1 La reconnaissance et l'interprétation des roches ferrugineuses en zone tropicale

1.2 L'altération des roches sulfurées

Il s'agit ici de donner quelques rappels, car le sujet est très bien défini par de nombreux travaux synthétiques ou de cas. L'objectif est de souligner les différents aspects qui marquent, plus que d'autres, les particularités de l'altération des sulfures surimposées aux conditions climatiques tropicales. Je me réfère le plus souvent à Butt CRM, Smith RE, Blain CF, Andrew RL, Ryall WR, Taylor GF, Kosakevitch A, Scott KM, Ashley PM, Lawie DC, qui apportent de plus une importante bibliographie, et à des ouvrages plus généraux comme ceux de Routhier P, Levinson AA, Guilbert JM et Park Jr CF, Beus AA et Grigorian SV, Smirnov V.

 

Les roches sulfurées sont représentées dans tous les grands groupes de roches et sont caractérisées par la présence de minéraux sulfurés, autrement qu'en constituants mineurs des roches, qu'ils soient sous une forme dispersée ou massive. Leur altération ultime se traduit par une roche supergène ferrugineuse, le chapeau de fer. Les oxydes de fer sont les principaux constituants des chapeaux de fer et c'est à la roche ferrugineuse que nous porterons principalement attention.

 

a Mécanismes et définition des milieux d'altération

 

Les mécanismes invoqués pour la forte réactivité, à l'altération météorique, des minéraux et des gîtes sulfurés, font appel aux principes et lois de la chimie et de l'électrochimie. Il en découle une mobilité sélective des éléments libérés par hydrolyse, suivant les conditions d'oxydation (Eh) et d'acidité (pH) des milieux créés (tableau 2). Je m'attacherai ici plus aux conséquences qu'aux mécanismes, c'est à dire aux matériaux, roches et minéraux constitutifs.

 

Tableau 2

Mobilité de quelques éléments en fonction du pH et Eh (d’après Andrews-Jones in Levinson)

 

Le milieu d'altération des sulfures métalliques est particulièrement agressif avec, schématiquement formation d'acide sulfurique par l'hydrolyse des sulfures. Ceci est observé même à l'état dispersé, même lorsque la roche ne peut être qualifiée de sulfurée, même sous un climat peu agressif. Ainsi, le seul contact avec les agents climatiques crée des conditions de déstabilisation de la roche, comme la désagrégation de celle ci et la néogenèse de sulfates et de carbonates secondaires (Van Oort et Robert, 1988). A l'état plus concentré, lorsque les sulfures sont des minéraux majeurs de la roche, cette tendance s'installe en grand, avec une complète déstabilisation de la roche et fréquemment de son encaissant.

 

Les paramètres contrôlant cette altération sont nombreux, endogènes et exogènes. Il est évident aussi que la notion de "contrainte climatique", appliquée aux minéralisations sulfurées, doit être comprise d’une manière plus large et la spécificité ne dépend pas exclusivement du climat. Smirnov (1936) a ainsi caractérisé les différents facteurs qui guident l’altération supergène d’un gîte sulfuré, ceux ci sont multiples. Ces paramètres principaux dépendent des conditions climatiques, des facteurs morphologiques et tectoniques, des critères caractéristiques du minerai, des critères caractéristiques des roches encaissantes, du mode de gisement, des propriétés physico-chimiques et dynamiques des eaux souterraines....

 

Il en résulte que les climats chauds et humides sont plus favorables au développement de l’altération des sulfures que les climats secs et les climats froids. L’altération s’exprime mieux sur des corps verticaux qu’horizontaux, avec une percolation plus forte. L’abondance de pyrite est un facteur d’acidification essentiel (génération de plus de H2SO4) alors qu'un environnement carbonaté facilite la neutralisation en bloquant l’évacuation d’éléments mobiles. Une eau peu chargée et facilement renouvelée est plus susceptible d’être un bon vecteur tandis que les variations du niveau piézomètrique d’une nappe phréatique sont essentielles à la définition d’une zonation du minerai altéré vers la surface. De ces interactions eau - minerai, se créent des milieux très tranchés et changeants gérant le pH et le Eh et s'exprimant dans une zonation de l'altération.

 

Figure 3

Zonation des altérations des VMS à Cu-Pb-Zn d'après Scott et al (2001)

 

Les étapes successives principales se caractérisent par la cémentation des sulfures (sulfures secondaires supergènes), et une zone oxydée supergène structurée par la sulfatation, la carbonatation, la phosphatation et l'oxydation de la roche sulfurée. Les exemples décrits par Scott et al (2001), sur les minéralisations volcaniques massives (VMS), sont assez banals dans de nombreuses minéralisations (figure 3).

 

Les modèles thermodynamiques conséquents sont nombreux et bien établis pour les principales filiations minérales des métaux.

 

(Kosakevitch, 1979, Butt et Smith, 1980, Blanchard, 1939). Déjà au XIX ème siècle, Von Groddeck (1879) écrivait : "les chapeaux de fer sont fréquents sur les amas stratifiés sulfurés, sur les filons sulfurés et sur les gîtes carbonatés à sidérite. Ils constituent le minerai exploité (par exemple le minerai de fer dévonien du Nassau, les minerais d'Ag de Potosi, Oruro, Chanarcillo ...). Elles (les modifications de remplissage) produisent un chapeau de fer dans les gîtes dont le remplissage est constitué en profondeur par des pyrites ferrugineuses, comme la pyrite de fer, la pyrite de cuivre, la pyrite magnétique, le mispickel, etc, ou par du carbonate de fer spathique."

Cette évolution est banale et sur les 52 exemples de mines australiennes de Butt et Smith (1980), des ferruginisations secondaires sont notées sur 32 d'entre elles, concernant des ressources en Cu, Pb, Zn, Ag, Ni, Sn, (Au) suivant différentes appellations, comme gossans, pseudogossans ou ironstones.

Cette évolution est globale, où seuls les climats qui ont toujours été secs ou toujours gelés feraient exception, alors que des zones actuellement désertiques ou quasi désertiques, comme l'Arabie, présentent des chapeaux de fer (Ryall et Taylor, 1981).

 

b Transformations et évolutions minéralogiques

 

De la zonation des contraintes, il résulte une succession de transformations minéralogiques structurées. On peut y observer des silicates, halogénures, tungstates, molybdates, arséniates, vanadates, carbonates, sulfates, phosphates de Fe, Zn, Pb, Cu... et des éléments natifs, organisés suivant une zonation des minéraux d'oxydation, succédant à une zone de cémentation. Celle ci est particulièrement reconnue sur les minéralisations sulfurées Ni et Cu, Fe-Ni-Cu (Wilmshurst, 1976, Nickel et al, 1974, Imbernon, 1998) et sur les minéralisations massives Zn-Pb-Cu (Scott et al, 2001). Dans la zone de cémentation de la mine Ni-Cu-Pt de O'Toole (MG, Brésil), les sulfures sont remplacés par d'autres sulfures supergènes, avec les filiations issues de la pentlandite, de la pyrrhotite et de la chalcopyrite. L'oxydation, ici, est un passage direct des sulfures primaires et secondaires aux hydroxydes de fer sans transition avec des sulfates et carbonates.

 

Etape 1

  • pentlandite ---> violarite 1
  • pyrrhotite et chalcopyrite conservées

 

Etape 2

  • pyrrhotite --- > pyrite Ni + violarite 2
  • violarite 1 et chalcopyrite conservées

 

Etape 3

  • violarite 1 + violarite 2 + pyrite Ni + chalcopyrite ---> gœthite (Ni, Cu)
  • pyrrhotite + pyrite Ni + violarite 2 --- > gœthite Ni

 

Dans la zone d'oxydation, la zonation se traduit en horizons successifs, d'abord sulfatés, puis carbonatés, phosphatés, et enfin oxydés se terminant par l'expression d'un chapeau de fer. Pour les VMS, Scott et al (2001) ont défini une zonation idéale, mature (figure 3). Bien évidemment il est des variations importantes autour de ce modèle, suivant la caractéristique des paramètres proposés par Smirnov. Il peut être noté par exemple que tous les schémas proposés se réfèrent à l'altération d'un corps minéralisé vertical ou fortement incliné, ce qui est certes une forme fréquente privilégiant une forme géométrique particulière : les exemples sélectionnés par Blain et Andrew(1977) ou Ryall et Taylor (1981) ne considèrent que des corps minéralisés sub-verticaux.

 

Ceci masque un peu la réalité de la complexité des filiations avec des minéraux secondaires qui peuvent être éphémères. Néanmoins comme dans toute altération, il y a des redistributions d'éléments avec ceux qui sont relativement maintenus, alors qu'il y a globalement évacuation des éléments. Dans la mine Pb-Zn-Ba de Canoas (PR, Brésil), la minéralisation faiblement inclinée (10-15 degrés) se traduit en horizons, qui sont peu marqués en terme d'association minéralogique (tableau 3). Dans ce cadre, l'itinéraire du plomb et du zinc, qui sont les métaux économiques, évolue dans des filiations distinctes qui ont été observées au microscope et précisées à la microsonde. Ces itinéraires impliquent la participation des éléments des sulfures, des sulfates et des silicates constituants principaux de la roche hôte du minerai (tableau 4). Ici, malgré le milieu silicaté et malgré la présence de plusieurs minéraux secondaires, il n'a pas été observé d'argiles supergènes (Imbernon et al, 1999).

 

Tableau 3

Minéralogie des altérations de la mine de Canoas d'après Imbernon et al, 1999

 

Tableau 4

La place du plomb et du zinc dans les altérations du minerai de Canoas (d'après Blot et al, 1995, Oliveira et al, 1996, Imbernon, 1998, Imbernon et al, 1999)

 

De manière générale la zone d'oxydation des mines est riche en minéraux secondaires variés et c'est une caractéristique soulignée dans tous les exemples des travaux sur les chapeaux de fer, et Broken Hill Lode est cité pour la richesse de sa zone d’altération, avec une soixantaine de minéraux secondaires différents. Il peut être rappelé que la zone d'altération fut le premier minerai exploité avant l'ère industrielle, pour de nombreux métaux. Fréquemment, le chapeau de fer préserve de nombreux minéraux secondaires, y compris de diverses familles : métal, sulfate, arseniate, oxyde, carbonate, silicate, halogènure, phosphate, vanadate et molybdate (Blain et Andrew, 1977, Scott et Ashley, 2001). Dans une zone quasi désertique telle l'Arabie, où les altérations ne peuvent plus évoluer, Ryall et Taylor (1981) observent encore une forte variété de familles de minéraux secondaires.

 

Notons toutefois que les argiles, qui caractérisent les altérations des roches silicatées, sont rares. Certes elles existent, comme à Broken Hill, mais leur origine n'est pas précisée car l'abondance des minéraux secondaires est telle, que la kaolinite n'est qu'un des minéraux secondaires parmi tant d'autres. Sur 54 échantillons de divers chapeaux de fer d’Arabie, les argiles, représentées cinq fois, sont tout à fait accessoires. Disons que les argiles sont peu spécifiques et pourraient traduire plus l'altération des épontes, ou de blocs résistants, que du corps minéralisé.

Avec le chapeau de fer proprement dit, c'est l'aboutissement de l'altération des sulfures en une roche ferrugineuse supergène résiduelle où les minéraux de fer sont dominants. Blanchard et Boswell (1925), Boswell et Blanchard (1927 et 1929) définissent deux types d'oxydes de fer : oxydes indigènes formés in situ dans la cavité autrefois occupée par les sulfures ; oxydes exotiques transportés et précipités ailleurs. Selon eux, la formation de l'un ou de l'autre type dépend de la nature du sulfure. C'est ainsi que l'oxydation de la chalcopyrite et de la pyrite donnerait respectivement des oxydes indigènes et exotiques. Les carbonates secondaires sont interprétés soit comme résultant de la réaction des solutions sulfatées avec la gangue carbonatée (Loughlin, 1914, Blanchard et Boswell, 1925, Boswell et Blanchard, 1927 et 1929), soit comme conséquence d'une pression de CO2 particulièrement élevée (Trischka et al., 1929). Lorsque les minéraux, autres que secondaires, sont abondants, il est retenu la notion de chapeau de fer immature, alors que lorsqu'ils sont très subordonnés, ils caractériseraient une maturité (Blain et Andrew, 1977, Scott et al, 2001). Le minéral principal est la gœthite dans presque toutes les études. L'hématite, qui peut être dominante, est fréquemment présente, et la lépidocrocite est assez rare. Des formes peu cristallisées collomorphes sont connues, alors que la magnétite et la maghemite sont plus rarement signalées dans ce contexte. L'ensemble est souvent rassemblé sous l'appellation d'usage, d'oxydes de fer, voire de limonite, d'autant que les études minéralogiques ne sont pas toujours développées. Ces assemblages d'oxydes de fer contiennent des informations héritées de la roche parentale, des traits texturaux et géochimiques. Les minéraux de fer sont associés le plus souvent à des minéraux métalliques secondaires, hérités de la zone d'oxydation (tableau 5).

Nous verrons plus loin que les chapeaux de fer étudiés ou observés au Togo et au Burkina ne présentent aucun autre minéral secondaire indicateur que les oxydes de fer, les hydroxydes de fer et de manganèse. Ces minéraux de fer sont les seuls porteurs des éléments caractéristiques de la minéralisation, sous une forme ou sous une autre. On peut évoquer une spécificité climatique régionale dans cette pauvreté minéralogique des chapeaux de fer tropicaux.

 

 

Tableau 5

Les principaux minéraux d'oxydation dans les chapeaux de fer d'après Blain et Andrew (1977)

 

c Les faciès et microfaciès

 

L'existence d'une roche supergène ferrugineuse, coiffant les altérations des minéralisations sulfurées, est somme toute banale. Sa description en termes de structure et de texture a été fort développée par l'originalité au regard des autres roches et par l'importance du diagnostic possible à l'égard du minerai d'origine. Les observations et descriptions sont anciennes et fréquentes dans de nombreuses mines de toutes les régions minières du monde avec toutefois de fortes différences d'évolution et de maturation des chapeaux de fer.

 

La relation directe du chapeau de fer à la minéralisation sulfurée est également connue depuis longtemps, élargie aux roches carbonatées ferrifères, et son identification est un élément diagnostique important dans la prospection des ressources métalliques sulfurées (Kosakevitch, 1979, 1983).

 

Ces formations superficielles présentent souvent des traits morphologiques et faciologiques directement hérités de la minéralisation, ou des textures d'altération typiques des minéraux primaires et bien entendu une composition fortement marquée par la composition de la minéralisation, c'est le halo secondaire des minéralisations héritier direct ou non du corps sulfuré et de son halo primaire de mise en place (Beus et Grigorian, 1975, Butt et Smith, 1980).

 

Les prospecteurs de ressources minérales ont porté une attention particulière vis à vis de la présence de chapeaux de fer comme indice d'une minéralisation sulfurée. L'historique des études est relatée notamment par Blain et Andrew (1977) et Kosakevitch (1979), avec un début du 20 ème siècle basé sur l'observation des faciès et microfaciès, comme héritage ferruginisé des minéraux métalliques primaires et secondaires, auquel s'ajoutent des expressions néogénétiques de remplissage.

 

Tableau 6

Les principales figures de réplique diagnostiques observées dans les chapeaux de fer (Ryall et Taylor, 1981)

 

Les minéraux primaires, après leur oxydation, laissent dans les pseudomorphoses supergènes d'oxydes de fer, des répliques caractéristiques. Blanchard et Boswell (1925 à 1934) définissent ainsi deux principales morphologies. Ce sont les morphologies cellulaires ou "boxworks " caractérisées par la forme régulière et anguleuse des cavités, et les morphologies spongieuses dans lesquelles les cavités sont arrondies et de dimensions très variables. Une démarche pragmatique de diagnostic à partir d'une classification des textures des chapeaux de fer, a été développée durant la première moitié du 20 ème siècle, aux USA, en Europe et en Australie, notamment par Sales, Lindgren, Emmons, Locke, Blanchard, Boswell, Schneiderhohn, Smirnov. Les principaux boxworks sont définis schématiquement dans le tableau 6.

 

Kosakevitch (1983) souligne la différence entre l'héritage, marqué principalement par le développement de pseudomorphoses à partir des minéraux altérés, avec une porosité spécifique d'accompagnement et les diverses formes de concrétions impliquant davantage un déplacement du fer qui est alors considéré comme exotique. Il est certain que cet exotisme peut concerner un milieu très restreint, et n'implique pas forcément de longs itinéraires.

 

Hors des régions minières, on ne connaît pas grand chose des formes d'oxydation des éventuelles minéralisations, d'abord parce que la documentation des prospections est rarement accessible à la connaissance générale, mais également parce que les ferruginisations supergènes sont peu ou pas du tout étudiées, ce qui est pratiquement le cas dans toute l'Afrique de l'Ouest où la recherche de chapeaux de fer n'a jamais été une méthode de prospection privilégiée.

 

d des faciès aux affleurements

 

A l'échelle de l'observation de terrain, les traits importants et caractéristiques sont les faciès et les affleurements. D'une certaine manière la sommation des microfaciès génère les faciès, mais l'organisation macroscopique est plus complexe encore. Il existe des faciès ne se rencontrant que dans ce type de formation ferrugineuse, différents des autres roches superficielles et des autres roches ferrugineuses. Différents critères définissent les faciès comme l'homogénéité, l'organisation, la couleur ou les similitudes avec d'autres roches. Si les sulfures massifs développent des faciès de chapeaux de fer massifs, les boxworks sont mieux développés à partir de minéralisations dispersées. C'est donc une transposition des faciès hérités de la minéralisation à laquelle s'ajoute l'organisation générale de cette minéralisation, à l'échelle de l'affleurement. Outre les faciès massifs, il existe aussi des faciès de roche orientée, des structures fermées géodiques, des faciès brèchiques et d'autres qualifiés de jaspéroïdaux. Ces faciès souffrent peu de confusions avec les autres formations ferrugineuses affleurantes ou supergènes, et sont donc un bon critère de distinction avec les cuirasses. Les confusions avec les brèches, ne devant rien aux minéralisations, semblent plus fréquentes, surtout du fait de l'importance des études structurales fixant le cadre géodynamique des prospections.

 

Leurs formes sont une image plus ou moins déformée de la trace superficielle de la concentration dont ils sont issus. Comme les formes des corps minéralisés sont fortement anisotropes (filon, couche, lentille...), ils apparaissent le plus souvent à l'affleurement, en lentilles plus ou moins bien délimitées, continues ou non, présentant fréquemment des orientations à différentes échelles.

 

Dans les exemples australiens de Butt et Smith (1980), l'anisotropie de l'affleurement est assez systématiquement héritée de la minéralisation :

  • à Woodcutters le corps minéralisé Pb-Zn est de 180m x 3,75, et le chapeau de fer - correspondant est de 150 x 1 à 7 m.
  • à Mary River au corps minéralisé Zn-Pb de 140 m x 19 correspond un chapeau de fer de 150 m, avec des extensions suivant la même direction, sur plus de 300 m.
  • la lentille Cu de Esperanza de 450 m x 10, se traduit en surface par de nombreux blocs ferrugineux disséminés, sans que les auteurs aillent jusqu'au diagnostic de chapeau de fer.
  • à Ti Tree Well sont évoqués des pseudogossans s'étendant sur 3 km, sur la minéralisation Pb-Zn. 

 

  • A Canoas (PR, Brésil) sur Pb-Zn-Ag-Ba un chapeau de fer correspond à une trace plurimétrique de la lentille de minerai, alors que deux autres sont des blocs disloqués sans orientation nette (Imbernon et al, 1999).
  • A Pagala (Togo), les chapeaux de fer atteignent plusieurs mètres de puissance apparente et plusieurs hectomètres de long.

Cette morphologie des affleurements est suffisamment remarquable, pour que dans la zone tropicale à importants cuirassements latéritiques, elle puisse être un premier critère de distinction avec les cuirasses.

 

e Une géochimie riche

 

A la mesure de la minéralisation qui est définie pas ses métaux utiles, son image superficielle en est aussi d'une certaine manière une réplique, distincte de l'environnement. Les chapeaux de fer sont des affleurements ferrugineux riches en éléments métalliques ou non. Des éléments habituellement en trace sont nettement mieux représentés, et deviennent éventuellement des éléments majeurs, d'autant que certains majeurs sont éliminés au cours de l'altération. Il est utile d'évoquer le rôle économique direct de ces formations altérées, jusqu'à l'explosion de la demande en métaux avec l'ère industrielle (von Groddeck, 1879) : pratiquement toutes les ressources exploitées en métaux de base, étaient dans les horizons d'altération.

 

Cette richesse, absolue ou relative, est un fait essentiel dans la reconnaissance des chapeaux de fer, et un critère discriminant dans la typologie (Besnus, 1977, Wilhelm et Kosakevitch, 1979, Pouit, 1987, Chaurris et Gareau, 1990, Blot, 1989, 2002, 2004). D'ailleurs elle est au centre des prospections modernes avec des analyses multi-élémentaires nombreuses et des moyens informatiques puissants pour le traitement des données. Dans la logique des processus d'altération, cette mémoire géochimique peut être portée par des minéraux résiduels, ou par des minéraux néogénétiques, protégés jusqu'à la surface. Une place particulière sera réservée plus loin aux oxydes de fer qui peuvent piéger les métaux à tout moment dans les filiations minéralogiques.

 

Le contraste entre la minéralisation et le chapeau de fer est très divers, avec des accumulations résiduelles d'éléments, ou des accumulations relatives, ce qui n'est pas exceptionnel non plus pour l'altération climatique des roches, pendant de l'élimination d'autres éléments durant l'altération. Dans certains cas, sont observés aussi des enrichissements supergènes, ce qui est relativement banal pour la zone de cémentation. Ces phénomènes peuvent affecter tous les éléments de manière inégale (tableau 7), mais sont très variables sans qu'il puisse y avoir une classification très assurée. Blain, Andrew, Butt, Smith, Taylor, Ryall, à partir des spécificités géochimiques, proposent des classifications géochimiques des chapeaux de fer, à vocation génétique, de minéralisations diverses en différentes régions, d'Australie (tableau 8), d'Afrique du Sud et d'Arabie (tableau 9).

 

Wadi Wassat, VMS, 120 Mt, 80 % pyrite, 21,5 ppm Ag, 0,62 ppm Au

Jabal Sayid, VMS, 27-37 Mt, 1,8 % Cu, 1,3 % Zn

Al Masane, VMS, > 5 Mt, 1,5 % Cu, 6,3 % Zn, 93 ppm Ag, 2,8 ppm Au

Ash Sha'ib, Zn-Cu stratiform, 1, 7 Mt, 6 % Zn, 0,3 % Cu

Ar Ridaniyah West, Zn-Pb stratiform, 0,4 Mt, 4 % Zn

Tableau 7

Évolution des principaux éléments entre les minerais et les chapeaux de fer d'Arabie d'après Ryall et Taylor (1981)

 

1- Nickel gossans, 2- Nickel gossans siliceous, 3 - Nickel gossans siliceous, 4 - Nickel gossans, 5 - Probable Nickel gossans, 6- - Gossanous Tuffs in UM, 7 - Lateritized UM, 8 - Fe Sulphide Gossans in UM, 9 - Copper-Zinc Gossans, 10 - Copper-Zinc Gossans, 11 - Lead-Copper Gossans, 12 - Zinc-Copper Gossans, 13 - Stratiform Fe Sulphide Gossans, 14 - Copper Gossans (Vein type), 15 - Pyrite Gossans (Vein type), 16 - Ferricretes

Tableau 8

Géochimie de gossans australiens caractéristiques de différents types de minéralisations (Blain et Andrew, 1977

 

Tableau 9

Eléments indicateurs du milieu d'origine de différentes formations ferrugineuses caractéristiques d'Arabie d'après Ryall et Taylor (1981)

En plus d'une spécialisation suivant la nature géochimique, le facteur maturation est important (Scott et al, 2001), et au delà même, une classification dans une zone donnée n'est pas la même ailleurs, sous un autre climat. Il peut être tout de suite souligné qu'une région tropicale comme l'ensemble de l'Afrique de l'Ouest manque de toute référence comparative. Les variations sont dues à des paramètres aussi nombreux que ceux évoqués, pour l'expression des chapeaux de fer, par Smirnov (1936) : les variations des teneurs d'un gîte à un autre, l'expression minéralogique, les diverses conditions de maturation, impliquant la géométrie de la minéralisation et les conditions climatiques sl.

 

f Le piégeage des éléments par les oxydes de fer

 

La gœthite est le minéral le plus fréquent et le plus abondant dans les chapeaux de fer, et elle est fréquemment associée à des éléments hérités des minéralisations : le silicium est toujours présent et des teneurs élevées sont fréquentes, pour Al, Zn, Cu, Ni, Pb, S, P, As... Les mécanismes permettant de fixer ces éléments sont complexes et la forme du piégeage est rarement mise en évidence. Des déformations du réseau cristallin ont permis de rendre compte de l'intégration de métaux comme l'aluminium, et les hématites et gœthites alumineuses sont relativement banales dans la zone tropicale.

 

Pour les métaux de base, la rétention d'un ou de plusieurs éléments par les oxyhydroxydes de Fe-Mn, peut être juxtaposée à l'expression minéralogique sous une autre forme (CO3 pour Pb et Zn, SO4 pour Pb ...) de ce ou ces éléments. Mais l'oxyhydroxyde de fer, peut être le seul réservoir supergène de ces éléments, comme As à Irécê, alors que les sulfophosphates en sont exempts, ou Ni et Cu à Kwademen où il n'y a pas d'autres minéraux secondaires.

 

Dans l'exemple des filiations de la mine de Canoas (tableau 4), il est montré que les gœthites peuvent être issues de différents minéraux, ce qui prédestine au maintien du métal libéré du sulfure du carbonate ou du silicate remplacé dans la gœthite néoformée. Ainsi Kosakevitch relie sur quelques exemples la morphologie de l’oxyhydroxyde de fer à sa composition avec notamment des pseudomorphoses de pyrite enrichies en divers éléments symptomatiques du gîte minéralisé :

  • à Bois Madame (Hérault) les oxydes de fer contiennent jusqu’à : 10 % ZnO, 2,5 à 5 % PbO, 2 à 3 % Al2O3, 0,3 % MgO, 0,5 à 1 % CaO
  • à l’Argentella (Corse) ils contiennent aussi : 0,5 à 2 % PbO, 1% Cu, 1 à 1,5 % SO3, 0,1 à 1 % As2O3
  • pour des pseudomorphoses de chalcopyrite, il relève des teneurs entre 5 et 20 % CuO alors que les pseudomorphoses de pyrite associées n’en contiennent que 2 à 6 % . Togbe, à Pagala (Togo), analyse des pseudomorphoses de sidérite en gœthite avec fréquemment 1 à 3 % ZnO.

Au Brésil nous avons discriminé les gœthites suivant leurs teneurs en métaux ou en anions, et on peut évoquer des familles à Pb, à Zn, à Pb-Zn, à Ni ou Ni-Cu. Ainsi à Canoas les 6 générations de gœthite, sans compter les formes peu cristallisées, permettent de définir à l'affleurement, des gœthites stériles à côté d'autres contenant du zinc ou du plomb ou ces deux métaux ensemble (figure 4). La forme de fixation de ces éléments n'est pas résolue, le réseau cristallin de la gœthite n'étant pas modifié.

 

Figure 4

Teneurs en Zn et Pb des gœthites de Canoas (Brésil) (n = 257).

Zn = ZnO / Fe2O3 ; Pb = PbO / Fe2O3

 

Sur la mine de O'Toole, comme sur les blocs ferrugineux du gîte de nickel latéritique de Bonga (Burkina), le rôle collecteur de la gœthite concerne le nickel ou le cuivre, ou les deux (figure 5), mais ces métaux, plus petits, sont alors intégrés dans le réseau cristallin de la gœthite (Imbernon, 1998, Lavaud, 2002).

 

Figure 5

Teneurs en Ni et Cu des gœthites de O'Toole (Brésil) en atomes % (n = 118)

 

La charge minérale des gœthites peut, à elle seule, assurer la réponse géochimique des chapeaux de fer, ce qui est une évidence quand tout autre minéral secondaire est absent du chapeau de fer, et notamment avec les minéralisations Ni-Cu-Pt comme à Yilgarn en Australie et O'Toole au Brésil ( figure 6), ou avec une maturation extrême.

 

Figure 6

Diagramme Ni-Cu-Zn des gœthites et du chapeau de fer de O'Toole (MG, Brésil)