benjamin brigaud

sédimentologue

Catégorie : Fluorine

5 janvier 2022 /

Des doctorants de l’Université Paris-Saclay, dont Louise Lenoir, accompagnés par l’illustratrice Marine Spaak, se sont lancés le défi d’expliquer leur sujet de thèse en bande dessinée.

Retrouvez la bande dessinée présentant le sujet de thèse de Louise Lenoir intitulé « Conditions de dépôt et âge des minéralisations à F-Ba liées à l’interface socle-couverture des bordures Sud et Est du bassin de Paris » :

Imaginées par Louise dans le cadre de sa thèse : « L’énigme de la roche percée » illustre les travaux de sa thèse.

http://www.sciencesociete.universite-paris-saclay.fr/decouvrir/la-recherche-sort-de-sa-bulle/

Parution du PDF de la Thèse de Morgane Gigoux

11 janvier 2016 /

Le PDF de la thèse de Morgane Gigoux est maintenant disponible. Cette thèse est le fruit d’une collaboration avec le brgm intitulée « Origine des minéralisations de fluorine CaF2 de la bordure sud-est du Bassin de Paris (Morvan, France) » qui a permis le financement du salaire pendant 3 ans. Le projet « Age et nature des circulations de fluides à l’origine de minéralisations économiques (CaF2) dans un bassin intracratonique (Sud-Est du Bassin de Paris, France) » financé par l’Action sur projet de l’INSU « Connaissance et Technologie du Sous-Sol pour son Exploitation et Usage Durable (CESSUR) » en 2012 a permis de réaliser une partie des analyses.

Thèse « Origine des minéralisations stratiformes de fluorine de la bordure sud-est du bassin de Paris« 

20 juin 2015 /

Le sous-sol français renferme l’une des plus importantes réserves de fluor du monde. En effet, la fluorine est l’un des seuls minéraux contenant assez de fluor pour être exploité : près de 5,5 Millions de tonnes de ce minéral sont présents dans des gisements localisés en Bourgogne, ce qui place la France au sixième rang mondial des pays ayant des réserves connues. Le fluor est un élément hautement important pour l’économie française car beaucoup d’industries en dépendent. Le fluor est indispensable à la fabrication de nombreux composants permettant à la France d’être en bonne position dans le domaine de l’énergie ou de l’automobile. C’est un élément de base utilisé pour séparer les isotopes de l’U dans la fabrication des combustibles nucléaires, ou pour la fabrication de l’acide fluorhydrique (HF) qui permet d’éliminer tous les oxydes inorganiques dans l’industrie du verre, des aciers inoxydables (automobile, éolienne, hydrolienne…) ou du silicium des semi-conducteurs (électronique, photovoltaïque, voiture électrique), ou encore dans son utilisation comme catalyseur des réactions du butène dans le raffinage du pétrole. Son utilisation s’invite même dans notre vie quotidienne en composant nos dentifrices, les mousses synthétiques de nos matelas, les gaz réfrigérants de nos réfrigérateurs ou nos casseroles au téflon. A ce titre, le fluor est classé par l’Union Européenne comme un élément critique du fait de son importance économique et de notre quasi totale dépendance des importations venant de Chine.
De plus, d’un point de vue académique, de grandes incertitudes subsistent sur l’origine du dépôt de fluorine dans les couches sédimentaires. Une origine pratiquement syn-sédimentaire (fini-trias à début jurassique) pour beaucoup de gisements est suggérée, mais est-ce vraiment le cas? Combien y a-t-il de générations? Dans quel contexte géologique se met en place la fluorine bourguignonne? Toute ces questions m’ont poussé il y a un peu plus de quatre ans maintenant à démarrer un programme de recherche en collaboration avec le Brgm. Ce programme me tenait à coeur car étant originaire du Morvan (Rouvray –> à 7 km du gisement de Coucelles-Frémoy…), je me suis depuis longtemps posé la question de leur formation. Ce projet s’intègre parfaitement dans les thématiques de ma recherche dont une partie vise à comprendre l’évolution physico-chimiques des sédiments remplissant les bassins. Allier une question scientifique (compréhension de la diagenèse) sur une région que je connais par coeur a donc clairement initié ce projet. La volonté du laboratoire GEOPS à étudier les ressources (la volonté de Maurice Pagel à aller dans ce sens a été déterminante) et le soutien financier du brgm a permis de mener à bien ce projet avec le recrutement de Morgane Gigoux qui a effectuée sa thèse de doctorat sur cette thématique. Les réserves françaises de fluorine ont pu être examinées de très près en essayant d’en caractériser leur origine. L’objectif final est simple : mieux comprendre leur formation permettra de mieux orienter les futures prospections. Les gisements observés de l’échelle de l’affleurement jusqu’à l’échelle microscopique par différentes méthodes les ont conduit à déterminer très précisément l’âge de formation de ces gisements afin de pouvoir les intégrer dans une histoire géodynamique globale. C’est avec plaisir que une partie des travaux vient d’être publiée  dans la revue Mineralium Deposita, ce qui démontre l’intérêt géologique du site étudié (Pierre-Perthuis).

Afin de reconstruire une origine de mise en place dans un cadre géodynamique bien contraint, l’information la plus importante à obtenir est l’âge de la minéralisation. L’étude a porté sur un des gisements bourguignons, celui de Pierre-Perthuis (1,4 Mt de fluorine). Le niveau minéralisé se localise dans les premiers niveaux sédimentaires ici dolomitiques, remplissant la base du bassin de Paris dans sa partie sud-ouest, et déposés à la fin du Trias (vers 210 Ma). Les échantillons collectés sur le terrain ont été minutieusement observés à l’aide de plusieurs microscopes : photonique, à cathodoluminescence et électronique. Le gisement renferme environ une trentaine de pour cent de fluorine, le reste étant principalement du quartz et de la barytine. Cette phase d’observation a permis d’identifier et individualiser une même génération de cristaux de fluorine bien homogène sur six échantillons. Les fluorines contiennent une infime quantité d’éléments de Terres rares (quelques dizaine de ppm ou 0,001%) dont du Samarium (147Sm ) et Néodyme (143Nd/144Nd). Même en infime quantité, les isotopes du Samarium et Néodyme ont été analysés au spectromètre de masse. Cette méthode géochronologique permet d’obtenir un âge de minéralisation et donc de mise en place du volume de fluorine qui est ici daté du Crétacé inférieur (130 Ma), soit 80 Ma d’années après le dépôt sédimentaire carbonaté. Cette période est marquée par des mouvements géodynamiques importants avec le début de l’ouverture de l’Atlantique centrale, le Rifting du Golfe de Gascogne et des Pyrénées. Ces mouvements se font ressentir jusque dans la moitié nord de la France, où les bordures du bassin de Paris se sont surélevées. Cette surélévation a engendré un gradient hydraulique, qui a pu mettre en mouvement des fluides circulant à la base du bassin. Cette circulation est à l’origine de la mise en place de ces importants gisements en France. Du point de vue de l’exploration, ces minéralisations reconnues sur la bordure affleurante sud-ouest du bassin, pourraient être présentes également dans le même niveau mais à l’intérieur du bassin.

Gigoux, M., Delpech, G., Guerrot, C., Pagel, M., Augé, T., Négrel, P., Brigaud, B., 2015. Evidence for an Early Cretaceous mineralizing event above the basement/sediment unconformity in the intracratonic Paris Basin : paragenetic sequence and Sm-Nd dating of the world-class Pierre-Perthuis stratabound fluorite deposit. Mineralium Deposita. 50 : 455–463

Retrouvez cet article sur le site web de l’Université: http://www.actu.u-psud.fr/fr/recherche/actualites-2015/sur-la-piste-du-fluor-francais.html

29 décembre 2011 /

logoasfLes résultats des études intitulées « Observations sédimentologiques et diagénétiques des minéralisations de fluorine (CaF2) sur la bordure sud-est du Bassin de Paris (Morvan, France) [PDF] »  et « Sédimentologie, architecture stratigraphique et diagenèse des formations purbeckiennes de l’Est du Bassin de Paris (transition Jurassique/Crétacé, Haute-Marne, France) [PDF] » ont été présentées lors du 13ème Congrès Français de Sédimentologie à Dijon.

 

Résumés:

Observations sédimentologiques et diagénétiques des minéralisations de fluorine (CaF2) sur la bordure Sud-Est du Bassin de Paris (Morvan, France)

L’objectif principal de cette étude est d’examiner les gisements stratiformes de fluorine de la bordure Sud-Est du Bassin de Paris et d’essayer de comprendre et conceptualiser leur origine.

L’approche sédimentologique et diagénétique permet de mieux comprendre la part de l’histoire sédimentaire et diagénétique dans la formation de ces gisements et de préciser le fonctionnement des systèmes paléo-hydrologiques du Bassin de Paris.

Ce travail présente les résultats préliminaires sédimentologiques, diagénétiques et géochimiques obtenus sur un des gisements du Plateau d’Antully (Le Marquisat, Saône-et-Loire). L’étude sédimentologique a permis de mettre en évidence un système sédimentaire fluviatile en tresse, comme processus de dépôt des sables formant les grès d’Antully. Les barres sableuses constituent ainsi des corps sédimentaires très poreux pouvant laisser la place au développement de minéralisations.

L’étude pétrographique en cathodoluminescence et au MEB a permis de mettre en évidence une quinzaine de phases de minéralisations dans ce gisement. Une première phase de silicification (Q1) se développe en surcroissance à partir des grains de quartz détritiques. Ensuite, une première phase de fluorine (F1) se développe de manière très limitée en terme de volume. D’une teinte violacée, elle présente des cristaux de plusieurs dizaines de micrométriques. En continuité de F1, une deuxième génération de fluorine (F2) présente des teintes bleutées en cathodoluminescence et apparaît anhédrale. La limite extérieure de F2 est irrégulière, crénelée et son contact avec les cristaux postérieurs n’est pas net, marquant une dissolution. Cette phase de dissolution est associée à une cristallisation de calcite. Une troisième génération de fluorine (F3) apparaît très zonée en cathodoluminescence, avec des teintes variant du violet, au gris, et présentant des cristaux de taille pouvant atteindre 200µm. Une deuxième phase de silicification (Q2) apparaît rouge et zonée en cathodoluminescence. Elle est suivie par une quatrième phase de fluorine, très zonée également. La porosité résiduelle est colmatée par une cinquième phase anhédrale de fluorine (F5), apparaissant très bleue en cathodoluminescence. Une sixième phase (F6) se développe dans des fractures/ou fissures parallèles à la stratification et forment des phénocristaux de taille pluri-centimètrique. Des microcristaux de pyrite (FeS2), sphalérite (ZnS), galène (PbS) et barytine (BaSO4) sont associées aux phases de fluorine. Des analyses géochimiques sont en cours d’acquisition (LA-ICP-MS – Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) et devront permettre de caractériser les spectres de terres rares des différentes générations.

Sédimentologie, architecture stratigraphique et diagenèse des formations purbeckiennes de l’Est du Bassin de Paris (Transition Jurassique/Crétacé, Haute-Marne, France)

Une étude couplant la sédimentologie de faciès, la stratigraphie séquentielle, la géochimie isotopique et la diagenèse a été réalisée sur les formations purbeckiennes de l’Est du Bassin de Paris. Les objectifs sont de (1) préciser le timing des changements paléo-environnementaux s’opérant durant cette période, de (2) contraindre l’architecture stratigraphique de ces formations sédimentaires et de (3) proposer une paragenèse minérale de cette série. Les observations d’affleurements, localisés en Haute-Marne entre Joinville et Saint-Dizier, ainsi que les observations microscopiques illustrent 13 faciès ou microfaciès pouvant être regroupés en 7 associations de faciès (F1 à F7) caractéristiques de 7 environnements de dépôts. Ces microfaciès se disposent sur une rampe mixte carbonatée, évaporitique et silicoclastique. Les dépôts caractéristiques des associations F1, F2 et F3 sont carbonatés, allant d’alternances marno-calcaires d’offshore inférieur à des calcaires grainstones à oolites d’environnements de shoreface. F4 et F5 sont caractéristiques de milieux intertidaux et de lagon. L’association F6 est caractérisée par des faciès dolomitiques, évaporitiques (anhydrite) et argileux caractérisant un milieu restreint de type sabkha. F7 présente des faciès sableux ou des argiles riches en matière organique se déposant dans un environnement fluvio-deltaïque. L’étude séquentielle met en évidence 8 séquences stratigraphiques dont 4 remplissent une paléo-dépression. La 8ème séquence, marquée par la présence des chenaux et des faciès sableux, incisent clairement toutes les précédentes séquences. Les observations des phases minérales montrent 7 stades successifs de cimentation (4 phases calcitiques, 1 phase de dolomitisation, 1 phase de silicification et 1 phase de fluorine). Dans le faciès oolitiques, après un stade de dissolution, une phase précoce de cimentation calcitique formant des scalénoèdres semble caractéristique d’une cristallisation en milieu météorique. Les analyses isotopiques (δ13C) effectuées dans ces faciès oolitiques (F3) enregistrent une diagenèse en zone météorique phréatique et confirment l’intrusion de fluides météoriques. La calcite des faciès d’environnements de sabkha (F6) montre des valeurs δ18O très positives, confirmant le confinement de ce milieu lors de la précipitation des carbonates. Cette étude permet d’illustrer la grande variabilité des faciès à la transition Jurassique/Crétacé dans l’Est du Bassin de Paris. Une paléo-dépression assimilable à un synclinal se remplissant par de sédiments carbonatés et évaporitiques semble se former à la fin du Jurassique. Une tendance à la continentalisation est perceptible à la transition Jurassique/Crétacé et permet la mise en place de circulations météoriques dans le sommet de la pile sédimentaire du Jurassique, responsable de la dissolution partielle des oolites et bioclastes et de la cristallisation des ciments scalénoédraux.

 

 

15 mai 2011 /

Après une première journée d’échantillonnage fin décembre 2010, le 9 mai, avec mon stagiaire de M2 Yasine Daoud, nous sommes allés échantillonner le gisement de Pierre-Perthuis. Ce gisement, répartit sur deux panneaux, renferme 1,4 Million de tonnes de Fluorine, ce qui en fait un gisement de classe mondiale. Une dizaine d’échantillon a été prélevé afin de compléter ceux collectés au mois de décembre 2010.

Voir l’article suivant pour la problématique de l’étude:

http://hebergement.u-psud.fr/brigaud/terrain-antully/

30 avril 2011 /

Le 25 avril 2011, Georges Gand (paléontologue), et deux de mes stagiaires de Master (Ludovic Lafforgue et Yasine Daoud) et moi-même sommes allés visiter les anciennes carrières localisées sur les deux gisements de fluorine du plateau d’Antully. Les réserves estimées sont très importantes sur les 2 gisements du plateau (environ 2 Millions de tonnes de fluorine), ce qui en font des gisements de classe mondiale. Cependant aucune étude scientifique depuis près de 30ans n’a été réalisée sur ces gisements, et l’origine de la minéralisation reste inconnue (nature du fluide, âge…). L’objectif de cette étude est de mieux comprendre l’origine de ces minéralisations en fournissant un modèle métallogénique détaillé (origine des fluides, origine du Fluor, timing, replacement dans la géodynamique du Bassin de Paris).

Une vingtaine d’échantillons de grès ont été prélevés, ainsi que quelques échantillons présentant des cristaux centrimétriques cubiques de fluorines. Hormis quelques rares échantillons, la quasi-totalité de la fluorine se trouve sous forme de ciment colmatant les pores entre les grains de quartz. Les grès sont donc intensément cimentés, et la reconnaissance la fluorine sous forme de ciment à la loupe de terrain n’est pas aisée. Des lames minces de ces échantillons ont été rapidement réalisés, montrant plusieurs générations de fluorine apparaissant très zonées en cathodoluminescence. Ces échantillons feront l’objet par la suite d’analyses:

(1) ICP-MS afin de déterminer les éléments chimiques en traces (U, Th, Sr, élément des terres rares…),

(2) TIMS afin de déterminer le rapport isotopique Sm/Nd pour essais de datations

(3) et d’extraction de l’He pour essais de datation (U-Th)/He

Avec l’étude d’autres gisements de la bordure nord et ouest du Morvan, ce projet « sur l’origine des minéralisation riches en Fluorine de la bordure du Morvan » est un des premiers entrepris depuis mon arrivé à Orsay en tant que Maître de conférence. Ce projet n’est qu’à ses premiers balbutiements,  et j’espère entreprendre des collaborations avec des autres établissements: des discussions sont en cours avec le brgm… à suivre.

En ce qui me concerne, il rentre dans l’axe « Traçage des paléocirculations hydrologiques dans les bassins sédimentaires et minéralisations associées (calcite, fluorine, Pb-Zn…) » que je souhaite développer dans mes recherches. En tant que Morvandiau, ce projet me tient particulièrement à cœur…

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