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  • UNIVERSIT PAUL CEZANNE - UNIVERSIT DE PROVENCE .

    COLE DOCTORALE SCIENCES DE L'ENVIRONNEMENT d'AIX-MARSEILLE

    Spcialit : Gosystmes

    Parcours : GOSCIENCES DE L'ENVIRONNEMENT

    CARACTERISATION PETROGRAPHIQUE ET

    MINERALOGIQUE DU GISEMENT A SAPHIR DE

    SAHAMBANO (MADAGASCAR)

    Par

    OFFANT Yohann

    Soutenu le 23 juin 2005

    Accept avec mention Assez Bien

    Responsable de Stage : GIULIANI Gaston (IRD et CRPG/CNRS) Anne : 2004 2005. OHNENSTETTER Daniel (CRPG/CNRS)

    MARSHALL Dan (Simon Fraser University, Canada)

  • 1

    Rsum

    Le gisement corindon de Sahambano est unique Madagascar. Il est situ au sud de lle, dans la zone de cisaillement de Ranotsara. Lorigine des corindons de Sahambano est due a une circulation de fluide mtasomatique dans des gneiss dge panafricain (550 Ma). Ils sont gnralement accompagns de grenat, spinelle, feldspath potassique et surtout de biotite, qui

    constitue parfois de vritables roches monominrales appeles biotitites, au sein des gneiss

    feldspathiques. La prsence dun minral rare la musgravite a t identifie dans des cipolins. Le gothermomtre grenat-biotite et la stabilit de la sillimanite, dfinissent un domaine de

    cristallisation des corindons denviron 700C et 4-5 kbar. Les saphirs de la mine prsentent une grande diversit de couleurs. Cette gamme de couleur

    est due une variation importante de la concentration en chrome avec fer constant, lors de la

    circulation des fluides. Ce chrome provient en majeur partie du fluide lui-mme, contrairement

    dautres lments chimiques comme le fer ou laluminium qui proviennent vraisemblablement de lencaissant gneissique. Les saphirs rose-orangs de Sahambano prsentent en grande partie, les caractristiques des padparadschas Sri Lankais. La rglementation au sujet de cette appellation est

    assez drastique car leur raret et donc leur prix, dpassent largement ceux des saphirs du

    Cachemire ou des rubis de Mogok. Notre tude propose un nouveau critre chimique pour la

    classification de ces saphirs rose-orangs.

    Mots-cls : Madagascar, saphir color, gneiss, biotitite, mtasomatose-K, padparadscha

    Abstract

    The Sahambano corundum mine is unique to Madagascar. It is located at the south end of

    the island, in the shear zone of Ranotsara. The origin of the corundum is related to metasomatic

    fluids circulating within the Proterozoic Panafrican gneiss. The composition of the gneiss varies

    locally but in general is comprised of garnet, spinel, potassic feldspar and biotite. It also contains

    monomineralic layers such as biotitites and calcitic marbles where the musgravite, a rare Be-Al-

    Mg oxide, has been identified. Garnet-biotite geothermometry and the stability of sillimanite are

    consistent with corundum precipitation at approximatey 700C and 4 to 5 kbars.

    The sapphires at Sahambano display a large variation in colour. The colour is due mostly to

    variations in Chromium with constant Iron, during the metasomatic fluids circulating. The

    chromium is interpreted to be sourced from the metasomatic fluid while the Alumimum and Iron

    appear to be sourced from the gneissic host rocks. The pinkish-orange sapphires from Sahambano

    display characteristics similar to the padparadschas of Sri Lanka. The rarity of the pinkish-orange sapphire makes them prized throughout the world and hence they relatively highly priced,

    with their values sometimes surpassing that of the Kashmiri sapphires and the Mogok rubies. Our

    study proposes new chemical criteria for this pink-oranges sapphire.

    Keys words: Madagascar, colored sapphire, gneiss, biotitite, K-metasomatism, padparadscha

  • 2

    I- INTRODUCTION

    Le corindon est un oxyde dalumine de formule chimique Al2O3 (Annexe A). A Madagascar, les gisements de corindon ont t dcouverts et dcrits par Lacroix au dbut du

    XXme (Annexe A). Depuis quelques annes, de nouveaux gisements sont exploits comme ceux

    dIlakaka ou dAndranondambo dans le sud de lIle (Annexe A). Le gisement de Sahambano compte aussi parmi les gisements rcemment dcouverts. Il est situ dans la province de

    Fianarantsoa (Sud de Madagascar), environ 20 km au Sud Est de la ville dIhosy (figure 1). Les premiers indices corindon ont t dcouverts en 1988 et le gisement est aujourdhui exploit par la socit Mines Tany Hafa . Lexploitation principale (numrot 1 sur la figure 1), se trouve environ 5 km au Nord-Est du petit village de Sahambano, mais dautres zones minralises sont rpertories notamment dans les secteurs 2 et 3 de la figure 1. Le relief est marqu par de grandes

    structures tectoniques orientes NNW/SSE (figure 1). Ces structures tmoignent dune forte activit tectonique en relation avec lorogense Panafricaine et son mtamorphisme rgional associ (Pili, 1997). La petite chane du Manivala fait partie de la bordure Est de la grande faille de

    Ranotsara qui traverse tout le Sud Est de Madagascar (figure 1). Cette faille est en fait une grande

    zone de cisaillement de 25 km de large sur plus de 300 km de long. Le gisement corindon de

    Sahambano est situ lintrieur de cette zone de cisaillement.

    Ce gisement possde un intrt gologique particulier. En effet, les corindons se situent

    dans des gneiss feldspathiques biotitiss, en dfinissant des zones lenticulaires orientes suivant la

    foliation rgionale, parallle la direction de cisaillement NNW/SSE. Ce type de lithologie

    corindon est dj connu en Inde (Santosh et Collins, 2003), mais il na encore jamais t dcrit Madagascar. Afin de comprendre les mcanismes responsables de la gense de ces corindons, nous

    avons ralis une tude ptrographique et gochimique sur les paragenses minralises, et sur

    celles striles. Pour cela des observations sous le microscope optique puis au microscope

    lectronique balayage (MEB) ont t ralises sur les diffrents facis du gisement. Les secteurs

    chantillonns sont reports sur la figure 1. Ltude des paragenses et des textures ractionnelles nous a permis dans un deuxime temps, dtablir un diagramme pression temprature et daborder ainsi, les conditions de formation de ces corindons.

    La grande diversit de couleur des corindons est une autre caractristique du gisement de

    Sahambano. Toutes les couleurs y sont reprsentes sur une zone de minralisation restreinte et de

    faible paisseur (quelques dcimtres au maximum) ; alors que la plupart des gisements malgaches

    ne prsentent quun seul type de couleur, mme sur de grandes surfaces dexploitation (Annexe A). Parmi les couleurs trouves Sahambano (comme le bleu, le violet, le rose, le rouge ou le

    vert), se trouve le rose-orang. Les saphirs de cette couleur prsentent un intrt conomique

    surpassant ceux du saphir et du rubis. Elle caractrise les padparadschas dcrit pour la

    premire fois au Sri Lanka (Notari, 1997), saphirs trs rares et donc prcieux. Afin de

    comprendre le mcanisme responsable des diffrentes colorations des corindons sur le gisement,

    mais aussi de savoir si ces saphirs rose-orangs peuvent porter le nom de padparadscha, des tudes

    minralogiques et gochimiques des diffrents corindons colors ont t ralises au MEB et la

    microsonde lectronique.

    Ce travail de caractrisation minralogique et ptrographique, sajoute ainsi aux autres tudes ralises sur les diffrents types de gisement corindon existant Madagascar (Annexe A).

    Leurs principales caractristiques sont prsentes sous la forme dune synthse bibliographique. Cet important travail bibliographique est joint en annexe A. Lannexe B comporte la majeure partie des rsultats rassembls sous la forme de tableaux et de figures illustrant le texte, mais qui ne sont

    pas essentiels sa comprhension.

  • 3

    Figure 1 : Carte topographique de Sahambano (1/200.000me

    ). Les numros sont les

    secteurs de prlvement dchantillons. On peut observer la chane du Manivala qui constitue la bordure Est de la faille de Ranotsara et les grandes structures de

    dformation associes, orientes NNW/SSE.

    N

  • 4

    II- MATERIEL ET METHODES

    II-1 Le microscope optique

    Les lames minces polies des diffrents types de roches ont t observes sous un

    microscope Olympus BH2-HLSH. Les photos numriques des minraux et textures ont t

    ralises avec un appareil photographique Olympus Camedia C3030-ADL. Les minraux des

    diffrentes lames minces ont t observs aux grossissements x5, x10, x25 et x50.

    II-2 Le Microscope Electronique Balayage (MEB)

    Les observations ont t effectues sur un MEB Hitachi S2500 de lUniversit dHenri Poincar de Nancy I, sur une distance de travail comprise entre 10 et 20 mm et sous une tension de

    15 20 Kv. Les dtecteurs de photons X et dlectrons rtrodiffuss sont de type EDS (Energy Dispersive Spectrometer). Le dtecteur dlectrons secondaires est un dtecteur dEverhart-Thornley. Les chantillons tudis sont des lames minces polies dj observes sous le microscope

    optique (identification des minraux et textures), et des sections polies de corindons (tude des

    inclusions minrales solides, tat de fracturation, homognit). Avant chaque analyse, les chantillons sont mtalliss au carbone en surface afin dobtenir une bonne conduction et avoir un bon coulement des charges. Lchantillon est ensuite balay par la sonde lectronique et plusieurs phnomnes vont se produire : diffraction dlectrons, mission dlectrons secondaires et dlectrons Augier, mission de photons X Chacun de ces effets peut donner lieu la formation dune image. Le microscope peut galement travailler en sonde fixe permettant une microanalyse semi-quantitativ