Les inclusions fluides synthétiques

Les inclusions fluides sont des microsystèmes minéraux contenant un fluide (Roedder, 1963, 1971, 1979, 1984). Dans le cas des inclusions fluides naturelles, le fluide piégé a circulé au moment de la formation ou de la fracturation de la roche. Il existe trois types d’inclusions fluides : primaires, secondaires et pseudo-secondaires. Dans le cristal, les inclusions secondaires ont des formes très variées et elles se disposent sur des plans plus ou moins rectilignes sécants sur les directions cristallographiques du cristal. Dans le dernier type, des inclusions de formes variées se regroupent le long des zones de croissance du minéral hôte (Dubois, 1992). Les inclusions fluides sont utilisées pour déterminer les conditions de température, pression et composition des fluides qui circulent dans les systèmes géologiques. Il existe différentes méthodes physiques permettant l’analyse des IF telles que : la microthermométrie, les spectroscopies Raman, Infrarouge et Brillouin, les méthodes nucléaires PIXE, PIGE, la microfluorescence X. L’analyse microthermométrique est la plus utilisée (Bodnar, 1994 ). Cette méthode permet d’observer et de mesurer la métastabilité de fluides occlus dans les inclusions (Roedder, 1968 ; Roedder, 1971 ; Weisbrod et Leroy, 1987; Roedder et Belkin, 1988 ; Bodnar, 1994). Les fluides piégés dans les inclusions naturelles ont des compositions souvent très complexes. Alors des systèmes analogues bien contrôlés, avec des fluides plus simples ont été fabriqués, ce sont les inclusions fluides synthétiques, notées IF.

La fabrication des IF se fait par synthèse hydrothermale. Le quartz, la calcite, la fluorine et la barytine sont des exemples de minéral hôte utilisé. Le quartz reste le minéral de choix pour piéger les IF. Les grands atouts du quartz sont de n’être quasiment jamais maclé, peu soluble dans les solutions salines, pas fragile grâce à sa haute température de fusion, parfaitement translucide donc rendant possible l’observation microscopique des phases intracristallines. Le quartz a une transition polymorphique α-β à 573°C qu’il faut considérer dans les synthèses. Ce quartz est placé dans une capsule, puis dans un autoclave à pression et température contrôlées. Le type de capsule dépend des conditions de synthèse choisies. On utilise des capsules en or pour les basses et moyennes températures, en argent pour les moyennes et hautes températures et en platine pour les hautes températures. Il existe deux modes de synthèses, d’abord celle de groupe de Bodnar ensuite celle de groupe de Kril Shmulovich (SFI). La méthode des IF synthétiques a été développée par Bodnar et Sterner (1987). Elle consiste à microfissurer des prismes de quartz par des chocs thermiques. Un prisme de quartz microfissuré est placé avec une solution de composition connue dans une capsule d’or scellée à froid. La capsule est ensuite placée dans un autoclave à PT choisis en fonction de la densité des inclusions fluides que l’on veut obtenir. Cette méthode peut donner des traînées d’IF ou des IF isolées. Les IF obtenues ont souvent des formes hors d’équilibre même dans les conditions élevées de température et avec des solutions alcalines. Cette technique a été reconnue fiable pour des synthèses de basse température (300°C) avec des systèmes simples. Cette méthode a été modifiée par K. Schmulovich pour l’adapter à des systèmes plus complexes.

Shmulovich et Graham (1999, 2004) ont proposé deux méthodes. Dans la première, ils ont développé la méthode de cracks par chocs thermiques pour des gammes de températures plus larges et plus importantes. Le défaut de cette méthode, tient au fait qu’il ne faut pas analyser les nombreuses IF se trouvant sur les bords du quartz. Cependant, dans les bords de ce dernier, certaines IF se remplissent rapidement de beaucoup de solution et d’un peu d’air, alors que d’autres se remplissent d’abord d’air puis de très peu de solution. Dans ces derniers cas, la fugacité de l’air diminue la gamme de métastabilité de fluide occlus. La deuxième méthode utilise la croissance cristalline du quartz pur. Cette dernière a permis de synthétiser des IF contenant des systèmes ternaires (H2O-CO2-NaCl ou CaCl2) à 800°C et 0.9GPa. L’avantage de cette technique est de faire des plans très riches en IF. Mais l’inconvénient est d’obtenir parfois des IF dont on ignore complètement le contenu. Pendant son séjour à l’ISTO, Kiril Shmulovich a utilisé la deuxième technique pour préparer quelques capsules et j’ai participé à ces synthèses.