Association grenat-diamant

Association grenat-diamant

POURQUOI UNE TELLE ASSOCIATION MINERAUX DE CONDITIONS EXTREMES PROVENANT DIRECTEMENT DU MANTEAU FORMATION ENTRE 150 ET 250 km DE PROFONDEUR SOUS DES TEMPERATURES ENTRE 900 ET 1 400 °C

POURQUOI UNE TELLE ASSOCIATION diamond

PRINCIPALEMENT DEUX ORIGINES ORIGINES DES DIAMANTS PRINCIPALEMENT DEUX ORIGINES LES DIAMANTS DE TYPE P : DE LA SUITE PERIDOTIQUE teneurs rapprochées en δ13C avec une moyenne aux alentours de 5 ‰ → provenance du manteau supérieur juvénile Le carbone proviendrait de l’oxydation partielle du méthane CH4, ou d’autres hydrocarbures. Leurs inclusions sont principalement des grenats riches en Cr, diopsides chromifères, forstérite et enstatite.

ORIGINES DES DIAMANTS LITHOSPHERE LAB ASTHENOSPHERE CRATON CEINTURE MOBILE M K1 K2 K K3 L K4 Prof. 50 150 250 km croute MOHO LHERZOLITE A SPINELLE LITHOSPHERE SLAB Éclogitique subducté GRAPHITE DIAMANT lithosphéritique Manteau E E GL LAB Harzburgite à grenat G1K G2K ? E Eclogite lithosphéritique asthénosphéritique Manteau Eclogite subductée CH4 CH4 GL Lherzolite à grenat ASTHENOSPHERE

PRINCIPALEMENT DEUX ORIGINES ORIGINES DES DIAMANTS PRINCIPALEMENT DEUX ORIGINES LES DIAMANTS DE TYPE E : DE LA SUITE ECLOGITIQUE teneurs en δ13C nettement plus dispersées entre 35 ‰ et 5 ‰ → existence d’un nombre conséquent d’origines diverses. Le carbone proviendrait de matériaux subductés dont les compositions dépendraient par conséquent des zones géographiques : de magmas basaltiques de haute pression ou bien d’anciennes roches basaltiques de croutes océaniques subductées

ORIGINES DES DIAMANTS LITHOSPHERE LAB ASTHENOSPHERE CRATON CEINTURE MOBILE M K1 K2 K K3 L K4 Prof. 50 150 250 km croute MOHO LHERZOLITE A SPINELLE LITHOSPHERE SLAB Éclogitique subducté GRAPHITE DIAMANT lithosphéritique Manteau E E GL LAB Harzburgite à grenat G2K E Eclogite lithosphéritique ? asthénosphéritique Manteau Eclogite subductée CH4 CH4 GL Lherzolite à grenat G1K ASTHENOSPHERE

Gisements diamantiferes LAMPROITE : Roche volcanique à subvolcanique ultra-potassique, provenant du manteau KIMBERLITE : roche volcanique ultramafique (riche en magnésium), potassique et riche en éléments incompatibles, ainsi qu'en volatils (H2O et CO2), provenant du manteau

Gisements diamantiferes MINERAUX INDICATEURS : XENOCRISTAUX GRENATS PYROPE DIOPSIDES CHROMIFERES PICROILMENITE 10%pds des kimberlites

Gisements diamantiferes MINERAUX INDICATEURS : XENOCRISTAUX Ce sont des minéraux qui se sont formés sous les conditions de pression et de température de stabilité du diamant Et qui se trouvent dans les kimberlites et lamproites avec les diamants ie des minéraux qui ont été arrachés au manteau lors de l’éruption volcanique

Gisements diamantiferes

PROSPECTION I Découverte de minéraux indicateurs (MI) dans alluvions II II Suivi du cours d’eau vers l’amont tant qu’il y a des MI Zone alluvionnaire KIMBERLITE III III Absence de MI → la source primaire de MI a été dépassée IV IV Prospection dans la zone de drainage et au-dessus → Détermination de l’emplacement de la cheminée

DELAIS DE PROSPECTION I Découverte de minéraux indicateurs (MI) dans alluvions Soumis à de grandes incertitudes peut durer des mois, des années ou même ne pas aboutir II Suivi du cours d’eau vers l’amont tant qu’il y a des MI Préparations minéralogiques : lames minces, analyses microsonde… Plusieurs semaines à plusieurs mois III Absence de MI → la source primaire de MI a été dépassée Pour arriver à ce stade, cela dépend de la longueur du cours d’eau de la distance à la source primaire de l’attente des résultats d’analyse IV Prospection dans la zone de drainage et au-dessus idem III

PHOTOS DE ROCHES Nodule de grenat lherzolitique provenant de la kimberlite Aultman, Wyoming Pyropes arrondis de qualité gemme et quelques diopsides chromifères dans une matrice de serpentine

PHOTOS DE ROCHES Mégacristal de pyrope-almandin du complexe kimberlitique de Schaeffer, Wyoming, 10 cm

PHOTOS DE ROCHES Pyrope dans harzburgite, Kimberley, South Africa, Kaapval Craton

PHOTOS DE ROCHES Pyrope dans kimberlite, Iron Mine, Wyoming, USA

Classification des GRENATS Groupe Désignation / Composition TiO2 Cr2O3 FeO MgO CaO 1 Pyrope titanifère 0,6 1,3 9,3 20,0 2 Pyrope à haute teneur en Ti 1,1 0,9 9,8 20,3 3 Pyrope – almandin au calcium 0,3 16,5 13,4 6,5 4 Almandin au Ti-Ca-Mg 0,08 18,0 10,0 9,4 5 Almandin au magnésium 0,05 0,03 28,0 8,0 2,5 6 Pyrope-Grossulaire-Almandin 0,25 10,8 15,0 7 Uvarovite-Grossulaire au Fe-Mg 11,5 5,0 8,5 21,5 8 Grossulaire au Fe-Mg 0,04 7,0 25,0 9 Pyrope chromifère 0,2 3,5 10 Pyrope chromifère basse teneur en Ca 6,0 23,0 2,0 11 Pyrope-Uvarovite titanifère 0,5 9,5 7,5 16,0 12 Pyrope-Uvarovite-Knorringite 0,18 15,5 D’après Dawson et Stephens 1975, modifié par Grütter et al, 2004

Classification des GRENATS Diamant Graphite G10 G9 G12 G5 G1 G0 G4 G3 %pds Cr2O 3 %pds CaO D’après Dawson et Stephens 1975, modifié par Grütter et al, 2004)

Grenats des kimberlites Les grenats se présentent dans les kimberlites sous la forme de - mégacristaux - xénocristaux en tant que composés des xénolites et nodules capturés par le magma de la kimberlite. Cinq groupes répertoriés comme sources principales des xénocristaux de grenats découverts dans la kimberlite : Les péridotites (wehrlites, lherzolites, harzburgites et dunites) Les pyroxènites à grenat (les xénocristaux de grenat provenant des pyroxènites ne peuvent généralement pas être distingués de grenats des péridotites) Les éclogites Certaines xénolithes crustales - Mégacristaux de grenat pauvres en Cr

Grenats des kimberlites GRENATS EXPLOITES COMME MINERAUX INDICATEURS Grenat de type G10 : pyropes de chrome pauvre en Ca provenant de péridotites harzburgitiques Grenat de type G9 : pyropes de calcium et de chrome provenant de péridotites lherzolitiques - Grenats de type G5 avec les grenats G9 pour les lamproites (exemptes de G10) → Plus la présence de grenats de type G10 est importante plus la probabilité de présence des diamants est élevée

Grenats des kimberlites GRENATS EXPLOITES COMME MINERAUX INDICATEURS → MAIS non détermination - de la qualité de conservation des diamants - de la qualité des gemmes - des dimensions des diamants → non détermination - de la rentabilité de l’exploitation

GEOTHERMOBAROMETRIE UTILISATION DE REACTIONS MINERALOGIQUES POUR DETERMINER LA TEMPERATURE DE FORMATION D’UNE ROCHE → GEOTHERME LA PRESSION DE FORMATION D’UNE ROCHE → GEOBAROMETRE

GEOTHERMOBAROMETRIE → les analyses permettent de déterminer la GEOTHERMOMETRE A OLIGO ELEMENT grenat-olivine   Mg3Al2Si3O12 + Ni2SiO4 = Ni3Al2Si3O12 + Mg2SiO4 (NiMg-1) - peu sensible à la pression - très sensible à la température → les analyses permettent de déterminer la température à laquelle les grenats se sont formés T(K) = 1000 / (1,506 – 0,189 ln (Ni))

GEOTHERMOBAROMETRIE → les analyses permettent de déterminer la GEOBAROMETRE grenat Cr (pyrope) = Cr (diopside)   (Mg,Cr)3Al2Si3O12 = (Mg,Cr)2Si2O6 - très sensible à la pression → les analyses permettent de déterminer la pression à laquelle les grenats se sont formés P(kbar) = 13,5 + 5 Cr2O3

GEOTHERMOBAROMETRIE APPLICATION diagramme P(Cr)-T(Ni) pour les grenats du gisement de kimberlite de Daldyn, Sibérie

GEOTHERMOBAROMETRIE APPLICATION diagramme P(Cr)-T(Ni) pour les grenats du gisement de kimberlite de Daldyn, Sibérie

GEOTHERMOBAROMETRIE APPLICATION Qualité supérieure Qualité inférieure stérile Geothermes grenat déterminé pour le pipe zéro et le pour les groupes de kimberlites I et II sur le cratère de Kaapvaal, Afrique du sud (courbes pleines). Histogrammes de T(Ni)

→ LES PYROPES CHROMIFERES SONT UTILISES CONCLUSION LES PYROPES CHROMIFERES PEUVENT COEXISTER AVEC LES DIAMANTS - Ils se sont formés sous les mêmes conditions PT Ils ont été arrachés au manteau lors d’éruptions volcaniques et se retrouvent dans des cheminées de lamproite ou de kimberlite A PARTIR DE LEUR TENEUR EN Cr ET Ni, IL EST POSSIBLE DE DETERMINER LEURS CONDITIONS PT DE FORMATION PAR GEOTHERMOBAROMETRIE → LES PYROPES CHROMIFERES SONT UTILISES EN TANT QUE MINERAUX INDICATEURS DE LA PRESENCE POTENTIELLE DE DIAMANTS