Brevet FR3098414A1 — publié le 20210115

Description Titre de l'invention : Procédé d'extraction d'un minéral contenu dans des biotites [0001] L'invention concerne l'extraction de minéraux contenus dans des biotites, notamment des feldspaths potassiques. Elle concerne également la caractérisation d'une paléoaltération, et plus particulièrement d'une roche felsique contenant des biotites, notamment un granitoïde. [0002] L'altération des roches métamorphiques ou plutoniques, qu'elle soit hydrothermale ou supergène, se traduit notamment par la transformation précoce des biotites en chlorite ou en vermiculite, en fonction de la température des fluides présents. De plus, l'altération des biotites en chlorite s'accompagne très souvent de la cristallisation de feldspath potassique, selon la réaction suivante : [0003] biotite + quartz + H20 -> chlorite + goethite + feldspath potassique [0004] Ces feldspaths potassiques pourraient correspondre à des adulaircs, minéraux qui sont des feldspaths potassiques cristallisant à basse température (environ 100°C). Les adulaires néoformées sont communément observées dans des roches altérées felsiques telles que des granites. Ces grains d'adulairc sont de petite taille (30 pm à 300 pm environ) et précipitent fréquemment dans les clivages des biotites en voie de chloritisation. [0005] Les biotites chloritisées peuvent également contenir dans leurs clivages, des cristaux de quartz, de plagioclase et de prehnite. [0006] L'étude des feldspaths potassiques issus de l'altération de la biotite permet de ca- ractériser, et notamment de dater, l'altération des roches grenues felsiques altérées riches en biotite. [0007] L'invention a pour but de fournir un procédé de séparation de minéraux présents au sein des biotites altérées (biotites chloritisécs notamment) présentes dans des roches en cours d'altération, en vue de la caractérisation de ces minéraux et de la datation des feldspaths potassiques. [0008] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'extraction d'un minéral contenu dans des biotites, le procédé comprenant une étape de congélation des biotites, suivie d'une étape de décongélation des biotites. [0009] Grâce à un procédé qu'ils ont mis au point, les inventeurs proposent d'isoler ces minéraux, ce qui permet par la suite de les caractériser, et de caractériser également la paléoaltération des roches dont ils sont issus, en étudiant les feldspaths potassiques. Ce procédé d'extraction est particulièrement intéressant car il permet d'extraire des minéraux qui se présentent sous la forme de cristaux de très petite taille (30 pm à 2 300 p.m) et sont de ce fait manipulables aisément. [0010] Plus particulièrement, le minéral est contenu dans les clivages des biotites. [0011] De façon préférentielle, le minéral est choisi parmi les minéraux suivants : feldspath potassique, quartz, plagioclase, et prehnite. [0012] Tl est particulièrement avantageux d'extraire des feldspaths potassiques car ils contiennent du potassium, qui est un élément datable par la méthode de datation Ar/Ar. [0013] Avantageusement, les biotites sont mises en contact avec de l'eau, et de façon préfé- rentielle de l'eau déminéralisée, préalablement aux étapes de congélation et décongélation. Elles sont maintenues en contact avec l'eau pendant les étapes de congélation et décongélation. De façon préférentielle, l'eau utilisée dans cette étape du procédé est dépourvue de potassium. [0014] Dans un mode de réalisation, au moins une partie de l'étape de congélation, et l'étape de décongélation, ont lieu dans un lyophilisateur. [0015] De façon avantageuse, l'étape de congélation est effectuée à une température allant jusqu'à -40°C. [0016] De façon préférentielle, au moins une partie des étapes de congélation et décon- gélation sont effectuées sous une pression d'environ 1 mbar. [0017] Avantageusement, l'étape de décongélation dure de 36 à 76 heures, de préférence de 41 à 66 heures, encore plus préférentiellement de 46 à 50 heures, et de façon encore plus préférentielle 48 heures, au cours de laquelle la température des biotites et de l'eau est progressivement élevée jusqu'à une température allant de 18 à 25°C, de préférence de 19 à 23°C, et encore plus préférentiellement 20°C. sous une pression d'environ 1 mbar. [0018] Préférentiellement, l'élévation progressive de la température comporte les paliers suivants, se succédant dans cet orch-e : - 6 hem-es à -40°C. - 10 heures à -30°C. - 10 hem-es à -20°C. - 10 hem-es à -10°C. - 12 hem-es à +20°C. [0019] Avantageusement, le procédé comprend une étape postérieure à l'étape de décon- gélation, au cours de laquelle la température des biotites et de la solution aqueuse est progressivement élevée jusqu'à une température d'envh-on 30°C, sous une pression d'environ 0,001 mbar, ladite étape durant de 25 à 65 hein-es, préférentiellement de 35 à 55 heures, et encore plus préférentiellement 46 heures. [0020] L'invention a également pour objet un procédé de caractérisation d'une paléoal- tération, dans lequel on étudie au moins un minéral contenu dans des clivages de biotites extraites d'une roche felsique au moins en partie altérée. Cette méthode de ca- 3 ractérisation d'une paléoaltération présente l'avantage d'être précise et fiable car basée sur de la géochimie fine, isotopique. De plus, elle permet de caractériser les fluides responsables de l'altération. Par ailleurs, l'étude est effectuée sur des cristaux manipulables aisément puisqu'elle est. réalisée sur toute phase minérale de faible taille, incluse dans les feuillets de biotite. [0021] Avantageusement, on extrait le minéral contenu dans les clivages de biotites au moyen du procédé d'extraction décrit ci-avant. [0022] De préférence, la caractérisation consiste en une datation du minéral extrait au moyen d'une analyse 39Ar-40/Ar. [0023] Nous allons maintenant présenter un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif [0024] Le procédé d'extraction a été mis en oeuvre sur des échantillons de granites altérés prélevés dans le Massif Central, dans les Pyrénées et en Bretagne. Une ou plusieurs lame(s) mince(s) confectionnée(s) à partir de chaque échantillon ont été étudiées au microscope optique polarisant afin de déterminer la présence de biotites ± chloritisées contenant des cristaux le long de leurs clivages. Les échantillons comprenant des feldspaths potassiques au sein des biotites chloritisées ont ensuite été soumis au protocole suivant. Préparation de la roche brute [0025] Lorsque cela se révélait nécessaire, la roche brute a été écorchée, c'est-à-dire que les parties externes altérées de la roche ont été enlevées à l'aide d'une scie à disque diamant, sous eau. Une roche la plus propre possible a ainsi été obtenue. [0026] La roche ainsi écorchée a ensuite été découpée en plusieurs morceaux dc 10 cm x 10 cm à l'aide de la scie à disque diamant, sous eau, pour faciliter le passage dans le concasseur. Les morceaux ont ensuite été séchés dans une étuve à 38°C durant 12 heures. [0027] La roche découpée a ensuite été concassée dans un concasseur à mâchoires. [0028] Les échantillons concassés ont ensuite été soumis à un tamisage à sec sur un tamis en inox permettant le passage des fragments de taille inférieure à 500 i_tm. Lavage de l'échantillon tamisé [0029] Les fragments de taille inférieure à 500 gm, issus du concassage, ont ensuite été lavés sur un tamis en inox permettant d'éliminer les fragments de taille inférieure à 63 pm, en particulier les fines générées par le concassage et les minéraux de taille inférieure à 63 pm. [0030] Une fraction comprenant les fragments de taille supérieure ou égale à 63 pin et in- férieure à 500 pm a ainsi été obtenue. Cette fraction a ensuite été rincée plusieurs fois à l'eau déminéralisée, à l'aide d'une pissette, dans le même tamis en inox, pour avoir l'échantillon le plus propre possible. Tri des biotites par séparation magnétique 100311 Un aimant paramagnétique au Néodyme a été utilisé manuellement. Ceci a permis de récupérer les biotites de l'échantillon et de les déposer dans une boîte de Pétri en passant un doigt ganté sur l'aimant pour les décrocher. Cette méthode de séparation magnétique est assez rapide et efficace. Dernières étapes de préparation des biotites [0032] Les biotites obtenues par séparation magnétique ont été placées dans un flacon plastique à vis, dans 4 à 5 centimètres d'eau déminéralisée. Le flacon a ensuite été inséré dans une cuve à ultrasons remplie d'eau, qui a été maintenue en fonctionnement pendant 1h. Cette manipulation a permis de décrocher les minéraux pouvant être accolés aux biotites. [0033] Le surplus d'eau dans le flacon a ensuite été éliminé et les biotites ont été récupérées en les décollant à l'aide d'eau déminéralisée administrée par l'intermédiaire d'une pissette. [0034] Extraction des minéraux contenus dans les clivages de biotites [0035] Le protocole d'extraction de minéral selon l'invention a ensuite été mis en oeuvre. [0036] Dans cet exemple de mise en oeuvre de les biotites ont été introduites dans un bécher en Pyrex d'une contenance de 100 mL, contenant 1 à 2 centimètres d'eau déminéralisée et recouvert d'un couvercle non étanche type verre de montre, posé dessus. [0037] Ce bécher a ensuite été placé dans un congélateur à une température de -32°C durant 12 heures, de façon que l'eau du bécher soit congelée. [0038] Le bécher contenant les biotites a ensuite été retiré du congélateur et placé au sein d'un lyophilisateur de marque Christ avec plateau chauffant, préalablement programmé en phase de congélation à -40°C pour garder le bécher congelé. La lyophilisation a été effectuée dans des conditions décrites ci-après de température et de pression, permettant de sublimer l'eau : [0039] Le bécher contenant les biotites a été placé pendant une durée de 88 heures dans le lyophilisateur. Les inventeurs ont créé un programme spécifique de lyophilisation. [0040] La première étape du programme, appelée dessiccation primaire, a duré 48 heures, pendant lesquelles il y a eu un réchauffement progressif du plateau de -40°C à +20°C, sous une pression de 1 mbar. Plus précisément, les biotites ont été placées : [0041] 6 heures à -40°C, puis [0042] 10 heures à -30°C, puis [0043] 10 heures à -20°C, puis [0044] 10 heures à -10°C, puis [0045] 12 heures à +20°C. [0046] Le procédé d'extraction de minéral contenu dans les clivages de biotites comprend donc une étape de congélation des biotites, suivie d'une étape de décongélation des biotites. Dans ce procédé, les l'imites ont été mises en contact avec de l'eau, préalablement aux étapes de congélation et décongélation, et ont été maintenues en contact avec l'eau pendant les étapes de congélation et décongélation. [0047] De façon surprenante, les feuillets constituant les biotites ont ainsi été ouverts. [0048] Récupération des minéraux contenus dans les clivages de biotites [0049] La deuxième étape du programme, appelée dessiccation secondaire, a duré 46 heures pendant lesquelles le plateau s'est réchauffé progressivement jusqu'à +30°C sous une pression de 0,001 mbar. Plus précisément, les biotites ont été placées 11 heures à +20°C, puis 35 heures à +30°C. [0050] Après rupture du vide, le matériel lyophilisé a été à nouveau soumis aux ultrasons dans de l'eau déminéralisée, dans les conditions précédemment décrites, afin de libérer les minéraux (feldspaths potassiques et autres minéraux) des feuillets de biotites, par vibrations. [0051] Le matériel lyophilisé a ensuite été lavé et tamisé sous eau déminéralisée, à l'aide d'une pissette, dans un tamis en inox permettant d'éliminer les éléments de taille inférieure à 25 pm, comme par exemple des argiles, qui étaient contenus dans les biotites et ont été libérés lors de la lyophilisation. [0052] Le matériel lyophilisé a ensuite été mis dans une boite de Pétri, et a été séché dans une étuve à 38°C pendant 24 heures. [0053] Des cristaux de feldspath potassique ont ensuite été récupérés par « piquetage » sous binoculaire à l'aide d'une fine aiguille en acier avec manche, puis déposés dans un Inini-tube plastique de 2 mL avec fond en entonnoir. Une goutte d'eau déminéralisée avait été placée préalablement au fond du Inini-tube pour faciliter le décrochement des cristaux de l'aiguille en acier. Le tube a ensuite été séché dans une étuve classique à 38°C durant une période permettant un séchage complet (quelques hem-es). [0054] Les cristaux de feldspath potassique ainsi extraits sont destinés à être étudiés afin de caractériser la paléoaltération de la roche hôte. La caractérisation peut consister en une datation par analyse '9Ar-40Ar. [0055] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. Il est notamment possible de mettre en oeuvre le procédé d'extraction sur des roches prélevées dans d'autres massifs. Le procédé peut être appliqué à tout type de roche comprenant des biotites chloritisées. Les étapes de préparation de la roche brute et de lavage de l'échantillon, peuvent être réalisées par toute technique connue de l'homme du métier, pour obtenir une fraction de fragments de taille inférieure ou égale à 1000 pm et supérieure ou égale à 50 mu, de 6 préférence entre 60 p.m et 500 Rm, présentant le degré de propreté qu'il jugera nécessaire pour la mise en oeuvre des étapes suivantes du procédé. De même, la séparation des biotites peut être effectuée par toute technique connue dc l'homme du métier. Enfin, le décrochage des minéraux encore accolés aux biotites peut être effectué par toute technique connue du domaine. L'objet de ces différentes étapes de préparation est d'obtenir des biotites non « contaminées » par des impuretés ou des minéraux non visés par le protocole d'extraction. [0056] Pour cc qui est de la mise en oeuvre du protocole selon l'invention, les contenants, congélateurs et lyophilisateurs sont uniquement donnés à titre d'illustration. Tout matériel permettant de placer les biotites dans les conditions de température et pression, aux temps indiqués, pourra être utilisé. [0057] Après ouverture des feuillets de biotite, la libération des minéraux contenus dans les feuillets de biotite peut être effectuée par toute technique apte à soumettre les biotites à des vibrations suffisamment importantes pour libérer les minéraux. 7 REVENDICATIONS[Revendication I] Procédé d'extraction d'un minéral contenu dans des biotites, caractérisé en cc que le procédé comprend une étape de congélation des biotites, suivie d'une étape dc décongélation des biotites. [Revendication 2] Procédé d'extraction selon la revendication précédente, dans lequel on utilise des biotites dans lesquelles le minéral est contenu dans les clivages des biotites. [Revendication 3] Procédé d'extraction d'un minéral selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, dans lequel le minéral est choisi parmi les minéraux suivants : feldspath potassique, quartz, plagioclase, et prehnite. [Revendication 4] Procédé d'extraction d'un minéral selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, dans lequel les biotites sont mises en contact avec de l'eau, et en particulier de l'eau déminéralisée, préalablement aux étapes de congélation et décongélation, et sont maintenues en contact avec l'eau pendant les étapes de congélation et décongélation. [Revendication 5] Procédé d'extraction d'un minéral selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, dans lequel au moins une partie de l'étape de congélation, et l'étape de décongélation, ont lieu dans un lyophilisateur. [Revendication 6] Procédé d'extraction d'un minéral selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, dans lequel l'étape de congélation est effectuée à une température allant jusqu'à -40°C. [Revendication 7] Procédé d'extraction d'un minéral selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, dans lequel au moins une partie des étapes de congélation et décongélation sont effectuées sous une pression d'environ 1 mbar. [Revendication 8] Procédé d'extraction d'un minéral selon la revendication 4 et l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 5 à 7, dans lequel l'étape de décongélation dure de 36 à 76 heures, de préférence de 41 à 66 heures, encore plus préférentiellement de 46 à 50 heures, et de façon encore plus préférentielle 48 heures, au cours de laquelle la température des biotites et de l'eau est progressivement élevée jusqu'à une température allant de 18 à 25°C, de préférence de 19 à 23°C, et encore plus préférentiellement 20°C, sous une pression d'environ 1 mbar. [Revendication 9] Procédé d'extraction d'un minéral selon la revendication précédente, dans lequel l'élévation progressive de la température comporte les paliers suivants, se succédant dans cet ordre : 8 [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] - 6 heures à -40°C, - 10 heures à -30°C, - 10 heures à -20°C, - 10 heures à -10°C, - 12 heures à -F20°C. Procédé d'extraction d'un minéral selon la revendication précédente, comprenant une étape postérieure à l'étape de décongélation, au cours de laquelle la température des biotites et de l'eau est progressivement élevée jusqu'à une température d'environ 30°C, sous une pression d'environ 0,001 mbar, ladite étape durant de 25 à 65 heures, préférentiellement de 35 à 55 heures, et encore plus préférentiellement 46 heures. Procédé de caractérisation d'une paléoaltération, caractérisé en ce qu'on étudie au moins un minéral contenu dans des clivages de l'imites extraites d'une roche felsique au moins en partie altérée, procédé dans lequel on extrait le minéral contenu dans les clivages de hiotites au moyen du procédé d'extraction selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, et on réalise la caractérisation de la paléoaltération en étudiant le minéral extrait. Procédé de caractérisation selon la revendication précédente, dans lequel la caractérisation consiste en une datation du minéral extrait au moyen d'une analyse 89Ar-40AL