Analyse fine des minerais latéritiques : approches pétrographique, minéralogique, géochimique et isotopique. Les gisements de nickel latéritique de Nouvelle-Calédonie, volume III

2014

Littérature grise

Fritsch Emmanuel, Juillot Farid, Dublet G., Fandeur D., Fonteneau L., Martin E., Auzende A.L., Morin G., Robert J.L., Galoisy L., Calas G., Grauby O., Boulvais P., Cathelineau M., Caner L., Beaufort D., Petit S.

Nouméa : CNRT Nickel & son Environnement, 2014, 158 p. (Nickel et Technologie).

Les objectifs du projet « Analyse fine de minerais latéritiques : Approche pétrographique, minéralogique, géochimique et isotopique» étaient de (i) révéler les changements de spéciation de Ni et Co au cours du développement des profils d'altération latéritique sur péridotites, (ii) mieux caractériser les amas minéralisés Mg/Ni à phyllosilicates et Ni/Co à phyllomanganates susceptibles d'enrichir les unités latéritiques de ces profils d'altération, (iii) révéler les conditions de formation et les processus associés à la mise en place de ces amas minéralisés et des niveaux latéritiques qui les portent (élaboration de modèles de mise en place des minerais latéritiques) et (iv) révéler les facteurs et processus propices à la concentration et dispersion des éléments métalliques (transferts de matière et bilans de masse). Pour atteindre ces objectifs, nous avons couplé des observations de terrain à des analyses pétrographiques (microscopies optique et électronique à balayage sur lames minces et microscopie électronique en transmission sur coupes ultraminces), physicochimiques (ICP-AES et thermogravimétrie sur micro-prélèvements, microsonde électronique sur lames minces), minéralogiques (diffraction de rayons X et affinement Rietveld sur poudres) et de la spectroscopie du solide (spectroscopie Raman et spectroscopie d'absorption des rayons X sur rayonnement synchrotron - EXAFS). Cette caractérisation détaillée des phases porteuses de Ni/Co (phyllosilicates, oxydes de Fe et Mn) et l'évaluation de leurs contributions respectives au piégeage de ces éléments métalliques d'intérêt économique constituent l'un des aspects originaux de ce projet. Sur les trois grands types de minerais répertoriés dans le monde pour les latérites nickélifères, deux sont particulièrement abondants en Nouvelle-Calédonie : (i) les minerais silicatés Mg/Ni à deweylite et garniérite et (ii) les minerais oxydés à oxydes de fer. Ces deux types de minerais sont directement superposés, respectivement dans les niveaux saprolitiques et latéritiques des couvertures d'altération. Ils sont tous les deux associés à des environnements bien drainés qui sont dominants dans les massifs péridotitiques de la Nouvelle-Calédonie (systèmes assimilés à des karsts à nappe phréatique profonde et à drainages latéraux). Ces environnements s'observent à la fois dans des compartiments surbaissés et incisés du massif du Sud (pénéplaines de la région de Goro et de la plaine des lacs) et dans des compartiments surélevés (massifs ou klippes) de la partie centrale et Nord de l'île. Le troisième type de minerais est un minerai silicaté à smectites ferrifères, généralement observé à la base des profils d'altération dans des environnements moins bien drainés. Du fait de sa faible représentativité et du temps imparti, ce troisième type de minerai n'a pas été étudié dans le cadre de notre projet. L'ensemble des résultats obtenus dans le cadre des travaux réalisés sur nos sites d'études nous permet de proposer un modèle en deux grandes étapes pour l'altération de la masse ophiolitique et la mise en place des amas minéralisés à Ni/Co. La première étape est associée à une altération précoce du réseau majeur de fractures serpentinisées des péridotites lors d'épisodes tectoniques post-obduction. Cette altération, qui s'est probablement déroulée en contexte hydrothermal de basse température, est à l'origine de la mise en place des amas minéralisés à Ni/Co dans la saprolite. La seconde étape est attribuée à une altération massive de la masse ophiolitique qui s'est propagée préférentiellement depuis les zones intensément fracturées et minéralisées de l'ophiolite vers la péridotite encaissante. Cette altération supergène (latéritisation), et donc probablement toujours active, débute aux interfaces entre les veines serpentinisées et minéralisées et les corps péridotitiques. Elle préserve, dans un premier temps, les réseaux de fracturation majeurs portant les veines serpentinisées et minéralisées en se propageant préférentiellement dans les corps péridotitiques encaissants. Cette évolution différentielle contribue à une altération en boule qui peut être observée dans la plupart des massifs prospectés. Cette altération différentielle explique également la préservation des passées serpentinisées et minéralisées portant les minéraux silicatés Mg/Ni et les veines siliceuses à la base des profils d'altération, puis leur altération et démantèlement dans les niveaux latéritiques sus-jacents du fait de l'intensification des processus de latéritisation. Ce modèle d'altération en deux grandes étapes suggère ainsi que ce sont les minéralisations silicatées Mg/Ni (et principalement le pôle garniéritique) qui « nourrissent» les latérites et non le contraire comme cela est généralement proposé dans la littérature. Nos résultats nous permettent également de proposer trois principales voies susceptibles d'expliquer la variabilité des concentrations en Ni/Co de la partie supérieure des profils d'altération. Ces trois voies et l'identification des faciès d'altération correspondants (cf annexe I) pourraient servir de guides utiles à la prospection et l'exploration rationnelle des minerais latéritiques du Territoire. La première voie, implicitement admise par les mineurs, attribue un rôle déterminant aux principaux réseaux de fracturation des massifs et aux minéralisations qui leur sont associées dans l'accumulation d'éléments métalliques (principalement Ni, Mn et Co) au sein des formations latéritiques qui les surmontent. Cette voie attribue ainsi une relation de cause à effet entre ces minéralisations primaires (phyllosilicates Mg/Ni et faciès rubanés de certains oxydes de Mn) et les amas minéralisés des latérites constitués majoritairement d'oxydes de Fe (goethite pour l'essentiel) et dans une moindre mesure d'oxydes de Mn (primaires et secondaires). Les minéralisations Mg/Ni sont principalement attribuées à des silicates hydratés et mal cristallisés de la famille des serpentines, talcs et sepiolites qui se seraient mis en place lors d'épisodes tectoniques post-obduction. Ces minéralisations se retrouvent sous forme de résidus à la base des latérites et à l'aplomb des zones de fracturation (dans les latérites de transition). Les minéralisations Ni/Co, qui se maintiennent plus haut dans les profils d'altération, sont majoritairement attribuées à des phyllomanganates de la famille des asbolanes, lithiophorites et birnessites. Les résultats de nos travaux tendent à relier ces minéralisations Ni/Co à des épisodes hydrothermaux de basse température générés lors de l'exhumation et du démantèlement de la masse ophiolitique, ainsi qu'à des écoulements météoriques concentrés dans le réseau de fracturation généré par l'activité tectonique. La seconde voie attribue un rôle primordial, et largement admis, à l'altération latéritique dans l'accumulation résiduelle des éléments métalliques (principalement Ni, Mn et Co) par exportation massive de Mg et Si. Cette voie nous a amenés, d'une part, à corréler ces pertes de matières à des changements de spéciation des éléments métalliques (étape achevée pour Ni et toujours en cours pour Co et Mn), et d'autre part, à relier ces derniers à la mise en place des principaux niveaux latéritiques. Ainsi, l'altération préférentielle des silicates (olivine et pyroxène) des péridotites, puis des phyllosilicates (serpentines et phyllosilicates Mg/Ni) des fractures minéralisées, et leur remplacement par des oxydes de fer mal cristallisés (essentiellement de la goethite) sont amorcés dans les niveaux saprolitiques, s'amplifient grandement dans les latérites de transition et deviennent pratiquement total dans les latérites jaunes, puis rouges, qui les surmontent. Les latérites de transition contiennent, de ce fait, les résidus des minéralisations primaires qui nourrissent les minéralisations nickélifères à goethite. Malgré un tassement du sol, la géométrie de ces latérites de transition, très variable d'un site à l'autre, est dépendante de l'importance des structures qui ont concentré les minéralisations primaires à phyllosilicates. Les phyllomanganates, qui constituent un second porteur important de Ni (et le premier de Co), se retrouvent plus haut dans les profils et en concentrations plus variables dans les séquences d'altération (plus précisément dans les latérites de transition et latérites jaunes sus-jacentes). La troisième voie, enfin, relie des mécanismes de dissolution/recristallisation des oxydes de Fe et de Mn à la remobilisation de Ni et Co et à l'épuisement des minerais latéritiques dans la partie supérieure des profils d'altération. Ces mécanismes s'amorcent à différentes profondeurs suivant la nature des oxydes considérés. Ils débutent à la base des latérites jaunes pour les oxydes de Fe (goethite) et entrainent l'expulsion progressive du nickel de la structure de ces minéraux. En s'accentuant vers la surface, cette expulsion s'accompagne d'un tassement et d'une induration des matériaux dans les latérites rouges et les niveaux supérieurs indurés à pisolites et à cuirasses. A l'inverse, la dissolution des oxydes de Mn n'est significative que dans la partie supérieure des latérites jaunes et des latérites rouges et indurées sus-jacentes. Cette dissolution nourrit plus en profondeur de nouvelles générations d'oxydes de Mn, probablement à la faveur de processus redox (ré-humectation saisonnière des latérites, présence de nappes perchées temporaires, ...) qui restent à préciser.

Géochimie [064GEOCHI] ; Pétrologie et minéralogie [064PETRO]

LATERITE ; NICKEL ; COBALT ; ALTERATION ; DISSOLUTION ; EXPLOITATION DU SOUS SOL ; GOETHITE ; SAPROLITE ; GARNIERITE ; PHYLLOMANGANATE

NOUVELLE CALEDONIE

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