Marbre en fusion à Chelsea (autoroute 5)

Photo 1A. Dykes de calcite (rose et orangé) recoupant une roche calco-silicatée (vert : skarn – ou fénite) ; à gauche, en rouge sombre, une intrusion granitique. Des éléments vert sombre semblent voltiger dans la masse plus pâle. Chelsea (Québec), tronçon de l'autoroute 5 en construction, au nord de Tulip Valley, oct. 2008. (Voir photo 1B en fin de billet.)


Note. — Une fausse manœuvre a mis ce brouillon prématurément en ligne. Des retouches viendront.

Résumé

Visite de la section de l'autoroute 5 à Chelsea (Québec) inaugurée en 2009 avec le minéralogiste Jeffrey de Fourestier, en août 2013. Selon les travaux de Fahimeh Sinaei-Esfahani et de Fourestier, les dykes de calcite rose et orangée de l'endroit seraient des carbonatites résultant de la fusion des marbres locaux par des fluides magmatiques alcalins d'origine mantellique. (Voir «Références», en fin de billet)
Contexte géologique
Roches calco-silicatées (skarns) et/ou carbonatites (fénites) dans les métasédiments riches en marbre recoupés par la syénite de Wakefield, province de Grenville du Bouclier canadien (un milliard d'années).
Localisation
Autoroute 5, à Chelsea (Québec) : nouveau tronçon inauguré en 2009, au nord de Tulip Valley.
45.572822,-75.873903
Billets traitants du même sujet ou de sujets connexes
Skarns et carbonatites à Chelsea
«Chelsea : dykes et brèches de calcite», 6 nov. 2012
«Skarns : article recyclé», 16 févr. 2012
«Prolongement de l'autoroute 5, Chelsea (Québec) : vallée du ruisseau Meech (3)», 17 janv. 2010
«Intrusion de calcite à Chelsea (Québec), autoroute 5», 22 nov. 2009
Histoire minière de l’Outaouais
«Les mines (parties I et II)», 3 et 7 mars 2012

Local et lointain

En août 2013, j'ai eu la chance de visiter les tranchées rocheuses du nouveau tronçon (2009) de l'autoroute 5 au nord de Chelsea en compagnie du minéralogiste Jeffrey de Fourestier. Il a été malheureusement impossible de combler en une seule journée toutes les lacunes de mon expertise en minéralogie ; au moins, j'ai pu mieux prendre conscience de la variété des phénomènes qui ont façonné et trituré les roches du secteur et de la subtilité de certaines manifestations qui ont laissé de discrètes empreintes.

Magmatisme, métasomatisme, intrusions hydrothermales, gossans (chapeaux de rouille signalant des minéralisations), lectures de la radioactivité, marbre bleu (unique dans la région, voir photo 2), calcite rose omniprésente, etc. ; le programme a été chargé. Je propose ce coin du Bouclier canadien à qui me supportent pas la monotonie.

Jeffrey a, entre autres, identifié une occurrence d'un minéral radioactif, l'oxycalciobétafite, reconnu d'abord dans des échantillons... lunaires ! (Voir photo 2.) La présence de minéraux radioactifs (rarissimes ou banals) indiquent qu'il y a eu ségrégation, migration et concentration d'éléments. Bref, le métamorphise, très «local», qui a formé les roches non moins «locales» du Bouclier canadien a subi toutes sortes d'influences et d'infiltrations plus ou moins «lointaines» – lire «prodondes».

Les roches des collines au nord de Gatineau (Québec), histoire de bien situer les choses, appartiennent aux Laurentides, partie du Bouclier canadien qui se confond a peu près à la province géologique de Grenville, vieille d'un milliard d'années.

Signalons, pour le site qui nous intéresse, la proximité de larges bandes de marbre ainsi que celle du batholithe syénitique de Wakefield dont la marge E coupe l'autoroute au N et au S du site qui nous intéresse.

Skarns vs carbonatites

Le résultat le plus important des travaux de Sinaei-Esfahani et de de Fourestier a été la reconnaissance de carbonatites* dans les masses et dykes de calcite rose-orangée qui recoupent les roches calco-silicatées, aussi nommées skarns, révélées par les tranchées (voir billet du 16 févr. 2012, lien plus haut ; voir aussi photos 1A-B).

* Carbonatites : roches magmatiques d'origine mantellique formées de carbonates (calcite ou dolomie). 

Les skarns sont des roches à forte teneur en silicates de calcium et de magnésium. Plusieurs fois, le blogue est revenu sur l'omniprésente association dans la région des skarns et des occurrences de calcite rose grossière qui les accompagnent. (Voir billet 16 févr. 2012, lien plus haut.)

Ces masses de calcite – pour ne pas autrement les qualifier – se remarquent aisément sur le terrain (voir les photos du billet). D'abord, par leurs teintes, roses ou orangées* ; ensuite, par leur grain, grossier (cristaux atteignant plusieurs cm). Enfin, la «matière» est souvent hétérogène, semée de minéraux étrangers : apatite, mica, fluorine, silicates «verts» (pyroxènes et/ou amphiboles), etc. La calcite survient en filons, déformés ou non, lentilles, masses quelconques, ou passe à un marbre blanc-blanchâtre régulier, autre roche omniprésente dans la région.

* Attention (erreur de débutant) à ne pas confondre ces masses de calcite avec du granite rose ou orangé !...

Les occurrences de calcite rose ont eu leur importance dans le passé ; on les a exploitées pour le phosphate (fluorapatite) et le mica (phlogopite) dès la fin du XIXe s. et les collectionneurs de beaux cristaux continuent d'explorer les halles des anciennes mines de l'Outaouais. Elles font partie de notre histoire. (Voir billets du 3 et 7 mars 2012, liens plus haut.)

Origine de la calcite

Pour expliquer les mobilisations, intrusions ou transformations dont ces masses de calcite ont été l'agent, l'objet ou le résultat, les géologues n'ont pas été en peine d'explications.

Sur le terrain, un indice apparaît à l'évidence : l'association étroite des skarns et des abondants marbres locaux. Plusieurs avancent que les skarns sont des calcaires silicieux métamorphisés ; d’autres (ou les mêmes…) invoquent l'influence mutuelle et diffuse (on dit métasomatisme) de marbres dolomitiques (magnésiens) et de gneiss silicieux durant le métamorphisme*. Rappelons que toutes ces transformations se sont déroulées à plus de vingt km de profondeur : dans ces conditions, les roches sont moins inertes qu'en surface !

* Quelle que soit l'origine de la calcite (CaCO3 ± de magnésium), elle a réagi avec les roches silicatées avec pour résultat la production de minéraux calco-silicatées (le «vert» dans les photos).

La circulation de fluides d'origine métamorphique ou magmatique – dans ce cas, provenant de l'intrusion de granites – aurait participé aux processus ou les aurait prolongés, lessivant les roches ici pour précipiter le carbonate de calcium, le magnésium, le phosphate et le fluor là. Ainsi, entre autres, se seraient formé sur le tard (relativement) les veines de calcite-apatite-phlogopite qui recoupent les skarns…

D'autres géologues, enfin, ont supposé que nous étions en présence d'intrusions de carbonatites, roches magmatiques d'origine mantellique (donc profonde) formées de... carbonates (calcite ou dolomie).

Tout tourne donc autour de l'origine de la calcite rose : calcite «sédentaire» (marbres locaux métasomatisés in situ) ou «migratoire» (magmas de provenance profonde, vecteurs de fluides hydrothermaux) ? L'alternative semble se résoudre, après les travaux de Sinaei-Esfahani et de Fourestier, en faveur des partisans d'une origine exotique, ou profonde, indirecte, de la calcite.

Selon Fahimeh Sinaei-Esfahani et de Fourestier, les dykes de calcite rose et orangée de l'autoroute 5 seraient des carbonatites résultant de la fusion des marbres locaux par des fluides magmatiques alcalins (syénitiques), peut-être associés à l'emplacement de la syénite de Wakefield (voir ce billet) qui coupe l'autoroute au sud et au nord du site considéré.

Donc, la calcite est d'origine locale, et les fluides et magmas qui l'ont mobilisée, d'origine lointaine. De quoi contenter tout le monde.

Explication gigogne

J'avais déjà proposé une explication qui les contiendrait toutes (billet du 17 janv. 2010, lien plus haut) :

Imaginez des influences diffuses entre bancs de roches ; des échanges, pas nécessairement réciproques, par l'entremise de fluides minéralisés (avec peut-être du granite, si vous y tenez, pour alimenter et faire circuler des courants hydrothermaux) ; bref, une chimie complexe à 20 km de profondeur, se déroulant en de multiples étapes, simultanées ou successives, et vous ne serez pas loin de la vérité.

Tout devient simple quand on accepte que c'est compliqué... .

Conclusion

Je n'ai fait ici qu'effleurer le sujet. La liste des phénomènes géologiques et minéalogiques que pourrait illustrer chacun des affleurements du secteur est interminable. Métamorphisme, métasomatisme, magmatisme, fluides hydrothermaux, gossans, molybdénite, brucite, minéraux radioactifs, etc.

Merci à Jeffrey de Fourestier de m'avoir expliqué plus de choses sur la géologie et la minéralogie de ce tronçon de l'autoroute 5 que j'ai pu en retenir (et que je pourrai en exposer ici !...)

L'histoire du site est complexe et s'est déroulé en plusieurs stages ainsi qu'en témoigne la présence de minéraux bien formés (euhédraux) dans des roches autrement fortement déformées et métamorphisées. Je pense, notamment, aux cristaux quartz érodés par les fluides hydrothermaux qui se révèlent ainsi bien «tardifs».

Références

• Fourestier, J. de, Mineralogy of the Autoroute 5 extension, Chelsea, Quebec, Canada, 2008, rapport inédit.
• Fahimeh Sinaei-Esfahani, Localized metasomatism of Grenvillian marble leading to its melting, Autoroute 5 near Old Chelsea, Quebec, Department of Earth and Planetary Sciences McGill University, Montreal, 2013. (PDF)
• Martin, R.F. and Sinai, F. 2012. «Rheomorphic fenite and crustal carbonatites: new complications in the Grenville crust, Old Chelsea area, Quebec», abstract in Geological Association of Canada–Mineralogical Association of Canada, St. John’s 2012, Program with Abstracts, v.35, p.85. (PDF)

Photo 1B. Vue rapprochée de dykes déformés de calcite saumon. Cf. photo 1A, coin supérieur gauche. Chelsea (Québec), tronçon de l'autoroute 5, au nord de Tulip Valley. (Photo oct. 2008.)



Photo 2. Dyke de calcite radioactive recoupant un orthogneiss gris. Le minéral radioactif est l'oxycalciobétafite, rare minéral d'abord identifié dans des échantillons lunaires. Son occurrence à Chelsea est une découverte de Jeffrey de Fourestier. Chelsea (Québec), tronçon de l'autoroute 5, au nord de Tulip Valley. (Photo août 2013.)



Photo 3. De gauche à droite : marbre blanc (qui était originellement jaune, lorsque la tranchée était fraîche, m'a dit Jeffrey), calcite orangée et «roche verte» plissée (identification d'après la photo), marbre bleu et granite rose (d'après mes notes de terrain pour ces derniers). Géologie très bigarrée ! Chelsea (Québec), tronçon de l'autoroute 5, au nord de Tulip Valley. (Photo août 2013.)



Photo 4. Autres intrusion de calcite, plus au sud que celles montrées plus haut. Lentille de calcite à fluorine et phlogopite dans un orthogneiss. Chelsea (Québec), autoroute 5, entre les chemins Old Chelsea et Scott. (Photo juillet 2010.)



Photo 5. Intrusion de calcite transportant des lentilles et masses felsiques (grises et blanches). Chelsea (Québec), autoroute 5, entre les chemins Old Chelsea et Scott. (Photo juillet 2010.)



Photo 6. Masse de calcite claire repoussant une calcite grise chargée de xénolithes. Chelsea (Québec), autoroute 5, au sud de Tulip Valley. (Photo juillet 2000.)