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Soutenance de thèse de Rémi Belissont

Mardi 15 mars 2016 à 9h 30, amphi du CRPG

Germanium et éléments associés dans les sulfures : cristallochimie, modes d’incorporation et fractionnement isotopique

Résumé

Le germanium et certains éléments associés (Ga, In) sont considérés comme critiques dans nombre d’industries des hautes technologies (électronique, panneaux solaires, fibre optiques). Le Ge étant distinctement sidérophile, lithophile, chalcophile et organophile, il est par exemple un traceur géochimique important en cosmochimie et pour l’étude des systèmes hydrothermaux. Cependant, de nombreuses études relèvent un manque de données nécessaires à la compréhension de la géochimie du cycle du Ge et des facteurs qui contrôlent son incorporation dans les minéraux et les gisements métalliques. Il n’existe pas de gisement spécifique de Ge mais il est présent à l’état de traces dans de nombreux types de dépôts minéralisés, notamment les gisements à Pb–Zn de bassins (MVT, SedEx) associés à des fluides de basse température. Les développements analytiques en LA-ICPMS et MC-ICP-MS permettent respectivement d’acquérir un grand nombre de données in situ de concentrations en éléments traces et de détecter de faibles variations isotopiques.

L’analyse du Ge par LA-ICP-MS a été affinée afin de pouvoir acquérir des mesures précises et reproductibles de la concentration en Ge et éléments associés dans les sulfures. L’utilisation de statistiques multivariées, notamment l’analyse en composantes principales (ACP), a été appliqué à ces données afin d’identifier les corrélations élémentaires et de préciser leur interprétation. Les cibles de cette étude concernent le gisement filonien à Zn de Saint-Salvy associé à des circulations de type MVT (Massif Central, France), le gisement filonien à Cu de Barrigão (Ceinture pyriteuse ibérique, Portugal) associé à une re-mobilisation de VMS, et le gisement à Zn–Cu de Kipushi (R.D. Congo). Dans ces gisements, les porteurs de Ge les plus importants sont respectivement la sphalérite (jusqu’à 2580 ppm), la chalcopyrite (jusqu’à 5750 ppm) et la réniérite (5,0–9,1 %). Une ACP appliquée aux signatures en éléments traces des sphalérites de nombreux gisements met en en évidence une relation de premier ordre entre la concentration en Ge et le type de gisement : Ge, Ga et Sb sont associés aux gisements de basse température (MVT, SedEx), alors que In est associé aux gisements de plus haute température lié à des processus magmatiques.

La spectroscopie d’absorption des rayons X par rayonnement synchrotron (XAFS) a permis d’étudier la cristallochimie du Ge. Des synthèses expérimentales de sphalérites dopées en Ge ont été conduites pour mesurer l’effet de la température sur le partage élémentaire et le fractionnement isotopique du Ge, Δ74GeZnS sol. Les résultats mettent en évidence la présence de Ge4+ en coordination tétraédrique dans tous les sulfures analysés. En tenant compte des corrélations élémentaires observées dans la sphalérite et la chalcopyrite, ceci suggère que le Ge est respectivement incorporé par substitutions couplées comme 3Zn2+ <-> Ge4+ + 2(Cu,Ag)+ et 3Fe3+ <-> 2Ge4+ + Cu+. Une forte activité en éléments monovalents (Cu, Ag) pourrait alors favoriser l’enrichissement en Ge dans les sulfures. Les teneurs élevées en Ge des sphalérites expérimentales, sans l’intervention d’éléments monovalents, montrent que Ge peut être intégré grâce à la création de lacunes comme 2Zn2+ <-> Ge4+ + ⇤, spécialement à haute activité en S, lorsque la sphalérite est déficitaire en Zn.

La corrélation positive δ74Ge−[Ge]ZnS des sphalérites de Saint-Salvy indiquerait alors que le coefficient de partage, DGe = [Ge]ZnS/[Ge]sol, augmenterai avec T, impliquant une réaction exothermique. Les compositions isotopiques en δ74Ge des sulfures étudiés varient de –5,72 ‰ à +3,67 ‰. Les compositions légères mesurées dans les gisements de Saint-Salvy et Barrigão semblent liées à des variations de température des fluides (basse à moyennes T) lors de l’incorporation de Ge en système ouvert, alors que la tendance marquée vers les compositions isotopiques lourdes à Kipushi indiquerait un fractionnement de Rayleigh.

Jury

Robert MORITZ (Université de Genève, Suisse), rapporteur
Stefan WEYER (Université Leibniz de Hanovre, Allemagne), rapporteur
Nigel COOK (Université d’Adélaïde, Australie), examinateur
Etienne DELOULE (CNRS, CRPG, Nancy), examinateur
Alain MANCEAU (CNRS, ISTerre, Grenoble), examinateur
Michel CATHELINEAU (CNRS, GeoRessources, Nancy), directeur de thèse
Marie-Christine BOIRON (CNRS, GeoRessources, Nancy), co-directeur de thèse
Béatrice LUAIS (CNRS, CRPG, Nancy), co-directeur de thèse




publié vendredi 4 mars 2016