Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Les latérites nickélifères de Musongati sont situées à l'est du Burundi (Afrique centrale). Elles se sont développées sur un complexe rocheux qui s'étend sur une unité ultramafique de ~ 29 km2 et une unité mafique de ~ 26 km2. Le complexe de Musongati s'inscrit dans un éventail plus large de roches mafiques et ultramafiques, formant un linéament continu de direction NE-SO, depuis le sud du Burundi jusqu'au lac Victoria.

L'objectif principal de cette étude était de comprendre les processus à la base des concentrations élevées en éléments du groupe du platine (EGP) dans les horizons latéritiques de Musongati. Une centaine d'échantillons récoltés sur des forages orientés verticalement, dans les unités dunitique et péridotitique, ont été analysés pour les éléments majeurs et traces. Quatre des forages échantillonnés ont atteint la roche-mère (RM) sur 60 à 100 mètres de profondeur, et recoupent les cinq principaux horizons du profil latéritique: le sol latéritique (SL), la cuirasse (CU), la ferralite (FE) et la saprolite (SA).

Les résultats de l'investigation pétrographique et géochimique montrent que les roches-mères des latérites nickélifères sont des dunites, des harzburgites et des péridotites à plagioclase. Les phases cumulus dans les dunites et les harzburgites sont l'olivine, la chromite et les sulfures. Dans les péridotites à plagioclase, les phases cumulus sont l'olivine, la chromite, les sulfures et le plagioclase. L'Au, le Cu, le Pd, le Pt et le Rh sont principalement contrôlés par les sulfures, alors que l'Ir, et possiblement le Ru et l'Os sont contrôlés en partie par les sulfures, mais aussi par les spinelles chromifères et l'olivine. Ainsi, la concentration des EGP dans les profils latéritiques est directement l'héritage de la roche-mère ultramafique.

La présente étude suggère que la formation du profil latéritique de Musongati est le résultat d'un long processus d'altération intense et itérative des roches ultramafiques, sous les conditions subtropicales, suivant une dynamique essentiellement verticale, régulée par le régime des eaux souterraines. Les fluides latéritisants récents empruntent les mêmes itinéraires que ceux qui les précèdent, ou préparés par les altérations plus anciennes. Le front d'altération progresse au sein de la RM de haut en bas, et avec le temps, chaque horizon se développe au détriment de l'horizon sous-jacent.

Les teneurs en éléments des terres rares (REE) de la RM totale, normalisées par rapport aux chondrites, montrent des spectres horizontaux. Les spectres des teneurs en éléments du groupe du platine (EGP), Ni, Cu et Au, normalisées par rapport au manteau (nm), montrent une pente positive, avec des rapports Pd/Irnm=29-44 et Ni/Irnm=l-3. Le niveau, l'allure et la pente des spectres des EGP et des REE dans la RM sont en accord avec un magma parent riche en MgO et d'affinité tholéiitique.

Les horizons latéritiques montrent des spectres des REE et des métaux profondément modifiés par les processus supergènes. On observe une tendance généralisée d'enrichissement par rapport à la roche-mère des terres rares légères (LREE) le long du profil latéritique. Le Ce se distingue par son anomalie négative dans la SA, et son anomalie positive dans la FE, la CU et le SL, affichant un pic positif au niveau de la CU avec un rapport Ce/Ce* de 9.22 (Ce* = concentration virtuelle du Ce entre les concentrations de La et de Sm normalisées aux chondrites). Le Ce^+ peut alors être interprété comme étant successivement soluble et en partie oxydé en Ce^+ qui est préférentiellement précipité dans les phases secondaires d'altération par rapport aux autres REE trivalents. Les EGP dans la RM et dans la SA montrent des spectres normalisés par rapport au manteau semblables, suggérant un enrichissement résiduel. Cependant, leur inertie chimique est mise à rude épreuve dans les niveaux de surface, et particulièrement dans la CU, au niveau de laquelle on observe une anomalie négative du Pd et des anomalies positives du Pt et de l'or. Les rapports Pt/Pt*, Pt/Pd et Pt/Au montrent des maxima dans la CU de l'ordre de 3.92, 4.6 et 6.02 respectivement (Pt* = concentration normalisée du Pt entre les concentrations du Pd et du Rh normalisées au manteau).

Les calculs de bilans de transfert de masse selon les méthodes de Gresens (1967), Nesbitt (1979), Brimhall et al (1991), Maclean et Barrett (1993) ont été effectués sur tous les horizons latéritiques en utilisant l'Ir et/ou le Ti comme éléments immobiles. Les résultats montrent que le Ce et la La sont ultra-enrichis dans la CU et le SL (gains de masse >100C%), enrichis dans la FE et la SA (gains de masse >100%). Les terres rares lourdes (HREE) se montrent toujours moins enrichies par rapport aux LREE dans tous les horizons latéritiques. Les calculs des transferts de matière pour les EGP montrent qu'ils peuvent être lessivés du SL, car ils enregistrent des pertes de l'ordre de 50%, même en utilisant l'Ir comme élément immobile. Le Pt et l'or marquent des maxima d'enrichissement dans la CU avec des gains parfois supérieurs à 500%, tandis que le Pd enregistre au même moment des pertes de plus de 50%.

Une expérience à partir des procédés d'extraction chimique séquentielle des éléments a été effectuée sur 5 échantillons provenant du SL, de la CU, de la FE, de la SA et de la RM du forage 247. L'étude avait pour but de comprendre a) les formes chimiques et liaisons qui régissent les EGP, Au et Re dans les horizons latéritiques, suivant la matière à laquelle ces métaux sont associés, et b) les conditions sous lesquelles ils sont mis en solution ou précipités. Les résultats montrent que les EGP sont immobiles dans la roche-mère. L'or, le Pd, et le Pt sont mobilisés dans tous les horizons latéritiques, suivant l'intensité décroissante Au»Pd>Pt. Le Rh n'est mobilisé que dans la SA, et rarement dans la FE, sous les conditions oxydo-réductrices extrêmes. L'Ir et le Ru sont pratiquement immobiles. L'Os n'a pas pu être analysé.

Ainsi, la latéritisation conduit à la redistribution des REE, EGP, Ni, Cu et Au. La redistribution se fait à travers une série de transformations successives des masses minérales de la roche-mère, sous une dynamique essentiellement verticale, en passant par la complication ou la simplification des édifices des minéraux secondaires, formés à partir des éléments individualisés, pouvant conduire à la sorption d'éléments complémentaires des solutions aqueuses. La désintégration différentielle des minéraux conduit probablement à la formation des différents colloïdes (colloïdes argileux, les colloïdes de fer, les colloïdes d'hydroxydes de Mn,...), ayant des degrés différents de sorption sélective. Les effets des différents ligands (la matière organique, les thiosulfates, les complexes hydroxylés) se sont probablement superposés aux effets d'adsorption. Les différences d'enrichissement entre les horizons est probablement le résultat des variations des barrières physico-chimiques, liées aux changements des conditions alcalino-acides et d'oxydo-réduction, intrinsèquement associées à la formation des sols.