Les gisements primaires de terres rares (TR) sont majoritairement liés à des magmas alcalins et surtout à des carbonatites. Ces systèmes dérivent de magmas enrichis en éléments incompatibles, issus de faibles degrés de fusion partielle mantellique, souvent dans des contextes intraplaques (rifts, provinces anorogéniques).
Les carbonatites sont des roches magmatiques riches en carbonates (calcite, dolomite) qui concentrent fortement les éléments incompatibles : LREE (La–Sm), Nb, Th, Sr, Ba. Les minéraux porteurs de TR les plus fréquents sont la bastnäsite, la monazite et la parisite. Le gisement de Bayan Obo en Chine est l’exemple emblématique : il associe minéralisation en TR, Fe et Nb dans un système carbonatitique métasomatisé. Le gisement de Mountain Pass, aux États-Unis, est également lié à une carbonatite, dominée par la bastnäsite et enrichie en terres rares légères.
Les complexes alcalins et peralcalins (syénites néphéliniques, granites peralcalins) constituent un autre hôte majeur. Dans ces magmas différenciés, les TR se concentrent dans les phases tardives et dans des minéraux accessoires comme l’eudialyte, la loparite ou la xénotime. Le contrôle métallogénique repose ici sur la cristallisation fractionnée poussée et la saturation tardive en phases riches en éléments incompatibles. Ces systèmes peuvent être enrichis en HREE dans certains cas peralcalins.
Les roches volcaniques alcalines (trachytes, rhyolites peralcalines) peuvent également concentrer les TR, notamment dans les produits tardifs riches en fluides. Les processus clés sont la différenciation extrême du magma et l’exsolution de fluides riches en F, CO₂ et P, capables de transporter les TR sous forme de complexes fluorés ou carbonatés.
Dans plusieurs provinces, une remobilisation hydrothermale redistribue les TR à partir d’un protolithe magmatique. Les fluides tardimagmatiques, riches en ligands (F⁻, CO₃²⁻, PO₄³⁻), augmentent fortement la solubilité des lanthanides. La précipitation intervient lors de variations de pH, de température ou de fugacité en CO₂. Ces processus expliquent des enrichissements structuraux (zones de fractures, brèches, halos d’altération).
Les gisements dits « ion-adsorption » du sud de la Chine sont devenus stratégiques pour les terres rares lourdes (HREE). Ils résultent de l’altération intense de granites peralumineux ou peralcalins enrichis en TR.
Sous climat subtropical humide, l’altération détruit les minéraux primaires (monazite, xénotime, eudialyte) et libère les lanthanides. Ceux-ci sont partiellement retenus par adsorption électrostatique sur les surfaces de minéraux argileux (kaolinite, halloysite). Le minerai n’est donc pas constitué de minéraux concentrés en TR, mais d’argiles faiblement enrichies (quelques milliers de ppm), exploitables par lixiviation douce. Le contrôle métallogénique est ici essentiellement géochimique : mobilité relative des HREE en milieu altérant et capacité d’adsorption des argiles.
Les minéraux résistants comme la monazite et la xénotime, denses et peu altérables, peuvent se concentrer mécaniquement dans des placers littoraux ou fluviatiles. Ces dépôts sont associés aux sables lourds, avec ilménite, rutile et zircon. Le processus est purement sédimentaire : tri hydraulique et concentration gravitaire.
Ces placers ont historiquement constitué une source majeure de monazite, notamment pour le thorium et les terres rares légères. Leur intérêt dépend toutefois de la gestion de la radioactivité liée au Th.
Des enrichissements en TR sont également décrits dans :
Cependant, à l’échelle mondiale, l’essentiel des ressources économiques actuelles provient des carbonatites, des complexes alcalins et des gisements d’argiles d’altération.
La métallogénie des terres rares découle directement de leur comportement d’éléments incompatibles et lithophiles. Les lanthanides se substituent facilement aux cations de grande taille (Ca²⁺, Na⁺) dans les magmas différenciés. Leur fractionnement (LREE vs HREE) est gouverné par la contraction lanthanidique, qui modifie les rayons ioniques et les constantes de complexation.
Dans les magmas alcalins riches en volatils, la présence de fluor et de CO₂ joue un rôle central en augmentant la solubilité et la mobilité des TR. En contexte d’altération, le pH, l’état d’oxydation (notamment pour Ce et Eu) et la capacité d’adsorption des surfaces minérales contrôlent leur redistribution.
Ainsi, les gisements primaires relèvent principalement de processus magmatiques différenciés et de fluides tardifs, tandis que les gisements secondaires résultent de la stabilité minéralogique différentielle et de la mobilité géochimique en surface. Cette dualité explique la géographie actuelle des ressources : carbonatites et complexes alcalins pour les LREE, argiles d’altération pour une part significative des HREE.
QCM
Notes de cours
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