Sur la piste des gemmes d’Afrique de l’Est

par Elisabeth Le Goff – Yves Deschamps ¹

Mine de Mundarara (Longido, nord Tanzanie), Fragments triés de qualité gemme

Contexte – une source de gemmes de classe mondiale encore peu étudiée

Ces dernières années ont été marquées par un intérêt économique accru, autant aux échelles artisanale qu’industrielle, et corrélativement par un développement des connaissances scientifiques relatives aux gemmes. De ce fait, les travaux de R & D menés par différentes équipes sur des gisements de référence ont permis de mieux maîtriser la typologie des gisements source et leurs processus de genèse, et d’amener à un renouvellement ou à l’émergence de nouveaux concepts métallogéniques. Le souci croissant de la certification de l’origine géographique des pierres commercialisées (traçage) a par ailleurs conduit au développement de nouvelles méthodologies pour la caractérisation des signatures des pierres à l’échelle du minéral, en utilisant des moyens analytiques modernes (éléments traces, géochimie isotopique).

Parmi les grandes provinces gemmifères de classe mondiale, l’Afrique de l’Est tient une position privilégiée en tant que source d’une étonnante diversité de pierres précieuses et colorées (rubis, saphirs, émeraude, alexandrite, grenats, tourmalines, etc.), parmi lesquelles existent plusieurs variétés exceptionnelles (e.g. tsavorite, une variété de grenat grossulaire vert à Cr, V ; tanzanite, épidote vanadifère bleue), dont la haute valeur marchande est aussi liée à la rareté voire l’unicité des gisements source (e.g. tanzanite de Merelani, nord Tanzanie). L’ intensité de l’activité minière artisanale en Afrique de l’Est et son dynamisme, marqué par l’émergence de nouvelles zones productrices, traduisent bien l’importance de l’impact socio-économique de l’exploitation des gemmes dans cette région.

Exploitation artisanale pour saphir de Kibuko, district de Morogoro , Tanzanie (minéralisations associées à des marbres)

Mine de rubis de Mundarara (Longido, Nord Tanzanie) puits et déblais d'"anyolite" à rubis

La problématique scientifique – la mise en place de minéralisations à gemmes sur plusieurs milliers de kilomètres ne peut s’expliquer que par des phénomènes géologiques d’ampleur crustale

Une corrélation spatiale étroite existe sur plusieurs milliers de kilomètres entre gîtes de gemmes et grandes structures géologiques, du nord Kenya à Madagascar, via la Tanzanie et le Mozambique.
On dispose aujourd’hui en Afrique de l’Est d’un inventaire et d’une typologie des gîtes de gemmes, mais en revanche, les travaux calant les minéralisations dans leur contexte géologique régional et local restent encore peu nombreux.

Où, quand et comment se mettent en place les gemmes d’Afrique de l’Est ?

Bien que rarement abordées sous l’angle « métallogénique », les gemmes correspondent comme toute autre concentration minérale à des anomalies de la nature. On peut ainsi définir, par une approche gîtologique les conditions de leur mise en place, en caractérisant les objets minéralisés eux-mêmes, mais également leur environnement géologique.
Tels sont les objectif de ce projet initié en 2002, financé par la Direction de la Recherche du BRGM, dans le cadre des projets AGS (Afrique, Géoressources et Société) et PROMES (Processus de Métallogénèse), et dont la finalité ultime consiste à définir des provinces et des objets favorables (approche prédictive) pour le développement du secteur minier artisanal et la lutte contre la pauvreté dans cette partie d’Afrique.

Une approche métallogénique intégrée, de l’échelle de la chaîne jusqu’à l’échelle du gisement et du minéral

La compréhension du phénomène a justifié d’une approche intégrée à différentes échelles, impliquant des compétences pluridisciplinaires en interne, ainsi que des partenariats et collaborations multiples : Universités (Dar-Es-Salaam,Tanzanie ; Gaborone, Botswana), Service Géologique Tanzanien (GST, Dodoma), SEAMIC (Dar Es Salaam), gemmologues experts d’Afrique de l’Est (C. Simonet, J. Saul), exploitants miniers et artisans mineurs en Tanzanie.

A l’échelle de la chaîne  : une vision régionale actualisée pour la compréhension à petite échelle des relations spatiales et temporelles entre distribution des gisements et les principales unités géologiques Est-Africaines a été réalisée en utilisant un Système d’Information Géographique (SIG) spécifiquement dédié aux gemmes. Au-delà des données publiques, cette synthèse a intégré des données BRGM inédites issues de plusieurs décennies de cartographie et prospection (Tanzanie, Mozambique, Madagascar, RdC, Ouganda, Kenya) : données structurales, études pétrographiques (plusieurs milliers de lames minces), analyses géochimiques (x100), datations géochronologiques, ainsi que des données inédites fournies par nos collaborateurs.

A l’échelle des gisements : afin de mieux contraindre les minéralisations dans leur environnement lithologique, métamorphique et structural, des études détaillées de gisements et de leur contexte régional ont été principalement focalisés sur quatre districts à rubis/saphir tanzaniens. Les données de terrain, acquises au cours de plusieurs mois de mission sur place sont appuyées par des études approfondies au laboratoire : pétrographie et minéralogie détaillées, géochimie, géochimie isotopique, géochronologie.

Les résultats scientifiques

Les retombées du projet sont multiples :

• - actualisation de la carte géologique et des ressources minérales de Tanzanie à 1 :2 000 000, réalisée et éditée en collaboration avec le Geological Survey tanzanien et l’Université de Dar Es Salaam (carte publiée au CAG20 en juin 2004 et remise officiellement au Ministère des Mines tanzanien en mars 2005) ; (la dernière version de la carte nationale datait des années 1980) .

Distribution des gîtes de gemmes et unités géologiques en Afrique de l’Est  1/ 4 000 000 Cliquez sur la carte pour l'agrandir

• - Synthèse, actualisation et harmonisation de la géologie d’Afrique de l’Est à l’échelle du 1 : 2 000 000, couvrant une quinzaine de pays, avec une échelle chrono-lithologique commune au continent africain;   Les données relatives aux gîtes de gemmes sont normalisées via l’emploi de lexiques originaux (typologie actualisée) et gérées au sein d’une base de données multicritères (Access) intégrant environ 3200 sites géoréférencés. Une première version de la synthèse SIG dédiée aux gemmes d’Afrique de l’Est est présentée au CAG20 (2004).

• - L’approche régionale à l’échelle de la chaîne, à la fois spatiale (relations unités géologiques/minéralisations) et temporelle (périodes fertiles, « crises » minéralisées) met en évidence la superposition de plusieurs périodes minéralisées reliées à des évènements géologiques bien calés de grande ampleur. En particulier, l’orogène Est-Africain (env. 650 – 500 Ma), évènement tectono-métamorphique majeur clôturant le cycle néoprotérozoïque apparaît de loin comme la période la plus fertile pour une grande variété de minéralisations synmétamorphiques et plutoniques (mise en place de la Mozambique Belt, également dénommée « gemstones Belt of East Africa ») ; métamorphisme de haut grade combiné avec une tectonique polyphasée et des stades magmatiques tardi à post-tectoniques différenciés apparaissent comme des paramètres déterminants pour la mise en place des minéralisations à l’échelle régionale.

Contrôle régional des minéralisations dans la Mozambique Belt tanzanienne (modélisation géologique)

• L’identification de  « lacunes de minéralisations » pour plusieurs modèles de gîtes bien caractérisés et bien calés. Ces « anomalies négatives », inexpliquées en regard de critères géologiques régionaux à priori hautement favorables à l’existence de gemmes sont considérées dans l’état actuel des connaissances comme des zones potentiellement fertiles, mettant ainsi en valeur les efforts à accomplir, tant scientifiques qu’exploratoires (approche prédictive). On retiendra plus particulièrement : le volcanisme alcalin cénozoïque de certains segments du Rift Est-africain pour le saphir basaltique ; le craton archéen du Nil et le craton archéen malgache pour la recherche de kimberlites diamantifères ; les nappes sommitales hautement métamorphiques de la Mozambique Belt panafricaine du nord-Mozambique pour la recherche de gîtes synmétamorphiques et synmétamorphiques/métasomatiques (rubis, saphir, tsavorite, etc.).

• - A l’échelle des gisements : les études menées à ce jour permettent de contraindre le contexte géologique des minéralisations à rubis - saphir à l’échelle locale et régionale. Un modèle géologique et gîtologique est établi et les contrôles des gisements à l’échelle régionale sont définis sur plusieurs districts : l es minéralisations à rubis –saphir de la Mozambique Belt néoprotérozoïque sont strictement contrôlées par les formations sédimentaires de la partie sommitale des nappes néoprotérozoïques, en particulier des marbres. Les minéralisations sont synchrones de la déformation et se mettent en place lors de l’histoire rétromorphique, à la transition entre les faciès granulite et amphibolites.

Développements en cours et perspectives

• - Affinage de l’approche prédictive pour la recherche de nouvelles cibles à l’échelle du district (changement d’échelle) : à partir de la synthèse régionale SIG et des contrôles définis sur le terrain : combinaison des paramètres géologiques favorables (lithologie, métamorphisme) pour identifier des zones cibles à l’échelle du district ;
• - Modélisation physico-chimique : les paramètres évoqués précédemment ne suffisent pas pour déterminer la qualité gemme des pierres . On se propose de caractériser les paramètres physico-chimiques possiblement discriminants sur la qualité des gemmes : composition chimique des roches, composition chimique et isotopique des rubis, composition de la phase fluide, conditions P-T de cristallisation, forme des chemins P-T, position des minéralisations dans l’histoire métamorphique.

1  BRGM / REM / MESY