Origine et évolution hydrothermale des dépôts ferreux d’âge Cambrien en Iran

Grâce à l’analyse des grains de magnétite, une équipe a pu déterminer l’origine et l’évolution de dépôts ferreux situés dans le nord-ouest de l’Iran, révélant notamment la complexité de l’histoire hydrothermale subie par ces minerais. 

La magnétite et son message chimique

La magnétite est un minéral bien connu pour ses propriétés magnétiques, qui en font l’un des principaux composant pour la fabrication des aimants. La magnétite présente cependant d’autres propriétés qui lui permettent d’être un indicateur fiable des conditions environnementales dans lesquelles elle s’est formée. Il s’agit en effet d’un minéral particulièrement résistant à l’altération chimique et à l’érosion mécanique, qui possède la capacité d’intégrer de nombreux éléments traces. Cela lui permet de traverser le temps tout en étant porteur d’un message chimique permettant de déterminer les conditions lors de sa formation, et donc son origine.

Ainsi, une magnétite formée en contexte magmatique aura une signature géochimique (e.g. éléments des terres rares) et isotopique (e.g. isotopes du fer et de l’oxygène) différente d’une magnétite formée en contexte hydrothermal.

Des dépôts ferreux liés à l’étape de la Grande Oxydation

En Iran, il existe des dépôts de fer datant du Néoprotérozoïque-Cambrien (-1000 à -542 millions d’années environ) jusqu‘au Mésozoïque et Cénozoïque. Si certains, dans le centre du pays, sont associés à l’ouverture de l’océan Paléo-Téthys, d’autres, notamment ceux situés dans la zone de Sanandaj-Sirjan (SSZ) sont associés à la subduction et fermeture de l’océan Néo-Téthys. On trouve ainsi dans cette zone de nombreux dépôts ferreux et ferromagnésien d’origine volcano-sédimentaire ou hydrothermale. La partie nord de ces dépôts de minerais, notamment dans la région de Takab, est cependant encore très peu caractérisée. Des études préliminaires ont montré qu’il s’agissait de fers rubanés (BIF pour Banded Iron Formation).

Ce type de roche sédimentaire représente actuellement le principal minerai de fer exploité dans le monde. Les fers rubanés témoignent de conditions oxydantes dans des océans primitifs riches en ions ferreux au moment de leur formation. Ces conditions sont associées à une évolution majeure, qui est celle de la biosphère à cette période de la fin du Protérozoïque, avec notamment le développement d’algues photosynthétiques produisant de l’oxygène (c’est ce qu’on appelle l’étape de la Grande Oxydation). La majorité des gisements de fers rubanés protérozoïques contiennent de l’hématite (Fe₂O₃), mais certains contiennent également de la magnétite (Fe₃O₄, mélange de Fe₂O₃ [Fe³⁺] et de FeO [Fe²⁺]).

Une origine magmatique mais plusieurs phases de circulation de fluides hydrothermaux

Les gisements de fers rubanés étudiés ici à Takab, au nord de la zone de Sanandaj-Sirjan, contiennent essentiellement de la magnétite et se sont formés dans des conditions sub-oxiques. Leur particularité est qu’ils montrent des traces importantes de circulation de fluides. Pour préciser l’origine et l’évolution de ces minerais de fer, Christiane Wagner (ISTeP) et ses collègues, ont donc analysé les isotopes du fer et de l’oxygène ainsi que les éléments traces présents dans les grains de magnétite des dépôts de Takab.

Les résultats, publiés dans la revue Minerals, révèlent que ces dépôts ferreux sont majoritairement d’origine volcano-sédimentaire (BIF) et affectés par une signature hydrothermale ultérieure à leur dépôt. Si les analyses montrent que la magnétite aurait une origine hydrothermale de haute température, il y a également des éléments qui indiquent une seconde phase de circulation de fluides, cette fois de basse température (200-300°C). Ces résultats montrent la complexité de l’environnement dans lequel se sont formés et ont évolué ces dépôts d’âge précambrien.

Les données publiées présentent un intérêt pour les industries minières, car la connaissance de la température de formation des minerais de fer permet d’optimiser leur traitement, contribuant ainsi à réduire le coût énergétique et l’émission de gaz à effet de serre lors de cette opération.

Brève rédigée par Morgane Gillard

Pour en savoir plus : Wagner, C.; Villeneuve, J.; Boudouma, O.; Rividi, N.; Orberger, B.; Nabatian, G.; Honarmand, M.; Monsef, I. In Situ Trace Element and Fe-O Isotope Studies on Magnetite of the Iron-Oxide Ores from the Takab Region, North Western Iran: Implications for Ore Genesis. Minerals 2023, 13, 774. https:// doi.org/10.3390/min13060774

Exemples d’échantillons de roches provenant des dépôts de minerais de fer de Takab en Iran et présentant des grains de magnétite (noir) au sein d’une matrice silicatée © Wagner et al. 2023, Minerals

Exemples d’échantillons de roches provenant des dépôts de minerais de fer de Takab en Iran et présentant des grains de magnétite (noir) au sein d’une matrice silicatée © Wagner et al. 2023, Minerals