Mr: KERMANI Saci Les minéraux lourds MASTER 2/ Géomorphologie Appliqué Faculté des Sciences de la Terre, de la Géographie et de l’Aménagement du Territoire. FSTGAT MASTER 2/ Géomorphologie Appliqué Les minéraux lourds Mr: KERMANI Saci

C’ est quoi un minéral lourd ??? On définit le groupe des minéraux lourds par leur densité supérieure à 2,89. Ce sont le plus souvent des silicates complexes inclus dans les sédiments et provenant directement ou indirectement de l'érosion de roches endogènes. C’ est quoi un minéral lourd ??? Les minéraux lourds étant relativement rares, il est nécessaire de l’extraire du sédiment pour qu'ils puissent être observés par la loupe binoculaire.

Dans la roche mère (Bedrock), ou dans des placers alluviaux Qu’els sont les lieux d’existences des minéraux lourds Dans la nature ? Un placer alluvial ???? C’est un lieu où un cours d'eau produit un dépôt d'alluvions présentant localement des concentrations naturelles élevées en minéraux lourds, sous forme de sables lourds: débris fins, paillettes, grains et pépites. Dans la roche mère (Bedrock), ou dans des placers alluviaux Bedrock: roche mère. Ces sables lourds sont composés de nombreux minéraux de forte densité.

L’origine des minéraux lourds dans les placers l’érosion de la roche endogène ( roche mère) . Transports des minéraux lourds par les courants des fleuves ou de la mer Concentration des minéraux lourd dans les dépôts, et les lits des oueds

2. Transport des minéraux lourds: Le courant violent déplace les alluvions en les classant, les minéraux lourds ne circulent pas sur toute la largeur du lit, ils circulent concentrés en un chenal étroit appelé « ligne des minéraux lourds ». Les passages étroits renforcent ce phénomène. Lors des crues et des décrues le cheminement des minéraux lourds se déplacent, car son trajet se modifie en fonction du débit et de la configuration de la zone traversée ( la topographie). C'est ainsi qu'à la décrue et à l'assèchement, des zones de passage des minéraux lourds se retrouvent à découvert sur les berges ou dans le lit du cours d'eau. Érosion Concentration et transport en ligne des minéraux lourds .

3. Les dépôts : Le courant violent déplace les alluvions, un brusque ralentissement du courant, il dépose, et en les classant selon leur densité et leur volume. Les dépôts d'alluvions sont en général classés d'amont en aval: - D'abord une série de gros cailloux, minéraux lourds grossiers. - Ensuite des graviers sur des sables grossiers, minéraux lourds de diamètre moyen à fins. - Enfin sables fins stériles et limons.

Qualité des placers selon la puissance du courant: - En amont d’un cours d’eau les minéraux lourds est plus rare mais les grains sont plus gros.  - En aval d’un cours d’eau les minéraux lourds est plus abondant mais les grains sont plus fins.

Profondeur des placers selon le type de crue: En cas de crue et de décrue rapides, les placers de crues rapides s'avèrent souvent stériles mais peuvent contenir des couches de dépôts anciens, ces placers sont stratifiés (ph 01). PH:1 PH:2 Il est signalé par des dépôts éphémères  de sables noirs en surface  qui seront vite effacés par le vent (PH : 02).

Si la crue est forte et durable : Les alluvions sont désolidarisées  et violemment roulées, les minéraux lourds migrent en profondeur. Il faut alors creuser un "puits" pour tenter d'atteindre les dépôts de minéraux lourds près du bedrock (roche mère). Puits

. les Lieux réputés favorables aux dépôts de placers alluviaux: Les minéraux lourds sont classés et déposés en cas de brusque ralentissement du courant : méandres . sortie de gorges . rupture de pente. obstacles. trous.

Rive intérieure et parfois extérieure de méandre : A l'intérieur de la courbe, le courant est plus faible et des dépôts de minéraux lourds sont fréquents, localisés autour et sous les grosses pierres avec parfois des dépôts de ferraille indicateurs.

Obstacles : Les obstacles situés sur le passage d'une gold line (ligne des minéraux lourds) perturbent le courant et génèrent des dépôts de minéraux lourds. Grosse pierre :

Passage étroit forcé, Barrage en entonnoir : Ce genre de configuration est très favorable aux concentrations  par dépôts multiples, enrichis à chaque crue. Le barrage peut être constitué de barres rocheuses, de gros rochers, en béton, …... Après décrue, les placers sur berges sont généralement émergés et ceux immergés dans le lit deviennent facilement accessibles lorsque le cours d'eau est presque asséché.

Confluence : Les perturbations et ralentissements du courant créés par une confluence sont favorables à la formation de dépôts.

Atténuation de pente: Le ralentissement provoqué par une fin de pente est favorable aux dépôts de minéraux lourds.

Creux, failles et marmites dans le bedrock : Les contenus des creux, failles, trous et marmites immergés doivent être aspirés à la pompe, et lavés à la batée, ce sont souvent d'excellents placers qui concentrent de façon importante paillettes, grains et petites pépites. Placer des minéraux lourds dans les failles et fissures Placer des minéraux lourds dans les anfractuosités du lit. Placer de marmite

Les marmites, les trous et les failles sont à prospecter avec attention, en général bien plus riches que les classiques placers d'alluvions. Failles

Chute d'eau: Les marmites situées sous une chute d'eau sont génératrices de dépôts qui peuvent s'accumuler, retenus sous les grosses pierres.

Racines, herbes et mousses : La végétation inondée par une crue travaille comme une moquette et constitue un excellent piège retenant minéral lourd. Placer d’alluvions, plus concentré dans les racines de la végétation.

Une pelle une batée le tamis ou un pan Matériel d'orpaillage sur un placer :  Une pelle une batée ou un pan le tamis

4- Sables lourds : Le lavage des alluvions d'un cours d'eau au pan, ou à la batée a pour but d'éliminer les graviers et sables classiques  pour concentrer les minéraux de densité plus importante appelés sables lourds. Après élimination des sables classiques,  on obtient un concentré de sables lourds ; C'est caché sous ces sables lourds que l'on retrouve les divers minéraux de forte densité. La présence de sables lourds au fond de la batée indique que le prélèvement d'alluvions a bien été fait sur un placer.

la couleur des sables lourds : Ces sables lourds ont généralement une couleur dominante:  5/ Les caractéristiques des sables lourds ( minéraux lourds) : des minéraux opaques Sable lourds noirs essentiellement chargés par des minéraux ferreux (Magnétite, Hématite, Ilménite, …..). Sable lourds roses et rouge,… dominant le Grenats, Tourmaline chargés par zircon, Barytine,… Sable lourds bruns, blanc, et incolore….. des minéraux transparents

La densité des minéraux lourds : La densité est une propriété importante des minéraux. Dans la plupart des cas, le minéral est sous pesé à la main et une évaluation sommaire est faite. Il est possible de faire des mesures quantitatives soit sur des grains ou sur un cristal. La densité est relative à l’eau ayant une densité de 1 g/cm 3 ce qui offre l’avantage de ne plus avoir besoin d’exprimer les unités.

Tab: les densités et les formules chimiques de quelques minéraux lourds communs dans les placers. Minéral Densité Formule chimique Tourmaline 3,00 - 3,25 Na (Mg, Fe+2,Mn , Li, Al)3 Al (Si6O18) (BO3)3(OH,F)4 Apatite 3,1- 3,35 Ca5 (PO4)3 (OH, F, Cl) Hornblende (amphibole) 3,02- 3,45 (Na, K)0-1 Ca2 (Mg, Fe+2,Fe+3, Al)5( Si6-7 Al 2-1O22) (OH,F)2 Andalousite 3,13- 3,16 Al2O (Si O4) Enstatite (pyroxène) 3,21 (Mg, Fe+2) (Si O3) Diamant 3,5- 3,52 C Anatase 3,82- 3,97 Ti O2 Almandin (grenat) 4,1- 4,3 Fe3+2Al (Si3 O12) Hématite 4,2- 5 Fe2 O3 Rutile 4,23- 5,5 Zircon 4,6- 4,7 Zr (SiO4) Cassitérite 6,98- 7,02 SnO2 Or 15,6- 19,3 Au

La dureté des minéraux lourds: En raison de leur grande résistance aux agents de transport et à l'abrasion (l’endex ZTR), le zircon (dureté 7,5), la tourmaline (dureté =7 à 7,5), et le rutile (6 à 6,25) sont les minéraux lourds les plus fréquents dans les roches sédimentaires détritiques (minéraux ubiquistes). Les autres minéraux, plus fragiles, proviennent généralement de l'érosion des roches métamorphiques.

La susceptibilités magnétiques : Si les minéraux sont attirés par le champ magnétique ils sont dits paramagnétiques , et s’ils sont repoussés, diamagnétiques. Les minéraux les plus fortement attirés par les champs magnétiques sont ferromagnétiques et sont alors attirés par un aimant. Les autres doivent être attirés par de forts électro-aimants, tels le séparateur isodynamique FRANTZ.

6) Les instruments utilisés pour l’identification des minéraux lourds en laboratoire : 5-1 Les liqueurs denses : Les liqueurs denses sont des solutions ayant de fortes densités dans lesquelles il est possible de faire “flotter” les minéraux ayant des densités inférieures. Il existe deux liqueurs qui sont couramment utilisées, soit le: bromoforme (CHBr3) (densité 2.89) . l’iodure de méthylène (CH2I2) (densité 3.3) .

5-2 L’aimant : Il s’agit d’un simple aimant à main. Le plus efficace pour éviter l’adhérence des minéraux sur l’aimant est un aimant dans une enveloppe d’aluminium qui se déplace sur un axe. Autrement il est préférable d’emballer l’aimant dans un papier pour pouvoir décoller les minéraux facilement. Le principal minéral qui est récolté avec cet outil est la magnétite. Il est impératif d’exécuter cette étape avant d’utiliser le FRANTZ autrement les minéraux vont adhérer aux parois du séparateur pour être difficilement extractibles.

5-4- l’identification a la loupe binoculaire : L'examen des minéraux à la loupe binoculaire est particulièrement instructif sur le type de minéraux récoltés. Il est donc utile de ramener des fonds de batée pour un examen approfondi et un tri à la binoculaire, qui permet d’une observation de nombreux gemmes et métaux précieux sont des minéraux de placers. La loupe binoculaire est insuffisante pour identifier certaines espèces minérales. Il faut alors recourir à la diffraction des rayons X, ou rechercher la composition chimique à l'aide d'un système d'analyse monté sur un microscope électronique à balayage. 5-3 Le séparateur électromagnétique (Frantz isodynamique) : Elles consistent à séparer les minéraux avec un champ magnétique selon leurs susceptibilités magnétiques.

7/ c’est quoi l’objectifs de cette étude ???: L’étude des roches sédimentaires, de leur répartition horizontale et verticale, de leur abondance, de l’ensemble de leurs caractères lithologiques et paléontologiques ou faciès , et leur comparaison avec les sédiments actuels, permet de retracer l’histoire d’un bassin et du continent adjacent; elle fournit un «film» des événements. On peut, par exemple, déterminer la vitesse de la sédimentation (et donc l’érosion concomitante), l’origine des sédiments, et les conditions dans lesquelles ils se sont déposés. la stratigraphie évolue dans le double cadre de l’espace et du temps [cf. STRATIGRAPHIE].

Les études des minéraux lourds se limitaient, avec plus ou moins de succès, à la détermination de l'origine des sédiments, il est apparu que l'on pouvait en tirer davantage d'informations dans d'autres domaines de la géologie grâce aux progrès de la méthode. À partir des associations de minéraux lourds présents dans un sédiment, on peut restituer la direction et le sens des paléo courants qui alimentaient un bassin sédimentaire. La présence de un ou plusieurs minéraux lourds, dits « satellites », dans les alluvions d'un cours d'eau peut être caractéristique d'un minerai donné. Ainsi, la prospection minière permet, par les études des alluvions de rivières actuelles, de remonter jusqu'à des gisements productifs.

Les différents minéraux lourds que l'on retrouve dans les sédiments sont souvent distinctifs et constituent une source d'information pour interpréter la stratigraphie des sédiments. L‘étude des plages et des cordons littoraux est beaucoup plus fragmentaire que celle des vases littorales malgré la présence des minéraux lourds qui sont d’excellents traceurs de l’origine des dépôts (Imbrie et Van Andel, 1964 ; Pomerol, 1968 ; Lapierre, 1970 ; Jones et Davies, 1979).

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