Cette thèse a pour objectif l'étude des roches de Costabonne, dans les Pyrénées Orientales. Nous nous intéressons à la formation des skarns et les décrivons d'un point de vue géométrique et minéralogique Nous présentons les résultats d'analyse isotopique d'échantillons prélevés soit dans la paragénèse de rétromorphose, soit dans l'encaissant afin d'étudier la phase "hydrothermale" des skarns. Pour le soufre, les analyses ont porté essentiellement la sphalérite, mais aussi sur la pyrite, la pyrrhotite, la molybdénite et la bismuthinite. Pour le carbone et l'oxygène, sur les carbonates (calcite et dolomie). Nous terminons cette étude par une comparaison avec d'autres skarns de la même région, et en particulier, les skarns à scheelite du site de Salau (Ariège) connu pour être une mine de tungstène et dans une moindre mesure ceux de Roc Jalère et de Lacourt situés eux aussi dans l'Ariège.

Le monzogranite hercynien de Costabonne est intrusif dans une série précambrienne à cambrienne. Des roches métasomatiques se sont développées dans l'auréole de contact. L'étude des différentes séquences métasomatiques développées dans les métasédimants et d'une minéralisation en scheelite postérieure est un des objectifs d'un projet CCE. Les deux résultats principaux de ce travail sont : (1) Un modèle d'évolution de la lithologie "marbre à brucite" (2) un modèle expliquant la variation des paragénèses des zones dans les veines métasomatiques.

Le principe de notre étude a été d'analyser comparativement les roches d'origine métasomatique du gisement de Costabonne et leurs supports. Suivant la nature de ces derniers, on distingue différentes évolutions géochimiques : (*) skarns dérivant de roches carbonatées : La transformation des marbres se solde globalement par un apport important de Si, Al, Fe, Mn, W, Zn, et moindre (non exprimé minéralogiquement) de U, Cr, Co, Ni, TR, et un départ de Mg (dolomies), CO₂, Sr. Des apports très faibles en Th, Ta, Sc apparaissent sporadiquement dans les zones les plus internes des skarns. Du Cs peut également apparaître dans les zones où le développement secondaire d'amphibole et de phlogopite est important. Ces caractères géochimiques se retrouvent dans tous les types de skarns dérivant de roches carbonatées, quelles que soient la nature dolomitique ou purement calcaire du support et les variations de la colonne métasomatique. (*) skarnoïdes dérivant de micaschistes : Le bilan de la transformation des micaschistes en grenatite se marque par un apport de Fe, Mn, Ca, et un départ important des éléments alcalins (Na, K, Rb, Cs), et de Th, Zr, Hf, Ta, Sr, Ba, Sc, TR. Cette transformation extrême n'apparaît que dans la zone à grenat ; dans les zones plus externes les seules variations notables concernent Mg, Ca, K, P, Sb, Rb (apports) et Fe, Na (départ). (*) endoskarns et granites : La transformation métasomatique des granites revient à un départ de Si, Na, K, Rb, Cs, Sr, Ba ; les éléments de transition Ni et Co restent constants. Tous les autres éléments analysés augmentent en proportions importantes. Les trois types de transformations décrits diffèrent notablement. Ces différences sont le reflet de l'influence des roches initiales et/ou des fluides responsables des transformations. L'influence de la roche initiale se traduit par l'existence de minéraux dits accessoires concentrant un certain nombre d'éléments-traces (U, Th, Zr, Hf, Ta, TR, etc, ...) qui peuvent servir de germes, permettant ainsi à un fluide relativement pauvre en ces éléments de les déposer, alors que l'absence de tels minéraux empêcherait le même fluide de cristalliser ces phases, à cause de l'énergie nécessaire à la naissance de germes. Pour cette raison, les skarns dérivant de roches carbonatées sont pauvres en ces éléments, sans que l'on puisse présumer des teneurs absolues dans les fluides. Au contraire, les fluides sont suffisamment riches en W et Zn pour que ces éléments précipitent sous forme de minéraux propres (scheelite, blende) quand les conditions physico-chimiques s'y prêtent (ainsi skarnoïdes et skarns à wollastonite ne sont pas minéralisés en scheelite). Cette influence de la roche initiale n'est cependant pas suffisante pour expliquer les différences entre skarnoïde et endoskarn développés tous deux sur des roches présentant les mêmes minéraux accessoires : En effet, alors que le contenu géochimique des skarnoïdes reste constant (dans les zones externes), on note un apport considérable en certains éléments-traces dans l'endoskarn. Les fluides responsables de la formation des skarnoïdes et des skarns présentent en commun une pauvreté en Th, Zr, Hf, Ta, TR, alors que la transformation des granites nécessite des fluides relativement plus riches en ces éléments. Ces résultats s'accordent bien avec les données fournies par les analyses de scheelites. De ces diverses considérations il ressort que le développement des roches métasomatiques dans le gisement de Costabonne est dû à la circulation de solutions de natures variables : Au moins deux types ont été reconnus d'après leur contenu en éléments-traces ; ils présentent toutefois des caractères constants : Ce sont des fluides riches en fer et calcium, en tungstène, et présentant une anomalie positive en europium, ce qui tendrait à prouver qu'ils ont une origine commune dont les relations avec le granite de Costabonne restent à étudier : Il faudrait plus particulièrement chercher à savoir si les variations de composition des fluides percolant peuvent être expliqués par l'évolution dans le temps et dans l'espace d'un même fluide initial, ou si elles sont dues à l'évolution du système magmatique producteur de fluides.

Le présent travail porte sur le problème géologique de formation de roches à configuration complexe, appelée skarns. Un des intérêts de ces roches provient de ce qu'elles contiennent des composants ayant une valeur économique certaine. Après avoir mis en place le langage à utiliser et donné une idée des échelles des phénomènes, nous fournirons un modèle qui espère représenter l'évolution des skarns en prenant en considération plusieurs composants chimiques, plusieurs dimensions d'espace et des conditions limites variables en "lieu" et "temps". On aboutit à un système d'équations aux dérivées partielles relativement complet dont on diminue la taille en évoquant des hypothèses géologiques simplificatrices. Dans la mesure où l'on attendra des solutions faibles (avec "chocs") de ces systèmes, on essaiera de préciser la forme exacte des équations à traiter (liée aux quantités "effectivement conservées"), ce qui n'a pas toujours été évident par le passé. Afin de nous donner les moyens d'un traitement numérique de notre problème, nous fournirons une méthode de transport-écroulement en dimension d'''espace" quelconque finie, un prolongement heuristique de cette méthode à des cas plus complexes, y compris aux multiples problèmes de conditions limites rencontrés. Seront aussi présents divers paragraphes techniques utilisés systématiquement dans les autres parties. On fera enfin une programmation des diverses méthodes avancées avec, entre autres, des sorties graphiques couleur. Nous voudrions préciser avant de nous engager dans cette étude, que le travail que nous avons pu effectuer ici n'était pas évident à mener à terme : Il s'agit en effet là d'un travail de pionnier, avec au départ, du point de vue mathématique, très peu de formulations faites.

Divers types de roches de la série cambrienne de Canaveilles se font transformer en skarns au voisinage du granite hercynien de Costabonne (Pyrénées orientales). Le présent travail s'intéresse plus spécialement aux skarns formés sur les marbres et dolomies massives (première partie). Dans ce dernier cas, une zonation très fréquemment rencontrée voit la succession : dolomie / calcite + forstérite / diopside / clinopyroxène salitique / grenat grossularitique. Les différents minéraux rencontrés sont analysés à la microsonde électronique. Un grenat andraditique a pu se développer de façon précoce, avant le grenat grossularitique, et les zonations métasomatiques ont pu évoluer au cours du temps. Les altérations des minéraux primaires voient le développement d'amphiboles, de quartz, de sulfures et d'un minéral de tungstène : la scheelite. Dans une deuxième partie, une réflexion à caractère théorique est proposée sur la formation des skarns (discussion du modèle de Korzhinskii) et une règle des phases généralisée à un système de zones métasomatiques est présentée. La troisième partie est consacrée à l'analyse des conditions de pression, température etc. qui ont prévalu lors de la formation des skarns, ainsi qu'à la discussion des compositions isotopiques (S, C, O) des skarns et encaissants ; on met en évidence une source externe, à la fois en carbone, soufre et oxygène (source " profonde ") pour le fluide qui a percolé. Les mesures des compositions isotopiques d'autres skarns des Pyrénées, porteurs ou non de scheelite (Salau, Roc Jalère, Lacourt), indiquent que la condition d'une minéralisation en tungstène est la présence d'un fluide ayant une telle signature isotopique " profonde ". La comparaison entre les skarns de Salau et Costabonne met en évidence le rôle réducteur du carbone des marbres de l'encaissant sur la nature des associations minérales des skarns à Salau.