benjamin brigaud

sédimentologue

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Les fluorines de Bourgogne à la Une du site web de l’INSU-CNRS

11 janvier 2016 /

Prospection sur le plateau d’Antully, fev 2013. © Benjamin Brigaud

Le sous-sol français renferme l’une des plus importantes réserves de fluor du monde. Des chercheurs de laboratoire GEOPS (CNRS, Université Paris-Sud), en collaboration avec le BRGM, ont examiné de près ces réserves françaises de fluorine, le minéral hôte, pour en caractériser l’origine. L’objectif estde mieux comprendre leur formation afin de mieux orienter les futures prospections. Les gisements ont été observés de l’échelle de l’affleurement jusqu’à l’échelle microscopique par différentes méthodes, ces travaux les ont conduit à déterminer très précisément la nature et la température des fluides minéralisateurs et d’établir un rapprochement avec les grands événements géodynamique dont l’ouverture de l’Atlantique. Ces travaux sont publiés dans la revue Ore Geology Review.


Observation en cathodoluminescence de cubes de fluorine, apparaissant en violet. © Morgane Gigoux

Le fluor, un élément aux usages multiples dans l’industrie

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’uranium 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. Il est également présent 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.

Afin de reconstruire le cadre géodynamique dans lequel les gisements français de fluorine se sont mis en place, les températures de cristallisation, salinité et âge ont été recherchées. L’étude a porté sur quatre importants gisements bourguignons encaissés dans des calcaires, dolomites et grès. Le niveau minéralisé se localise toujours dans les premiers niveaux sédimentaires remplissant la base du bassin de Paris dans sa partie sud-ouest, et déposés à la fin du Trias et début du Jurassique (210-195 Ma). Les échantillons collectés sur le terrain ont été minutieusement observés à l’aide de plusieurs microscopes: photonique, à cathodoluminescence et électronique. Les gisements renferment environ une trentaine de pourcent de fluorine (CaF2), le reste étant principalement du quartz (SiO2) et de la barytine (BaSO4).

Cette phase d’observation a permis d’identifier les deux principaux événements minéralisateurs avec d’abord une phase de dissolution des carbonates suivie par la cristallisation de fluorine, barytine et quartz à partir de fluides à la salinité de type CaCl2, comprise autour de 10%, à des températures comprises entre 80 et 100°C, parfois plus élevées (jusqu’ 200°C). Le stade principal de minéralisation de fluorine a été daté à 130 Ma, soit 80 Ma d’année après le dépôt sédimentaire carbonaté.


Gisement de Pierre-Perthuis, © Benjamin Brigaud

Le lien avec les grands mouvements de plaques tectoniques

Cette période de formation des gisements de fluorine de Bourgogne est marquée par des mouvements géodynamiques importants avec le début de l’ouverture de l’Atlantique centrale, le Rifting du Golfe de Gascogne et la zone de rifting qui était positionnée à la place 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. Des fluides météoriques se sont infiltrés jusqu’à plusieurs kilomètres de profondeur dans le socle granitique en s’enrichissant en fluor (F). Ces fluides chauds remontent ensuite par l’intermédiaire d’un réseau de faille et le dépôt de fluorine se produit dans un milieu riche en Calcium (Ca), présent dans les roches carbonatées ou grès à ciment calcitique. Cette circulation est à l’origine de la mise en place de ces importants gisements en France à la base du bassin de Paris.

Ce modèle implique que des gisements peuvent être présents vers l’intérieur du bassin et à sa base. Il faut donc explorer l’interface socle/couverture sédimentaire proche des zones faillées vers l’intérieur du bassin.

Retrouvez l’actu de l’Insu du 5 janvier 2016 sur les travaux de GEOPS sur les Fluorines.

Article sur le site web de l’INSU

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

10 mars 2014 /

Dans le cadre d’une sortie pour l’Association des Géologues de l’Université Paris-Sud (AGUPS), j’ai conduit les membres de l’association dans l’Yonne sur les affleurements du Jurassique supérieur de la vallée de l’Yonne et sur l’affleurement du gisement de fluorine de Pierre-Perthuis.

Le Jurassique est connu comme étant une période très favorable pour le développement de plateformes carbonatées dans les bassins ouest-téthysiens. De nombreuses études ont été menées dans divers bassins intracratoniques en France, Espagne, Angleterre, Allemagne, Pologne, Suisse ou encore Egypte, permettant d’avoir un cadre biostratigraphique bien contraint. Néanmoins, la part relative des différents facteurs de contrôle (eustatisme, tectonique, chimie de l’océan ou climat) sur le développement des systèmes carbonatés dans ces bassins demeure compliquée à mettre en évidence. Dans le contexte actuel de changements environnementaux liés aux activités anthropiques (relargage de CO2, déforestation, pollution…), il convient de mieux comprendre l’évolution et le fonctionnement de certains écosystèmes très riches comme les lagons et récifs coralliens des mers subtropicales. En effet, ces écosystèmes de lagons et plus largement ceux des plateformes carbonatées peu profondes peuvent être particulièrement sensibles aux effets directs de ces activités anthropiques comme le réchauffement climatique, la hausse du niveau marin, l’acidification des eaux de surface, l’augmentation du relargage de particules fines (boue). Les carbonates du Jurassique supérieur sont un très bon exemple pour étudier et discuter les facteurs contrôlant la formation d’une plateforme carbonatée car ils permettent d’observer les faciès depuis sa partie distale jusqu’au lagon, en passant par les faciès bioconstruits.
Par ailleurs, les formations carbonatées présentent un intérêt économique et sociétal non négligeable dans le monde car ces formations portent d’importantes réserves de pétrole au Moyen-Orient, ou ailleurs dans le monde, ce qui suscite beaucoup d’études d’explorations.
Dans le Bassin de Paris, les carbonates du Jurassique forment les encaissants d’une couche argileuse dans laquelle l’Andra (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs) projette la réalisation d’un stockage de déchets radioactifs à l’horizon 2025. En région parisienne, dans l’Aube ou dans la Marne, les carbonates du Jurassique sont actuellement étudiés pour leur potentiel géothermique ou comme cible possible pour la séquestration de CO2, et constituent donc un réservoir pétrolier. Les affleurements du Jurassique supérieur de l’Yonne constitue ainsi un analogue de réservoir pétrolier, très pédagogique à étudier aussi bien d’un point de vue académique qu’appliqué.

Le gisement de fluorine de Pierre-Perthuis dans l’Yonne forme une des plus importantes réserves de CaF2 au monde, avec une réserve estimée à 1,4 Million de tonnes. Comme la fluorine est le principal minéral contenant du Fluor, et que le Fluor se trouve parmi la vingtaine de substances chimiques classées comme étant stratégique* par l’union européenne, ce gisement se trouve être un objet intéressant à présenter aux étudiants. Il est à noter que d’un point de vue académique, une collaboration entre l’Université Paris-Sud et le brgm est en cours afin de contraindre la période de mise en place de ces sédiments d’âge triasique. D’une manière pédagogique, la présence de plusieurs générations de baryte, quartz, carbonate de cuivre ou de fluorine permet d’initier les étudiants à l’élaboration d’une paragenèse minérale sur le terrain.

*La fluorine est une substance de base pour la fabrication de l’acide fluorhydrique, utilisé couramment dans l’industrie comme réactif de purification de l’aluminium et de l’uranium, pour éliminer des impuretés oxydées de l’acier inoxydable ou les oxydes à la surface du silicium dans l’industrie des semi-conducteurs, pour attaquer le verre ou comme catalyseur de certaines réactions dans le raffinage du pétrole. Il est également utilisé pour la fabrication de composés organiques contenant du fluor, comme le téflon ou les gaz utilisés en réfrigération comme le fréon.

 

 

14 décembre 2013 /

Les études ci-dessous, réalisées dans le cadre de thèses, travaux de Master ou d’un projet de recherche Andra/CNRS ont été présentées lors du 14ème Congrès de Sédimentologie à Paris (5-7 novembre 2013).

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Sédimentologie et diagenèse des carbonates du Cénomanien moyen

-Andrieu S., Brigaud B., Rabourg T. 2013. Origine de l’évolution des systèmes sédimentaires carbonatés et de l’architecture stratigraphique au Cénomanien moyen (nord du Bassin Aquitain, France). 14ème Congrès Français de Sédimentologie, Paris – Livre des résumés, Publ. ASF, n°73, p. 3.

-Rabourg T., Brigaud B., Andrieu S. 2013. Origine et timing des processus diagénétiques des carbonates du Cénomanien moyen : impact sur les propriétés pétrographiques et de porosité (nord du Bassin Aquitain). 14ème Congrès Français de Sédimentologie, Paris – Livre des résumés, Publ. ASF n°73, p. 344

Simon Andrieu et Thomas Rabourg ont étudié dans le cadre de leur M2 des carrières et carottes de carbonates du Cénomanien moyen appartenant à la Société Rocamat. Pour cette société, le but a été (1) de reconstruire la géométrie du gisement de calcaire (épaisseur, largeur, longueur et type de faciès) et de (2) comprendre l’origine de sa couleur jaune; cette couleur étant une qualité très recherchée par Rocamat. Une carte 3D de la distribution des faciès calcaires du gisement a été établie. L’installation de ces faciès est contrôlée par un cycle transgressif et des conditions de l’eau de mer de type hétérotrophique. Des oxydes de fer précipitant sur les microcristaux de calcite sont responsables de la couleur jaune du calcaire. L’origine du Fer est probablement à rechercher dans la dissolution des glauconies, présentent dans ces calcaires.

Projet Andra/CNRS

Brigaud B., Zeyen H., Pessel M., Saintenoy A., Saïag J., Vincent B., Hayet M. 2013. Origine de la structuration de la plate-forme carbonatée bajocienne de l’est du bassin de paris : apport du couplage sédimentologie/géophysique de surface. 14ème Congrès Français de Sédimentologie, Paris – Livre des résumés, Publ. ASF n°73, p. 60.

L’objectif de cette étude a été de mieux comprendre l’architecture stratigraphique assez complexe du Bajocien de l’Est du Bassin de Paris à l’aide d’une étude de terrain et géophysique.

Projet Fluorine

Gigoux M., Brigaud B., Delpech G., Pagel M., Augé T., Guerrot C., Rad S. 2013. Les gisements stratiformes de fluorine de la bordure Sud-est du Bassin de Paris (Morvan) : Paragenese, élements traces et isotopes Sr-Nd. 14ème Congrès Français de Sédimentologie, Paris – Livre des résumés, Publ. ASF n°73, p. 168.

Dans le cadre de la thèse de Morgane Gigoux, l’origine de la mise en place des gisements en F de taille mondiale est recherchée à travers des études pétrographiques et géochimiques.

Diagenèse des grès

Saïag J. , Brigaud B., Portier E., Pagel M., Désaubliaux G., Bucherie A. 2013. Contrôle sédimentologique sur les procesus diagénétiques des grès tidaux de la Formation Cape Hay : Impact sur les propriétés réservoirs (Permien, Bassin de Bonaparte, Nord de l’Australie). 14ème Congrès Français de Sédimentologie, Paris – Livre des résumés, Publ. ASF n°73, p. 370.

Dans cette étude réalisée dans le cadre d’une collaboration avec Gdf-Suez, l’origine des fortes perméabilités et porosités des grès enfouis à plus de 3500 m de profondeur est recherchée. Un facteur de contrôle très important est la présence de grain coatings de chlorite, qui favorise la préservation des qualités réservoirs à grandes profondeurs.

Paléoclimat et argiles

Pellenard P., Brigaud B., Deconinck J-F., Dera G., Gigoux M., Hermoso M., Pucéat E., Bruneau L. 2013. Apport des minéraux argileux aux reconstitutions paléoclimatiques du Jurassique. 14ème Congrès Français de Sédimentologie, Paris – Livre des résumés, Publ. ASF n°73, p. 323.

Dans cette présentation, Pierre Pellenard a réalisé une synthèse des données d’argiles à l’échelle du Jurassique en Europe. Il en ressort un potentiel signal paléoclimatique: les périodes avec beaucoup de kaolinite correspondraient à des périodes plutôt chaudes et humides.

Carbonate et Vp

Régnet J-B., Robion, P., Brigaud B., David C., Yven B. 2013. Faciès et propriétés pétrophysiques des carbonates néritiques : exemple du jurassique supérieur de l’Est du Bassin de Paris. 14ème Congrès Français de Sédimentologie, Paris – Livre des résumés, Publ. ASF n°73, p. 350.

Ce travail a été présenté dans le cadre de la thèse de Jean-Baptiste Régnet et d’un projet Andra/CNRS.

Diagraphie et Modélisation

Vincent B., Brigaud B., Jobard E., Fleury M., Yven B., Landrein P., Trouiller A. 2013. Coupled NMR log /lab investigation of carbonates : an application for hydrogeological purpose to the Jurassic limestone of the Paris Basin (France). 14ème Congrès Français de Sédimentologie, Paris – Livre des résumés, Publ. ASF n°73, p. 407.

Benoît Vincent a présenté l’intérêt d’utiliser les diagraphies RMN afin de mieux modéliser en 3D les propriétés des réservoirs carbonatés (faciès, porosité, perméabilité).

 

5 septembre 2013 /

à télécharger : 2013_brigaud_SGA

Stratiform fluorite deposits in the south-eastern part of the Paris basin (Morvan): paragenetic sequence, trace elements and Sr-Nd isotopes

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Abstract: In France, stratiform fluorite deposits occurred at the base of Mesozoic sedimentary units from the Paris Basin around the Morvan massif, and reserves are estimated to about 5Mt. Detailed paragenetic sequence fluid nature and the timing of the mineralization are still poorly constrained. In this study we examine the petrographical properties, trace elements composition and isotopic signatures of the fluorite deposits. These investigations provide insights into the parameters controlling the mineralization stages. The petrographical observations revealed a distinct growth zonation of fluorite crystals and a mineral paragenesis composed of
multiple fluorite stages associated with various minerals (barite, sphalerite, galena and others). Significant variations of U, Th, Sr, Ba, and especially U/Th ratios are recorded from all fluorite stages. Concerning Rare Earth Element (REE), a bell-shaped pattern is recognized for all fluorite stages. Sr isotopic data of fluorite (87Sr/86Sr=0.7119 to 0.7134) are incompatible with a seawater signature. Available microthermometric data and the thermal history of the basin indicate hydrothermal fluid flow. A preliminary isochron data suggest a Lower Cretaceous age for the fluorite mineralization at the Pierre-Perthuis deposits.

26 février 2013 /

Début février 2013, des carottes ont été réalisées par la société Garrot-Chaillac sur le gisement de fluorine du Marquisat en Saône-et-Loire, encaissé dans une formation gréseuse. Dans le cadre de la thèse de Morgane Gigoux, les carottes prélevées sur trois forages ont été étudiées en détail malgré le froid hivernal ! Par ailleurs, avec Georges Gand, les affleurements dans d’anciennes carrières, présentes sur le gisement ont également été étudiés. Les échantillons prélevés feront l’objet d’une étude détaillée pétrographique et géochimique afin de caractériser le processus de minéralisation dans ces grès.

 

28 septembre 2012 /

Ce terrain a eu pour but d’analyser les affleurements de la base de la série sédimentaire du Lias sur la bordure nord du Morvan, et de prélever des échantillons comportant des minéralisations en barytine et fluorine. Les échantillons récoltés dans le cadre de la thèse de Morgane Gigoux feront l’objet d’analyses pétrographiques (MEB, cathodoluminescence) et géochimiques (ICP-MS).

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