gisement sont, d’une part, le plomb et le zinc et, d’autre part, le cuivre.

Les gisements de plomb-zinc sont liés à des formations gréseuses et carbonatées (surtout dolomitiques). Le gîte des Malines (Gard) illustre bien ce type de concentration; les amas de galène et de blende y sont localisés dans certains niveaux du Trias et du Bathonien (contrôle stratigraphique), dans des brèches et des dolomies (contrôle lithologique), à l’aplomb et sur les flancs d’un paléodôme de socle hercynien (contrôle paléogéographique), la couverture sédimentaire étant caractérisée sur les seconds par des biseaux et des variations de faciès (contrôle sédimentologique). De gros gisements de ce type sont par exemple encaissés dans des dolomies cambriennes du sud-est du Missouri. La blende et la galène y sont accompagnées par la pyrite, la marcasite, la chalcopyrite, la greenockite.

Un exemple classique de concentrations cuprifères est le type « Kupferschiefer », bien représenté dans la région de Mansfeld (Thuringe). Un mince horizon minéralisé est interstratifié dans des marnes permiennes intercalées dans des grès et des conglomérats. La minéralisation est très complexe: en plus des minéraux de cuivre (chalcocite, covellite, bornite, chalcopyrite), ces gisements renferment de nombreux sulfures d’autres métaux tels que pyrite, blende, galène, argentite, nickéline, rammelsbergite, skuttérudite, molybdénite, par exemple.

Gisements associés à des roches volcaniques et subvolcaniques

Des concentrations minérales très variées par leur contenu métallique sont associées à des roches volcaniques intermédiaires ou acides (gîtes volcaniques) ou à des roches sédimentaires à proximité de roches volcaniques (volcano-sédimentaires). L’interprétation de ces liaisons spatiales prête à discussion: le volcanisme a-t-il apporté les métaux ou les a-t-il simplement remobilisés? Dans le cas de gîtes volcano-sédimentaires, l’apport volcanique est-il direct (émanations métallifères contemporaines de la sédimentation) ou indirect (métaux contenus dans le volcanisme concentrés par des processus exogènes)? Ces gîtes sont remarquables par la diversité de leurs espèces minérales et par le phénomène de «télescopage», c’est-à-dire par la coexistence de minéraux réputés de températures différentes et dissociés dans la zonalité normale périplutonique.

Dans les gîtes volcaniques, les corps minéralisés sont en général filoniens. De nombreux gisements de ce type sont associés au volcanisme tertiaire post-orogénique circum-pacifique (Bolivie, Pérou, États-Unis). Leur contenu métallique est varié: ils sont exploités pour l’or, l’argent, le cuivre, le plomb, l’étain, etc. À côté de sulfures souvent aurifères ou argentifères (pyrite, chalcopyrite, arsénopyrite, galène, stibine), il faut noter une très grande variété de sulfosels, et aussi l’exceptionnelle fréquence des tellurures et séléniures.

Le type Kuroko (Japon) peut illustrer les amas minéralisés en majeure partie interstratifiés dans des terrains volcano-sédimentaires. La minéralisation, liée à un volcanisme sous-marin d’âge tertiaire, comprend également de nombreux sulfures (galène, blende, chalcopyrite, bornite, chalcocite, covellite, millérite) et sulfosels (bournonite, cuivres gris, entre autres).

Les roches volcaniques ou subvolcaniques basiques et ultrabasiques renferment une minéralisation très spécifique: Pt, Cr, Ni, Co, Au, Cu. C’est pourquoi il convient de dissocier ce type de gisement du précédent.

L’un des plus importants représentants de ce type est le gisement de nickel-cuivre-platine de Sudbury, dans l’Ontario (Canada). Le minerai se trouve disséminé, en amas et en «traînées» dans des norites. Les minéraux sulfurés sont principalement la pyrrhotite, la pentlandite, la chalcopyrite (ces trois minéraux contenant du platine en solution solide), accessoirement la gersdorffite, la nickéline, la pyrite, la blende, la galène, entre autres.

Gisements associés à des plutons granitoïdes

De nombreux gîtes filoniens ou en amas sont en relation spatiale plus ou moins étroite avec des plutons acides (granites, granodiorites, monzonites, par exemple). Cette observation est à l’origine de l’hypothèse « hydrothermaliste », selon laquelle ces minéralisations auraient été déposées par des solutions hydrothermales provenant d’une différenciation magmatique, et qui a été appliquée de façon beaucoup trop systématique et dogmatique. On considère que les concentrations minérales ne peuvent être étudiées qu’en fonction de l’ensemble de leur cadre géologique, et on tend à nuancer cette hypothèse: même dans le cas où une liaison entre les filons et des roches plutoniques est démontrable, il faut encore discuter la source des minéralisations, qui peuvent avoir été remobilisées à partir des roches encaissantes aussi bien qu’apportées par les solutions hydrothermales d’origine magmatique. Selon leur position par rapport aux plutons, on distingue les minéralisations intraplutoniques, pyrométasomatiques et périplutoniques.

Les gisements intraplutoniques sont, au moins en grande partie, encaissés dans les granitoïdes, tout en pouvant aussi s’évader dans les roches de bordures. Le minerai se présente souvent sous forme de stockwerks, c’est-à-dire de minces filons enchevêtrés formant un réseau. Les principales concentrations de ce type sont cuprifères: type «porphyry copper», dont l’un des plus célèbres représentants est le gîte de Bingham (Utah) dans des monzonites. Les principaux sulfures sont la pyrite, la chalcopyrite, la chalcocite et la covellite, ces deux derniers minéraux étant des sulfures secondaires, déposés dans la zone de cémentation. C’est fréquemment la zone de cémentation, plus riche en cuivre, qui est exploitée dans ces gisements qui renferment d’énormes tonnages, mais de faibles teneurs (de l’ordre de 1 p. 100 en cuivre). À ce type appartiennent également les gisements d’«or ancien», en filons dans des apex granitiques, dont certains renferment des tellurures d’or et d’argent (par exemple, dans le Queensland, en Australie).

Les gisements pyrométasomatiques sont localisés à proximité du contact entre des intrusions granitiques généralement calcoalcalines et des roches carbonatées (calcaires ou dolomitiques) silicifiées et transformées en « tactites ». Ces concentrations, souvent en forme d’amas, sont surtout exploitées pour le tungstène et l’étain, mais aussi pour le fer, le molybdène, le cuivre, le zinc, le plomb. Les principaux minéraux exploités ne sont pas sulfurés, puisqu’il s’agit de scheelite (WO⁴Ca), de cassitérite (SnO²) et de magnétite (Fe³⁴), mais ce type de gisement renferme aussi divers sulfures tels que molybdénite, bismuthinite, pyrite, pyrrhotite, chalcopyrite, galène, blende... Un bon exemple de concentration pyrométasomatique est le gisement d’Azegour, au Maroc, avec molybdène et tungstène.

Les gisements filoniens périplutoniques se disposent plus ou moins nettement à la périphérie de massifs granitoïdes. Les minéralisations se seraient déposées à des températures décroissantes en s’éloignant des plutons; on distingue arbitrairement des dépôts pneumatolytiques (en phase gazeuse, au-dessus de 500 ⁰C) et des dépôts hydrothermaux (en phase liquide), eux-mêmes subdivisés en «hypothermaux» (500 à 300 ⁰C), «mésothermaux» (300 à 200 ⁰C) et «épithermaux» (200 à 50 ⁰C). Parallèlement à cette gamme de températures, les minerais métalliques se répartiraient, selon le schéma de la «zonalité normale» (du plus chaud au plus froid), dans l’ordre suivant: Sn, W, Au, Cu, Zn, Pb, Ag, Sb. Cette zonalité est représentée dans certains districts (Harz, Cornouaille). Les paragenèses les plus classiques sont: l’association à étain-tungstène, où l’étain est principalement sous forme oxydée (cassitérite) et le tungstène sous forme de tungstates (wolframite), mais qui contient aussi des sulfures (bismuthinite, pyrite, pyrrhotite, arsénopyrite, molybdénite, par exemple); l’association blende-pyrite-galène-chalcopyrite (B.P.G.C.) et souvent arsénopyrite, avec de l’or dans la pyrite et l’arsénopyrite et de l’argent dans la galène. L’un des plus gros gisements du second type est celui de Coeur d’Alène (Idaho).

Gisements de «sécrétion»

Certaines concentrations filoniennes ou en amas dans des roches métamorphiques et sédimentaires ne montrent pas de relation nette avec des roches plutoniques, et leur genèse est très controversée. L’hypothèse d’une liaison lointaine avec des magmas a été proposée (gîtes «téléthermaux» et gîtes «régénérés»). L’hypothèse d’une «sécrétion», vers des fractures, d’éléments qui étaient primitivement disséminés dans les roches encaissantes paraît plus satisfaisante; des études métallogéniques et géochimiques détaillées l’ont démontrée dans certains cas. Dans ce type peuvent être rangés principalement: des gîtes d’antimoine (à stibine et à sulfoantimoniures) et de mercure (cinabre); des «filons de couverture», à galène et blende dominantes.

Encyclopédie Universelle. 2012.