Soutenance mémoire
La géologie de terrains superficiels s’adresse à toutes formations géologiques de surface dont les latérites font partie. Ces latérites masquent souvent les caractères géologiques du substratum, toutefois elles renferment des produits métalliques comme Fe, Ni, Al, Cr, Co … ou des métaux nobles comme l’Au …, qui dans certains cas sont économiquement exploitables. Dans les régions à climat tropical chaud et humide, l’altération des roches ultrabasiques conduit à une épaisse formation d’horizons d’altération de caractéristiques diverses mais qui peuvent contenir de minerais ferrugineux et nickélifères exploitables.
A travers le monde les gisements de nickel sont peu nombreux et se regroupent en deux grandes catégories :
– Le gisement à minerai sulfuré comme la mine de Sudbury au Canada ;
– Le gisement à minerai oxydé associé aux minéraux silicatés (cas de la Nouvelle Calédonie) et aux oxyhydroxydes de fer et de manganèse (cas d’Ambatovy).
DESCRIPTION ET CARACTERISTIQUES DU NICKEL
La première exploitation du minerai de nickel a été effectuée en Chine il y a vingt deux siècles ; dans Yunnan et dénommé » cuivre blanc » qui a contenu approximativement 20% nickel et 70% cuivre. (Rhodes W, 1977). Donc le nickel est connu par l’Homme depuis des millénaires mais c’est seulement en 1751 qu’un chimiste suédois dénommé Alex Cronstedt l’a identifié et l’a isolé dans sa forme impure. Le minerai est étudié par Bergmann (1775) et le métal pur a été préparé et extrait par Richter (1804) qui a décrit pour la première fois les propriétés et utilisations du nickel. (Mastromatteo E., 1986).
La découverte du gisement du nickel en Nouvelle Calédonie par Garnier en 1863 et l’exploitation de garniérite après 1874 marqua le début de la métallurgie moderne du nickel. (Rhodes W, 1977).
Le Nickel, un élément de transition, est précédé dans la classification périodique de Mendeleev par le Fer et le Cobalt. Il est présent dans la nature en tant constituant trace d’une grande variété de minéraux, particulièrement ceux contenant beaucoup de fer et de magnésium comme l’olivine et les pyroxènes (Avias,1972). Le nickel est aussi un métal « ubiquiste » que l’on retrouve dans les sols, l’eau et la biosphère.
C’est un métal blanc-argenté, malléable, ductile, le plus dur de tous les métaux usuels et un bon conducteur de chaleur et d’électricité et en plus il résiste à l’action de l’air et de l’eau à la température ambiante donc ne se corrode pas. A la température ordinaire il est ferromagnétique mais devient paramagnétique à une température élevée (point Curie = 353°C).
ORIGINE
Trois sources potentielles de nickel peuvent être définies (Windels F. 1978) :
– minerais sulfurés (60 % de la production de Ni), ils sont en association paragénétique avec la pentlandite, (Ni,Fe)9S8, la pyrrhotite (Fe7S8), la pyrite (FeS2) et la chalcopyrite (CuFeS2). Pour ce genre de minerai les exploitations minières sont, en général, souterraines. Les minerais ont des teneurs de 0,7 à 3 % de nickel et contiennent du cuivre (environ 1 %), des platinoïdes, du cobalt, de l’argent et de l’or. Ces minerais sont exploités en Australie de l’Ouest, en Russie, au Canada (Manitoba et Ontario : mine de Sudbury, le plus important gisement mondial de minerais sulfurés, réserves de 400 millions de tonnes de minerai tout venant), en Chine, en Afrique du Sud et en Finlande.
– minerais oxydés (40 % de la production de Ni), ils résultent de l’altération des roches ultrabasiques (péridotites, dunites, serpentinites…) sous un climat chaud et humide. Ces minerais exploités à ciel ouvert, peuvent contenir peu de cuivre et de métaux précieux, mais renferment beaucoup du cobalt. Ils se divisent en deux catégories :
* les minerais silicatés (saprolites) dans lesquels nickel se substitue au magnésium de la serpentine (3MgO,2SiO2,2H2O) pour former la « garniérite » qui est le principal minerai de Nouvelle-Calédonie et le plus important gisement mondial de minerais oxydés. Sa teneur en Ni est de 2,3 à 3 % et le minerai contient 10 à 30 % de Fe et du Co. Ces minerais sont également exploités en Colombie et, à des teneurs plus faibles, en Indonésie, République Dominicaine, Philippines, Brésil… ;
* les minerais limonitiques ou latérites nickelifères dans lesquelles nickel se substitue au fer dans la goethite (FeOOH). Ce sont des minerais pauvres qui contiennent de 1 à 1,5% de Ni, Fe (40 à 50%), Co (0,1 à 0,2%), Cr (2 à 5%). Ils sont exploités à Cuba, en Australie (Queensland), en Grèce et sont présents en couverture de tous les gisements de minerais silicatés.
– nodules marins qui sont des concrétions recouvrant les sédiments des grandes plaines abyssales et riches en métaux divers tels que Ni, Co, Cu, Zn, Al, Mn, Fe…
LE NICKEL DANS LES MINERAUX ET LES ROCHES
Le nickel possède une affinité avec le soufre et rejoint le groupe sidérophile. L’identité du rayon ionique du nickel et du magnésium conditionne des possibilités de substitution entre ces deux éléments dès les premières cristallisations du magma.
La garniérite, dans la terminologie géologique est un nom appliqué aux silicates hydratés de nickelmagnésium. La garniérite est une variété de chrysolite espèce de serpentine dans laquelle le nickel a remplacé le magnésium. La limonite nickélifère est un terme donné aux oxydes ferriques dans la latérite, faiblement ou pas cristallin porteur de nickel, développé aux dépens de roches ultrabasiques. C’est la goethite qui est la principale porteuse de nickel.
Géochimiquement, le nickel est sidérophile et s’associe au groupe du fer métallique. Le Ni dans les météorites fortement concentré dans la phase « métal » est allié avec le fer (Fe). Ni est légèrement miscible avec le Fe et les deux phases sont séparées à températures inférieures. Le nickel se trouve aussi dans le noyau de la Terre, avec des éléments sidérophiles. La haute affinité de nickel avec le soufre explique sa présence fréquente dans des corps sulfurés magnétique ou métamorphique. Les roches éruptives, comme de règle, contiennent des petites quantités de pentlandite, pyrrhotite et pyrite qui sont porteurs de Ni. La plupart du nickel est incorporé dans les structures du cristal des silicates.
L’altération de roches ultrabasiques engendre du fer, du nickel et des solutions riches en silice. Mn³+, Fe³+ et Ni³+ sont très stables dans les solutions aqueuses et sont capables de migrer sur de longues distances. Comme toute solution, le fer s’oxyde et se précipite en hydroxyde ferrique, en perdant finalement de l’eau pour devenir goethite et hématite dans laquelle une petite quantité d’ions de nickel est piégée (nickel contenu dans cette matière rouge ou jaune peut atteindre 1,5%). Le nickel, magnésium et silicium descendent en bas du profil et dès que l’eau s’est neutralisée, ils se précipitent comme silicates hydratés complexes avec de couche en treillis.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre 1 : GENERALITES SUR LE NICKEL
1.1- DESCRIPTION ET CARACTERISTIQUES DU NICKEL
1.2- ORIGINE
1.3- LE NICKEL DANS LES MINERAUX ET LES ROCHES
1.4- REPARTITION DES GISEMENTS DANS LE MONDE
1.5- LES MODES D’EXPLOITATION ET DE TRAITEMENT EXISTANT
1.6- LA PRODUCTION MONDIALE ET LES GRANDS PAYS PRODUCTEURS DU NICKEL
1.7- LES UTILISATIONS DU NICKEL
1.8- LE PRIX DU NICKEL
1.9- LE NICKEL A MADAGASCAR
Chapitre 2 : ALTERATION DES ROCHES ULTRABASIQUES
2.1- ALTERATION EN REGIONS SUBTROPICALES HUMIDES
2.1.1.- Phénomène d’altération météorique
2.1.2.- Les principaux facteurs d’altération
2.1.3.- Les mécanismes de différenciation et les produits d’altération
2.2- . ASPECTS GENERAUX SUR LES LATERITES NICKELIFERES
2.2.1.- Les roches ultrabasiques
2.2.2.- Phénomène de Serpentinisation
2.2.3.- Processus d’altération latéritique nickélifère
2.2.4.- Profil d’altération
2.2.5.- Evolution minéralogique
2.2.6.- Evolution géochimique supergène
2.2.7.- Les migrations du nickel
Chapitre 3 : CONTEXTE DU GISEMENT D’AMBATOVY
3.1.- ESQUISSE GEOGRAPHIQUE
3.1.1.- Localisation de la région étudiée
3.1.2.- Climat
3.1.3.- Couverture Végétale
3.1.4.- La morphologie
3.1.5.- Le réseau hydrographique
3.1.6.- La pédologie
3.2.- CONTEXTE GEOLOGIQUE
3.2.1.- Le précambrien Malgache
3.2.2.- Environnement géologique de la région étudiée : « le Complexe d’Antampombato »
3.2.2.1- Les Gabbros
3.2.2.2.- Les Péridotites
3.2.2.3.- Les Syénites
3.2.2.4.- Les Filons
3.2.2.5.- Les Cuirasses ferrugineuses
3.2.3.- Le gisement latéritique nickélifère d’Ambatovy
Chapitre 4 : CARACTERES MINERALOGIQUE, PETROGRAPHIQUE ET GEOCHIMIQUE
4.1.- DESCRIPTION DES PROFILS ET DES POINTS DE PRELEVEMENT
4.1.1.- « Zone C »
4.1.2.- Profil « S1»
4.1.3.- Les points de prélèvement effectués par le Service Géologique (1961)
4.1.4.- Les autres points de prélèvement
4.1.5.- Sélection des échantillons et préparations
4.2.- CARACTERISTIQUES MINERALOGIQUES
4.2.1.-Technique d’analyse
4.2.2.- Identification des minéraux par diffraction aux RX
4.2.3.- Minéralogie quantitative
4.2.4.- Descriptions et résultats
4.2.5.- Discussions partielles
4.3.- DESCRIPTION PETROGRAPHIQUE
4.3.1.- Description pétrographique des roches en lumière réfléchie
4.3.2.- Description pétrographique des roches en lumière transmise
4.3.3.- Discussions partielles
4.4.- ANALYSE CHIMIQUE
4.4.1.- La mise en solution
4.4.2.- Traitement des résultats d’analyse chimique
4.4.2.1- Les analyses chimiques effectuées par l’auteur
4.4.2.2.- Les analyses chimiques effectuées par Sherrit et Service Géologique
4.4.3.- Conclusion partielle
Chapitre 5 : DISCUSSION GENERALE
5.1.- TRANSFORMATION MINERALOGIQUE
5.1.1.- Base du profil « Roche – mère » ( I ) et « Saprolite grossière » ( II )
5.1.2.- Sommet du profil « saprolite fine » ( III ), « Latérite Rouge » ( IV ) «cuirasse» ( V )
5.2.- REPARTITION CHIMIQUE ET MINERALOGIQUE
5.3.- COMPARAISON AVEC D’AUTRES PROFILS LATERITIQUES NICKELIFERES DANS LE MONDE
Chapitre 6 : ESSAI D’INTERPRETATION METALLOGENIQUE
6.1.- INTERPRETATION DE LA SEQUENCE PARAGENETIQUE OBSERVEE
6.1.1.- Séquence paragénétique magmatique
6.1.2.- Altération latéritique
6.2.- PROCESSUS DE CONCENTRATION
6.3.- DONNEES BIBLIOGRAPHIQUES SUR LE TRAITEMENT DE LATERITES NICKELIFERES
CONCLUSION GENERALE
