Données Géochimiques

 
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Géochimie Inventaire

Historique de l'Inventaire Minier

Ce n'est pas le souci de préserver l'environnement, comme à l'heure actuelle, qui est à l'origine du programme d'Inventaire Géochimique du territoire français, mais celui de la crise des matières premières qui s'est produite au début des années 1970.

En effet, le boom économique du début des années 70 s'est traduit par une envolée des cours des matières premières, triplement des prix des phosphates, doublement des cours du zinc, par des menaces de cartel sur la bauxite, et enfin par une explosion des cours du brut qui a donné lieu au premier "choc pétrolier". Il en est résulté en Europe et en France en particulier, d'une part une crainte pour la sécurité des approvisionnements en matières de base pour l'industrie, et d'autre part à cause des hausses de prix sur les produits de grande consommation, une irritation certaine de l'opinion publique.

Selon les économistes, ces hausses n'ont en fait pas été, ou pas seulement été, consécutives à la flambée des prix des matières premières : ces deux phénomènes n'auraient été que les conséquences de la surchauffe de l'économie mondiale. Toujours est-il que l'opinion publique a mis la responsabilité de la situation, sur le compte des fourches caudines imposées par les pays producteurs. En vue d'assurer à meilleur compte notre approvisionnement, et en matières premières et en biens de consommation, cette opinion a facilement accepté (voire même réclamé) le sacrifice constitué par d'ambitieux programmes, économies ou substitution d'énergie d'une part, identification de ressources minérales sur notre territoire d'autre part. C'est ce dernier volet qui est connu sous le nom d"'Inventaire minier" et qui, pour ce qui nous intéresse ici, a conduit à la production de très nombreuses données sur la répartition naturelle des métaux dans le sous-sol français.

Comme dans tous les pays développés, la puissance publique a pris en charge en France les premiers stades de l'exploration minière.En s'adressant à un seul opérateur, l'Etat pouvait attendre des garanties d'homogénéité, de non redondance, et d'économie à cause de la standardisation des méthodes employées.

De ce fait le BRGM, conformément à sa mission de Service public et à la demande du Ministère de l'Industrie, a effectué de nombreuses campagnes de prospection à vocation minière entre les années 1975 et 1991 ; ces opérations étaient réalisées dans le cadre du programme dénommé « Inventaire des ressources minérales du territoire national ».

Ce paragraphe et le suivant contiennent de nombreux extraits d'une note technique de J. Barbier faisant en 1996 le point sur l'Inventaire Géochimique.

Les raisons en faveur d'une couverture géochimique

Pour explorer de vastes secteurs, deux grandes familles de techniques étaient disponibles :

- la géophysique, c'est-à-dire la mesure des propriétés magnétiques, électriques ou radiométriques du sous-sol ou de la surface (de nombreux gisements sont conducteurs de l'électricité, et parfois magnétiques). A l'échelle d'un territoire comme la France, les mesures se font de manière aéroportée, et sont donc obtenues très rapidement.

- la géochimie, c'est-à-dire le dosage des métaux ou autres éléments, dans les roches et d'une façon plus générale dans l'environnement. Elle est beaucoup plus lente à mettre en oeuvre.

Ces deux familles de techniques ont été très largement employées de par le monde ; elles présentent chacune leurs avantages et leurs inconvénients. Il faut souligner le fait que les méthodes de mesures chimiques permettent par spectrométrie d'obtenir simultanément des mesures sur plusieurs dizaines éléments. Or, on sait que dans le passé, le sous-sol français a fourni des productions relativement importantes de substances assez variées, plomb, zinc, argent, or, antimoine, tungstène, baryum, fluor, pour ne citer que les principaux minerais non ferreux. Rien ne prouvait que les réserves correspondantes avaient été épuisées, et le but de l'Inventaire a précisément été de faire le point sur la question.

Les cibles potentielles étant variées, on a été conduit logiquement à pencher pour une technique à même de rendre compte de cette diversité, à savoir un programme de mesures géochimiques systématiques (J. Barbier, BRGM, n°HYDR/NT/96/078, 1996).

Les régions couvertes par l'Inventaire

Pour des raisons économiques et gîtologiques, la géochimie de surface n'étant pas considérée à l'époque comme un outil efficace pour évaluer le potentiel profond des grands bassins sédimentaires, les campagnes de prospection n'ont couvert, à quelques exceptions près, que les vieux socles hercyniens et alpins, éventuellement leurs marges sédimentaires, ce qui représente malgré tout une partie non négligeable du territoire (de l'ordre de 20 %).

Parallèlement, la société SNEAP a également effectué des recherches pour son propre compte pendant la même période que le BRGM, et en utilisant le même outil géochimique, mais sur des zones en général différentes (partiellement chevauchantes). Après l'abandon de ces recherches, les résultats ont été mis à la disposition du comité de l'Inventaire.

La carte situe, sur un fond géologique, les zones échantillonnées par le BRGM (en noir) et SNEAP (en vert). En cliquant sur l'image, s'ouvrira une carte plus précise présentant cette répartition des échantillons et les méthodes analytiques employées.

Ouvrir la carte détaillée

- Carte géologique de la France avec les régions prospectées par le BRGM (noir) et SNEAP (vert) -

Signalons que le BRGM a complété la reconnaissance des régions prospectées par géochimie par une prospection de type "alluvionnaire", i.e. par détermination des minéraux de fond de batée. Il ne s'agit en l'occurence plus de géochimie, mais ce type d'exploration a été effectué dans le même temps, par les mêmes équipes de terrain, et les résultats interprétés parallèlement à la géochimie. Cette double méthode a souvent montré sont efficacité, car elle met en évidence à la fois la présence d'anomalies métalliques et les minéraux éventuellement associés.

Les informations données précédemment sont en partie extraites d'un rapport plus exhaustif édité par le BRGM ; il est consultable directement en cliquant sur son titre ci-dessous ; ce document PDF (9 Mo) nécessite Acrobat Reader et est téléchargeable).

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Méthodes de prospection, échantillonnage et analyse du BRGM pour l'Inventaire

Rappel de la finalité

Le but essentiel de l'exploration géochimique était d'estimer et optimiser l'évaluation du potentiel minier du territoire métropolitain et, pour ce faire, obtenir le maximum d'informations permettant de déceler une quelconque minéralisation dans l'environnement de sites d'échantillonnage par l'analyse chimique : détection directe des métaux concernés, association d'éléments caractéristiques d'un type de minéralisation, mise en évidence de phénomènes minéralisateurs, caractérisation géochimique des formations lithologiques environnantes. La mise en évidence d'anomalies nouvelles devait également stimuler l'investissement minier en métropole.

Principes de base

Tout corps géologique (minérai, roche) affleurant et donc soumis pendant une longue période à des phénomènes d'érosion ou de dissolution se décompose en "particules" (grains de petite dimension si érosion mécanique, ou bien ions si érosion chimique). Ces particules peuvent ensuite être déplacées à une distance plus ou moins importante (quelques dizaines de km pour des sédiments, quelques dizaines de mètres pour les sols). Leur analyse révèle une "signature" chimique, reflet plus ou moins fidèle de la composition chimique de la roche ou de la minéralisation d'origine. Les sédiments de rivière (ou les sols) peuvent donc, après analyse, signaler par des teneurs "anomales" en certains éléments la présence de corps minéralisés dans le voisinage du site de prélèvement : en amont dans le bassin pour un sédiment de ruisseau, plus haut dans le pente pour des colluvions, à quelques dizaines de mètres aux alentours pour un sol sur un terrain plat.

- Altération superficielle d'un corps minéralisé et dispersion des éléments -

Pour les sédiments, c'est donc dans le bassin versant correspondant que se situera l'origine de cette anomalie. En fonction de la concentration métallique de départ, de l'élément lui-même et du contexte environnemental, on peut suivre en aval la "trace" de l'élément, sa teneur diminuant jusqu'à se perdre dans le bruit de fond, à quelques kilomètres de l'origine. Il s'agira donc de placer au mieux les sites de prélèvement pour "échantillonner" le maximum de bassins, tout en évitant une trop forte "dilution" ou "dispersion" du signal géochimique. Des études d'orientation ont été effectuées pour déterminer les meilleurs paramètres, tout en prenant en compte les critères d'économie et de temps.

Quoi qu'il en soit, tout résultat "positif" à l'issu de la prospection de type "stratégique" que constitue l'Inventaire Minier ne sera pas suffisant pour déboucher directement sur la mise à jour d'un gisement ; tout au plus s'agira-t'il d'"indice géochimique". Des travaux complémentaires seront nécessaires (on parle de stade "tactique") pour déterminer la localisation exacte du corps minéralisé (par géophysique, géochimie de détail ou prospection marteau), en préciser ses caractéristiques métallogéniques et son potentiel économique (par tranchées et sondages).

Méthodes utilisées par le BRGM pour l'Inventaire à la phase stratégique

Plusieurs tests ont été effectués au début et au cours de l'Inventaire ; ils devaient confirmer le choix de plusieurs paramètres (type de matériel, granulométrie, densité d'échantillonnage, profondeur de prélèvement, type d'analyses), le but étant d'optimiser la représentativité de l'échantillon par rapport au bassin, l'intensité du signal géochimique, la répétitivité de l'analyse, et ceci dans une fourchette de temps/coût réaliste.

La procédure suivante a été utilisée dès le démarrage des campagnes :

- densité d'échantillons de l'ordre de 2 à 3 par km² imposé par le paramètre " temps/coût " ;

- matériel : sédiment de ruisseau actif correspondant à des bassins de petite taille (idéalement de l'ordre du km², ce qui n'est pas toujours réalisable), ou prélèvement en base de thalweg sec et à environ 20 cm (à la base des racines) d'un type de sol/sédiment/colluvion dénommé ici " fond de vallon " ;

- quantité de matériel brut : 1 à 3 kg de la partie fine superficielle, permettant d'extraire, après séchage et démottage, une quantité suffisante de la fraction granulométrique souhaitée ;

- taille granulométrique analysée : 0-125 µm incluant donc argiles, limons et silts fins ;

- type d'attaque : il a varié avec les méthodes analytiques :

- pour le DCP : attaque triacide ; quasi totale, en fait partielle pour certains minéraux résistants (spinelle, zircon, tourmaline) ;

- pour quantomètre : spectrométrie directe sur poudre après grillage à 450°, donc mesure totale ;

- pour l'ICP : frittage au Na2O2, donc mesure totale ;

- pour l'absoption atomique (or) : attaque triacide + HF spécifique, attaque totale ;

- type d'analyse : une ou plusieurs des méthodes suivantes :

- absorption atomique : sur quelques éléments choisis parmi Cu, Pb, Zn, Pb, As, Mo, Bi, W ; concerne partiellement 16 coupures ; réalisations antérieures à l'Inventaire ;

- quantomètre : (spectrométrie d'étincelle) donne les résultats de 33 éléments ; ne concerne que six coupures IGN 1/50 000 ;

- DCP : (spectrométrie d'émission à plasma conductif) ; 22 éléments fournis ; concerne l'essentiel des données géochimiques BRGM (partiellement ou totalement sur 243 coupures 1/50 000) ;

- ICP : (spectrométrie d'émission à plasma inductif) ; 34 éléments fournis ; présent partiellement ou totalement sur 51 coupures ;

- colorimétrie : fluor du sédiment ; complémentaire à d'autres analyses et plus rarement effectué ;

- ionométrie : fluor de l'eau ; complémentaire à d'autres analyses et plus rarement effectué ;

- absorption atomique pour Au (seuil 20 ou 5 ppb), à partir des années 80 en complément d'analyse multi-élémentaire ; concerne 42 coupures.

Traitements des données et rapports de l'Inventaire

Les campagnes de prospection ont été engagées pour réaliser, dans les régions ciblées, la couverture des coupures topographiques IGN 1/50 000. Toutes ne sont pas couvertes et, sur certaines, les prélèvements n'ont concerné que des formations géologiques choisies par avance (voir la carte de localisation de l'échantillonnage).

Lorsqu'une coupure était complétée, une interprétation géochimique de l'ensemble des résultats devenait possible (traitements statistiques multivariés identifiant des formations géologiques ou des associations minérales, surtout mise en évidence d'anomalies métalliques, propositions de travaux complémentaires). Les résultats d'étude des fonds de batée, lorsque disponibles, étaient également pris en compte.

A l'issue de ces interprétations, et pour la plupart des feuilles 1/50 000, un rapport était édité. Il résume la géologie locale, présente les résultats des traitements statistiques, décrit en détail les anomalies mises en évidence. Il comprend en annexe des cartes au 1/50 000 : localisation des échantillons, isovaleurs pour éléments particuliers, anomalies géochimiques pour les métaux usuels, synthèse d'anomalies ; et présente un listing des résultats .

Ces rapports sont actuellement conservés au BRGM où ils peuvent être consultés.

Plus tard, en regroupant les résultats de plusieurs feuilles, des synthèses régionales ont également été réalisées (également consultables). Un extrait de l'une d'entre elles - la synthèse régionale Argentat-Châtaigneraie, portant sur 14 feuilles - est donnée à titre d'exemple : document PDF (10 Mo), ou page HTML .

Les données disponibles

Elles sont actuellement toutes dans une base de données rassemblant les analyses BRGM (plus de 280 000 échantillons) et SNEAP (près de 60 000), ainsi que les résultats des études de minéraux de fond de batée (près de 100 000 échantillons). Une codification permet de connaître les caractéristiques des prélèvements et des échantillons, le type d'analyse. Les coordonnées de chaque point sont dans un système unique (Lambert II étendu).

Pour ce qui concerne les données géochimiques, le BRGM a toujours utilisé l'analyse multiélémentaire ; le nombre d'éléments analysés varie selon la méthode employée : en général 22 pour le plasma DCP, instrument qui a été largement le plus utilisé comme le montre le graphique de répartition, 33 pour le quantomètre, et 34 pour le plasma ICP, plus récemment utilisé. L'or n'a jamais été analysé par une de ces méthodes, mais par absoption atomique sur une prise d'échantillon réservée pour ce type d'analyse.

Répartition statistique des analyses multi-éléments selon les méthodes employées

Le tableau suivant présente une liste des éléments analysés par chacune des méthodes.

Nombre d'échantillons analysés par élément et méthodes analytiques concernées
( QUAN : Quantomètre, DCP : Plasma conductif, ICP : Plasma inductif, COLO : Colorimétrie, IONO : Ionométrie, A.A. : Absorption atomique )

Recherche, consultation et extraction de données sont maintenant possibles à partir de cette base, et peuvent intéresser différents secteurs d'activité : minier, cartographie géologique, environnement, archéologie, etc.

L'utilisateur des données doit cependant garder à l'esprit la finalité première de ces campagnes d'échantillonnage, ainsi que l'existence de protocoles de prélèvement et d'analyse pouvant différer selon les régions et les époques.

Signalons qu'il existe actuellement un autre système de consultation des données Inventaire sur un autre site du BRGM, InfoTerre, présentant les caractéristiques suivantes :

- base de données plus ancienne (1999) mais semblable à 95 % - l'actuelle étant plus complète.

- visualisation sur carte des échantillons ; l'interrogation est possible, donnant le type d'analyse et les coordonnées, mais non les résultats.

Le cas particulier de l'or

Les échantillons des zones colorées ont été analysées pour or, aux seuils de 20 ppb (en vert) ou 5 ppb (en rouge) ; les zones en grisé ne possèdent pas d'analyses Au.

Dans le cadre de l'Inventaire, l'or n'a été que tardivement analysé, et ceci pour deux raisons :

- lancé au milieu des années 70, le programme visait plutôt les métaux de base classiques demandés par les industries de l'époque ;

- et surtout, les moyens analytiques d'alors ne permettaient pas de détecter en routine l'or à un seuil suffisamment bas pour être efficace dans le cadre de prospection à faible densité d'échantillonnage.

Avec les progrès effectués depuis lors, à partir des années 80 il a enfin été possible de détecter Au à des seuils de l'ordre de 20 ppb, ce qui devenait intéressant pour l'exploration. Pour cela, seules les campagnes des dernières années de l'Inventaire possèdent des résutats or ; elles sont essentiellement localisées dans le Massif Central et les Pyrénées comme le montre la carte.

La prospection par batée

Quoique les résultats ne soient pas d'ordre géochimique, le cas de l'"alluvionnaire" est abordé ici, car il a grandement été utilisé au cours des campagnes de l'Inventaire. La carte présente la localisation des régions prospectées par batée.

Sur le terrain, l'opération consistait à prélever à la batée des concentrés de minéraux lourds dans les sites favorables de ruisseaux et rivières. Les drains étaient préalablement choisis afin d'offrir une représentativité correcte de l'ensemble de la zone couverte par l'Inventaire.

Après traitement au laboratoire (liqueurs denses, électro-aimant), les concentrés étaient étudiés afin d'identifier et quantifier une cinquantaine de minéraux lourds. La plupart sont des constituants des roches, et peuvent en celà servir à caractériser les formations géologiques environnantes ; d'autres sont directement issus de minéralisations ou de processus minéralisateurs, et désignent la présence de corps minéralisés en amont des sites de prélèvement ; ils sont donc ici un apport précieux confirmant et précisant la nature d'éventuelles anomalies métalliques parallèlement mises en évidence par la géochimie.

Les zones colorées ont été prospectées par batée :
69% des échantillons dans le Massif Central, 16% dans le Massif Armoricain, 10% dans le Sud-Ouest, 3% dans les Vosges et 2% en Corse

Les résultats sont donnés sous forme de codes (quantité relative dans le concentré) ou de valeurs (estimation semi-quantitative de la concentration par pesée ou calcul ramené en g/m3 d'alluvions).

Les deux exemples suivants illustrent la concordance des résultats des concentrés de batée et de la géochimie : pour le premier, abondance de tourmaline versus teneurs en bore ; pour le second , minéraux sulfurés & barytine-fluorine versus teneurs en arsenic. Les liens ouvrent des cartes contenant les commentaires.

Exemples illustrés

A partir des données de l’Inventaire (résultats analytiques), et avec les outils d’interpolation et de géotraitement actuels, il est possible d’obtenir des représentations de la répartition des éléments chimiques des sols / sédiments. Pour les raisons expliquées dans le document cité ci-dessus, plus la zone à représenter est importante, plus délicate sera cette représentation. Lorsque les échantillons proviennent de plusieurs lots analysés avec des méthodes différentes et espacés dans le temps, il est préférable d’harmoniser les valeurs d’origine, surtout en ce qui concerne les valeurs de fond, avant d’utiliser les outils d’interpolation.

Plusieurs exemples sont donnés pour illustrer celà à l'échelle de quelques régions ; sur la carte de France ci-dessous, en cliquant sur les textes ou les symboles chimiques affichés sur le Massif Central, le Massif Armoricain ou la région Lorraine, les cartes correspondantes présenteront le contexte ou la répartition de ces éléments en isovaleurs.

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Il serait dangereux de considérer ces valeurs corrigées (harmonisées) comme plus exactes que les valeurs d'origine. Pour toute interprétation à échelle locale, notamment dans le domaine environnemental, il convient de revenir à ces valeurs originales (certifiées par le laboratoire) ; quitte à émettre des réserves quant à leur validité en fonction de leur âge ou des méthodes employées. Par contre, utilisées dans des synthèses régionales, elles affichent mieux des "structures géochimiques" de grandes dimensions pouvant mettre en évidence ou caractérisant des objets géologiques ou géophysiques parfois discrets. En celà, elles sont précieuses dans un SIG, notamment pour effectuer des traitements multi-critères.

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Dernière mise à jour : 01/03/2011 17:19:00


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