Role of tectonic-sedimentation on the evolution and spatial variability on karst bauxite ore : example from the Villeveyrac basin (South of France)

Cette thèse propose d’identifier les rôles de la tectonique et de la sédimentation responsables des variabilités spatiales d’un gisement de bauxite karstique et particulièrement dans le bassin de Villeveyrac (SE de la France). Pendant le Crétacé « moyen », le sud de la France a connu des évènements géologiques conduisant à la formation et l’accumulation de bauxite. Les bauxites reposent en discordance sur un substratum Jurassique carbonaté, karstifié et déformé ; cela implique une évolution polyphasée de l’événement bauxitique: 1-latérisation et bauxitisation in-situ de roches alumino-siliceuses et 2-démantèlement et piégeage des bauxites dans des karsts situés en aval.Les études sédimentologiques associées à des analyses minéralogiques et géochimiques sur deux forages carottés, à travers le remplissage bauxitique et sa couverture, mettent en évidence des sources latéritiques diverses et de degrés d’altération différents. Les profils latéritiques ont été érodés, transportés et piégés dans les cavités karstiques, suivant une séquence inverse d’un profil d’altération, confirmant l’allochtonie des dépôts. Le matériel est issu de coulées boueuses périodiques et rapides, sous climat latérisant. La couverture sédimentaire Crétacé supérieur correspond à des séries détritiques marneuses déposées en domaine paralique. Les assemblages argileux montrent une diminution de la kaolinite au profit de la formation de smectite et la préservation du détritisme au sommet de la couverture, suggèrent des conditions hydrolysantes moins intenses et un climat plus aride.L’analyse structurale du substratum Jurassique du bassin de Villeveyrac permet d’établir une chronologie des déformations enregistrées et d’identifier un régime extensif NE-SW responsable de la structuration en blocs de failles NW-SE en Languedoc, conduisant à l’érosion et la karstification du substratum Mésozoïque. Un réseau de joints N060/N150, présent dans le Jurassique, a été utilisé comme vecteur principal de karstification conduisant à une topographie de lapiaz métrique. Les failles normales NW-SE ont provoqué des zones d’effondrement dans le bassin, augmentant l’espace disponible pendant le dépôt des bauxites. La compression Pyrénéenne, ultérieure, a conduit au plissement synclinal et a entraîné la formation de fractures dans le gisement, dont certaines directions (N060) ont été utilisées comme drains principaux à un fluide mobilisateur en fer.L’analyse géostatistique des puissances minéralisées dans l’ensemble du bassin, identifie 3 phénomènes structurant les dépôts bauxitiques : 1- la surface karstifiée (paléolapiaz de ± 4 m de profondeur, identifiée sur le terrain), 2- des dolines d’effondrement (± 300 m de diamètre) et 3- l’activité des failles NW-SE (espacées de ±1300 m associées aux plus fortes puissances minéralisées). L’analyse géostatistique des teneurs moyennes (SiO2, Al2O3, TiO2, Fe2O3) montre que les variables ont un comportement fortement aléatoire, excepté dans la direction N060, parallèle à l’axe du pli Pyrénéen tardif. Ces résultats suggèrent que les fractures liées au plissement et affectant le gisement, sont associées à une déferrification le long de ces fractures, concentrant les autres oxydes dans cette direction.Enfin, la datation U-Pb des zircons détritiques extraits des bauxites dans trois gisements du Languedoc, permet de dater les dépôts de l’Albien inférieur à moyen. Le traçage des sources latéritiques indique : 1- une source issue de l’altération du socle Hercynien de la Montagne Noire, dont l’influence diminue vers l’est et 2- une source d’origine sédimentaire, généralisée à l’ensemble du bassin du Sud-Est.La caractérisation des phénomènes structuraux et sédimentaires contrôlant l’épisode bauxitique en Languedoc, constitue un apport significatif à la géodynamique régionale du Crétacé « moyen », mais aussi à la compréhension du gisement de bauxite de Villeveyrac, en proposant un guide fiable pour son exploitation durable.This thesis intends to identify the roles between tectonic and sedimentation which are responsible for the spatial variability inside karst bauxite ore and particularly inside the Villeveyrac bauxitic basin (SE of France). During the “Mid”-Cretaceous, South of France endured several geological events leading to bauxite formation and accumulation. Bauxite overlain unconformably a Jurassic karstified and deformed bedrock; this implies a polyphase evolution of the bauxitic event: 1-in-situ laterisation and bauxitisation of silica-alumina rocks and 2-dismantling and trapping inside karst cavities downstream.Sedimentology studies combined with mineralogical and geochemical analyses on two drill cores through the bauxitic infilling and its cover highlight various lateritic sources and different degrees of alteration. Lateritic profiles were eroded, transported and trapped inside karst cavities, as a reverse sequence of a lateritic profile, arguing the allochthonous nature of the deposit. The material comes from periodic and rapid mud-flow-type transportation under high hydrolyzing climate. The Late Cretaceous sedimentary cover corresponds to calcareous detrital series deposited on a paralic environment. Clay assemblages indicate a decrease of kaolinite correlated to an increase of smectite associated with the preservation of detrital material (illite/chlorite). This suggests a climatic change towards less hydrolyzing conditions and a more arid climate as the cover deposits.Structural evaluation on the Jurassic bedrock in the Villeveyrac basin allows to propose a chronology of all the deformations recorded inside the basin and, to identify a NE-SW extensive regime responsible for NW-SE block-faulting in Languedoc, leading to erosion and karstification of the Jurassic carbonate. A N060/N150 joint system, occurring in the Jurassic carbonate, was used as a dissolution vector for karstification contributing to the metric paleo-lapiaz topography. NW-SE normal faults caused collapse basins, increasing the accommodation space for bauxite deposition. The late Pyrenean compression resulted in the syncline shape of the basin and open fractures formation in the ore, used as drains for an iron mobilization fluid.Geostatistical analyses on the bauxitic thickness inside the basin, has identified 3 structural phenomena: 1- the karstified surface (±4m deep paleolapiaz), 2- collapse sinkhole (±300m diameter) and 3- NW-SE normal fault activity (spaced out ±1300m and linked to thickest bauxitic infillings). Geostatistical analyses on the major oxides grades (SiO2, Al2O3, TiO2, Fe2O3) show a global random behavior, excepted in the N060 direction, corresponding to the synclinal hinge zone. We suggest that the fractures are associated with de-ironing along the hinge zone led to the concentration of the other oxides.Finally, U-Pb datings on detrital zircons coming from three bauxitic ores in Languedoc, bracket the bauxitic deposit from Early to “Mid-“Albian. Provenance studies indicate: 1- a Variscan basement source (Montagne Noire) whose influence decreases eastward and, 2- a sedimentary source which is generalized to the South-East basin.The characterization of these structural and sedimentary phenomena controlling the bauxitic episode in Languedoc establishes a significant input in the regional geodynamic context occurring in the “Mid”-Cretaceous, but also to the understanding of the Villeveyrac bauxitic ore, contributing to its sustainable exploitation