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

1.3 L'expression des roches sulfurées en zone tropicale

Dans le contexte tropical, où les éléments du paysage sont guidés par l'importance de l'altération météorique et du cuirassement latéritique, il se pose bien évidemment un problème d'identification et de typologie des roches ferrugineuses.

 

Pour Routhier (1963), il était impossible de faire la distinction entre cuirasse et chapeaux de fer, tous les deux étant des roches résiduelles ferrugineuses néogénétiques. Même avec les développements ultérieurs des études sur les altérations tropicales, cette remarque a été peu contestée par les prospecteurs.

 

En Australie et ailleurs, avec Butt et Smith (1980), Ryall et Taylor (1981), Taylor et Thornber (1995), l'approche par classification hiérarchique des paysages a permis de dégager une typologie intégrant les milieux tropicaux. Les chapeaux de fer sont distincts des cuirasses qui les surplombent le plus souvent, malgré des exceptions comme à Golden Grove (Smith et Perdrix, 1983). A bien des égards des situations identiques ont été identifiées en Afrique de l'Ouest, comme à Perkoa et Kwademen, au Burkina Faso, où les chapeaux de fer sont développés dans des altérations récentes au pied de reliefs cuirassés. C'est partiellement la même situation à Pagala, au Togo, où les chapeaux de fer se sont développés dans la surface d'érosion du Plateau de l'Adélé, cuirassé ou non. Dans le contexte de Pagala, l'altération des sulfures est pour partie précoce par rapport à l'altération générale, et, pour le secteur d'identification des chapeaux de fer, postérieure à l'érosion.

 

Figure 7

Typologie des affleurements ferrugineux établie en Australie, par Butt, Smith, Ryall, Taylor, Thornber

 

Il y a tellement d'affleurements ferrugineux dans la région ouest-africaine, que tout affleurement ferrugineux, différent d'une cuirasse, peut être considéré comme un possible signal de minéralisation. Il peut s'agir de l'expression des altérations de minéralisations oxydées, carbonatées, phosphatées ou sulfurées, ou encore de phénomènes particuliers de concentrations impliquant une mobilisation du fer et son oxydation (par exemple « fault ironstone » de Butt et Smith, 1980). Cette approche est un préalable à toute utilisation plus approfondie des roches ferrugineuses dans les diagnostics des prospections, mais c'est déjà une discrimination importante. En effet, la région ouest-africaine est difficilement comparable aux régions minières tropicales d'Australie, du Brésil ou d'Afrique australe, car la participation des vieilles altérations aux paysages est très importante. Cette prédominance masque l'essentiel des roches ferrugineuses non latéritiques, qui ont aussi subi des agressions intenses. Outre l'aspect pratique de la distinction des chapeaux de fer en milieu cuirassé (Blot, 2004), il est à définir les traits distinctifs entre ce qui est connu des chapeaux de fer en général de ceux exprimés en région tropicale, sans tenir compte des horizons d'altération non ferrugineux, qui sont rarement accessibles

 

a Les chapeaux de fer actuels du Togo et du Burkina

Sans mine en exploitation, il n'y a pas eu d'étude des chapeaux de fer au Burkina, même s'ils sont connus selon une approche partielle, d'autant que les forages exploratoires sont peu disponibles et mal adaptés aux études sur les altérations supergènes. Au Togo, également pays sans mine métallique, l'étude des chapeaux de fer de Pagala est antérieure aux travaux de sondages exploratoires, et est restée quasi strictement attachée aux affleurements et à quelques sub-affleurements. C'est pourquoi le degré d'information est surtout limité aux affleurements, posant un problème inédit pour les prospecteurs. Certes, quelques coupes ont pu être utilisées mais les forages exploratoires ont été implantés en fonction d'une recherche de la minéralisation primaire. Il en découle que l'ensemble des horizons d'altération reste peu connu. L'expression du chapeau de fer, au Togo comme au Burkina, est une roche ferrugineuse, très riche en oxydes ou hydroxydes de fer, sans enracinement accessible connu.

 

Les traits spécifiques sont d'avoir une composition chimique dominée par le fer, avec ou sans manganèse, où la silice est plus ou moins subordonnée, sans aucun autre élément majeur bien conservé, notamment l'alumine est rarement au dessus de 5 % pondéral (tableau 10). Les éléments des minéralisations sont bien représentés, mais les teneurs supérieures à 1 % sont exceptionnelles (tableau 11). Aucun minéral secondaire n'a pu être mis en évidence en dehors de ceux du fer, du manganèse avec quelques expressions secondaires de quartz. Cet aspect est fondamentalement différent des situations les plus matures décrites par Scott et al (2001) : il n'y a en Afrique de l'Ouest aucun minéral secondaire à l'affleurement en association avec les minéraux oxydés et hydroxydés de fer. Avant d'établir une comparaison entre les chapeaux de fer du Centre du Togo et du Nord Burkina (partie II), il est précisé maintenant l'état des connaissances de l'existence de roches ferrugineuses secondaires, dépendantes de minéralisations primaires sulfurées, carbonatées ou éventuellement phosphatées.

Perkoa (VMS Zn (Ag, Ba)), Kwademen (VMS Ni, Cu), Bonga (Ni latéritique), PAG : 4 chapeaux de fer du secteur de Pagala (Togo), Tin Akoff : moyenne composite.

 

Tableau 10 

Composition moyenne de chapeaux de fer du Togo et du Burkina.

 

Perkoa sur amas sulfuré Zn (Ag, Pb), indice Ni-Cu de Kwademen, gîte de Ni latéritique de Bonga ; teneurs moyennes des 10 % maxima des régions de Tin Akoff (Burkina) et de Pagala (Togo). Au Burkina échantillons Blot, au Togo échantillons Anglo American

 

Tableau 11 

Teneurs moyennes en ppm, ppb *, des chapeaux de fer de la zone tropicale Ouest africaine.


A la découverte de l'originalité de ces affleurements ferrugineux, d'abord au Togo, puis au Burkina, j'avais souligné l'importance des faciès, comme signal d'appel distinctif des fréquentes cuirasses latéritiques.

 

Au Togo, on peut dire que le premier chapeau de fer étiqueté date de 1982, la première dizaine de 1983 (Blot, 1983), et la première centaine de 1984 (Magat et Blot, 1987), semant le doute et la méfiance dans l'esprit des prospecteurs convaincus a priori du faible intérêt minier des formations de couverture (Bessoles et Trompette, 1980). Le BRGM (Deschamps et al, 1991) et Anglo american (Napon et al, 2002, Presseau et al, 2002) relèvent plus de 300 sites sur le secteur Pagala, au cours de leurs prospections.

 

La phase minéralogique primaire était représentée par le quartz et la muscovite souvent barytique, et la phase secondaire par des minéraux de fer oxydés et hydroxylés, de grande taille, et souvent bien cristallisés, associés quelque fois à du quartz automorphe limpide et à des oxydes de Mn.

 

Les premières analyses géochimiques, semi-quantitatives et partielles, permettaient de souligner l'importance du Zn et du Mn, puis de Ba, ainsi que des teneurs anormales en Co et élevées en Ni. Cette observation a été complétée par un premier inventaire (Magat et Blot, 1984, 1987 ; Godonou et al, 1986) affinant la définition, la constitution et la géochimie de ces affleurements ferrugineux. Depuis, les travaux des Sociétés minières n'ont, en définitive, que peu remis en question la définition des principales concentrations métalliques reconnues. Les argiles massives, kaoliniques (kaolinite et métahalloysite associées) ou gibbsitiques, observées localement au contact du chapeau de fer n° 3, semblent typiquement hydrothermales. L'alunite, rencontrée dans les forages de Anglo American, n'est pas calée dans les coupes et semble anecdotique. L'observation de l'absence de minéraux secondaires autres que ceux du fer, a été repris par Theron (2002), acceptant qu'il s'agit là de chapeaux de fer "tropicaux" qui seraient spécifiques de la zone climatique ouest-africaine.

 

Le pronostic de la nature polymétallique d'une minéralisation stratiforme a été confortée avec Zn, Pb, Ba, Ni, As et parfois Cu. L'origine des chapeaux de fer (figure 8) semblait sulfurée (pyrite résiduelle fréquente), carbonatée (importance des fantômes de sidérite) et localement phosphatée sur les phosphorites de Pagala (avec turquoise, wavellite et gorceixite plus ou moins associées aux hydroxydes de fer).

Figure 8 

Clarkes de concentration de chapeaux de fer particuliers : géochimie des roches superficielles ferrugineuses sur phosphorite, sur sidéritite et sur oxydes de fer du secteur de Pagala (Togo). As et Pb n'ont pas été analysés.

 

Au Burkina, des chapeaux de fer sont connus dans le Birimien, dans le sillon de Boromo-Houndé, à partir des prospections géochimiques régionales du PNUD, entre 1976 et 1982, à Perkoa et Kwademen, de même qu'un gîte de nickel latéritique à Bonga. Il s'y ajoute, Tiébélé, dans la région de Po, au cours des recherches de métaux de base de Anglo American (Robb, 2000).

 

Gîtes ou indices issus de prospections géochimiques dont la réponse a été fort différente suivant les échelles de prospection, témoignant probablement de la différence de mobilité entre le plomb et le zinc, éléments principaux des prospections. Les affleurements ne marquent pas le paysage, étant en contrebas de surfaces cuirassées, éventuellement avec des blocs de faciès massifs. L'affleurement de Perkoa (Franceschi et B. Ouédraogo, 1982) est allongé sur environ 250 mètres de long et 20 de large, faisant une ride métrique sur la plaine. Sa constitution minéralogique est dominée par la gœthite ou l'hématite ou les deux à la fois, avec quelquefois de la magnétite. De minces filonnets de gorceixite sont reconnus ainsi que de la barytine et des minéraux de manganèse.

 

Kwademen, malgré la volonté des prospecteurs, est surtout connu pour son chapeau de fer et la variété des cibles de prospection successives Zn, Cu puis Au. La seule minéralisation reconnue en forage est massive, à pyrrhotite, pyrite et magnétite où Ni et Cu, atteignant 0,4 et 0,5 %, n'ont pas été reconnus en minéraux. Le chapeau de fer est bien orienté sur 500 mètres de long et 10 mètres de large et ne se marque pas dans le paysage. Outre la gœthite, l'hématite et le quartz, il est noté de l'asbolane dérivant de spessartine. L'analyse géochimique privilégie l'importance de Ni et Cu, ainsi que des teneurs nettes en Te, Pt et Au. La gœthite présente des teneurs notables en Cu ou en Ni (figure 9).

 

Figure 9 

Analyses de quelques gœthites de Kwademen à la microsonde (en atomes pour 100 atomes de Fe)

 

Dans le Birimien du Burkina, il ne semble pas y avoir eu d'études particulières sur les chapeaux de fer qui sont des sous-produits des prospections géochimiques. Il n'y a que peu d'informations sur ces roches résiduelles de surface, et je n'ai vraiment rassemblé que ma collection pour esquisser les traits principaux.

 

A Bonga, gîte de Ni latéritique, la cuirasse moulant les pentes de la colline contient des blocs très riches en fer, sans enracinement, d'où une appellation de paléo-gossan (Lavaud, 2002, Lavaud et al, 2004). La gœthite est le minéral principal des faciès massifs, mais le nickel se situe aussi dans de nombreux minéraux primaires résiduels et secondaires(tableau 12).

 

Tableau 12 

Teneurs en Ni, Cr, Ti et Fe, en % pondéral, de quelques minéraux de Bonga (hématite et gœthite sont ici sous forme de plasma) - Lavaud, 2002.

 

Enfin, dans le Néoprotérozoïque du Nord du Burkina ont été décrites des ferruginisations particulières, dont une bonne part serait des chapeaux de fer, à côté de minéralisations ferrifères primaires, à faibles remobilisations de gœthite. Ces formations seront détaillées dans la deuxième partie. Ici seuls les traits essentiels d'une expression de minéralisations sulfurées probables dans la zone tropicale seront précisés.

 

La constitution minéralogique a son expression la plus simplifiée, avec gœthite et hématite, ou la gœthite est très largement dominante, éléments siliceux pouvant être quartz, quartzite, silexite, chert ... et kaolinite dans des poches ou enclaves témoignant probablement de l'altération de roches pélitiques. Aucun autre minéral n'est présent à l'affleurement.

 

Trois composants chimiques sont essentiels seulement avec la silice, le fer et l'eau, plus rarement manganèse. L'ensemble des éléments mineurs et en trace a une teneur de fond peu élevée. Ceci peut être nuancé pour les éléments dont la population a une médiane supérieure au clarke et qui présentent des teneurs élevées relativement régulières : Be, V, Co, Zn, As, Mo, Sb, Pb, Bi, Re, Au, U et par définition Fe. Un autre groupe d'éléments présente des médianes plus faibles que le clarke, mais avec une moyenne supérieure au clarke : Mn, Cu, Se, Cd, Te, Y, Pd et Pt.

 

Dans ces cas ouest-africains, les caractéristiques de la composition chimique sont peu différentes de ce qui est connu ailleurs, avec peu de place pour l'alumine, les alcalins et alcalino-terreux, alors que des accumulations d'oxydés de manganèse sont fréquentes. Les teneurs en éléments traces sont relativement faibles par rapport aux références, d'Australie et d'Arabie par exemple, et atteignent rarement 1 %. La comparaison de la géochimie des chapeaux de fer à celle des minéralisations parentales, ne fait pas ressortir les mêmes évolutions à Pagala et à Perkoa, dans une situation de grande maturation, c'est à dire sans autres minéraux secondaires que la gœthite et l'hématite (tableau 13). Les comportements identiques, du minerai au chapeau de fer, sont rares à Perkoa et Pagala, avec l'appauvrissement commun en Zn et Cd, et l'enrichissement commun en Ba et Mn, alors que As et Mo ont des comportements différents entre les deux sites. Donc ici, pas plus qu'ailleurs (tableau 7), et pour tous les éléments, la multicité des paramètres impliqués ne permet de définir une loi évolutive, entre un minerai et le produit final de l'altération.

 

Teneurs en ppm et %. Collections Metorex-Nantou (Perkoa), Anglo American (Pagala), Blot (Tin Akoff). Faciès dispersé des minerais de Perkoa et Pagala échantillonnés en forage. Teneurs moyennes et moyennes des 10 % maximales pour les roches de surface de Pagala et Tin Akoff

 

Tableau 13 

Teneurs moyennes des principaux éléments des minerais et gossans de Perkoa et Pagala, des ferruginisations de Tin Akoff. 

 

b Autres formes d'expression de l'altération de minéralisations en zone tropicale

 

Nous avons cherché à retrouver ailleurs ce qui fait la spécificité des chapeaux de fer par rapport aux cuirasses latéritiques, c’est-à-dire des faciès ferrugineux particulièrement riches en oxydes et hydroxydes de fer. Bien évidemment, il est possible alors d'entrer dans d'éventuelles confusions avec des minéralisations ferrifères primaires (BIF, hématitites ...).

 

Cette situation recouvre plusieurs types d'observations avec des enrichissements en gœthite (et hématite) concentrés, avec la définition de blocs, et avec l'existence de chevelus de gœthite en filonnets dans les cuirasses, généralement accompagnés d'une apparence d'épaississement de l'horizon cuirassé.

 

Des blocs très riches en fer, quasi holo-hématitiques et surtout gœthitiques, dans les cuirasses et dans les résistats du démantèlement des cuirasses sont fréquents, partout dans la zone tropicale, et il leur est souvent donné un rôle comme témoignage d'une mise en place détritique du cuirassement.

 

Au Togo, les chapeaux de fer de Pagala, très nombreux, le plus souvent orientés suivant la direction méridienne, apparaissent dans la dissection du plateau de l'Adélé, par érosion régressive de l'Est vers l'Ouest. Ce plateau, éventuellement cuirassé, présente en plusieurs sites des blocs de chapeau de fer enrobés dans la cuirasse ou la carapace, et les prospections sur cette surface peuvent présenter des auréoles anormales en Zn sans affleurement indicateur.

 

Au Burkina, l'aspect conglomératique de la cuirasse, incluant des blocs très riches en minéraux de fer, est fréquent sur les formations du Birimien, avec des niveaux identiques ferruginisés dans les roches de l'entourage proche (Perkoa, Kwademen, Rissian, Diana, Piéla, figure 10). Les faciès bauxitiques et holo-gœthitiques se sont manifestement constitués préalablement au cuirassement qui les englobe, et sont des témoins de paléo-altérations. Leur équivalence peut être envisagée, quelque soit le modèle utilisé pour expliquer la formation de la cuirasse, autochtone par intégration à l'altération des roches silicatées volcano sédimentaires de blocs résiduels d'altérations antérieures ou, allochtone par cuirassement d'une étape intermédiaire de transport de matériaux détritiques. Les paléo-altérations de ces minéralisations sulfurées n'apparaissent qu'en blocs détachés de leur profil d'altération certainement vidés de leur substance face aux énormes contraintes climatiques présentes mais surtout passées. Il s'agit là de paléo-chapeaux de fer dont les racines ont été inévitablement hydrolysées et probablement effacées du paysage. En toute logique d'observation on peut distinguer des étapes distinctes dans la constitution du chapeau de fer, une étape ancienne - peut être contemporaine de la bauxitisation - conservée par des blocs (éléments) à faciès très ferruginisés de certaines cuirasses "conglomératiques" et une étape plus récente relativement actuelle conservant les traits morphologiques de la minéralisation tout en développant ses traits faciologiques propres.

 

Le profil d’altération est purement théorique et ne correspond à aucune observation en Afrique de l’Ouest.

 

Figure10 

Représentation schématique de la rencontre entre altération des formations sulfurées et altération tropicale cuirassée des roches silicatées.


L'enrichissement en gœthite dans la masse du manteau d'altération et des cuirasses par des "chevelus" gœthitiques, correspondant très certainement aux filonnets de sulfures accompagnant la minéralisation d'or à Diouga et Gangaol, m'avait fait proposer l'appellation de "crypto-chapeau de fer" pour distinguer ce faciès des autres habituellement plus massifs. Il est certain que l'image géochimique de ces filonnets secondaires riches en gœthite est bien délimitée, avec une certaine forme de diffusion dans la cuirasse encaissante (tableau 14).

 

Collections Parisot et Blot. Majeurs en %, traces en ppm, Au en ppb

 

Tableau 14 

Comparaison de la composition de la cuirasse de Gangaol (BF) et des filonnets gœthitiques inclus.

 

Quelles sont les informations caractéristiques des blocs de paléo-chapeaux de fer quand aucun rattachement à une source n’est possible actuellement ?

 

Leur minéralogie est d’une grande simplicité, ils sont principalement holo-gœthitiques, plus ou moins hématitiques, éventuellement avec de fortes concentration d’oxyhydroxydes de manganèse. Leur texture est à la fois héritée et néoformée, avec des organisations guidées par des traits conservés de la minéralisation parentale : boxworks, faciès scoriacés, microscoriacés, orientations héritées, recristallisations de la gœthite soit microcristalline soit en peignes millimétriques à centimétriques. La composition chimique montre l’extrême prédominance du fer suivi de la silice, alors que l’alumine est très basse, contrairement aux faciès cuirassés les plus ferrugineux, comme les cuirasses de surface intermédiaire des géomorphologues. Le contenu métallique de ces corps de gœthite présente de fréquentes fortes teneurs.

 

Ceci est net dans les altérations développées sur les roches ultrabasiques à nickel de Bonga (tableau 15), où les blocs hyperferrugineux inclus dans la cuirasse se distinguent nettement (Lavaud, 2002, Lavaud et al, 2004). Remarquons toutefois que l’altération des UB est d’un modèle tout à fait particulier, à partir de roches déficitaires en alumine, et que la cuirasse est probablement le produit d’altération de l’encaissant gabbroïque (amphibolite) du corps UB.

 

Tableau 15 

Composition, en % et ppm, et constitution des roches ferrugineuses supergènes du Massif de Bonga au Burkina Faso (collection Blot, citée par Lavaud).

Gœthite (Gœt), Hématite (Hem), Kaolinite (Kaol), Gibbsite (Gibb).

 

La mise en évidence de l'enracinement de ces faciès est bien entendu une gageure, pour en faire un indicateur précis dans la localisation de la minéralisation, car il est peu probable que les horizons carbonatés et sulfatés aient pu se maintenir au cours des puissantes altérations généralisées. Tout au plus il reste possible qu'il puisse subsister une distribution particulière des oxyhydroxydes de fer dans la masse du manteau d'altération.

 

c Conséquences de l'altération de minéralisations en zone tropicale ouest-africaine

 

Sans être niés, les chapeaux de fer ont été davantage considérés comme théoriques ou marginaux, que réels, dans l'ensemble ouest-africain. Ainsi les chapeaux de fer que j'ai mis en évidence au Togo, à partir d'une démarche d'identification des affleurements ferrugineux, ont été récusés pendant plusieurs années par les prospecteurs, du fait de leurs caractéristiques particulières, différentes de ce qui est connu ailleurs. Il est vrai qu'il n'y a pas de minéraux secondaires et que le cortège géochimique est assez pauvre et atypique, et cette extrême maturation ne semble pas avoir été décrite ailleurs. Ce décalage a fait également en sorte que l'étude des chapeaux de fer de Togbé (1991) a été réalisée presque exclusivement à l'affleurement, les minéralisations n'étant pas encore connues. Un problème de même nature se pose maintenant dans l'extrême nord du Burkina, où de nombreux affleurements ferrugineux sont des chapeaux de fer. Dans les deux cas, le diagnostic précoce, très fragile il est vrai, est difficilement pris en compte pour la recherche de ressources minérales, et jamais comme indice direct de minéralisation. Son acceptation autoriserait pourtant un développement mieux ciblé des prospections. Il en résulte aussi que l'étude des roches ferrugineuses affleurantes devrait avoir une place dans les approches des prospections tropicales, ce qui n'a jamais été la priorité des prospecteurs.