GRENATS

GRENATS

Les grenats présentent un intérêt comme minéraux constitutifs des roches, spécialement des roches métamorphiques. Ce sont des silicates dont il existe d’assez nombreuses espèces, présentes en des gisements très variés. Dans bien des cas, leur présence et la connaissance de leur composition chimique apportent d’utiles renseignements sur les conditions physiques de formation des roches. Enfin, il faut souligner leur grande importance parmi les matériaux qui constituent, sous la croûte terrestre, le manteau supérieur.

Caractères minéralogiques et classification

Les grenats sont des minéraux de symétrie cubique, dont la composition chimique peut être symbolisée par M² + M³ + (SiO⁴)³, où M²⁺ représente Fe, Ca, Mg, Mn; et M³⁺, Al, Fe, Cr. L’étude de la structure a montré que la maille, complexe, renferme cent soixante atomes. Les tétraèdres Si⁴ y forment des groupes indépendants (nésosilicates), dont chaque oxygène est lié à un octaèdre M³⁺⁶ et à deux cations divalents, ces derniers occupant les interstices de la trame Si-M³⁺ et étant entourés chacun par huit ions oxygène. La longueur de la maille varie avec la composition chimique. Lorsqu’ils sont idiomorphes, les grenats se présentent sous forme de dodécaèdres, de trapézoèdres ou d’une combinaison des deux. Les cristaux sont fréquents et peuvent atteindre de grandes tailles (plusieurs décimètres).

Le groupe des grenats est subdivisé en plusieurs espèces dont les noms sont indiqués dans le tableau ci-après, ainsi que la composition chimique idéale du pôle pur correspondant et les principaux caractères physiques des plus courantes d’entre elles. Les grenats présentent également les caractères suivants: cassure irrégulière; éclat vitreux à résineux, la dureté variant de 6,5 pour le grossulaire à 7,5 pour le pyrope et la spessartine ; transparents à opaques. Les couleurs dominantes sont: pyrope, rouge grenat; almandin, rose foncé et rouge-brun; spessartine, jaune, orangé, brun; grossulaire, jaune, vert-jaune, rouge clair; andradite, brun-noir, vert foncé, noir, jaune; ouvarovite, vert émeraude à brun foncé. Les espèces naturelles ont une composition qui s’écarte généralement de celle du pôle pur, car des substitutions de caractère et d’étendue variables sont la règle dans le groupe des grenats. Il est d’usage d’exprimer ces substitutions à l’aide du pourcentage de pôle pur que renferme le gre- nat; le constituant dominant sert alors à le désigner. Ainsi, un grenat almandin de mica schiste mésozonal a la composition: almandin, 73,50 p. 100; spessartine, 14,95 p. 100; pyrope, 6,37 p. 100; andradite, 5,19 p. 100. Pour des conditions physiques correspondant à celles qui ont été imposées aux roches de la croûte terrestre, un isomorphisme complet existe entre l’almandin et la spessartine et entre le grossulaire et l’andradite; la substitution est très étendue entre l’almandin et le pyrope; par contre, elle est limitée entre le groupe des grenats calciques et les autres. Ce n’est qu’à de très hautes pressions, comme celles qui ont régné dans les roches subcrustales du manteau supérieur, que le grossulaire et le pyrope ont pu former une série continue.

Les analyses à la microsonde ont révélé la fréquence des phénomènes de zonation dans les grenats, se traduisant par une variation de la composition chimique du centre à la périphérie des cristaux. Ce n’est qu’aux fortes températures du faciès des granulites et des éclogites que les grenats tendent vers des compositions chimiques homogènes.

Signification pétrologique et conditions de gisement

La nature et la composition des grenats dépendent de la composition chimique globale des roches où ils sont apparus et des conditions physiques (température, pression, potentiel d’oxygène) régnant au moment de leur formation. A. Miyashiro a, le premier, souligné le rôle de la température et de la pression sur la composition des grenats. Passant en revue les conditions de gisement, il a montré que la spessartine et le grossulaire devaient avoir un domaine de stabilité très étendu. Avec l’augmentation de la température, la structure du grenat peut accepter les cations Fe et Mg de faible rayon ionique, au détriment de Ca et Mn dont le rayon ionique est plus grand. L’almandin ne peut exister qu’à partir d’une certaine température. À pression fixée, l’augmentation progressive de la température enrichit un grenat en almandin et pyrope. Mais une conséquence de la substitution Fe, MgCa, Mn est de diminuer le volume moléculaire du grenat: une forte pression tend à stabiliser un grenat riche en almandin ou en pyrope. En somme, la température et la pression jouent dans le même sens. Cette interprétation a été confirmée par les données expérimentales. Ainsi, on pourra comparer l’étendue des domaines de stabilité respectifs de la spessartine et de l’almandin en fonction de la température et de la pression sur la figure ci-jointe: le domaine de l’almandin est le plus restreint. Quant au pyrope, pour une composition correspondant au pôle pur, il n’est guère stable qu’à très haute pression, au-dessus de 15 憐 10⁶ hPa, en présence d’eau.

Au cours du métamorphisme régional l’almandin est un minéral fréquent, spécialement dans les micaschistes et les gneiss alumineux. Dans des conditions de métamorphisme correspondant à un certain intervalle de température, son développement est influencé par la pression, cette dernière tendant à stabiliser le minéral pour des compositions globales de roches de plus en plus étendues. Ainsi, dans les micaschistes mésozonaux, le grenat almandin se forme en général par réaction entre les chlorites et la muscovite. Si la pression est suffisante pour que le silicate d’alumine stable soit le disthène, le grenat est largement représenté dans les micaschistes de composition banale. Dans le métamorphisme à andalousite, de plus basse pression, son développement dans les micaschistes est plus limité, et il peut même ne pas apparaître si la pression est trop faible. Cette influence de la pression explique la rareté de l’almandin dans les cornéennes alumineuses de l’auréole de contact des granitoïdes supercrustaux. Dans les gneiss alumineux catazonaux, l’almandin est un minéral fréquent, associé au feldspath potassique et à la sillimanite. Dans les roches catazonales de haut degré, appartenant au faciès des granulites, l’almandin s’enrichit en constituant pyrope, dont la proportion atteint couramment 30 p. 100, principalement sous l’effet de l’augmentation de la température (650-700 ⁰C). Dans les éclogites, formées à des pressions élevées (P 礪 5 憐 10⁶ hPa), le grenat devient un constituant principal de la roche et renferme aussi une forte proportion de pyrope. Une faible pression d’oxygène, condition généralement réalisée dans les micaschistes et les paragneiss, favorise l’almandin, qui peut s’enrichir en spessartine et en pyrope dans les conditions contraires. Il faut signaler enfin que l’almandin, plutôt rare dans les granites, n’est pas exceptionnel dans les roches volcaniques acides.

Les grenats calciques, grossulaire et andradite, se forment lors du métamorphisme des roches calciques, surtout lors du métamorphisme de contact. L’andradite, dont la formation implique un milieu à fort potentiel d’oxygène, est un minéral constituant important des skarns, ces derniers renfermant souvent des gisements métallifères. La spessartine se rencontre surtout dans les roches métamorphiques riches en manganèse, ainsi que dans les pegmatites. Quant au pyrope, c’est un minéral rare, qui n’existe guère que dans les péridotites à pyrope, les ariégites, certaines éclogites et roches voisines incluses sous forme de xénolithes dans les kimberlites. Dans tous les cas, ces roches ont pris naissance soit à la base de la croûte terrestre, soit dans le manteau supérieur qui lui est sous-jacent. Aux très fortes pressions qui règnent dans ces domaines, les feldspaths, qui jouent un rôle essentiel dans la composition des matériaux crustaux deviennent instables, alors que des grenats comme le pyrope et le grossulaire tendent à se développer. Rappelons la réaction d’éclogitisation qui se produit dans les parties de la croûte soumises à de fortes pressions et qui tend à se généraliser à la base de la croûte:

Dans le manteau, des réactions telles que les suivantes favorisent le développement du grenat:

Ces réactions ont été reproduites expérimentalement, la première sous une pression de 22 憐 10⁶ hPa à 1 000 ⁰C, la deuxième sous une pression de 25 憐 10⁶ hPa à 1 200 ⁰C. Cette dernière réaction peut servir à définir la limite de stabilité des péridotites à pyrope, qui ont un rôle primordial dans la constitution du manteau.

Outre leur emploi en joaillerie (pyrope et variété d’andradite dite «démantoïde»), les grenats sont parfois utilisés comme abrasifs (gisement de Gore Mountain dans l’État de New York).

Encyclopédie Universelle. 2012.