L'isotopie du plomb, un outil pour décrypter les gîtes minéraux de l'Hexagone

Lead isotopes, a tool for deciphering the mineral deposits of France

Auteur : Éric MARCOUX

Année : 2026
Numéro revue : 1
Numéro article : 1

Résumé

Ce travail est une synthèse interprétée de l'ensemble des analyses isotopiques de plomb commun réalisées en France sur les minéralisations et les principales roches. En tout, 954 analyses sont fournies (environ 800 sur plus de 380 gisements et indices et 150 sur les roches). Globalement, les compositions isotopiques sont dispersées, s'étalant de 17,34 à 20,10 (rapport ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb), de 15,45 à 15,75 (rapport ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb) et de 37,21 à 39,04 (rapport ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb). Un tri par types de minéralisations (amas sulfurés polymétalliques paléozoïques ; filons aurifères, minéralisations périgranitiques à étain-tungstène, filons antimonifères et plombo-zincifères hercyniens et tardihercyniens, plomb-zinc stratiforme dans le Mésozoïque...) montre d'assez larges recouvrements pour ces différents types. Un tri par épisodes métallogéniques montre sans surprise des valeurs d'autant plus radiogéniques que l'épisode est récent, les fluides hydrothermaux sollicitant des sources de plus en plus enrichies en isotopes radiogéniques. La distribution des compositions dans une région reflète donc grossièrement la chronologie des événements minéralisateurs.

Plusieurs districts polymétalliques du Massif central et du Massif armoricain ont fait l'objet d'études couplées isotopie – paragenèse qui permettent de dégager des conclusions de portée générale. Les signatures isotopiques montrent qu'il existe deux sources potentielles du plomb (et des métaux associés) des minéralisations : lithologique et gîtologique. La source lithologique est constituée par les roches locales lessivées par les fluides hydrothermaux : c'est la plus répandue et la plus sollicitée. Mais ce n'est pas nécessairement la roche encaissante qui est la source principale, et les minéralisations périgranitiques à étain-tungstène-molybdène ne portent pas toujours le plomb magmatique du magma générateur. La source gîtologique est constituée par des minéralisations précoces, remobilisées et redistribuées à la faveur d'épisodes hydrothermaux ultérieurs : elle est très localisée mais très concentrée. Ce phénomène d'héritage (ou de recyclage) métallique se manifeste à l'échelle de la structure minéralisée et à l'échelle régionale. Il se traduit sur les plans minéralogiques et isotopiques et s'exprime particulièrement bien lorsque des minéralisations antimono-plombifères anciennes sont reprises par des fluides plombifères plus récents. À l'échelle d'une structure minéralisée, la signature isotopique peut être constante si l'hydrothermalisme générateur est unique et ponctuel, ou variable avec des trends ou des clusters lorsque la structure résulte de plusieurs épisodes minéralisés qui se sont superposés. La signature isotopique peut parfois permettre de préciser le modèle de genèse : c'est le cas pour le gisement de zinc de Saint-Salvy (où l'héritage du plomb-zinc cambrien est exclu), le gisement d'or de Salsigne (un épisode tardi-hercynien unique), ou le gisement de zinc des Malines (où le plomb cambrien est écarté), par exemple.

L'Hexagone a vu trois arrivées de plomb à la faveur des magmatismes et hydrothermalismes qui se sont succédés
sur le territoire lors des grands événements géologiques de son histoire : cadomien (en nord-Armorique pour l'essentiel), pré-hercynien (en Montagne noire) et hercynien, ubiquiste. Une quatrième arrivée crétacée est assez probable mais se limite aux Pyrénées. Les arrivées plus récentes ont pro parte remobilisé le(s) plomb(s) plus ancien(s) entraînant un mélange global des signatures et donc un effet cumulatif. Le plomb est très majoritairement d'origine crustale, la participation notable du manteau étant limitée à des amas sulfurés hercyniens de Brévenne (Chessy, Sain-Bel) et édiacariens d'Armorique (Kerham, Hôtel-Piquet, La Haie-Claire, La Comterie...).

La géochimie, isotopique du plomb peut être utilisée en exploration minière pour rapporter les indices en cours de
reconnaissance à des gîtes, économiques ou non, et donc pour les hiérarchiser. On peut considérer que la méthode est opérationnelle pour les amas sulfurés volcanogéniques du territoire national. Nous donnons aussi quelques exemples d'utilisation de la géochimie isotopique du plomb en archéologie minière : cette méthode peut alors permettre d'identifier la mine source du plomb et/ou de l'argent qui ont servi à confectionner objets, armes ou monnaies.

Mots-clés : Isotopes du plomb, France, Paragenèse, Gîtes minéraux, Métallogénie.

Abstract

This work is an interpreted synthesis of all the isotopic analyzes of common lead carried out in France on the ore deposits and the main rocks. In total, 954 analyzes are provided (around 800 on more than 380 deposits and showings and 150 on rocks).

Overall, the isotopic compositions are dispersed, ranging from 17.34 to 20.10 (²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb ratio), 15.45 to 15.75 (²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb ratio), and 37.21 to 39.04 (²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb ratio). A sorting by type of deposit (Paleozoic stratiform polymetallic sulphide; gold-bearing veins, tin-tungsten perigranitic mineralizations, Hercynian and late-Hercynian antimoniferous and leadzinciferous veins, stratiform lead-zinc in the Mesozoic, etc.) shows quite broad overlaps for these different types. Sorting by mineralized episodes unsurprisingly shows values that are all the more radiogenic the more recent the episode is, the hydrothermal fluids feeding from sources increasingly enriched in radiogenic isotopes. The distribution of compositions in a region therefore roughly reflects the chronology of mineralizing events.

Several polymetallic districts of the Massif Central and the Armorican Massif have been the subject of coupled isotopic – paragenetic studies which make it possible to draw general conclusions. The isotopic signatures show that there are two potential sources of lead (and associated metals) from the mineralization: lithological and gitological. The lithological source is made up of local rocks leached by hydro thermal fluids: it is the most widespread and the most used. But it is not necessarily the surrounding rock which is the main source, and perigranitic tin-tungsten-molybdenum deposits do not always carry the magmatic lead of the generating magma. The gitological source is made up of early mineralization, remobilized and redistributed thanks to subsequent hydrothermal episodes: it is very localized but very concentrated. This phenomenon of metallic inheritance (or recycling) manifests itself at the scale of the mineralized structure and at the regional scale.

It is reflected on the mineralogical and isotopic levels and is expressed particularly well when ancient antimono-lead
mineralizations are taken up by more recent lead-bearing fluids. On the scale of a mineralized structure, the isotopic signature can be constant if the generating hydrothermalism is unique and punctual, or variable with trends or clusters when the structure results from several mineralized episodes which have overlapped. The isotopic signature can sometimes make it possible to specify the genesis model: this is the case for the zinc deposit of Saint-Salvy (where the legacy of Cambrian lead-zinc is excluded), the gold deposit of Salsigne (a unique late-Hercynian episode), or the zinc deposit in Les Malines (where Cambrian lead is excluded), for example.

France has seen three arrivals of lead thanks to the magmatism and hydrothermalism which followed one another on the territory during the major geological events of its history: Cadomian (mainly in North Armorica), pre-Hercynian (in the Black Mountains) and Hercynian, ubiquitous. A fourth Cretaceous arrival is quite probable but limited to the Pyrenees. The more recent arrivals have in part remobilized the older lead(s), leading to an overall mixture of signatures and there-fore a cumulative effect. The lead is mainly of crustal origin, the notable participation of the mantle being limited to Hercynian sulphide clusters of Brévenne (Chessy, Sain-Bel) and Ediacaran of Armorique (Kerham, Hôtel-Piquet, La Haie-Claire, La Comterie ...). Lead isotopic geochemistry can be used in mining exploration to relate the indices currently being recognized to deposits, whether economical or not, and therefore to prioritize them. We can consider that the method is operational for the volcanogenic sulphide ore deposits of the national territory. We also give some examples of the use of lead isotopes in mining archaeology: this method can then make it possible to identify the source mine of lead and/or silver which were used to make objects, weapons or coins.

Keywords: Lead isotopes, France, Paragenesis, Ore deposits, Metallogeny.