Diamond genesis, geology and mining (un vaste programme) on va quitter la croûte... ...pour le manteau P. Cartigny Equipe de Géochimie des Isotopes Stables, Institut de Physique du globe de Paris, France. 1926 : 10,000 prospecteurs courant pour obtenir leur concession après que des dépôts alluvionnaires riches en diamant aient été découverts Un exposé préparé avec de nombreuses illustrations tirées de Diamants, Au coeur de la Terre, au cœur du des Etoiles, au cœur du Pouvoir H. Bari & V. Sautter (chez Adam Biro) The nature of diamonds G. Harlow, (chez Cambridge) Diamonds in Nature : A guide to Rough Diamonds R. Tappert & M.C. Tappert (chez Springer) et quelques documents personnels du carbone élémentaire sous différents arrangements tri-dimensionels Du diamant (absolument ?) partout Formation naturelle de diamant hors de son champ de stabilité - sédiments uranifères (5 nm) - décompression dun gaz (5 nm) - météorites (qq centaines microns) Formation naturelle de diamant dans son champ de stabilité - impact de météorites (quelques nm à quelques cm) - zones de subduction (qq centaines de microns) - manteau terrestre (jusquà 10 cm) Environments inconnus - carbonado (diamant polycristallin noir) Contexte de formation de films de diamant (P ? - T?) dans un xénolite dHawaï, Wirth & Rocoll, 2003 hors de son champ de stabilité Contexte de formation des diamants dits métamorphique (~ 120 km, ~800°C) dans son champ de stabilité Diamants de synthèse (le monde de la chimie/physique pas du géologue) Haute pression (6 GPa) et haute température (1600-1800°C) Diamant CVD (chemical vapor deposition) P= ~10-5 mbar, T ~ 1000°C typiquement de 1 à 10 mm Le diamant : un minéral aux propriétés uniques -le plus dur - le meilleur conducteur thermique - le meilleur isolant éléctrique - indice de biréfringence le plus élévé Si le diamant nest pas stable à la surface de la Terre, Comment et où se forme-t-il ? Comment arrive-t-il à la surface ? On trouve le diamant dans les kimberlites (= des roches volcaniques rares) Et qq autres exceptions encore plus rares (qq lamproïtes, & lamprophyres, une komatiite) Les kimberlites sont des monstres pétrologiques (ultrapotassiques, ultramafiques) qui sont donc associées à des minéraux caractéristiques : potassic richterite potassique, chromian diopside chromifère, chromium spinelles riches en chrome, ilmenite magnésienne, Grenats pyropiques riche en chrome, & diamond <- manteau Lespérance : les grenats riches en Cr et pauvres en Ca (G10/G9) La grosse exception : Premier mine, Afrique du Sud) Les kimberlites : c’est ce qu’on a de mieux, mais ce n’est pas fantastique Finsch Mine, South Africa M. Kirkley in Harlow, Diamonds Schéma synthétique dun pipe kimberlitique M. Kirkley in Harlow, Diamonds Seules quelques kimberlites (les plus grosses) contiennent du diamant en quantités économiques La teneur varie avec le faciès (venue) et donc parfois avec la profondeur Kimberley, RSA Lexploration (junior and big companies) Lexploitation (plutôt des big companies) Des recherches qui ne peuvent se faire sans le soutien de lindustrie minière (qui nous donne les diamants) Pourquoi toutes les kimberlites ne contiennent pas du diamant ? 1- destruction des diamants durant la remontée (car les diamants/roches du manteau naiment pas les kimberlites 2- profondeur déchantillonnage (in/off craton) Le diamant ne sest pas formé dans la kimberlite (...à qq exceptions bien entendu) 1- résorption Cest un rare survivant (tout le reste a été détruit/altéré) Le diamant ne sest pas formé dans la kimberlite (...à qq exceptions bien entendu) 2- inclusions minérales Photos : Harris, Richardson, Shirey, Stachel Le diamant ne sest pas formé dans la kimberlite (...à qq exceptions bien entendu) 3- déformation plastique Le diamant ne sest pas formé dans la kimberlite (...à qq exceptions bien entendu) 4- datation des inclusions Typiquement les diamants ont un âge de 3.5 à 1 Millards dannées (âge de la kimberlite typiquement de 50 à 250 Millions dannées Photos : Harris, Richardson, Shirey, Stachel Pourquoi toutes les kimberlites ne contiennent pas du diamant ? 1- destruction des diamants durant la remontée (car les diamants/roches du manteau naiment pas les kimberlites 2- profondeur déchantillonnage (in/off craton) On trouve les diamants dans/autour des cratons (roches continentales plus vieilles que 2,500 Millions dannées) Dachine (Guyane) Un échantillonnage accidentel et fortement biaisé Pourquoi seulement la ithosphère continentale Archéenne ? (profondeur, âge, fugacité doxygène ?) + profond - profond On connaît (à peu près) bien les racines conttinentales Géologie, Géochimie, Géophysique Une vision classique de léchantillonnage des diamants par les kimberlites sûrement/ pas toujours du diamant pas de diamant - 150 km ? Métal ? ? Diamant ? - 250 km Pourquoi toutes les kimberlites ne contiennent pas du diamant ? 1- destruction des diamants durant la remontée (car les diamants/roches du manteau naiment pas les kimberlites 2- profondeur déchantillonnage (in/off craton) 3- localisation du métasomatisme dans le manteau lithosphérique et la formation des diamants Comment se forme les diamants ? 1991 Kirkley et al. Ce diamant a grandi en au moins épisodes Dautres fois, on le déduit Scanner dune des très rares xénolites à diamant Parfois on voit cette phase mobile (fluide) Réduction de carbone (CO2 -> C +O2) mais la plupart du temps on ne sait pas (parce que le diamant est presque pur) Cest là où la géochimie isotopique intervient: Utilisation des variations fine des compositions isotopiques du carbone et des concentrations en azote Une ligne droite N N C C ln = ln * K 1) ( C C 13 13 0 N 0 C Oxidation de méthane CH4 -> C + 2H2 Thomassot et al., 07 EPSL Le diamant est stable dans une fenêtre étroite de P-T-fO2-(t ?) fugacité doxygène (ln) -40 -20 0 1/T4 carbonates Daprès Deines, 1980 Le diamant est stable dans une fenêtre étroite de P-T-fO2-(t ?) Increasing H2O/CO2 fugacité doxygène -40 -20 0 -40 -20 0 -40 -20 0 1/T4 carbonates carbonates carbonates Daprès Deines, 1980 Une vision classique de léchantillonnage des diamants par les kimberlites sûrement/ pas toujours du diamant pas de diamant - 150 km ? Métal ? ? Diamant ? - 250 km Le diamant de lindustrie minière vient du manteau terrestre à des profondeurs > 150 km de profondeur Le diamant est un minéral accidentel, pré-existant et résiduel (résistant) dans les roches volcaniques (kimberlites, lamproïtes, lamprophyres, komatiite) qui les échantillonnent Le diamant est un minéral métasomatique stable dans des conditions restreintes de P, T, fO2 X-Y-Z et t résultant de processus doxydo-réduction laspect le moins contraint et sur lequel des progrès peuvent être attendus.