Cours de Prospection Miniere [PDF]

Zitiervorschau

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COURS DE PROSPECTION MINIERE

I. INTRODUCTION L'importance

des

matières

premières

minérales

et

plus

particulièrement des minerais, que ce soit pour les pays consommateurs ou producteurs, n'est plus à démontrer. La mise en évidence de nouveaux gisements métalliques est ainsi devenue primordiale et a motivé la mise en œuvre de techniques diverses: levé géologique, géophysique, géochimie, télédétection, thermoluminescence, etc.…Mais, si ces techniques sont importantes et si leur développement harmonieux est essentiel, un stade de recherche s'impose: c'est celui du prospecteur de terrain dont dépend en grande partie le succès des recherches. La recherche minière progresse par phases qui se distinguent par les surfaces concernées et les techniques mises en œuvre et, par conséquent, par les moyens humains, matériels et financiers qu'elles nécessitent. Chaque méthode de prospection doit être mise en œuvre avec un soin extrême depuis le simple examen d'affleurements ou la moindre batée en lit vif jusqu'au recueil de cuttings de sondages percutants, ou à l'échantillonnage de travaux miniers.

I.1. DEFINITION La prospection minière est l'ensemble des travaux géologiques, géophysiques,

géochimiques,

géobotaniques,

de

photogéologie

et

de

télédétection dont la finalité est de:  localiser les substances utiles dans l'écorce terrestre;  préciser la position exacte, la forme et la concentration des corps minéralisés (ore bodies) ou gisements;  estimer (évaluer) la quantité des substances utiles extractibles que contiennent ces corps minéralisés, étant donné que ceux–ci peuvent contenir, et c'est souvent le cas, d'autres matières premières non extractibles.

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I.2. NOTIONS GENERALES I.2.1. Gisement Un gisement est une accumulation naturelle de minéraux utiles, matières

premières

industrielles.

Il

doit

être

économiquement

et

techniquement rentable. Ce qui fait qu'un gisement exploitable dans un pays peut ne pas l'être ailleurs: ex: en République .Démocratique Congo, on exploite le cuivre à partir d'une teneur de 0.1%, alors qu'aux USA, on descend jusqu'à 0.01%. L'ensemble des minéraux utiles, exception faite pour les matériaux de construction, forme le minerai. Celui–ci est associé à des minéraux non utiles qui constituent la gangue. Succinctement on distingue les gisements ci–après:

A. Gisements magmatiques: Ils sont dus à la différenciation magmatique lors de la cristallisation fractionnée au cours de trois stades principaux:  Stade

orthomagmatique:

pétrogènes,

les

plus

cristallisation

réfractaires

des

(olivine,

minéraux pyroxènes,

plagioclases basiques) d'abord, avec formation des roches encaissantes des minéralisations ultrabasiques (dunites, pyroxénites, péridotites); minéraux utiles:chromite, diamant, platine, pyrochlore, etc. Formation aussi des roches basiques (gabbros, norites); minéraux utiles: magnétite, titanomagnétite, vaesite (Ni). Cristallisation de feldspaths alcalins et quartz en dernier lieu, avec formation de roches magmatiques acides (granites, granodiorites, syénites); éléments utiles: Be, Li, Sn, W, U, etc.  Stade pegmatitique: séparation du bain résiduel saturé en composants volatils (F, Cl, O,…) et en vapeur d'eau. Mise en place des pegmatites; éléments utiles: Be, Li, Sn, Nb, Ta, U, etc.  Stade postmagmatique: liquéfaction des composants volatiles et genèse des solutions hydrothermales ou pneumatolyto– Par le Prof Gabriel MAKABU

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hydrothermales dans les roches encaissantes; minéraux utiles: chalcopyrite (Cu), cassitérite (Sn), molybdénite (Mo), cinabre (Hg), arsénopyrite ou mispickel (As), galène (Pb), blende ou sphalérite (Zn).

B. Gisements sédimentaires  Gisements

résiduels:

dus

à

l'action

d'une

altération

dominante:  Kaolin, latérites à Fe – Ni – Co - Mn, bauxites, fer et chapeaux de fer.  Gisements

détritiques:

accumulation

mécanique

des

substances utiles (placers): or, platine, cassitérite, diamant, magnétite,

zircon,

monazite,

corindon,

béryl,

ilménite,

pyrolusite,…  Gisements d'infiltration: Cu, Co, U, V, Fe, Mn, …  Gisements d'origine chimique: 

calcaires et dolomies: matériaux de construction,



de fer



de manganèse



gisement mixte de Fe et Mn,



évaporites.

 Gisements biogéniques et biochimiques: 

Combustibles fossiles: tourbes, charbons, shales bitumineux, pétrole et gaz naturel



Calcaires organogènes



Phosphorites à squelettes d'organismes



Diatomites formées d'opale.

C. Gisements métamorphogènes  Gisements métamorphisés: formés aux dépens des gisements préexistants. Exemple:certains gisements de Fe, Mn, Au, U, dont les accumulations initiales étaient sédimentaires. Ex.

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Gisement Au–U de Witwatersrand (RSA).  Gisements métamorphiques: 

Marbres: à partir des calcaires,



Ardoises: à partir des shales argileux.

I.2.2. Catégories des minerais extractibles 

Les combustibles: charbon, pétrole, gaz



Les minerais métalliques: ferreux (Fe, Mn, Co, Ni, W), non ferreux (Cu, Pb, Zn, Sn), légers (Al, Mg, Ti) utiles dans l'aéronautique, précieux ( Au, Ag, Pt), rares ( Be, Ba )



Les minerais non métalliques: matériaux de construction, chimiques (sel, soufre, soude, gypse), engrais (nitrate, phosphate, sulfate), réfractaires (silice, bauxite, argiles, chromite), pierres précieuses et semi–précieuses (diamant de joaillerie, saphir, émeraude), matériaux abrasifs (diamant industriel, quartz), isolants (magnésie, asbeste), peinture (argile, barytine).

I.2.3. Facteurs gisement

influant

sur

l'exploitabilité

d'un

 La teneur et le tonnage: la teneur limite d'exploitabilité (mutable et fonction du coût d'exploitation) est la teneur minimale supportable en deçà de laquelle l'exploitation d'un gisement cesse d'être rentable. Elle dépend du cours du métal sur le marché économique mondial. Elle est à distinguer de la teneur marchande qui est la teneur atteinte après valorisation. Les bons gisements sont ceux qui présentent un bon tonnage de façon à récupérer le coût d'investissement et à faire du profit.  La nature du minerai: comportement chimique lors de la flottation: les carbonates réagissent mieux que les silicates.  La position géographique du gisement: le coût du transport vers les usines de traitement et vers les centres de consommation. De plus la main–d'œuvre qualifiée coûte de

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plus en plus cher avec la distance.  La profondeur et la structure du gisement: c'est moins coûteux d'exploiter à ciel ouvert (gisement en plateure) qu'en mine souterraine (gisement dressant).  Les facteurs économiques: notamment la loi de l'offre et de la demande.  Les outils d'exploitation: engins pour forage, extraction, transport.  Les substances extractibles: les gisements poly métalliques sont les plus intéressants.

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CHAP. II. ETAPES SPECIFIQUES DE MINIERE

ET LA

TECHNIQUES PROSPECTION

II.1.ETAPES DE LA PROSPECTION MINIERE La

prospection

minière

est,

rappelons–le,

une

opération

économique visant à mettre en évidence les réserves minières pour un district, une province, un pays ou même un continent. Et en tant qu'opération économique elle doit être rentable. Dans cette optique, elle doit être menée avec minutie, par étapes successives.

II.1.1. Etape préparatoire: Documentation.

Approche

du

sujet.

Objectifs :  Appréciation a priori de l'intérêt de la région  Identification du ou des sujets à traiter  Contrôle du cadre géologique et choix de la méthode de prospection stratégique  Première sélection régionale Méthodes et Techniques:  Documentation

technique:

inventaire

minéralisations,

cartes

géologiques,

hydrographiques,

hydrogéologiques,

de

toutes

les

topographiques,

tectoniques,

photos

aériennes, images satellites, mémoires, rapports miniers du Service Géologique et des Mines. Les photos aériennes et satellites

permettent

de

repérer

les

cours

d'eau,

la

géomorphologie, le système des failles, les affleurements, les structures géologiques, le type de végétation ou son absence, la

nature

lithologique.

On

récoltera

également

des

renseignements oraux ;  Documentation

juridique:

permis

concession ;

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antérieurs,

droit

de

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 Echelle de travail / Surfaces concernées:1/200000 et inférieures; 5000–100000 Km2. Durée des travaux: quelques semaines Décision: En fonction de toute la documentation (technique et juridique), on doit distinguer les zones retenues et les régions sans intérêts. On choisit les itinéraires à emprunter, le nombre de prospecteurs, la quantité et la qualité du matériel (hélicoptère, Jeep, tente, boussole, marteau, carnet, sachets,…), le nombre des techniciens, des ouvriers.

II.1.2. Prospection préliminaire ou de Reconnaissance ou Stratégique ou Générale Au cours de cette étape, on ne cherche pas directement un gisement, mais plutôt on s'atèle à mettre en évidence des indices de la présence éventuelle d'un gisement ou de conditions géologiques favorables à la formation d'une minéralisation. Objectifs:  Réduction sensible de la surface initiale  Localisation des secteurs à indices et anomalies pour y concentrer les moyens  Eventuellement approche typologique et choix de la méthode de prospection semi–systématique. Méthodes et moyens:  Prospection au marteau et esquisse géologique: on parcourt des grandes distances (ex; tous les 5 Km) suivant une direction bien définie et en notant tout ce qui est frappant (ex,

nature

des

roches,

structures

tectoniques,

minéralisations) et on essaie de les localiser sur les cartes. Les indices sont de différents ordres: guides morphologiques, géobotaniques,

lithologiques,

stratigraphiques,

minéralogiques et structuraux).  Prospection

aéroportée:

méthodes

électromagnétiques,

magnétiques et radiométriques.  Prospection géochimique (stream sediments, fond de batée, Par le Prof Gabriel MAKABU

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sol, hydrogéochimie, base des cuirasses).  Prospection alluvionnaire: lit vif, lit mineur, bed rock.  Photogéologie (éventuellement vols spéciaux). Echelle de travail/Surfaces: 1/200000–1/50000; 50–500 Km2. Durée des travaux: Quelques semaines à quelques mois. Décision:  La prospection stratégique se termine par un rapport qui évalue

approximativement

les

potentialités

minérales

(quantité et qualité) de la province (réserves possibles).  On évalue les critères économiques minima  On circonscrit les secteurs retenus à étudier au cours de la phase suivante. Ou bien, on décide de l'abandon total ou partiel du projet.

II.1.3. Prospection semi–systématique: Contrôle des points d'accrochage. On étudie l'indice pour le transformer si possible en gisement, c’est-à-dire qu’on s'adonne à connaître sa largeur, sa largeur, sa puissance (d'où le volume), et la répartition des teneurs. Objectifs:  Définition des cibles  Classement des cibles par ordre d'intérêt (hiérarchie)  Premières teneurs pour prouver la valeur industrielle du gisement; type de minerai (oxydé, sulfuré, carbonaté) en vue de sélectionner la méthode de valorisation.  Sélection des cibles pour leur reconnaissance approfondie. Dans cet ordre d'idées, on recourt à des travaux miniers (puits, tranchées, sondages), des ouvrages de prospection rapprochés, donc à maille plus réduite. Les travaux miniers mettent à vue les gisements affleurants et sub–affleurants. Les gisements, dits aveugles,

recouverts par d'épaisses

altérites, sont découverts grâce aux méthodes indirectes (Géophysique, Géochimie).

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Méthodes et Techniques:  Cartographie géologique détaillée + prospection au marteau: étude

typologique

(pétrographie,

sédimentologie,

structurologie, minéralogie).  Prospection géophysique au sol (ou héliporté): Radiométrie, Magnétisme, Electro–magnétisme, Profils de résistivité et sondages électriques, Polarisation spontanée, Polarisation Provoquée, Mise à la masse, Gravimétrie, Sismique Réflexion et Sismique Réfraction.  Prospection géochimique à maille régulière serrée sur sol (surface ou tarière), roche, biogéochimie.  Prospection

alluvionnaire:

puits

et/ou

tranchées

(si

recouvrement peu épais), sondages rotary ou percutants (si recouvrement très épais).  Si possible, test de valorisation.  Pré–étude

économique

d'orientation.

Premier

regard

géostatistique. Echelle de travail/Surface: 1/20000–1/5000; 5–50 Km2 Durée: Quelques mois Décision: A la fin de la prospection semi–systématique :  On évalue les réserves probables du secteur ;  On décide des cibles retenues et rejetées ;  Les cibles retenues sont mises au portefeuille et constituent la zone intéressante à étudier d'une manière approfondie dans la 3ème phase ;  On recherche les partenaires (joint venture).

II.1.4. Prospection systématique ou détaillée ou Reconnaissance du corps minéralisé La maille d'étude est encore plus resserrée car on prépare le gisement

à

l'exploitation.

Ce

qui

implique

une

connaissance

plus

approfondie et minutieuse de ce dernier, pour son évaluation plus efficiente. Le gisement est subdivisé en sections et on le détaille pour mieux Par le Prof Gabriel MAKABU

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connaître la répartition des teneurs et la composition minéralogique. On étudiera aussi le comportement mécanique de la roche encaissante et du minerai (broyage), la fissuration, les conditions hydrogéologiques, la structurale. Cela en vue

de déterminer la méthode d'exploitation.

Résumé des objectifs: Détermination de :  Forme, volume, profondeur et pendage du gisement.  Premières fourchettes pour le couple tonnage–teneur.  Première approche économique chiffrée. Méthodes et Techniques:  Levé topographique et topo géologique  Sondages diamants et sondages percutants intercalés, d'où échantillonnage et contrôle géostatistique.  Géochimie: étude du chimisme des encaissants (traces, majeurs) pour dégager des "guides" de prospection locaux.  Géophysique: opérations géophysiques dans les sondages (diagraphies, géophysique de développement).  Interprétation

géologique

synthétique

découlant

des

opérations susmentionnées.  Essai de valorisation  Pré - étude économique de faisabilité. Echelle de travail/Surface:1/5000–1/500; 0.5–5 Km2. Durée: Quelques mois à 1 année. Décision:  Gisement à évaluer  Gisement mis en portefeuille  Recherche des partenaires.

II.1.5. Evaluation de gisement: Objectifs :  Calcul des réserves (Estimation)  Resserrement des fourchettes pour le couple tonnage–teneur  Mise au point du traitement  Choix de la méthode d'exploitation Par le Prof Gabriel MAKABU

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 Etude de rentabilité.  Méthode et Techniques:  Sondages diamants systématiques et/ou travaux miniers (si possible

préparatoires

à

l'exploitation),

suivis

d'un

échantillonnage et d'une estimation géostatistique.  Essais semi–industriels de traitement  Etude de faisabilité. Echelle/Surface: 1/1000–1/200; ha–a. Durée: Quelques mois à quelques années (2–5 ans). Décision:  Etude de marché  Recherche du financement  Mise en exploitation ou en portefeuille  Recherche de partenaires. Rédaction du rapport ou Fiche technique du sujet: Pays:……………Intitulé du sujet:…………………………………………. I. Généralités: 1. Données géographiques:  Pour un indice: Coordonnées, voies d'accès, croquis de situation  Pour une zone à prospecter: périmètre, surface, croquis de voies

d'accès

et

de

pénétration,

données

climatiques

(périodes optimales de travail, possibles, impossibles) 2. Données juridiques:  Détenteurs des droits, partenaires dans l'opération, etc. 3. Historique:  Travaux

antérieurs:

résultats

connus,

éventuellement

tonnages extraits, teneurs,… 4. Données géologiques et gîtologiques:  Esquisse régionale rapide (carte schématique)  Géologie locale (environnement immédiat de l'indice, de l'anomalie, etc.)  Description de l'indice lui–même: géométrie des zones

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minéralisées visibles ou reconnues sur la profondeur, paragenèses.

Pour

les

anomalies

(géophysiques,

géochimiques), préciser leur extension, leur relief par rapport au fond régional.  Gisements et indices connus dans la région (avec importance économique, type de gîte,…). 5. Données économiques:  Tonnage

(reconnu,

probable,

possible),

teneurs,

sous–

produits éventuels. 6. Bibliographie:  Aussi complète que possible. Rapports internes. Préciser s'il existe une couverture photographique. 7. Pièces jointes:  Photocopies ou résumés des rapports uniques, et tous documents susceptibles d'aider à instruire le projet. II. Appréciation et remarques personnelles du (des) rédacteur(s). 

Intérêt et objectif(s) possible(s) (type de gîtes)



Motivation du projet.

III. Intervention proposée: 

Objectif à atteindre



Travaux nécessaires pour atteindre cet objectif: chiffrer.



Moyens nécessaires: physiques, financiers



Chronogramme des travaux: tenir compte des impératifs climatiques ou autres.



Date à laquelle un bilan des résultats de cette phase pourra être fait.

Date:………………………….Sé/ Rédacteur(s).

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II.2. Les caractères géologiques prévisionnels, les guides et les techniques spécifiques de prospection minière II.2.1. Les caractères géologiques prévisionnels et les guides de prospection minière: Ce sont les contrôles de la minéralisation qui guident le prospecteur sur terrain. Parmi eux, on distingue: 

Les

provinces

métallogénique

métallogéniques: est

une

vaste

Une région

province géologique

correspondant à un bassin ou géostructure ou un craton (bouclier, fosse géosynclinale) ayant un certain caractère dépendant de la tectonique et pouvant, dans une certaine mesure, être prévue par elle. Cette notion met en évidence l'analogie entre les minéralisations des diverses parties de contrées étendues par l'effet d'une histoire géologique (chronologie) commune. Elle permet des rapprochements heureux entre les gîtes (genèse, structure, exploitabilité) et se fonde entre autres sur la théorie de la tectonique des plaques et de la dérive des continents. Les

facteurs

principaux

de

la

répartition

des

provinces

métallogéniques sont : 

La

relation

des

provinces

métallogéniques

avec

les

phénomènes de concentration géochimique et en rapport avec: 

La sédimentation: Provinces ferrifères de vieux

socles où le fer est localisé dans les sédiments très siliceux. Au KATANGA, le cuivre et le cobalt sont liés à la sédimentation des shales dolomitiques. 

Les

zones

granitisées:

le

granite

"fertile",

concentrateur de plusieurs éléments, ex.. La chaîne Hercynienne a fourni: U, Sn, W.

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

La

différenciation

en

roches

basiques

et

ultrabasiques: ex. au Canada, on trouve de gros tonnages de Cr et de Ni dans les péridotites. 

Les bassins mio - géosynclinaux à forte subsidence:

gisements de pétrole. 

La

relation

des

provinces

métallogéniques

avec

des

Charbon,

ex.

successions chronologiques: 

Les boucliers antécambriens: Fe, Cu – Co



Les bassins tertiaires: Pétrole



Les

bassins

permo–carbonifères:

R.D.C. (Luena, Lukuga), R.S.A. (Dwyka). 

Les guides morphologiques: 

Des gisements en saillie et en inselberg: ex.grands

alignements de quartzite avec formation des itabirites (Brésil); alignements de colline à Cu–Co (KATANGA, RDC). 

La couleur: les minéraux noirs au KATANGA sont

souvent de l'hétérogénite alors qu'en Afrique de l'Ouest le noir correspond aux minéraux de fer (hématite). 

Les dômes de sel: pièges d'hydrocarbures.



Les gisements de chapeau de fer: les boxworks

témoignent du type des minéralisations sous–jacentes des zones de cémentation. 

Les guides lithologiques:  ou

La minéralisation se fait là où la roche est poreuse fissurée

(ex.

roche

carbonatée),

et

a

une

granulométrie hétérogène (ex. le conglomérat aurifère de Witwatersrand, RSA). 

Les guides stratigraphiques: les minéralisations

stratiformes, les pièges stratigraphiques de pétrole (lentilles sableuses, les biseaux sous–discordances, les biohermes et les biostromes). 

Les guides structuraux: les pièges anticlinaux, Par le Prof Gabriel MAKABU

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synclinaux (subsidence), les failles à remplissage. 

Les guides pétrographiques: les minéralisations liées

aux roches basiques ou ultrabasiques (ex. Cr, Pt, Ni, C) et acides ( Cu, Nb, W, Li). 

Les

guides

sédimentologiques:

les

minéraux

résistants (diamant, cassitérite, colombo-tantalite) et lourds (or) dans les placers.

II.2.2. Les techniques spécifiques de la prospection minière: II.2.2.1.

La

prospection

au

marteau.

Echantillonnage La prospection au marteau consiste à rechercher des indices de minéralisation par l'observation des affleurements et des éboulis ou " pierres volantes". Elle requiert un petit matériel pour la recherche (boussole, clisimètre, topofil, planchette topographique Chaix, réactifs HCl 10% et HNO3), et, ultérieurement, un matériel plus important (mototarières, sondeuses légères, engins de terrassement) pour l'étude des indices ou des anomalies découverts. A leurs affleurements, les gisements présentent presque toujours une minéralisation différente de celle qui constitue leur masse principale en profondeur. Cette différence résulte d'une oxydation accompagnée de la disparition  complète de certains éléments (lessivage) et de la concentration d'autres (rétention). Cette masse oxydée ou "chapeau de fer" ou "gossan" est caractérisée par des cavités appelées "boxworks" laissées par le lessivage des minéraux utiles et tapissées par endroits des minéraux secondaires provenant de l'altération du minéral primaire. L'auréole d'altération des minerais amène souvent un changement dans la couleur des roches encaissantes, ce qui constitue un traceur des minéralisations primaires et secondaires. A. Observation des affleurements Constitue l'étape principale de la prospection au marteau. A ce niveau, on doit:

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

casser le rocher en plusieurs endroits et de préférence à la masse,



déterminer succinctement la roche, en retenant que sur une roche mouillée la structure apparaît beaucoup mieux; donc rafraîchir la paroi;



mesurer la direction et le pendage de la stratification, la schistosité et les fractures significatives,



rechercher des minéralisations à l'œil nu et éventuellement à la loupe (analyse macroscopique) pour mettre en évidence le degré d'altération et les produits oxydés,… On doit se référer entre autres aux propriétés alignées dans les trois tableaux suivants :

Tableau 1: Types de boxworks dans la limonite Boxwork Cellulaire grossier Cellulaire grossier Cellulaire fin Cellulaire fin Eponge cellulaire Triangulaire Triangulaire En courbes

Caractéristiques Grossier,

angulaire;

parois

Couleur

minces,

larges,

Ocreux rigides; bulles, masses Siliceux; parois minces, rigides, angulaires Brun clair Parois minces, petites, friables, mouchetures, Jaune orangé bulles Cellules plus fortes, jaspe limonitique "ridé" Brun clair Cellules arrondies, épaisses, rigides, vides ; Brunâtre crépues, beaucoup de silice Cellules triangulaires; épais, fragile, encroûté Ocre orangée Triangulaire, incurvé Ocre orangée Cellules longues, voisines, angulaires, rigides Chocolat Pas de boxwork; arrangement de grains de

En relief

sulfure; fragile, poreux, en relief

Marron

Dérivant de Chalcopyrite Blende Bornite, chalcopyrite Blende Blende Bornite Bornite Tétraédrite Chalcosine, covelline,

bornite Poix de limonite Semblable à de la poix; vernissé, pas de cellules Brun foncé Chalcopyrite Croûtes de Minces, fragiles, feuillets lamelleux Brun foncé à Chalcosine limonite concentriques noir Plans cubiques parallèles minces de jaspe Clivages Ocre Orangé Galène limonitique Maille du diamant Mailles en forme de diamant Ocre Orangé Galène Pyramidal Arrangement en marche d'escalier Ocre Orangé Galène Foliacé Cellules lisses, minces, arrondies Tan à marron Molybdénite

Tableau 2: Couleur des minerais à l'affleurement Minéral ou métal Sulfures de fer Manganèse

Couleurs à l'affleurement Jaunes, rouges Noires

brunes,

marrons,

Composés oxydés Goethite, hématite, limonite, sulfates Oxydes de Mn

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COURS DE PROSPECTION MINIERE Carbonates, oxydes, silicates, sulfates,

Cuivre

Vertes, bleues

Cobalt Nickel Molybdénite Argent Arsenic Bismuth Cadmium (dans

Noir, rose parfois violacé Vertes Jaune vif Verdâtre cireux Verdâtres, vert jaunâtre Jaune

Cu natif Oxydes, erythrine Annabergite, garniérite, vaesite Oxydes de Mo, molybdates de fer Chlorures,etc., Ag natif Arséniates de fer Bismuthocres

Jaune clair

Sulfures de Cd

zinc)

le

Tableau 3: Principaux minéraux fluorescents à l'ultra–violet Minéraux

U.V. de courte 

U.V. de grande 

Autunite Anglésite Ankérite Apatite Axinite Barytine Blende Calamine Calcite Célestine Cérusite Corindon Diamant Disthène Dolomie Fluorine Giobertite Grossulaire Hydrozincite Malacon Mimétite Opale Powelite Pyromorphite Scheelite Smithsonite Spinelle Spodumène Strontianite Thorite Topaze Trémolite Willémite Withérite Wollastonite Zircon

Jaune verdâtre Jaune, rose, blanc orangé Jaune, rose, bleu Bleu clair, bleu, rouge blanc jaune Jaune pâle, bleu Rose, rouge, rouge orangé, jaune–vert Jaune, blanc, blanc bleuté Jaune, blanc Rouge, jaune–brun, bleu clair Bleu clair, vert, jaune Rougeâtre Rouge, blanc, bleu clair Bleu Blanc, bleu clair, rouge Rouge orangé Blanc bleuté Jaune Jaune orangé Verdâtre Jaune Jaune Blanc bleuté, bleu, jaune Bleu clair, blanc, rose Rouge Rose, bleu, bleu clair Blanc, rouge, bleu, rose

Jaune verdâtre Jaune, rouge Rouge Rose, jaune, bleu Bleu clair, bleu, vert–jaune Rose, blanc Jaune Blanc, bleu clair, jaune blanchâtre Rose, rouge Blanc, jaune, rose Jaune, blanc Rouge, bleu clair, bleu Bleu clair, vert, jaune Rougeâtre Rose, rouge, blanc Bleu Blanc, bleu clair, rouge Faiblement jaune verdâtre, rouge

Jaune, vert, rouge Jaunâtre, rose orangé, rouge Vert vif Jaune, blanc, rose Faiblement jaune rosé Jaune, jaune orangé

Jaune Jaune Faiblement bleu clair Orange pâle, orangé, jaune Bleu clair, blanc, rose rougeâtre Rouge Rouge, rose, bleu Blanc, jaune, vert Faiblement vert Vert clair, rouge rosâtre Jaunâtre Vert vif Rose, jaune, orangé Faiblement jaune rosé Jaune, jaune orangé, rose

Tableau 4: Coloration de la rayure des minerais COULEUR

MINERAIS

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COURS DE PROSPECTION MINIERE

Blanc Bleu Jaune Noir verdâtre Noirâtre Noir Vert Brun Gris noirâtre Gris

Argent, bismuth, blende (quelquefois), calamine, pyromorphite Azurite, malachite Calomel, limonite, or Chalcopyrite Cobalt terreux, argyrose (aspect métallique), stannine Cuivre noir, magnétite, pyrolusite, stéphanine (noir métallique) Malachite Blende (brun rougeâtre), cassitérite (brunâtre), fer chromé, franklinite, hématite (brun jaune), pyrite de fer (brun noirâtre) Chalcosine (gris de plomb noirâtre), chloanthite (aspect métallique), pyrite arsenicale, pyrite magnétique, stibine Cuivre gris (gris d'acier), galène (gris de plomb), kérargyrite (gris brillant), molybdénite, platine Argent rouge, cinabre, cuivre, cuivre oxydé (rouge brun), sidérose (rouge

Rouge

cerise foncé), nickéline (rouge pâle)

L'échantillonnage se fait par référence à une carte et l'on note la maille et les profils. On prélève les roches saines, sur paroi rafraîchie. B. Les tranchées: Ce sont de travaux miniers de subsurface auxquels on recourt lorsque la couche d'altération est peu épaisse (< 5m). Les tranchées sont rectangulaires et atteignent la formation recherchée. Leur creusement peut être effectué manuellement (pelles, pioches, éventuellement marteaux perforateurs et explosifs), mais on tend de plus en plus à utiliser des engins de terrassement. Elles permettent en les échantillonnant de découvrir la lithostratigraphie de l'assise concernée par la prospection ainsi que la minéralisation qu'elle contient. Dans

le

cas

général,

les

tranchées

doivent

être

creusées

perpendiculairement à l'alignement probable des indices ou bien à l'allongement des anomalies géochimiques. L'échantillonnage se fait sur les parois et le fond de la tranchée par rainurage et tranches successives selon les différentes assises géologiques traversées. Quand la minéralisation est marquée par des éboulis de minerai sur

une

pente,

la

tranchée

sera

implantée

perpendiculairement

à

l'alignement des éboulis situés le plus haut de la pente. Elle débutera quelques mètres en aval de ces éboulis et s'arrêtera en amont d'eux sur des distances variables, dès que l'une des conditions suivantes aura été remplie:

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19

COURS DE PROSPECTION MINIERE



Sommet de pente atteint,



Passage de la tranchée dans des terrains différents de celui des éboulis minéralisés, s'il s'agit de roches minéralisées dans leur masse et non de gangues filoniennes,



Et surtout, minéralisation en place découverte.

On devra prendre des précautions pour éviter le glissement de terrain. Les renseignements suivants doivent figurer dans le carnet du prospecteur minier: 

La nature de différents minerais et de la gangue, ainsi que la manière dont les minéraux utiles sont disposés dans la gangue (filonnets longitudinaux rubanés ou non, filonnets transversaux, filonnets anastomosés, plages ou cristaux, mouches, enduits superficiels)



La nature de la roche encaissante, son degré d'altération et la présence éventuelle de minéraux particuliers ou de minéralisation



La relation entre minerai et roches encaissantes (mode de gisement, sa gangue dans la roche encaissante).

L'échantillonnage se fera par rainurage ou saignée au marteau et au burin: rainurage vertical si la minéralisation est liée à un niveau stratigraphique ou à un filon–couche horizontal; rainurage horizontal, situé à la partie inférieure de la tranchée, si la minéralisation est stratiforme en contexte plissé ou liée à un filon vertical ou sous forme disséminée. Le sérieux doit caractériser le prospecteur au cours de cette étape en vue de ne pas fausser les résultats. C. Les puits Lorsque les altérites ont une puissance comprise entre 5 et 20 m, les tranchées présentent des déficiences. On recourt alors aux puits. Il s'agit de petits puits de reconnaissance et d'échantillonnage d'indices et de gisements tabulaires horizontaux ou subhorizontaux. Ils peuvent être isolés ou disposés suivant un réseau à maille carrée ou rectangulaire, suivant le stade de la prospection. Par le Prof Gabriel MAKABU

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COURS DE PROSPECTION MINIERE

Le plus souvent ces puits sont foncés à la main et leur ouverture est circulaire d'un diamètre de 0.70 à 0.80m. L'échantillonnage de ces puits peut se faire soit par rainurage sur les parois, soit par prélèvement sur les terres extraites par mètre d'approfondissement. Le rainurage se fait par niveau. Pour différencier les différents niveaux, on recourt à la couleur, la granulométrie, la composition moyenne. A défaut des niveaux bien mis en évidence, il faut prendre un échantillon tous les 50 cm d'une paroi pour remplir un pan ou une batée (récipient de 10 l) de capacité. Si le puits est profond d'un mètre seulement, prélever les échantillons sur toute la longueur et sur tous les côtés, les mélanger et former un tas homogène. En moyenne, prélever 2 à 4 pans. Les terres extraites sont préalablement rejetées loin du puits et les environs de celui–ci sont nettoyés sur un rayon de 5 à 6m autour de l'axe du puits. On sépare les produits des alluvions de ceux du bedrock plus riche. Les tas métriques sont disposés en spirale autour du puits dans le sens des aiguilles d'une montre et séparés les uns des autres par des rondins ou des planches en bois. La réduction à un échantillon de petit volume se fait par quartages successifs. Si le tas a un volume inférieur à 0.5 m 3, on ne procède pas par le quartage, on le lave en entier. Aussi, au lieu du quartage, on peut analyser les différents tas et calculer statistiquement la moyenne des teneurs. Chaque échantillon doit porter les indications suivantes: 

numéro de l'échantillon,



nom du secteur ou du lieu,



localisation aussi précise que possible de l'échantillon,



la nature de l'échantillon éventuellement.

L'échantillon à analyser chimiquement doit préalablement être lavé et séché et une fraction –témoin doit être gardée. Par le Prof Gabriel MAKABU

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COURS DE PROSPECTION MINIERE

D. Echantillonnage en sondage Le sondage est un moyen de prélever des échantillons à des profondeurs plus ou moins importantes. A de faibles profondeurs, les engins légers utilisés sont souvent mis en œuvre par le prospecteur lui–même. A des profondeurs plus importantes, le travail est effectué par des sondeurs spécialisés, le rôle du prospecteur consistant essentiellement à contrôler la récupération des échantillons, à les ranger, à les examiner, à faire analyser ceux qu'il juge intéressants et à établir la coupe de sondage. Les appareils utilisés sont de deux types: 

les appareils dits destructifs (wagons–drills par exemple),



les sondeuses carottières (machines à couronne diamantée qui, par rotation et pression, découpe la carotte).

L'échantillonnage se fait, soit de manière systématique, soit de façon sélective. La longueur à forer par passe à échantillonner est fixée à l'avance par le géologue, selon la nature des terrains à traverser. En règle générale, la récupération des échantillons s'effectue à chaque ajout de tige (2.40 m ou 3 m (10 pieds) le plus souvent) en des zones minéralisées. A la fin de la passe, quand la machine s'arrête, on retire du récupérateur la totalité de l'échantillon dans un des bacs prévus à cet effet et on laisse décanter quelques minutes s'il y a lieu. Selon la quantité d'échantillons recueillis, un quartage est effectué ou non. Chaque échantillon porte les renseignements ci–après: 

nom du chantier, numéro du sondage,



numéro de l'échantillon,



cotes du début et de la fin de la passe, longueur de la passe.

E. Echantillonnage en galerie Dans une galerie comme dans un puits en cours de creusement, le levé géologique et éventuellement topographique, est effectué en même temps que l'échantillonnage. Chaque front de taille, caractérisé par sa position par rapport à l'entrée de la galerie et par la date à laquelle il est Par le Prof Gabriel MAKABU

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atteint, fera l'objet d'un croquis comportant les observations géologiques et minéralogiques principales. S'il est rainuré pour prise d'échantillons, la position de la rainure et les longueurs échantillonnées seront notées; sinon on mesurera des dimensions caractéristiques telles que puissance et puissance réduite. Toutes ces indications seront reportées sur un registre d'avancement de travaux. Les résultats des analyses des échantillons prélevés seront reportés à leur place sur le registre. F. Echantillonnage automatique à l'usine A l'usine de concentration, il s'opère automatiquement un échantillonnage en vue de connaître la qualité des produits concentrés. A cet effet, on étudie la granulométrie et la teneur de minerai en vue de préciser le stade de la fragmentation et les différents réactifs (déprimants, réactivants, …) utiles pour un bon rendement.

CHAP. III : PROSPECTION ALLUVIONNAIRE La prospection alluvionnaire est très performante si elle est bien exécutée, c'est–à–dire si les graviers échantillonnés le sont avec grand soin. Elle consiste à prélever et laver des échantillons d'alluvions ou d'éluvions pour en extraire les minéraux utiles et évaluer leur degré de concentration ou teneur, exprimée le plus souvent en grammes par mètre–cube. La prospection alluvionnaire a pour objectif la mise en évidence de l'existence des placers, qui sont des dépôts de terres et de sables sans cohésion, constitués d'éléments arrachés à des roches ou à des gisements primaires par des agents d'érosion mécanique. C'est le cas notamment du ruissellement, de la marée marine, du vent. Le placer a donc un caractère détritique. On doit étudier les minéraux utiles qui s'y trouvent, leur teneur, leur répartition, leur exploitabilité, leur rentabilité.

III.1. Caractères détritiques

généraux

des

gisements

Au sein des gisements détritiques, les minéraux métallifères sont clastiques; ils proviennent de la destruction d'un gîte ou tout au moins d'un

Par le Prof Gabriel MAKABU

23

COURS DE PROSPECTION MINIERE

site hypogène dans lequel se sont formés les minéraux (de néoformation). Le site de néoformation n'était peut–être pas exploitable; dans ce cas, la concentration a eu lieu pendant la sédimentation. Parmi les gisements détritiques, on cite: 

Les éluvions: qui se sédimentent sur la terre ferme;



Les alluvions: se déposent dans un cours d'eau.

III.2. Mode détritiques

de

formation

des

gisements

La concentration détritique n'a pas lieu n'importe où. Elle est orientée par: 

la loi de chute (loi de Stockes) qui indique que la vitesse de chute d'une particule dans un fluide (le cas échéant l'eau) est directement proportionnelle à la densité de la particule, à sa forme (pour une particule sphérique par exemple, son diamètre), et, inversement proportionnelle à la viscosité du fluide (pour l'eau la viscosité est 1).

La conséquence à ce qui précède est que: 

les particules de mêmes dimension et forme s'étageront en fonction de leur densité, les plus denses en bas, les plus légères au sommet;



si les grains ont des dimensions différentes, mais de même densité, les plus grossiers se sédimentent plus au fond.

L'eau provoque donc la séparation des particules, elle opère un classement granulométrique et densimétrique. Dans un courant d'eau, la force du courant influe sur la sédimentation. Les sédiments sont de plus en plus fins vers l'aval en dépit de la densité. Les zones de sédimentation détritique alluvionnaire sont celles où la force de l'eau diminue; c'est notamment dans la partie concave des méandres et aux confluents des cours d'eau calme et des torrents. Si l'on fait une coupe transversale au niveau d'une rivière, on distingue 3 zones (Figure 1)

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24

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I: zone à vitesse lente, II: zone à turbulence, III: zone à grande vitesse au milieu).

Figure 1 : Coupe transversale d’une rivière et discrimination des zones à vitesses différentes. Il y a dépôt dans la zone à vitesse lente située vers la bordure de la rivière. Jamais dans les deux autres zones. Il existe des placers actuels et fossiles, des placers en terrasses hautes ou basses, soit en flat des vallées, et des placers cachés ou situés en aval de gros boulders. Aussi trouve-t-on des placers lacustres, littoraux, éoliens, glaciaires.

III.3. Les minéraux exploités en placers Les minéraux susceptibles d'être exploités en placers doivent présenter un certain nombre de propriétés: 

la

résistance

ou

l'inertie

chimique:

les

eaux

météoriques dégageant ces minéraux de leur site primitif ne doivent pas les altérer, les dissoudre; 

la résistance physique: le transport long ou court de ces minéraux ne doit pas les user intensément jusqu'à les détruire. Deux catégories de minéraux résistent bien à l'effet du transport: ceux qui sont particulièrement durs et cohérents (diamant, par exemple) et ceux qui sont malléables (cas de l'or). L'indice d'arrondi de l'or, par exemple, caractérise la distance au gisement primaire: des grains d'or à formes cristallines vagues (anguleuses) indiquent la proximité du gisement primaire.



ces minéraux doivent posséder une propriété qui Par le Prof Gabriel MAKABU

25

COURS DE PROSPECTION MINIERE

permette leur concentration sélective au cours de la circulation des eaux qui les entraînent. Cette propriété est la densité. De tels minéraux sont du reste appelés couramment "minéraux lourds". Ils doivent avoir une densité supérieure à celle du quartz (d= 2,5 à 2,7), minéral ubiquiste et le plus abondant et constituant la gangue. 

il est évident que ces minéraux doivent en outre présenter un intérêt économique.

Les minéraux exploités en placers sont peu nombreux: 

métaux natifs: or, platine, cuivre;



minéraux

oxydés:

cassitérite,

colombo–tantalite,

uraninite, wolframite, rutile, chromite, magnétite; 

pierres

précieuses:

diamant,

émeraude, aigue-marine; 

autres: monazite, …

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corindon,

zircon,

26

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III.4. Procédés de prospection III.4.1. Prospection alluvionnaire stratégique (ou de grande reconnaissance) Le but de la prospection stratégique, qu'elle soit alluvionnaire ou géochimique, est la recherche des points d'accrochage (indices ou anomalies) qu'il conviendra de contrôler dans une phase ultérieure. Le plus souvent, les prospections alluvionnaire et géochimique sont effectuées simultanément dans le réseau hydrographique. Elles conduisent à la mise en évidence de deux types de points d'accrochage: 

des

zones

regroupant

minéralisés

dans

des

anomalies

lesquels

seront

et

des

effectuées

points des

prospections tactiques essentiellement géochimiques, 

des points du réseau hydrographique à minéralisations alluvionnaires

fortes

en

certaines

substances,

peu

nombreuses (Au, Sn, Nb, W, diamants, gemmes); ces points d'accrochage

seront

alluvionnaire

qui

contrôlés est

par

appelée

une

prospection

traditionnellement

"prospection générale ou volante". On superposera la carte géologique à la carte hydrographique qui montrent respectivement les zones intéressantes probables et les zones d'alluvions (cours d'eau). En fonction de cela, on tracera des itinéraires  perpendiculairement aux formations géologiques et qui recoupent les rivières près des endroits où il peut y avoir dépôt (aux environs de 5 Km de ces points, jamais au–delà de 8 Km où il n'y a pas de concentration alluvionnaire, cas de l'or). Pour le diamant, on peut aller jusqu'à 30 Km (résistance élevée); en ce qui concerne l'or, ne pas dépasser 3 Km. Toutefois, les distances susmentionnées sont fonction aussi de la force de courant d'eau. Le but de cette phase étant de trouver l'indice de la substance utile, on fera des prélèvements des alluvions des rivières pour détecter sa présence. Si l'on découvre l'indice au niveau d'une rivière, tout son bassin

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27

COURS DE PROSPECTION MINIERE

versant (délimité géographiquement par des lignes de crête) sera retenu et fera l'objet de la seconde phase. Auparavant, il aura fait un rapport à propos des unités géologiques, la nature pétrographique, la présence des alluvions, et un plan d'échantillonnage. La densité des prélèvements doit être aussi régulière que possible, la grande majorité d'entre eux se situant dans les affluents et sous–affluents des grands collecteurs, toujours en amont du confluent sauf si l'on est obligé de réduire, par manque de temps, le nombre de prélèvements auquel cas on ne fait qu'une seule prise collective en aval. Les

prélèvements

doivent

être

effectués

aux

points

de

concentration optimale des minéraux lourds: seuils rocheux, marmites d'érosion, dépôts à gros galets, zones d'étranglement du lit, coude, confluence (Figure 2). Au point de prélèvement choisi, surtout dans le cas de dépôts de type torrentiel sur bed–rock, il est recommandé de faire deux ou trois prises à quelques mètres ou dizaines de mètres de distance pour constituer en les mélangeant un échantillon moyen du dépôt. Les volumes d'alluvions prélevés doivent être toujours mesurés et numérotés; la mention du volume et le numéro sont inscrits sur l'étiquette accompagnant le concentré de batée correspondant. Une carte de prélèvement est établie pour être complétée ultérieurement par des figures représentant les teneurs en minéraux économiques, ou des minéraux "traceurs" utiles à la réalisation de la carte géologique. Les itinéraires Ils sont tracés de façon à couvrir: 

chaque bassin versant, au moins par le collecteur principal et le confluent et ses affluents,



toute la crête, c'est–à–dire à prélever dans tous les ruisseaux qui en proviennent,



les prises alluvionnaires selon la maille demandée par l'ordre de mission du programme général de travaux,



chaque confluence, l'affluent inférieur.

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28

COURS DE PROSPECTION MINIERE

Par le Prof Gabriel MAKABU

29

COURS DE PROSPECTION MINIERE

Figure 2 : Zone de dépôt de sediments 

Un bon prospecteur fait 8 Km (linéaires sur carte) et 3 à 4 prélèvements d'alluvions par jour en forêt équatoriale.

Technique de prélèvements en lit vif L'équidistance est en moyenne de 1 Km, parfois 750 ou 500 m, déterminée avant le début de la campagne de prospection en fonction du contexte géologique régional. La densité de prélèvement est de 1 à 5 échantillons par Km2. Le prélèvement se fait suivant une technique appropriée qui peut se résumer ainsi: 

chaque prélèvement est constitué par deux prises faites en deux points distants de 10 à 20 m dans des sites de concentration maximale des minéraux lourds, où le gravier est assez épais et le moins boueux possible;



on prélève le gravier à une profondeur variant de 10 à 40 cm, on le verse sur un tamis de 5 mm placé au–dessus d'un pan, on le débourbe et on le tamise jusqu'à obtention de 5 l de sable;



le refus du tamis est grossièrement classé par quelques secousses verticales et retourné sur le sol pour vérifier la présence éventuelle de gros éléments minéralisés;



les 5 l de sable recueillis dans chaque pan sont lavés jusqu'à obtenir un concentré contenant non seulement les minéraux lourds, mais aussi une bonne quantité de minéraux de densité moyenne;



les concentrés de deux pans sont réunis dans un même sac Par le Prof Gabriel MAKABU

30

COURS DE PROSPECTION MINIERE

à échantillons munis d'une étiquette portant les indications utiles (numérotation selon le site, le profil, l'emplacement). Technique de prélèvements par puits L'emplacement d'un puits est guidé par la présence du gravier que l'on peut mettre en évidence au moyen d'une canne à sonder que l'on enfonce verticalement dans le sol et qui permet de s'assurer de la présence d'une couche de gravier, de sa profondeur et de son épaisseur probable. La prospection débute par puits isolés: un puits de section rectangulaire sur chaque berge du cours d'eau rencontré, de préférence dans la partie convexe de deux méandres successifs. Le grand axe du puits doit être perpendiculaire au lit de la rivière. Lorsque la largeur du cours d'eau ne dépasse pas quelques mètres et si l'épaisseur de gravier est suffisante, on peut creuser dans le lit même de la rivière (bien, dans une partie du lit à sec). Les puits sont alignés sur des lignes espacées d'environ 400 m en moyenne, 200 m pour les cours d'eau peu importants, 1000 m si la minéralisation est bien répartie dans tout le gravier. Sur chaque ligne, les puits sont espacés de 10–30m. En principe, l'un des puits est placé à proximité du lit mineur. L'exhaure des puits est effectuée avec des seaux. L'eau sera jetée du côté de la pente naturelle du terrain de manière à ce qu'elle ne revienne pas par infiltration dans le puits. Si les infiltrations d'eau sont importantes, l'épuisement peut être réalisé au moyen d'une pompe dont la capacité est adaptée aux venues d'eau. Les puits sont disposés perpendiculairement au sens de la vallée, qui est le sens de la coulée et concentration différentielle des alluvions. Les graviers et le stériles sont disposés en tas autour du puits (figure 3)

Par le Prof Gabriel MAKABU

31

COURS DE PROSPECTION MINIERE

Figure 3 : Disposition des tas de graviers (minerais) et de sterile autour du puits. Cas des vallées étroites : Les

puits

doivent

être

plus

rapprochés

dans

le

sens

perpendiculaire que longitudinal. On procède donc par maille rectangulaire (fig.) en estimant que le sens de l'évolution des teneurs est connu.

Figure 4 : Disposition de prospects dans une vallées étroite (maille rectangulaire) Cas des vallées étendues : Dans les vallées étendues, la maille d'échantillonnage à utiliser est carrée (fig) car on n'a pas des données précises sur le sens de l'évolution des teneurs. Par le Prof Gabriel MAKABU

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COURS DE PROSPECTION MINIERE

Figure 5 : Maille (vallée étendue) et en quinconce

Par le Prof Gabriel MAKABU

33

COURS DE PROSPECTION MINIERE

Parfois, après la maille carrée, on peut ajouter des puits à mi– distance entre les lignes pour ne pas perdre les détails (données) du milieu. L'ensemble des puits dessine un réseau en quinconce. Le choix de la largeur de la maille dépend aussi de: 

la teneur du minéral: maille petite pour l'or en paillettes, grande maille pour les grosses pépites d'or;



du type de minéral, plus particulièrement de sa résistance à l'usure: le transport long n'entame pas le diamant comme l'or; ce dernier sera recherché près du gisement primaire.

Les alluvions minéralisées peuvent se présenter sous plusieurs formes:  lentilles ou faux bedrock: les concentrations minérales de celles– ci sont proches de celles du vrai bedrock ;  terrasses étagées ou emboîtées: un cours d'eau peut éroder ses propres alluvions. Ces alluvions remaniées sont plus riches que les alluvions primaires. Les terrasses sont des replats situés sur un versant de vallée ou sur les deux, à une altitude supérieure à celle du cours d'eau, et qui représentent le reste d'un lit ancien dans lequel ce cours d'eau s'est enfoncé. Elles peuvent être construites par des alluvions (terrasses alluviales) que façonnées par l'érosion, soit du lit rocheux (terrasse rocheuse), soit d'une terrasse antérieure (et l'on observe des terrasses emboîtées) (Figure 6).

Figure 6 : Expression des lentilles sous forme de terrasse, flat ou lentille cachée. Par le Prof Gabriel MAKABU

34

COURS DE PROSPECTION MINIERE

Par extension, le mot terrasse désigne les alluvions qui la constituent plutôt que le replat. Dans le cas des terrasses étagées, les plus hautes sont les plus anciennes (contraire du principe de superposition vu en stratigraphie et qui stipule qu'une couche recouverte par une autre est plus ancienne que cette dernière).  alluvions cachées, enfouies par la coulée de laves,  alluvions anciennes des anciens lits des rivières capturées,  dépôts d'alluvions déterrées par la rivière. Technique de prélèvements par sondage Les renseignements donnés par les puits étant plus complets, on n'utilisera les sondes que lorsque de puits ne pourront être foncés. C'est le cas de flats dont le prolongement se trouve dans le lit vif de la rivière et des flats où le recouvrement stérile est constitué par des sables boulants. Le matériel de sondage utilisé généralement est la sondeuse Banka de 4 ou 6 pouces. Les appareils de 4 pouces, très légers, sont utilisés en prospection stratégique tandis que pour l'évaluation des gîtes, on préfère la sondeuse de 6 pouces qui donne des échantillons plus volumineux. Les meilleures conditions de travail sont réalisées quand le placer est très étendu et que le gravier roulé à petits éléments non cimentés ne contient pas beaucoup de boulders et est minéralisé de façon assez irrégulière; le bed–rock ne doit pas être trop dur. Le tableau suivant donne les caractéristiques des minéraux habituels retrouvés dans les placers et leur emplacement dans une batée. Tableau 5: Minéraux des alluvions les plus habituels et leur classement dans la batée. Minéral –

Couleur caractéristique

Forme

Observations

A. Minéraux flottant à la surface et pouvant former des pellicules Gris, lustré Paillettes

Restent

Graphite

Blanc, jaune, noir, brillant

''

facilement à la

–

Gris clair, brillant

Paillettes

surface

Micas

Noir brillant

Paillettes très fines

Après broyage

Gris, jaune, éclat métallique

Poussières

"

Jaune d'or, éclat métallique

Paillettes très fines

"

– Molybdénite

"

Par le Prof Gabriel MAKABU

35

COURS DE PROSPECTION MINIERE – Oligiste –

Sulfures (pyrite, chalcopyrite, pyrrothine, …) – Or – Quartz

B. Minéraux formant le liséré blanc Blanc, gris, mat Grains, souvent fragments avec restes de faces

classent avec la

–

cristallines

catégorie suivante

Feldspath

Grains, souvent clivages

"

"

"

grains, fragments de

"

– Calcite – Béryl

ou éclat gras

Les plus gros se

Blanc, jaune pâle, rose Blanc, jaune

prismes hexagonaux

pale, gris Blanc, jaune

–

clair, vert émeraude C. Partie extérieure de la languette noire (sable noir) Violet, vert Grains

Les plus gros se

Fluorine

Blanc, grisâtre

Prismes fins allongés

confondent avec

–

Gris, brun clair, rosâtre

Fragments de prismes

la catégorie

Andalousite

Noir, vert foncé

hexagonaux

suivante

–

Vert sale, vert noir

Fragments de prismes

Apatite

Vert sale, vert noir

triangulaires striés Grains,

–

Brun rouille

clivage à 124°

Tourmaline

Grains, clivage à  90°

–

Grains  sphériques

Amphiboles – Pyroxènes – Pisolithes –

D. Partie intérieure de la languette noire (sable noir) Vert Grains souvent octaèdres

Ceylanite

Incolore, jaune clair

Prismes allongés striés

–

Blanc à éclat nacré, bleu

Fragments, prismes aplatis

Topaze

chatoyant

–

Jaune clair, gris clair

Grains

Disthène

Gris rosâtre

Grains, fragments de

Par le Prof Gabriel MAKABU

Attirables à l'aimant

36

COURS DE PROSPECTION MINIERE (Cyanite)

Vert jaunâtre

prismes

–

Brun sale

Fragments, prismes

Corindon

orthorhombiques

– Sphène

Vert olive

Grains arrondis

–

Blanc, mauve, brun rouge

Grains sphériques à

Epidote

Noir brillant

facettes nombreuses

–

Noir à reflet violacé

Grains lamelleux

Staurotide

Noir brunâtre

"

–

Blanc, gris

Grains octaèdriques

Olivine

Gris, incolore, jaune, rouge

Octaèdres à arêtes parfois

–

Brun grisâtre à reflet

courbes, cubes

Grenats

métallique

Grains, prismes

–

Gris, jaunâtre

quadratiques

Oligiste

Brun orangé terne

Fragments, prismes avec

–

clivages

Ilménite

Grains

–

Fragments, prismes fins

Magnétite – Diamant – Zircon – Rutile – Scheelite – Monazite E. Fond de la batée Grains, fragments, prismes

–

Noir

Wolframite

Noir

Grains, octaèdres

couleur et de

–

Jaune, brun foncé, noir

Grains avec parfois

l'éclat constante

Chromite

Brun foncé, terne

clivages

sous tous les

–

Noir

Grains avec parfois

angles de

Cassitérite

Rouge rosâtre à éclat

clivages

l'éclairage*

métallique

Grains, cubes

– Colombo tantalite

Jaune d'or à éclat métallique Grains, mouches, paillettes Gris à éclat métallique

Grains, points Grains, points

Par le Prof Gabriel MAKABU

Intensité de la

37

COURS DE PROSPECTION MINIERE – Thorianite – Cuivre natif – Or – Platine

* : détail permettant de distinguer l'or natif de certains sulfures métalliques, de la chalcopyrite en particulier, dont les grains s'éteignent sous une certaine orientation.

III.4.2. Prospection éluvionnaire La prospection des éluvions est en général identique à celle des alluvions. Dans le cas de la découverte d'un gisement éluvionnaire exploitable que l'on

cherche à cuber, la prospection est conduite comme pour une

prospection alluvionnaire classique. Le réseau des puits a généralement une maille carrée, du moins si l'on soupçonne que la minéralisation se dispose en bandes parallèles, on recourt à une maille rectangulaire. La maille est resserrée si la minéralisation est très irrégulière; si les teneurs varient peu, on resserre seulement au stade du cubage. Lorsqu'il s'agit de l'approche d'un gisement primaire, la localisation de ce dernier se fait en fonction de: la distribution croissante des teneurs éluvionnaires, la netteté des contours ou formes anguleuses des grains de minerai (ou de minéraux– satellites ou accompagnateurs), la grosseur croissante et de l'aspect de plus en plus anguleux des fragments de la roche formant la gangue du minerai primaire, leur concentration.

III.4.3. Prospection semi–systématique La prospection volante ayant cerné les zones minéralisées, on Par le Prof Gabriel MAKABU

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COURS DE PROSPECTION MINIERE

passe à l'étape semi–détaillée des gîtes circonscrits. On procède par sondages des formations sableuses au–delà du niveau piézométrique, jusqu'au substratum. A. Maille de prélèvements La maille est plus resserrée: dans les formations moins minéralisées: distance interligne: 640 m, pouvant descendre à 320 m, distance inter puits: 80 m, et 40 m dans les passes les plus riches; dans les formations bien minéralisées: interligne: 320m, 160 m et 80 m, inter puits: 40 m, 20m, 10 m et même 5 m dans les passes très enrichies. Les sondages sont exécutés sur des lignes perpendiculaires à une ligne de base matérialisant l'axe principal d'orientation des formations minéralisées faisant l'objet de l'étude. B. Echantillonnage L'échantillonnage est plus méticuleux afin de ne pas fausser les résultats. Il comprend deux opérations fondamentales: le traitement des échantillons sur place pour l'obtention de la teneur en concentré dans chaque passe minéralisée sur chaque sondage, la préparation des concentrés composites pour étude en laboratoire central. Le traitement des échantillons sur place en brousse se fait au pan ou à la batée en vue d'obtenir la teneur en concentré dans chaque passe métrique sur le profil minéralisé de chacun des sondages. On peut aussi recourir à une table à secousses et au tamisage. La teneur (t) du sable minéralisé est obtenue par: T = Poids du concentré obtenu au pan / poids total de l'échantillon

III.4.4. Prospection systématique et évaluation des gîtes alluvionnaires des cours d'eau On retiendra au cours de cette phase les régions ayant montré en prospection générale des teneurs moyennes supérieures à la teneur limite Par le Prof Gabriel MAKABU

39

COURS DE PROSPECTION MINIERE

d'exploitabilité. Le secteur à étudier est donc d'une superficie restreinte. On l'étudiera en détail à une maille beaucoup plus réduite que lors de la phase précédente. La région ainsi retenue est couverte par un réseau de profils rectilignes. La ligne de base, qui servira ensuite de sentier de prospection, suit l'axe général de la vallée en restant parallèle aux directions principales. C'est de part et d'autre d'elle que l'on trace perpendiculairement des lignes de prospection (ou de puits) parallèles. Les lignes doivent aller d'un bord de flat à l'autre. Elles sont désignées par les lettres de l'alphabet ou par des chiffres précédés

de la

lettre L (lignes). Les puits (ou les sondages) sont placés à égale distance sur chaque ligne, numérotés par un chiffre arabe, croissant de gauche à droite en remontant la vallée. L'espacement est de: entre les lignes de puits: 400, 200, 100, 50 ou 25 m, entre les puits: 20,10 ou 5 m. La distance de 400 m entre les lignes de puits sera maintenue dans les zones stériles, elle sera réduite à 200 m dès que l'on rencontre des teneurs égales ou supérieures à la teneur limite. L'échantillonnage est exécuté par saignées verticales creusées sur toute l'épaisseur du gravier, soit sur deux parements parallèles, soit sur les quatre parements du puits, ou bien en prélevant un échantillon moyen sur le tas de tout le gravier extrait du puits après mélange.

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III.5. LES SONDAGES III.5.1. Généralités La Prospection alluvionnaire, s'occupant généralement des terrains meubles, fera moins usage d'un sondage carottier. Elle recourt surtout aux sondages percutants ou rotatifs (ex. Sondeuse Banka, en Malaisie), et à la tarière. Le principe de sondage est: enfoncer le tube par percussion, emprisonner le matériau meuble. Selon la nature lithologique de la formation concernée, on utilise: la tarière ordinaire: pour argile, sable argileux, le trépan: pour sable compact. Pour curer, on se sert de: la cuillère à boulet pour le sable et les petits graviers, la cuillère à clapet pour les gros graviers, un collier de serrage pour assurer l'enfoncement du tube par rotation au cours de l'approfondissement du trou de forage. Les produits de sondage sont étudiés par niveau en vue de déterminer l'épaisseur minéralisée et la teneur correspondante. L'évaluation des réserves découle du volume des graviers et de la teneur.

III.5.2. Les sondeuses A. Sondeuse BANKA manuelle Sondeuses légères de 6–4 ou 6 pouces. Celles de 4 pouces sont utilisées lors de la prospection semi–systématique tandis que lors de la prospection systématique on se sert des sondeuses de 6 pouces qui donnent des échantillons plus volumineux, d'où une meilleure évaluation des réserves. Pour sa manipulation, on a besoin de 5 à 9 personnes. Son avancement moyen journalier (par poste de 8 h) est de : 30 à 40 m en recouvrement stérile sablonneux,

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10 à 30 m en recouvrement stérile argileux, 1 à 15 m pour le gravier, selon qu'il nécessite l'emploi de trépan ou non, que le gravier est sablonneux, meuble ou argileux. Ses avantages sont: la robustesse qui permet de la placer dans des endroits difficiles, la simplicité de manipulation et le forage sous niveau piézométrique à plus de 40 m de profondeur. Ses inconvénients comprennent: le poids élevé et beaucoup de pièces détachées, ce qui oblige l'usage d'un camion pour son déplacement, le coincement d'outils, d'où la lenteur dans l'exécution des travaux de forage.

B. Sondeuses mécanisées Elles présentent un meilleur rendement. On peut citer la Méca– Banka et la sondeuse Benoto, qui forent des trous de gros diamètres, d'où le prélèvement de gros échantillons.

C. Autres sondeuses On peut évoquer à ce sujet: la drague à godets, la pompe à graviers, qui aspire ces derniers, la sondeuse manuelle rotative, la sondeuse à auges pour les alluvions moins épaisses.

III.6. TRAITEMENT DES ECHANTILLONS Les échantillons d'alluvions sont lavés et les minéraux sont isolés (séparés) par différentes techniques.

III.6.1. LAVAGE DES ECHANTILLONS Les petits volumes d'alluvions sont lavés à l'aide des pans ou des batées. Sur le marché on retrouve des batées coniques ou chinoises et des

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batées californiennes. Elles ont un sillon qui empêche le départ des grains (Figure 7).

Figure 7 : Une batée tronconique et les sillons. La batée, généralement en métal, nécessite pour une manipulation correcte, une surface d'eau assez grande. L'instrument qui flotte sur l'eau subit un mouvement de bascule de manière que les produits tournent, se classent par la force centrifuge et s'évacuent à leur partie supérieure en un point situé du côté opposé de l'opérateur. Lorsque le laveur opère dans le courant, l'évacuation des légers se fait dans le sens du courant. Le pan, de forme tronconique, ne repose pas sur l'eau. Il est tenu à deux mains, les coudes de l'opérateur prenant appui sur les jambes un peu au–dessus des genoux. L'opération comprend des cycles de 3 mouvements successifs, répétés jusqu'à élimination des minéraux légers: secousses horizontales identiques à celles du tamisage, le pan étant modérément rempli d'eau et tenu horizontal; inclinaison du pan du côté opposé de l'opérateur et vidage de l'eau sans perdre de sable; en conservant cette position inclinée, plongement du pan dans l'eau de manière à introduire une lame d'eau et l'évacuer aussitôt en diminuant la tranche supérieure du sable (mouvement à répéter trois fois au maximum). Pour de grandes alluvions, on utilise des appareils d'exploitation industrielle, notamment le sluice. Le sluice (Figure 8) recrée la sédimentation détritique tout en éliminant les particules légères. Il comprend une logette légèrement inclinée, garnie dans son fond de rifles (petites planches de 0.5 à 1 cm de hauteur) et

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se terminant par du velours côtelé. Les rifles et le velours côtelé ont pour rôle de retenir les minéraux lourds recherchés alors que les fines sont éliminées. L'alimentation du sluice comprend donc les alluvions à laver et de l'eau.

Figure 8 : Présentation d’un sluice. Pour de grands travaux, on recourt à des sluices en chaînes, avec des pentes diminuant depuis le premier sluice alimenté, soit de 12 % à 6 %. On les regroupe en zones de débourbage et de classement granulométrique, de triage, et de recueil des grains dans la batée. La pente crée la sédimentation. Elle est déterminée empiriquement de manière à évacuer les minéraux légers et retenir les lourds. La pente (%)= nombre de pouces/12 pieds = 2.71cm x n/12 x 32.5 cm = 2.71 x n /390 Les valeurs de 6 à 8 pouces sont les plus fréquentes. Le sluice est utilisé pour les métaux lourds (cassitérite, or,…). Lorsqu'il y a présence des minéraux argileux, on opte pour une succession de sluices pour désagréger l'argile qui embourberait les minéraux lourds. La vitesse de séparation des minéraux est fonction de la pente et de la quantité d'eau. Si l'on ne dispose pas d'une grande quantité d'eau, on recourt à un sluice assez court appelé "Long–Tom". D'autres sluices existent, notamment le Rocker (Figure 9), un

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sluice complexe. Les produits à laver plus l'eau sont déversés sur un tamis horizontal. Le refus est nettoyé soigneusement, puis jeté. Les passants constitués de minéraux lourds du tamisa sont arrêtés par le plan incliné tandis que les fins tombent dans le sluice.

Figure 9 : Présentation d’un rocker. Pour permettre le meilleur fonctionnement du tamis, on est obligé de secouer le Rocker. Le Rocker se compose de bas en haut de (Figure 10): un tamis de 8 mm de maille en tôle de cuivre perforée (épaisseur: 2 mm), longueur: 94 cm, un tamis de 4 mm de maille en tôle de cuivre perforée (épaisseur: 1 mm), longueur: 96 cm, un tamis de 2 mm de maille en toile de cuivre rigide (épaisseur: 1.5 mm), longueur: 98 cm, un tamis en toile de cuivre (genre moustiquaire), longueur: 1 m), un renfort et contrefort, un support permanent.

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Figure 10 : Détails d’un rocker Dans le cas de l'or, les produits recueillis dans le sluice sont retraités dans le jig (Figure 11) (sac sarde attaché au bout d'un levier) qu'on laisse tomber dans l'eau calme pour lavage.

Figure 11 : Présentation du jig ou sac sarde. Tous les minéraux lourds tendent vers le bas et les légers vers le Par le Prof Gabriel MAKABU

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haut. L'or est pesé en g. Pour le diamant, les alluvions sont lavées dans un appareil appelé "Shaker" constitué d'une superposition de 4 tamis de maille 8 mm, 4 mm, placés dans une caisse. L'ouvrier secoue le Shaker et les grains passent si possible à travers le tamis d'une maille donnée. A part le refus du tamis de " 8mm " qui sont jetés, les autres sont recueillis et traités séparément dans le jig. Les passants du tamis de " 1 mm " et, parfois, les refus contiennent la plus forte concentration du diamant. Le diamant étant fluorescent, on peut faire le triage manuel sous une lampe à ultraviolet. La pesée donne les résultats en carats (1 carat=0.2g).

III.6.2. TECHNIQUES ANNEXES PROSPECTION ALLUVIONNAIRE

UTILISEES

EN

On peut se limiter à ce niveau à énumérer les techniques suivantes qui seront détaillées dans le chapitre V traitant de la géophysique:  la magnétométrie: pour la mise en évidence des minéraux riches en fer comme la magnétite, l'ilménite,…  la radiométrie: pour détecter la présence des minéraux radioactifs (uraninite, monazite, …),  les méthodes électriques et sismiques: pour déterminer l'épaisseur du gravier et, ipso facto, la profondeur du bedrock.

III.7. EVALUATION DES RESERVES III.7.1. Types de réserves Les réserves minières d'une province, d'un gisement ou d'un indice donnent la qualité et la quantité du minerai, sa distribution géométrique et statistique. Leur détermination requiert un échantillonnage suivi d'une analyse chimique. Cette évaluation des réserves intervient à tous les stades de la prospection. Parmi les différents types de réserves, on distingue:  les réserves des pronostics ou réserves possibles: elles sont évaluées

lors

de

la

prospection

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préliminaire

et

se

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caractérisent par une grande imprécision;  les réserves géologiques ou probables: elles sont établies au cours de l'étape de la prospection semi–systématique grâce aux ouvrages miniers (tranchées, puits) et sondages;  les réserves exploitables ou certaines: on les détermine pendant la prospection systématique. Elles tiennent compte des pertes en minerai, soit parce qu'il est pauvre en certains niveaux, soit qu'il est inaccessible pour raison de sécurité des engins ou du personnel.  les réserves industrielles: elles sont les plus objectives. On les évalue après l'exploitation réelle du gisement. En pratique, ces réserves correspondent à la production tenue quotidiennement dans les livres d'une Entreprise minière.

III.7.2. Evaluation des réserves A. Démarche générale synthétisée A chaque prospect on attribue une zone d'influence délimitant la surface minéralisée. On calcule l'épaisseur moyenne de chaque couche de graviers minéralisés. La surface d'influence multipliée par l'épaisseur moyenne donne le cubage à exploiter. Le tonnage = teneur moyenne x cubage. L'évaluation peut se faire par prospect. On totalise les réserves de tous les prospects payants avant de passer à l'exploitation. Les prospects payants sont ceux où la teneur enregistrée est supérieure à la teneur limite d'exploitabilité.

B. Méthode détaillée B.1. Concentration de l'échantillon On broie l'échantillon à la maille de 1 mm. Dans le cas du broyage à l'eau, la sortie du produit est automatique et la concentration se fait au fur et à mesure du broyage dans un petit sluice. Après le broyage, on récolte la

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substance utile recherchée (clean–up). La concentration se fait uniquement dans un pan. Ensuite, on concentre à nouveau le concentré susmentionné dans un petit pan (ou batée), on le sèche, on le nettoie à l'aide d'un aimant et on le souffle. Si le concentré contient de l'or amalgamable, celui–ci est récupéré avant le séchage en ajoutant du mercure directement dans le petit pan. Le concentré restant après amalgamation est mélangé au produit de broyage pour servir à la détermination en laboratoire de la teneur en or par fusion plombeuse. L'amalgame est chauffé dans une cornue spéciale enduite de graphite pour

empêcher

l'or de coller aux parois; le mercure est

généralement récupéré dans une autre cornue après évaporation. B.2. Calcul de la teneur La pesée du concentré propre sur une balance de précision fournit la teneur de l'élément utile recherché dans l'échantillon à partie de la formule suivante: t= Po x tonne ( en grammes) / Pe Où: t = teneur en grammes, Tonne = 1000000 g, Po = poids de minéral utile recueilli, en grammes, Pe = poids d'échantillon broyé, en grammes. La teneur t est exprimée en grammes par tonne de minerai brut. B.3. Cubage du gîte prospecté A la fin de la prospection semi–systématique, on obtient la délimitation du gisement. La présente étape consistera à préciser les contours dudit gisement et en calculer le tonnage en minerai tout venant et en minéraux lourds.

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B.3.1.Détermination de la teneur moyenne du concentré sur le profil La teneur en concentré obtenue par le traitement des échantillons de sable est reportée pour chaque passe métrique des différents sondages du profil. Soit l'exemple ci–après: Trois sondages S1, S2 et S3 du profil AB et équidistants de 40 m (Figure 12).

Figure 12 : Disposition des sondages et teneurs séquentielles ne minerais. La teneur limite d'exploitabilité ou teneur de coupure étant fixée à 5 %. PROFONDEUR (m) 0 –1 1–2 2–3 3–4 4–5 5–6 6–7

S1 12.00 17.25 31.20 15.03 7.09 2.40 0.27

TENEUR (%) S2 10.03 3.10 28.30 17080 12.05 11.29 –

S3 10.05 12.00 7.43 0.05 – – –

Au cours de cette étape, se posent différents problèmes pour l'établissement des profils minéralisés avant les calculs des réserves. Ils ont été résolus ainsi dans l'exemple sus–mentionné:

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a. Sur le sondage S1, on a arrêté la profondeur du profil à 5 m, parce que les 2 m sous–jacents ne présentent que des teneurs métriques en minéraux lourds inférieures à la teneur de coupure choisie: 

de 5 à 6 m: 2.40 %,



de 6 à 7 m: 0.27 %.

b. Sur S2, on constatera que la tranche métrique comprise entre 1 et 2 m de profondeur présente une teneur inférieure à 5 % (3.10 %), mais elle est encadrée par des tranches métriques dont les teneurs sont supérieures à 5 %. c. Sur S3, la tranche comprise entre 5 et 6 m présente une teneur de 5.10% (supérieure à la teneur de coupure 5%), mais elle est séparée des niveaux supérieurs minéralisés par 2 m d'une couche présentant des teneurs inférieures à 5 %, respectivement: 

de 3 à 4 m:0.05%,



de 4 à 5 m:0.2o%.

Il ne serait pas payant d'extraire ces deux mètres à teneurs infra économiques pour atteindre la couche comprise entre 5 et 6 m; on arrêtera donc la tranche exploitable à la profondeur de 3 m. Pour calculer la teneur moyenne en minéraux lourds (concentré) sur le profil, on inscrit les données sur le tableau suivant: Tableau 6 : Calcul des teneurs moyennes en minéraux lourds d’un placer Longueur N° puits ou

passe

sondage

minéralisée L

S1

S2

1 1 1 1 1 Total: 5 1 1 1 1

Teneur

Teneurs moyennes (%)

minéraux lourds t 12.00 17.25 31.20 15.03 7.09 10.03 3.10 28.30 17.80

Lxt

12.0 17.25 31.20 15.03 7.09 82.57 10.03 3.10 28.30 17.80

Sondage

Profil

 L x t/ L

 L x t/ L

82.57:5 = 16.51

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COURS DE PROSPECTION MINIERE 1 0.5 Total: 5.50 1 1 1 Total: 3

S3

Profil 1+ 2 + 3

12.05 11.29 10.05 12.00 7.43

12.05 5.65 76.93 10.05 12.00 7.43

76.93:5.50 = 13.99

2.48:3 = 9.83

Total: 13.50

188.89

188.98:13.50 = 14

B.3.2. Détermination de la densité La densité est fonction de la teneur en minéraux lourds. La densité d'un sable stérile étant de 1.5, la densité d'un sable minéralisé est donnée par la formule empirique: D = 1.5 + 0.0115 t, Où t étant la teneur moyenne, exprimée en points, dans le profil considéré. Ainsi pour le profil pris en exemple, d= 1.5 + (0.0115 x 14) = 1.66. B.3.3. Détermination de la surface minéralisée dans chaque profil La surface minéralisée d'un profil comprend:  la somme des surfaces des trapèzes ou rectangles ayant pour base les longueurs minéralisées dans deux sondages voisins et pour hauteur la distance entre ces sondages (Figure 13).

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Figure 13 : Délimitation de la zone d’influence autour d’un prospect.  à l'extérieur des sondages extrêmes (à gauche du sondage S1 et à droite du sondage S3 dans l'exemple choisi) la somme de triangle ayant pour base la longueur minéralisée dans le sondage (S1 ou S3) et pour hauteur la moitié de l'intervalle entre sondages dans le profil (40 m/2 =20 m dans l'exemple choisi). Ainsi dans l'exemple choisi, la surface sera la suivante: 5x20/2 + (5+5.50)/2 x 40 + (5.50 +3)/2 x40 + 3x20/2 = 50

+

210

+

170

+

30

= 460 m2

B.3.4. Détermination du volume du gisement La zone d'influence de chaque profil minéralisé dont la surface et la teneur moyenne ont été calculées plus haut, est prise égale aux demi– distances entre le profil considéré et chacun des profils qui l'encadrent, qu'ils soient minéralisés ou non. Si le profil minéralisé est en bout d'axe, on extrapolera sa zone d'influence d'une longueur égale à la moitié de la distance qui le sépare du profil précédent. Dans l'exemple figuré ci–dessus, le volume de minerai déduit du profil minéralisé AB dont la surface minéralisée est de 460 m2, sera: 460 x (125 + 160) = 131100 m3. B.3.5. Détermination des tonnages Ces tonnages sont de trois sortes et seront calculés dans l'ordre suivant: a. Le tonnage en minerai tout–venant est obtenu en multipliant le volume par la densité. Par le Prof Gabriel MAKABU

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Dans l'exemple choisi, le tonnage en minerai tout–venant sera: 131100 m3x 1.66 = 217 626 arrondi à 217600 t. b. Le tonnage en concentré est obtenu en multipliant le tonnage en minerai tout–venant par la teneur moyenne en minéraux lourds (concentré) du profil: 217400 x 14 / 100 = 30436 t. c. Les tonnages de chacun des minéraux valorisables rencontrés dans le gisement (ilménite, rutile, zircon, monazite, cassitérite, wolframite, colombo-tantalite etc.). La teneur en chacun de ces minéraux valorisables est fournie par le laboratoire qui aura analysé les échantillons composites de chaque ligne de sondage. Dans l'exemple choisi, on aura pour la ligne du profil hypothétique AB les valeurs suivantes fournies par le laboratoire:  Ilménite dans l'ensemble du concentré: 80 %  Zircon

: 9%

 Monazite

: 3.25 %.

Tous les renseignements précédents seront reportés sur une fiche qui synthétisera les résultats obtenus sur la ligne de sondages. Il y aura autant de fiches de ce type qu'il y aura de lignes de sondages (profils) sur le gîte. C'est la somme des renseignements obtenus par le calcul de toutes ces fiches réunies, qui donnera les renseignements d'ensemble du gisement prospecté en deuxième phase. 1. Teneur moyenne Fiche de profil Longueur

Teneur

N° puits ou

passe

minéraux

sondage

minéralisée

lourds

L

Teneurs moyennes L

Sondages (%)

Profil (%)

 L.t/ L

 L.t/ L

.t t

2. Densité 1.5 + (0.0115 x 14) = 1.66 3. Surface minéralisée du profil Par le Prof Gabriel MAKABU

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(5 x 20)/2 +  (5+5.50)/2  x 40 +  (5.50 + 3)/2  x 40 + ( 3 x 20 )/2 = 50 + 210 + 170 + 30 = 460 m2. 4. Volume de minerai encadrant le profil  distances interlignes d'un côté du profil

: 250 m

 distances interlignes de l'autre côté du profil : 320 m  volume = 460 m2 x (125m + 160 m ) = 131100 m3. 5. Tonnages Minerai tout–venant: 131100 x 1.66 = 217600 t Concentré

(217600 x 14)/100 = 30647 t

Minéraux valorisables: 

ilménite : (30464 x 80)/100

= 24371 t



zircon

= 2742 t



monazite: (30464 x 3.25)/100 =

: (30464 x 9)/100

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990 t.

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CHAP. IV : PROSPECTION GEOCHIMIQUE IV.1 Définition de la prospection géochimique La prospection géochimique consiste en la mesure systématique du contenu en un ou plusieurs éléments en traces des roches, de sols, des sédiments de ruisseau, de la végétation, de l’eau ou des gaz. Le but de ces mesures est la mise en évidence d’anomalies géochimiques, c’est-à-dire de la concentration anormale en certains éléments contrastant nettement avec leur environnement qui représente le fond géochimique ou background. La formation des anomalies résulte de la mobilité et de la dispersion des éléments concentrés dans la minéralisation. Une anomalie peut être définie comme toute teneur plus élevée (Anomalie positive) ou plus basse (Anomalie négative) que le fond géochimique. Son origine peut être due aux pollutions et aux contaminations par les déblais d’une exploitation minière ancienne ou récente ou par préférence

(anomalies

formationnelles)

à

une

formation

géologique

déterminée (cuivre pour les roches basiques ; le plomb-zinc pour les dolomies) mais sous une forme minéralogique (silicates à Cu) ou géologique (dispersion fine) qui ne la rend pas économiquement récupérable. Donc le prospecteur doit distinguer : 

La vraie anomalie



La fausse anomalie : pollution, anomalie formationnelle.

IV.2. Types de dispersion Dispersion primaire : liée aux phénomènes de mise en place de la concentration minérale, comme par exemple l’altération hydrothermale. Cette dispersion est localisée en profondeur. L’étude des auréoles primaires ainsi formées est utile dans la reconnaissance de gisements et se fait au moyen de prélèvements de roches (carottes de sondage, cutting). Des éléments caractéristiques dits « traceurs » sont choisis soit parmi les

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éléments majeurs de la roche encaissante, soit

parmi les éléments

métalliques de la minéralisation et permettent de tracer des auréoles et de déterminer des gradients de polarité dans l’environnement d’un gîte. Dispersion secondaire : liée aux phénomènes d’altération et d’érosion superficielle et de géomorphologie. Cette dispersion, à la fois mécanique et chimique, à partir du stock métal déstabilisé dans la zone d’oxydation, provoque des auréoles et traînées secondaires qui couvrent une surface plus grande que l’intersection par la surface d’érosion d’une concentration minérale cachée par des recouvrements divers. Au cours de la prospection stratégique ou tactique, ce sont ces auréoles secondaires que la prospection géochimique cherche à mettre en évidence par l’analyse chimique de prélèvement de sol, de sédiments de ruisseau ou de roche désagrégée. Dans certaines conditions,

des éléments associés dans un

gisement pourront avoir des mobilités totalement différentes, et ne pas donner d’anomalies superposables. Exemple : Pb et Zn fréquemment associés dans le gisement ; mais en milieu de surface, Zn plus mobilisé alors que Pb moins mobile donnera une anomalie à l’aplomb de la minéralisation. Le chimisme d’une anomalie secondaire n’est par le reflet direct du chimisme du gisement sous-jacent, mais le résultat du concours des phénomènes suivants : -

chimisme primaire

-

condition de piégeage

Ne pas donc tirer hâtivement des conclusions d’ordre gîtologique aux seules vues des « paragenèses anomales ». Du point de vue de leur mode, on a : 

des dispersions chimiques : amènent un élément donné d’un point à un autre. Elles comprennent un stade de transport par une solution (ions propres correspondant à l’élément recherché, ions complexes)



des dispersions mécaniques : sont celles qui, pour amener l’élément ou un composé d’un point à un autre, le laissent dans

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l’état chimique identique à celui du départ. Souvent les phénomènes des dispersions mécaniques, dont les facteurs principaux sont d’origine météorique (eau, gel, érosion), sont toujours accompagnés de dispersions chimiques.

IV.3. Types d’anomalies 

anomalies de surimposition : la teneur anomale est le fait d’éléments allogènes



anomalies

de

répartition :

la

teneur

anomale

provient

d’éléments authigènes. La prospection géochimique concerne donc les gisements liés à la sédimentation chimique et biochimique ainsi qu’à la diagenèse. Ces types de gisement contiennent les éléments qui ont été soustraits du contenant par l’altération et l’érosion. Ces gisements sont contrôlés par : 

La nature de la roche encaissante (lithologie) ;



La position stratigraphique ;



Le chimisme du milieu.

C’est le cas des gisements du Katanga : 

à Cu-Co : situés dans le groupe des mines, avec deux ore bodies séparés par un horizon stérile (RSC) ;



à Pb-Zn-(Cu) dans le groupe de Nguba (ex-Kundelungu inférieur), plus précisément dans le sous-groupe de Kakontwe) ;)



à Fe dans le Mwashya inférieur, Kakontwe et formation de Kafufya ;



à U- (Ni- Co-Li) dans le groupe des Mines (Ore Body Inférieur ou OBI).

Ces gisements sont constitués des éléments mobiles. D’où

le

recours à la prospection géochimique. On peut également utiliser la prospection géophysique, notamment la radiométrie car la plupart des gisements Cu de notre pays contiennent toujours un peu d’uranium. Par le Prof Gabriel MAKABU

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IV.4. Stades de développement progressifs En résumé La Prospection stratégique ou reconnaissance générale : Consiste à parcourir une région peu connue et étendue par des itinéraires à large maille et vise à recueillir les premières données de caractères.  Géographique (réseau hydrographique, relief, voies d’accès).  Géologique (nature des formations rencontrées : sédimentaire ou socle, etc.)  Pédologique (type d’altération, nature des sols, présence de sédiments de ruisseau, etc.) L’échantillonnage est mi-systématique, mi-sélectif. On s’attachera dans la mesure du possible à orienter les coupes perpendiculairement aux formations et à collecter des prélèvements d’une manière assez continue le long des coupes pour mettre en évidence les variations des fonds géochimiques Les anomalies mises en évidence peuvent conduire à la découverte des zones minéralisées. La prospection géochimique stratégique correspond donc à une phase de recherche préliminaire et elle peut être employée sans que la connaissance géologique de la région étudiée soit très approfondie. Elle se fait dans les eaux (hydrogéochimie), alluvions, sols (pédogéochimie), roches consolidées, végétaux. La Prospection tactique : Est

utilisée

pour

la

résolution

des

problèmes

de

détail,

généralement sur des étendues restreintes. Elle constitue la phase de définition

des

anomalies,

consécutive

aux

travaux

de

prospection

stratégique. Elle est principalement employée lors des recherches d’extension de systèmes filoniens, d’horizons favorables, plus en relation avec la structurale. Ne doit être utilisée que lorsque la connaissance géologique et métallogénique des secteurs où elle doit être appliquée est suffisante. Elle est utilisée particulièrement dans l’eau, les sols, les roches et

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les végétaux.

IV.5. Prospection stratégique Au cours de cette étape, il est conseillé au prospecteur de laisser aux endroits intéressants des repères (marqueurs, bandes plastiques), de façon à pouvoir y revenir éventuellement sans difficultés afin de compléter les informations. A. Application de la prospection stratégique dans les eaux On prélève les eaux naturelles et on y analyse les résidus solubles. On sait que les

eaux naturelles traversent les roches et y arrachent des

fractions rocheuses. Elles contiennent des éléments sous forme adsorbée en raison de la présence de colloïdes ou de suspensions minérales ou organiques. Ces éléments peuvent également se disperser sous forme d’ions complexes, voire même, de composés organiques non dissociés. Sous ces formes variées, les éléments sont transportés loin de leur point d’origine. Cette

méthode

hydrogéochimique,

très

séduisante,

présente

néanmoins des inconvénients :  les

niveaux

de

teneurs

des

éléments

habituellement

recherchés dans les eaux sont très bas (ppb ou mg/t), alors que ces mêmes éléments ont des teneurs toujours plus élevées (ppm ou g/t) dans les roches, les sols ou les végétaux.  la difficulté de conserver les échantillons dans les mêmes conditions. A partir des résultats d’analyses chimiques obtenus, on aboutit à la cartographie des zones étudiées. B. Application de la prospection stratégique dans les alluvions, et dans les sols consolidés sur les alluvions C’est le type de prospection stratégique qui est le plus répandu. Ici le niveau des teneurs est plus élevé et on a la possibilité de conserver indéfiniment l’échantillon, dont les teneurs relatives sont indépendantes des facteurs météorologiques. Cette

méthode

s’intéresse

aux

deux

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types

de

dispersions :

60

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mécanique et chimique. La dispersion mécanique est le fait des éléments conservés qui peuvent se trouver dans l’échantillon et provenir de zones minéralisées situées en amont. La dispersion chimique résulte de l’absorption le plus souvent dans les fractions fines de l’échantillon d’éléments en solution dans les eaux. En prospection stratégique, le choix de la position, du prélèvement dans les vallées est très important. On peut se contenter de prélever des échantillons d’alluvion en lit vif (dont on analyse, en général la fraction fine), ou dans le lit mineur (Figure 14). Lit vif : échantillon à l’écart du courant pour éviter un échantillon très lavé.

Figure 14 : Lieux de prélèvement d’échantillons. Les résultats sont cependant plus homogènes en travaillant sur des sols consolidés sur les alluvions du lit mineur où la présence d’arbres ou de plantes herbacées est alors garant d’un échange biochimique entre les alluvions et le sol développé au dessus. Le milieu vivant est riche en matière organique que constitue le sol ; il contribue à homogénéiser des résultats qui, obtenus dans des lits vifs ou mineurs, ont une plus grande variance, laquelle est peu favorable à l’interprétation. Echantillonnage :  alluvions et colluvions  sols consolides sur alluvions  colluvions

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61

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C. Prospection stratégique en sol résiduel du corps minéralisé Quand un corps minéralisé est érodé, ses résidus solides peuvent être introduits dans le réseau hydrographique. On obtient des auréoles ou traînées de dispersion qu’il est facile de mettre en évidence. Ce type de prospection conduit à l’obtention des informations ciaprès : 

Indication positivement,

de se

zones

très

traduisant

circonscrites, par

une

grosse

différenciées traînée

de

dispersion , qui résulte de l’altération et de l’érosion d’un indice important. N.B. : Prélèvement : éviter la couche humique superficielle. La profondeur optimale : 15- 40 cm.

Figure 15 : mise en évidence d’une anomalie géochimique liée à une minéralisation sous-jacente en cuivre D. Prospection

stratégique

en

sol

non

résiduel

(du

corps

minéralisé) La filiation entre les échantillons de surface et un corps minéralisé profond ne peut se faire que grâce à des anomalies résultant de la circulation (anomalies de fuite) ou éventuellement à des anomalies résultant d’effets biochimiques. Ces anomalies se situent dans le recouvrement (stérile) surmontant le corps minéralisé (Figure 16).

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62

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Figue 16 : Anomalie géochimique au sein du recouvrement supergène.

IV.6. Prospection tactique A. Recherches tactiques d’anomalies allogènes ou de surimposition A.1. Dans les sols résiduels On prospecte dans les sols résiduels du corps minéralisé ou de son environnement, sols dont la filiation directe d’origine mécanique avec le corps minéralisé est indiscutable. Domaine d’application : recherche des filons, d’amas ou d’horizons minéralisés cachés par un recouvrement horizon minéralisé (Figure 17 & 18).

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63

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Figure 17 : Mise en évidence d’un filon minéralisé

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Le sol est résiduel de la roche consolidée.

Figure 18 : Mise en évidence d’un filon minéralisé Ici la dispersion mécanique est la plus importante par rapport à la dispersion chimique. L’étalement de l’anomalie et son étendue sont plus grands à la surface du sol qu’en profondeur au voisinage des corps minéralisés. Compte tenu de cela, il est recommandé de :  prélever le plus souvent les échantillons près de la surface, à maille régulière.  ensuite étudier la répartition des teneurs en profondeur grâce à des échantillonnages dans le plan vertical, appelés communément profils géochimiques, de façon à mettre en évidence « l’enracinement de l’anomalie ». Recherche de l’enracinement d’une anomalie Une fois le top de l’anomalie défini en surface, on recherchera, au moyen de prélèvements en profondeur, si cette image de surface correspond biens à une image au niveau du bed-rock, dans la roche en place. Pour rechercher l’enracinement de l’anomalie, on recoupe le top anomal par un ou plusieurs profils de prélèvement à la tarière. On utilisera des tarières à mains ou des

moto tarières.

Pour mieux guider les prélèvements, tenir compte de la règle empirique de « l’entonnoir » qui stipule une diminution de la dispersion des Par le Prof Gabriel MAKABU

65

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éléments quand on passe des sols aux roches plus cohérentes. Par exemple, pour tester le bed-rock à 5m de profondeur d’une anomalie de surface définie à la maille 25/25m, on pourra

prévoir un profil avec tarières

espacées de 5m. Suivant que l’on veut étudier l’évolution des teneurs entre la surface et le bed- rock ou simplement rechercher le meilleur enracinement, les prises d’échantillons seront différentes :  un échantillon par mètre de sol traversé (soit quartage de l’échantillon métrique total, soit prise uniquement de dix derniers centimètres) ;  prise d’un échantillon uniquement au niveau du bed- rock. Dans le cas d’une géochimie en roche pour étude des halos primaires, l’échantillonnage se fait sur carotte de sondage ou sur cutting dans le cas d’un sondage destructif. L’échantillonnage de ces sondages se fera par passes de 1-5m pour une formation homogène, ou par faciès (si pas d’homogénéité). Une description complète accompagnera chaque échantillon. Le long des galeries, on prend au hasard une dizaine d’esquilles de quelques cm3 tous les 2-5m de galerie pour en faire un échantillon. Ne pas échantillonner uniquement un faciès plus dur ou plus minéralisé. Le repérage se fait par numérotation séquentielle reportée sur les logs de sondage, soit sur les plans de galerie. Facteurs de la forme des anomalies La forme des anomalies géochimiques observées au niveau des sols dépend de : -

la pente du terrain et les transports des matériaux,

-

la puissance de l’altération et du degré de la porosité,

-

l’influence de la position de la formation minéralisée par rapport à la surface topographique,

-

phénomène de surimposition causé par des matériaux sans rapport direct avec les minéralisations ; ces matériaux allochtones oblitèrent les dispersions.

Quantité à prélever La prise de matériau tout venant est de l’ordre de 200-500g Par le Prof Gabriel MAKABU

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suivant la proportion de sédiments fins inclus ; elle permet d’obtenir, après tamisage un échantillon pesant au minimum 60g ; un échantillon d’environ 40g est expédié au laboratoire ; cette quantité permet d’effectuer, outre les analyses courantes, des contrôles ou des dosages éventuels d’éléments en infra traces (Au, Hg, ...). Il faut 25g de poudre pour une analyse Au). Les 20g restants seront stockés sur place. A.2. Dans les sols non résiduels Ce sont des sols développés sur les recouvrements les plus divers. Les zones minéralisées profondes ne sont pas érodées. Ici les dispersions chimiques et biochimiques dominent sur les dispersions mécaniques. Deux phénomènes provoquent une filiation

indirecte, mais

utilisable, entre les matériaux superficiels et des zones minéralisées profondes non érodées : a. Anomalies causées par des circulations latérales résultant de modification d’une nappe phréatique. Les eaux transportent les éléments appartenant à la minéralisation à travers des matériaux allochtones constituant un recouvrement épais, sans rapport direct avec le corps minéralisé. Elles peuvent donner lieu au point, d’émergence, à l’apparition d’anomalies. Ces dernières peuvent apparaître à différents niveaux en relation avec les variations de niveau hydrostatique (Figure 19).

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Figure 19 : Anomalie au battement du niveau de la nappe phréatique b. Anomalies dues à des circulations par ascension à la faveur des manifestations tectoniques = Anomalies de fuite (Figure 20)

Figure 20 : Anomalie de fuite B. Recherches tactiques d’anomalies authigènes ou de répartition Il s’agit des anomalies résultant d’un déplacement des éléments dans un milieu, sans qu’il y ait un apport extérieur de ces éléments. Ainsi trouvera-t-on deux zones : -

la zone de concentration (anomalie positive),

-

la zone de lessivage (anomalie négative)

Donc on a une anomalie de répartition. On devra en tenir compte dans l’interprétation, d’autant plus qu’au lieu d’être isolés ces deux principaux types d’anomalies (anomalies allogènes et authigènes) peuvent coexister.

IV.7. Types et densité de prélèvement- Analyses à effectuer Trois questions principales se posent : 

type de prélèvement,



densité de prélèvement,

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68

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

éléments à analyser.

A. Type de prélèvement Comme dit plus haut, les prélèvements porteront sur des sédiments de ruisseau, des sols ou des roches. Pour ces trois types de matériaux, on fait généralement une étude méthodologique

préalable

pour

déterminer

la

meilleure

tranche

granulométrique à analyser ou pour voir s’il existe une phase porteuse privilégiée des métaux (hydroxydes, oxydes) qui pourrait être isolée et dont l’analyse permettrait d’obtenir des niveaux de teneurs et des contrastes géochimiques (teneurs anomales / teneur fond) plus élevés. Cette étude peut être faite dès le stade de la reconnaissance générale au cours de laquelle on essaie tous les types de prélèvements. Dans le cas d’une prospection, on prélève la plupart du temps des sédiments de ruisseau (stream - sédiments), technique qui, à l’heure actuelle, paraît la mieux adaptée. On peut toutefois être conduit, pour différentes raisons, à prélever partiellement des échantillons de sols. Il faudra alors augmenter la densité d’échantillonnage et prélever les sols en zones

basses

plutôt

qu’en

zones

de

crête.

Pour

certains

métaux,

particulièrement ceux dont les minéraux sont sous forme d’oxydes (W,Sn), l’analyse du concentré de batée couplée avec son examen optique fournit des résultats moins dispersés à des niveaux de teneurs plus élevés. Toute prospection tactique est basée sur l’échantillonnage en sol, normalement à la base de l’horizon A (figure 21). La présence d’une altération particulière, cuirasse latéritique, ou d’un recouvrement plus ou moins allochtone peut obliger à l’emploi de techniques spéciales de prélèvement : par exemple prélèvement des fractions grossières du sol en pays désertique à recouvrements éoliens possibles, prélèvement dans l’horizon C à la tarière en cas de recouvrements allochtones caractérisés en tranchée, puits, sondage.

B. Densité de prélèvements La

densité

d’échantillonnage

varie

suivant

l’échelle

de

la

prospection et suivant la taille des cibles recherchées. En prospection

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stratégique, on travaille généralement à une échelle variant de 1/200.000 à 1/500.000. L’échantillonnage se fait à large maille avec une densité de 1 à quelques prélèvements au Km2, s’il s’agit de sédiments de ruisseau. La notion d’espacement des prélèvements suivant le réseau doit céder le pas à la notion de densité moyenne, beaucoup plus importante pour obtenir une information continue. Dans le cas de prélèvements mixtes sols et sédiments de ruisseau, la densité devra être augmentée. Quoi qu’il en soit, une densité de prospection stratégique ne devrait pas descendre en dessous d’un échantillon/Km2. Une telle maille vise à « accrocher » directement des anomalies liées à des concentrations minérales. Cette densité permet en outre une visualisation satisfaisante du fond géochimique local. Tout point anomal, même isolé, devra être pris en considération. Au stade tactique, les prélèvements étant faits suivant une grille régulière, on ne parlera plus de densité au km 2, mais de maille. Celle-ci sera variable en fonction du métal recherché. Une maille carrée 200m X 200m est normalement suffisante pour une première localisation d’anomalies Pb, Zn ou Cu, mais il faudra choisir une maille 50m X50m dans le cas d’anomalies Sb ou W. Un resserrement ultérieur est toujours préférable à un « sur maillage » initial.

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Figure.21 – Profil d’un sol.

C. Analyses C’est un poste essentiel, et le choix d’une technique plutôt qu’une autre pourra changer totalement l’efficacité et la signification de la campagne envisagée. La technique utilisée doit à la fois être sensible, reproductible et peu coûteuse. Deux grandes stratégies se dégagent : -

adopter des méthodes simples permettant une utilisation sur le terrain, par exemple en camion laboratoire ;

-

choisir une technique plus sophistiquée, disponible dans un laboratoire central.

Toutes deux ont leurs avantages et leurs inconvénients. Il existe de nombreux laboratoires effectuant commercialement des analyses de type prospection géochimique, et où l’on peut sous-traiter les travaux de dosage. Une précaution essentielle sera néanmoins d’introduire des étalons à teneur connue, afin de contrôler à la fois la reproductibilité et le niveau des teneurs des analyses fournies par le laboratoire. Au Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) en France, l’application de techniques d’analyses multiéléments a modifié les critères de choix ; elle est de plus en plus fréquente au stade de la prospection stratégique. Au stage des prospections tactiques, le problème est normalement beaucoup mieux défini et seul un petit groupe d’éléments sera analysé, cependant que certains éléments autres que ceux que l’on recherche directement sont très utiles pour juger du caractère métallique ou non des anomalies. Par exemple, Ni sera systématiquement analysé dans une prospection tactique pour Cu ; de même As, Ag, Mo, Cd sont des indicateurs intéressants pour la prospection Pb-Zn. Au stade de la reconnaissance d’indices et spécialement s’il s’agit d’étudier des auréoles primaires à partir de la géochimie en roche, des analyses multi-éléments seront indispensables : intérêt primordial des variations des éléments majeurs et intérêt des halos métalliques composites Par le Prof Gabriel MAKABU

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permettant dans certains cas de visualiser la polarité et le niveau d’érosion d’un gisement. Dans le cas d’études de chapeau de fer, ce sont les éléments tels que Sn, Bi, Sb, Ag, Mo,… qui permettent de faire un diagnostic sur la valeur de la minéralisation primaire, il faudra même dans ce cas avoir recours à des techniques d’analyse en infratraces pour Au, Hg,etc. Méthodes d’analyse les plus courantes Au

BRGM

deux

techniques

d’analyses

multiéléments

sont

actuellement utilisées : 

Spectrométrie d’émission à partir d’une source plasma : 12 éléments prioritaires : Cu, Pb, Zn, Ag, W, Sb, Ba, Ni, Mn, Fe, Cr, Sn ;

Dix éléments utiles, soit en tant qu’éléments accompagnateurs soit pour la cartographie géologique : V, P, As, Mo, B, Be, Cd, Co, Ni, Y. 

Spectrométrie d’émission optique à lecture directe : quantomètre, qui dose simultanément 7 éléments majeurs et 26 éléments traces (SiO2, Al2O3, MgO, CaO, Na2O, K2OMn, P, Ti, Zr, B, Sr, La, Y, Nb, Pb, Zn, Cu, Ag, Cd, As, Sb, Bi, Li, Sn, W, Mo, Cr, Co, V, Ni).

 Fluorescence X,  ICP-Ms. Pour les analyses courantes mono élémentaires, la plus employée est l’absorption atomique. Les résultats des analyses sont généralement donnés en p.p.m. (partie par million, c'est-à-dire gramme par tonne), parfois en p.p.b. (partie par milliard). Pour les éléments majeurs, ils sont donnés en %. Recommandation importante Les

différentes

techniques

d’analyse

ayant

des

sensibilités

distinctes selon les métaux analysés, il est absolument impossible de comparer des résultats provenant de techniques différentes. Une campagne stratégique devra par conséquent être exécutée entièrement avec la même technique analytique. Par le Prof Gabriel MAKABU

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Enfin, pour s’assurer de la reproductibilité et de la précision des analyses, on intercalera des échantillons doubles ou des échantillons témoins à raison d’environ 1 échantillon toutes les 100 analyses. Les échantillons doubles de contrôle seront obtenus soit par double prélèvement, soit par quartage d’un échantillon abondant. Les échantillons témoins se feront par l’intermédiaire d’étalons géochimiques internes. Il conviendra de prévoir des numéros sans échantillon pour y placer les témoins.

IV.8. Traitement des données et interprétation A. Prospection stratégique La

prospection

multiéléments éléments

implique,

/échantillon),

géostatique

géochimique vu

le

un

traitement

stratégique

nombre

avec

d’informations informatisé

analyse

obtenues

avec

(33

programme

(variogramme, krigage) utilisé en cartographie

automatique. La présentation des résultats se fait sur : 

des cartes de report des valeurs brutes,



des cartes de report des valeurs anomales avec des figures spéciales,



des cartes de représentation des fonds géochimiques locaux.

Ces différents documents permettent l’établissement d’une carte de système sur laquelle seront définies les zones anomales méritant un complément d’étude.

B. Prospection tactique Le nombre des données est beaucoup moins important et le prospecteur,

lui

seul,

peut

les

analyser

par

traitement

statistique

élémentaire. Ce qui permet de déterminer les coupures entre les teneurs de fond et les teneurs anomales. Les paramètres de distribution sont de deux types : 

Les caractéristiques de tendance centrale : qui représentent l’ordre de grandeur des teneurs d’un élément sur l’ensemble des échantillons. Il s’agit de :

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

Moyenne arithmétique : −

n

1 x= ∑ xi n i=1



; xi = teneur de l’échantillon i

Moyenne géométrique G : elle est obtenue en faisant la moyenne

des

teneurs

transformées

en

valeurs

logarithmiques n

1 log G= ∑ log x i n i=1 La moyenne géométrique est relativement meilleure surtout pour la «teneur de fond » géochimique car elle diminue l’importance des valeurs fortement anomales. 

Les caractéristiques de dispersion : ont pour but d’apprécier dans quelle mesure les diverses observations d’une série s’écartent les unes des autres et par conséquent de la valeur centrale adoptée. 

Intervalle de variation : c’est la différence entre les valeurs extrêmes de la variable étudiée :

I=x max −x min 

Ecart type (déviation standard) : c’est un paramètre de dispersion qui tient compte des écarts de toutes les valeurs observées par rapport à la moyenne :

σ= 

√

(

− 2

1 ∑ xi− x n

)

Coefficient de variation : il est défini à l’aide du rapport de l’écart type à la moyenne arithmétique. σ V=− x

Ce coefficient permet de comparer la dispersion de deux séries ; c’est un paramètre sans dimension qui ne tient pas compte de l’ordre de grandeur des variables. 

Déviation géométrique (écart géométrique ε) : c’est le

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nombre dont le logarithme correspond à l’écart type des valeurs logarithmiques des teneurs :

log ε =

√

1 2 log x i −log G ) ∑ ( n−1

Les paramètres de distribution sont utilisés d’une manière habituelle pour l’estimation des seuils d’anomalie (A) pour éléments étudiés, paramètres utilisés pour l’établissement des cartes. Ainsi par exemple, le seuil permettant d’isoler 2.5% des valeurs les plus élevées (valeurs anomales) est calculé : -

pour une distribution normale : −

A=x + 2σ -

pour une distribution log. normale :

'

A=Gε

2

La qualité de la distribution est déterminée à partir de l’allure générale de la courbe enveloppe obtenue sur le tracé de l’histogramme. Cela permet de choisir les coupures représentatives.

Traitement des résultats L’outil informatique est très important et des programmes aident à faire des cartographies. On peut donc y recourir :  Histogramme de fréquence La

population

d’échantillon

peut

être

caractérisée

par

son

histogramme de fréquence, où en abscisses, sont reportées les classes des teneurs, en ordonnées, les fréquences, exprimées en % (Figure 22). On travaille souvent entre 9 et 19 classes, dont l’intervalle dépend de la valeur minimale et maximale.

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Figure 22 : Histogramme de fréquence  Carte d’isoteneurs (Figure 23) Le traitement des fréquences cumulées sur papier gaussologarithmique fait apparaître les coupures qui correspondent aux limites entre le bruit de fond (zone non intéressante), la zone intermédiaire

Figure 23 : Carte d’isoteneurs (moyennement

intéressante),

et

la

zone

d’anomalies

(très

intéressante). Chaque zone doit avoir des figurés, en l’occurrence des couleurs dont les plus vives doivent représenter les zones d’anomalies :  teneur faibles : blanc, brun pâle, brun, brun foncé,  teneurs élevées : orange vif, rouge. Proscrire les cartes dites synthétiques où plusieurs éléments sont reportés, cette manière d’opérer empêche de saisir le paysage géochimique. Si l’on veut étudier les variations relatives de plusieurs éléments, le meilleur moyen est la superposition de cartes mono éléments sur calque.

Interprétation et sélection des anomalies A partir des données du terrain et de la description des indices rencontrés, et des renseignements sur les possibilités de pollution, on devra interpréter

les données en se basant sur des notions de mobilité

différentielle des éléments, d’associations caractéristiques de telle ou telle formation,… A partir de tels résultats et des exemples connus le prospecteur pourra sélectionner des anomalies sur lesquelles on devra se pencher sérieusement.

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CHAPITRE V. PROSPECTION GEOPHYSIQUE V.1. Introduction La prospection géophysique consiste en la reconnaissance des terrains à partir de la mesure de certaines caractéristiques physiques au dessus de la surface du sol et parfois dans les forages. Elle peut servir d’outil de recherche des gisements. Elle peut donner des profils continus du terrain et une bonne vue d’ensemble des sites étudiés. Car les paramètres physiques mesurés permettent de localiser des structures présentant des contrastes (de densité, magnétisme, conductivité) par rapport à l’encaissant. La

géophysique

permet

de

lever

un

certain

nombre

d’indéterminations dans le choix de l’implantation des forages et d’en réduire le nombre en précisant les zones homogènes. La prospection géophysique présente le gros avantage d’être non destructive et économique. Les principales méthodes géophysiques sont : -

les méthodes radiométriques, auxquelles on associe les méthodes gaz fondées sur la radioactivité des minéraux,

-

les méthodes gravimétriques basées sur la mesure des anomalies

de

pesanteur

engendrées

par

l’inégale

distribution de roches de densités différentes, -

Les méthodes sismiques, fondées sur la mesure des vitesses de propagation des ondes sismiques dans le sol,

-

Les méthodes magnétiques et électromagnétiques basées sur la mesure des anomalies engendrées par l’inégale distribution de champ magnétique des roches.

V.2. La prospection radiométrique V.2.1. Généralités L’instabilité des atomes radioactifs se manifeste par l’émission de rayonnements α, β, γ.

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Radioactivité α C’est elle qui a conduit à la découverte de la radioactivité en 1896 par Henri Becquerel à la suite de l’étude des causes de l’impression des plaques photographiques à proximité des sels d’uranium. Elle consiste en l’émission spontanée d’un noyau d’hélium animé d’une énergie cinétique de plusieurs MeV.

A Z

X→

A−4 ' z−2 x

4

+ 2 He + Q ( MeV )

Avec : 

A nombre de masse



Z numéro atomique

Radioactivité β C’est la plus courante des radioactivités sans changement du nombre de masse A. Elle conduit à un gain d’une unité sur le nombre atomique Exemple : 234 90

−

Th→ e +

234 91

Pa

Les émissions α et β peuvent s’accompagner d’un rayonnement gamma provenant de la

désexcitation

du

noyau.

L’énergie

de

ces

rayonnement est caractéristique du radioélément émetteur. 

α : est moins pénétrant, une feuille de papier bloque son passage,



β : plus pénétrant que α, il faut une feuille d’Al pour l’arrêter,



De ces rayonnements, γ est le plus pénétrant..

Il est le plus utilisé en prospection minière. N’est arrêté que par : 7-8cm de Pb, 75 cm d’eau, 30cm de roches, plusieurs centaines de m d’air.

V.2.2. Les radioéléments naturels Parmi les radioéléments naturels principaux, on peut citer : 

le K40, T=1,3 X 109a, isotope stable final A40 ou Ca40



U238, T=4,51X109a, isotope stable final Pb206



U235, T=7,13X108 a, isotope stable final Pb207 Par le Prof Gabriel MAKABU

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

Th232, T=1,39X1010a, isotope stable final Pb208

Les radioéléments sont caractérisés par leur période (T) ou 1/2 vie, temps au bout duquel la moitié des atomes initialement présents ont été désintégrés. On peut exprimer la décroissance radioactive par la relation :

e−λ t

N=N o

Où No : nombre d’atomes à t = O N : nombre d’atomes au temps t λ : constante radioactive On dit que l’équilibre radioactif est atteint dans une famille si les proportions relatives des descendants successifs sont constantes et dans le rapport des demi-vies. L’équilibre radioactif est très intéressant en prospection minière.

V.2.3. Appareillages Scintillomètres Ils sont basés sur l’effet de fluorescence provoqué par le passage du rayonnement radioactif dans la matière (cristal, matière plastique,…). Ainsi un rayonnement gamma qui bombarde un cristal de NaI(Tl) provoque l’émission

d’un

photon

lumineux

qui

est

converti

par

une

cellule

photoélectrique en émission électrique et mesurée en une unité arbitraire : coups par seconde (cps). La lumière émise est fonction de l’intensité de bombardement. Elle est donc liée au radioélément, émetteur gamma. On obtient un spectre dont les raies caractéristiques se situent à 1,47, 1,76 et 2,67 MeV, correspondant respectivement au K, U et Th. Pour des mesures très précises, on étalonne l’appareil sur une dalle dopée à U,Th, K avec des teneurs bien connues en ces éléments et l’on peut connaître le nombre de coups y afférents. Sur le terrain, on fait des mesures que l’on corrige en soustrayant le nombre de coups dus au bruit de fond. D’autres détecteurs plus chers sont vendus sur le marché. Le tableau suivant compare leur robustesse et leur rendement par rapport au NaI dopé au thallium. Par le Prof Gabriel MAKABU

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Tableau 7 : Comparaison du rendement des détecteurs Détecteur

Résolution

Densité

NaI(Tl) CsI(Na) BGO Bi4Ge3O12

8 11 20

3,67 4,51 7,13

Chambre d’ionisation Elle est basée sur la conduction électrique des gaz irradiés. Plus le gaz est irradié par une source radioactive, plus il est ionisé et par conséquent très conducteur. Détecteurs solides de traces nucléaires ou films autoradio graphiques α On peut utiliser de nombreux matériaux (nitrate de cellulose, polycarbonate,..). Les particules α laissent dans ces matériaux des dégâts ou impacts qui sont agrandis par une attaque à la soude. On les compte au microscope et on identifie leurs minéraux support par l’observation au microscope en lumière transmise ou en lumière réfléchie. Parmi ces détecteurs on cite : 

le film Kodak LR 115



le film CR – 39.

Détecteurs au charbon actif Cherchent à détecter le gaz radioactif, Rn, provenant de la désintégration de l’U et du Th. Dans la chaîne de désintégration de l’’U 238, se forme le Rn222 appelé radon et dont la période est de 3,8 jours ; le Rn220 (T=54 secondes) appelé thoron provient de la désintégration du Th 232 ; le Rn219 (T=3 s) ou actinon dérive de l’U235. Compte tenu de leur demi-vie, le Rn 222 est le plus intéressant en prospection minière, car sa période lui permet de migrer des gisements sous-jacents pour atteindre l’interface sol-air. Le radon, gaz inerte, peut migrer facilement à travers des roches poreuses et perméables et transporter sous forme de micro bulles des éléments métalliques qui peuvent former des anomalies en surface. Le radon rendra compte de la présence en profondeur des

Par le Prof Gabriel MAKABU

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gisements cachés d’U ou des métaux qui sont associés à ce dernier. Ce détecteur comprend (figure 24).

Figure 24 : Détecteur au charbon actif

Application Méthode Pour discriminer les rayonnements dus à l’U, Th et K, on utilise les raies des spectres en fonction de leur énergie : U,Th, K En prospection préliminaire, on doit recourir : -

à la prospection aérienne ou autoportée : on utilise les spectromètres γ

-

en prospection détaillée, utiliser les scintillomètres au sol (prospection pédestre) pour le comptage global selon des profils radiométriques et une maille régulière pour les stations de mesure. On mesure la radioactivité et on établit des cartes iso rad ou plan compteur (FIGURE 26).

On peut utiliser en sondage des diagraphies nucléaires qui vont donner la radioactivité selon un plan vertical (figure 25).

Par le Prof Gabriel MAKABU

81

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Figure 25 : Diagraphie nucléaire Précautions -

indiquer le type d’appareil car la sensibilité dépend de la taille du cristal

-

la date des mesures : contexte météorologique (temps sec ou humide, temps ensoleillé ou non) et caractéristiques du sol (sol poreux et perméable ou non).

Figure 26 : Plan compteur de la radioactivité Par le Prof Gabriel MAKABU

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Prospection Essentiellement les gisements d’uranium : Minéraux : Oxydes (uraninite, pechblende, thorite) Phosphate : autunite Les minéraux associés à l’U ; cas du Katanga/ Cu-Co-Ni N.B. : On doit retenir pendant la prospection radiométrique que toute roche est radioactive. Cela contribue donc au bruit de fond (BF). L’anomalie radiométrique qui nous intéresse ressort deux à plusieurs fois le BF. La figure 27 suivante montre l’ordinogramme des mesures en spectrométrie gamma de laboratoire. NaI

IMPRIMANTE

DETECTEUR

RACK DE SORTIE

CASSETTE MAGNETIQUE

TUBE PHOTOMULTIPLICATEUR

P.M.

HAUTE TENSION Préampli photomultiplicateur

ANALYSEUR 400 CANAUX

Figure 27 : Ordinogramme d’analyse des échantillons en spectrométrie gamma. L’analyseur multicanaux classe les impulsions issues du tube Par le Prof Gabriel MAKABU

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photomultiplicateur en fonction de leurs amplitudes ou les photons γ selon leurs énergies.

V.3. La prospection électromagnétique

électrique

et

V.3.1. La prospection électrique Les méthodes de prospection géophysique dites « électriques » sont toutes fondées sur l’étude de la distribution du potentiel électrique dans le sol. On distingue deux groupes de méthodes :  La méthode des résistivités où on mesure la résistivité du sol par envoi dans celui-ci d’un courant électrique continu ou alternatif (à basse fréquence) ;  La méthode de la polarisation induite ou provoquée où l’on

étudie

les

anomalies

de

potentiel

électrique

provoquées par la présence, dans le sol, de masses conductrices, en général des gîtes minéraux.

V.3.1.1. Méthode de Résistivité Notion de résistivité électrique La résistance mesure l’opposition au passage

d’un courant

électrique, et peut permettre de caractériser un matériau. La loi d’ohm stipule que la résistance électrique est donnée par le quotient du potentiel V appliqué aux bornes d’un matériau par le courant I qui circule, soit

R=

V I

Cependant, en prospection électrique la notion de résistance n’a pas vraiment de signification puisque si on prend deux échantillons de longueur différence du même matériau, ils n’auront pas la même résistance, tandis que deux échantillons de matériaux différents peuvent présenter la même valeur. Puisque la résistance dépend de la géométrie du corps, on doit se baser sur une propriété qui, tout en caractérisant la facilité à laisser passer le courant, est indépendante de la géométrie de l’échantillon choisi. Par le Prof Gabriel MAKABU

84

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Cette propriété s’appelle la résistivité électrique ρ et est reliée par

R= p

L A

Pour un prisme rectangulaire de longueur L et de section A (figure 28), l’inverse de la résistivité est appelé la conductivité électrique (σ = 1/ρ) et ses unités des mho/m ou siemens/m.

Figure 28: Mesure de la résistivité en laboratoire Notons que la loi

d’ohm sous la forme exprimée à l’équation

précédente est une forme simplifiée de la forme générale qui s’écrit

→

→

J =σ E

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85

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Exemple 1 calcul de la résistivité d’un échantillon de grès Soit : L= 20 cm

Φ= 3 cm V= 6 V 6 I= 4,1× 10 A On calcule

E=

6V =30 V /m 0 . 2m −6

4,1× 10 A J= = 5,8 × 10−3 A /m2 2 2 π 0,0015 m E 30 V m2 ρ= = = 5172 Ωm J 5,8×10−3 m A

On injecte dans le sol un courant continu. Par « sol », nous entendons ici tout horizon distinct, qu’il soit meuble ou cohérent. Dans la plupart des cas, la résistivité d’un sol est fonction de sa teneur en eau et de la minéralisation de cette eau. Ce n’est que dans le cas de sol argileux, au sens granulométrique du terme (≤ 2μm) que la nature de la phase solide entre en compte. En effet, le phénomène est compliqué par l’existence autour de ces particules d’un complexe absorbant formé d’ions positifs et de molécules d’eau absorbées. La conductivité électrique du réseau solide n’est plus négligeable dans ce cas. La relation expérimentale liant ces paramètres est due à Archié, dans le cas de sols saturés :

ρs =

1 ρe n2

 ρs : résistivité du sol saturé en ohm-m,  n : porosité,  ρe : résistivité de l’eau de formation en ohm-m. Par le Prof Gabriel MAKABU

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Dans le cas d’un sol non saturé on a :

ρSr =

Où

Sr=

1 ρ 2 2 e n Sr

volume occupé par l ' eau volume total des vides

Dans le cas d’un sol contenant une certaine proportion d’argile, on peut calculer la résistivité en remplaçant dans les formules ci-dessus l’eau par l’argile :

ρ=

1 ρ arg ile n2

Les variations de résistivité pour un minéral particulier sont énormes, et peuvent dépendre des impuretés et des cristaux en général, dans les roches ignées, la résistivité apparente est élevée. Si la roche est saine, peu fracturée, pas poreuse, peu de fluide y circule et elle sera très résistante. Les fractures diminuent la résistivité. Dans les sédiments et roches sédimentaires. La résistivité est généralement plus faible. Plus ces roches sont vieilles, tassées et profondes, plus la porosité diminue et la résistivité est élevée. En fait, le facteur déterminant de la résistivité d’un sol est la teneur en eau. La formule d’Archié relie la ρa et la teneur en eau. C’est une relation empirique de la forme

−m

ρa = I F ρ w= a ρw Φ

S

−n

Où ρw est la résistivité de l’eau contenue dans les pores, F est le facteur de formation et est égal à -m et I est l’index de résistivité et vaut Sn. Le terme n vaut approximativement 2. On retrouve au tableau 8

les

valeurs de a et m à utiliser pour différents types de roche. La résistivité de l’eau fraîche est d’environ 20 Ωm, alors que celle de l’eau de mer est 0,5 Ωm.

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Tableau 8 : valeurs à utiliser avec la formule d’Archié Description de la roche

a

m

Roche détritique faiblement cimentée, présentant une porosité entre

0.88 1.3725 et 45%

Roche sédimentaire modérément cimentée, présentant une porosité 0.62 1.72 entre 18 et 35% Roche sédimentaire bien cimentée, présentant une porosité entre 5 0.62 1.95 et 25% Roche volcanique à porosité élevée, de 20 à 80% Roches à très faible porosité, moins de 4%

1.4

3.5

1.44

1.58

Exemple 2 – Calcul de la résistivité par la formule d’Archié Pour un sable ayant une porosité de 30 % saturé d’eau fraîche de résistivité égale à 20 Ωm, la résistivité de la formation sera

ρa =

1 a 20 = 96 Ω m 1 0,31,3

Si la formation est saturée d’eau de mer à 0,5 Ωm, alors ρ a vaut 2,4 Ωm. Si le sable est sec, ρa vaut environ ρ 103 – 104 Ωm.

Les tableaux 9 & 10 ci-après donnent respectivement un ordre de grandeur de la résistivité des minéraux et des roches. Avouons cependant que le contrôle géologique (levé géologique) est très nécessaire pour plus de sûreté. La résistivité électrique est la propriété physique qui montre les plus forts contrastes en géophysique. Par exemple, l’argent natif présente une résistivité de 1.6x10-8Ωm, alors que celle du soufre est de 10 16Ωm. On a donc 1024 ordres de grandeur de différence entre les deux. On distingue trois grandes classes de conducteurs : - 106- 102 Ωm: bon conducteurs, - 102 – 103 Ωm: conducteurs intermédiaires, - 1010 – 1017 Ωm: faibles conducteurs

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Tableau 9 : Résistivité de quelques minéraux 1. Bons conducteurs (106 à 102 Ωm) -

Les métaux :…………………………………………… 2 X 106Ωm Or, argent, cuivre.

-

La plupart de sulfures, quelques oxydes :……… 10-3 à 108 Ωm pyrite, chalcopyrite, chalcosine, pyrrhotine, galène, bornite, molybdénite,

magnétite, cuprite. 2. Conducteurs intermédiaires (102 à 103 Ωm) -

La plupart des oxydes, quelques sulfures :……….. 103 à 108 Ωm Hématite, limonite, serpentine, sphalérite, Stibine, cinabre.

3. Faibles conducteurs (1010 à 1017Ωm) -

Les minéraux non métalliques :……………………...1012 à 1017Ωm Gypse, quartz, sel (NaCI), souffre, nitrates, sulphates, etc.

4. Exception : le graphite -

Graphite pur :…………………………………….……………….103Ωm

-

Graphite dans les schistes :.…………………………….0,5 à 350Ωm

-

Charbon :…………..……………………………………….104 à 107 Ωm

-

Huile :………………………………………………………1011 à 1018 Ωm

Tableau 10 : Résistivité de quelques roches Terrain /eau

Résistivité en ohm-m

Argiles et marnes Schistes Craies Calcaires Grès Sables et graviers Eau douce Eau salée (mer)

4-30 40-250 100-300 100-5.000 500-10.000 30-10.000 50 0,5

La résistivité (ρ) étant l’inverse de la conductivité électrique (1/ρ). Ainsi les terrains gorgés d’eau, bonne conductrice de courant, ont une résistivité faible. Les minerais ayant une bonne conductivité (exemple magnétite, pyrite, graphite) ont une faible résistivité : ≈ 0,01Ω.m. La conductivité dépend plus de la porosité, du degré de saturation en eau et de la salinité de celle-ci. Les roches pétrolifères contiennent de l’eau salée, en conséquence elles ont une faible résistivité. Par le Prof Gabriel MAKABU

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Les roches éruptives ou silicifiées sont peu poreuses, leur conductivité sera faible, donc elles sont très résistantes. En fonction des terrains (voir levé géologique : 1, 2 ou 3 couches), la résistivité calculée à partir de I et ΔV sera : 

pour terrain homogène : celle du terrain



pour terrain hétérogène : « apparente », elle est calculée en fonction de l’état de stratification et du nombre supposé des couches. On recourt à des formules empiriques, à des abaques et surtout à des logiciels appropriés.

Méthodes A. Profil de résistivité

On a un quadripole ABMN A et B peuvent être séparés de 1 à 2 Km. Puis on injecte dans le sol un courant continu à intensité constante dans A et B. On garde M et N à une distance constante et placés perpendiculairement à AB. Car AB est parallèle à la formation à étudier et MN perpendiculaire. On mesure la ddp (différence des potentiels) entre M et N. Les résistivités apparentes peuvent être rapportées sur une carte, on trace les courbes d’égales résistivités (figure 29). Les profils sont corrélés.

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Figure 29 : courbes d’égales résistivités Il existe plusieurs dispositifs quadripolaires, dont les plus utilisés sont : Dispositif WENNER AM=MN=NB

L’équation appliquée est :

ρ=

ΔV 2πa I

Dispositif SCHLUMBERGER

M-N : distance constante A et B bougent.

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2

L’équation appliquée est :

ΔV L−l ρ= 2π I 4l

2

Deux électrodes à la surface Lorsque la distance entre deux électrodes du courant est finie, le potentiel en un point P1 est affecté par ces deux électrodes (figure 30 cidessous). Le potentiel au point P1 dû à l’électrode C1 est

V 1=

Iρ 2 π r1

,

Et le potentiel au point P1 dû à l’électrode C2 est

V 2=

Iρ 2 π r2

,

Figure 30 : Disposition à quatre électrodes en surface Puisque le courant qui sort par une électrode est égal au courant qui entre par l’autre électrode, on peut écrire que I 1 = - I2. Le voltage total à P1 est

V 1 + V 2=

I ρ 1 1 − 2 π r1 r 2

(

)

.

Ainsi, la différence de potentiel ΔV entre deux électrodes de potentiel sera Par le Prof Gabriel MAKABU

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ΔV = {( V 1 + V 2 ) − ( V 3 + V 4 ) }

,

Ou encore

ΔV =

I ρ 2π

[(

1 1 1 1 − − − r1 r 2 r3 r4

) (

)]

.

B. Sondages électriques Après le profil électrique, on peut choisir certains points de mesure pour explorer d’avantage en profondeur. Le sondage électrique est donc une exploration verticale du sous sol, au droit du point de mesure, le centre du dispositif. Au cours du sondage, le centre du dispositif de mesure reste fixe tandis que l’écartement des électrodes A et B croit progressivement. Plus AB est grand plus le courant passe plus profondément. On peut obtenir des cas suivants : a)

Un terrain homogène de résistivité ρa= f(AB) est une droite b)

Ici tant que AB est petit, seul la première couche de résistivité ρ 1 est intéressée et la courbe de sondage est asymptotique à ρa=ρ1. Par le Prof Gabriel MAKABU

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Si AB augmente, l’influence de ρ2 devient prépondérante et la courbe de sondage électrique tend asymptotiquement vers ρa=ρ2. c)

On obtient (figure 31) : quatre types de courbe de sondage pour des terrains à trois couches

Figure 31 : Les quatre types de courbes de sondage

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V.3.1.2. La polarisation provoquée Principe Jusqu’ici on a supposé que lorsqu’on injectait un courant dans le sol, le potentiel mesuré en surface était obtenu instantanément et que, d’une façon

similaire,

lorsque

le

courant

est

coupé,

le

potentiel

tombe

instantanément à zéro. Dans la pratique, il existe un délai entre le temps où le voltage atteint son maximum et aussi pour qu’il tombe à zéro. Ces délais tombent dans deux catégories : instrumentale et effet du sol. En général, les délais instrumentaux sont très faibles. Cependant, le délai du sous-sol, lui, est souvent significatif. Il varie de place en place et le temps de délai et la forme de la courbe de décharge constituent des paramètres utiles pour l’investigation du sol. Au cours de cette méthode, on utilise une source de champ variable. Cette méthode est spécialement utilisée pour la recherche des minéralisations sulfurées disséminées dans une gangue isolante. On injecte le courant pendant une fraction de seconde, puis on coupe ; pendant l’envoi du courant, des grains de minerai se polarisent progressivement et des dipôles qui se forment s’opposent au passage du courant, tandis qu’après coupure, ils se déchargent, ce qui crée un champ transitoire observable en surface. Les minéraux conducteurs seront ainsi mis en évidence grâce au courant restitué.

Origine et propriétés de la Polarisation Provoquée Le passage d’un courant électrique dans un sol s’accompagne de processus

électroniques

dont

le

caractère

et

l’intensité

dépendent

directement des propriétés chimiques et physiques du sol. Le passage du courant peut se faire de deux façons : (1) par conductibilité électrique pour laquelle il y a déplacement d’électrons libres dans les particules métalliques (pyrite, chalcopyrite, …) : et (2) par conductibilité ionique pour laquelle il y a déplacement d’ions dans les solutions contenues dans les pores et les fractures des roches.

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La

polarisation

provoquée

a

pour

origine

des

processus

électrochimiques qui se produisent lorsque le courant passe : (1) d’un milieu à conductibilité ionique (eau) à un milieu à conductibilité électronique ; et (2) d’un milieu à conductibilité ionique à un milieu peu conducteur ou au contact d’un milieu de conductibilité ionique différente.

Minéraux donnant des effets de polarisation provoquée : 1.la plupart des sulfures ; 2.quelques oxydes (la magnétite) ; 3.le graphite ; 4.certaines argiles (bentonite). L’effet de polarisation provoquée pour la polarisation de membrane est un phénomène plus faible que celui de la polarisation d’électrode. Les deux effets sont semblables et rien ne permet de les distinguer dans les mesures.

V.3.1.3. Méthode des potentiels On travaille en courant continu. Dans cette méthode, on laisse A et B séparés de 0,5 ; 1 à 2 Km, et on injecte le courant comme dans le cas des mesures de la résistivité. Cependant ici on utilise un voltmètre.

On mesure les différences de potentiels lues sur tous les points et on les reporte sur une carte. En reliant les points de mêmes potentiels, on obtient les courbes équipotentielles. Lorsqu’on a un corps conducteur dans le sous-sol, les lignes sont disposées comme suit :

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Les lignes se concentrent sur le corps :

Si le corps est isolant :

V.3.1.4. Méthode de mise à la masse C’est une variante de la méthode des potentiels.

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Pour connaître l’extension du gisement affleurant en partie, on place l’une des électrodes sur le corps minéralisé affleurant tandis que l’autre est implantée dans une zone où la minéralisation recherchée n’affleure pas et on injecte le courant. On dresse une carte des courbes équipotentielles. Les courbes se concentrent autour du corps minéralisé et mettent en évidence la géométrie de celui-ci (figure 32).

Figure 32 : Mise en évidence de la pyrite

V.3.1.5. Méthode de polarisation spontanée (P.S.) Principe Par polarisation spontanée, on entend deux choses. D’abord on peut parler du phénomène physique comme tel, à savoir la génération de potentiels électriques dans les sols sans influence humaine. On utilise également cette expression pour désigner la méthode de prospection basée sur la mesure du phénomène. La polarisation spontanée est causée par l’activité électrochimique ou mécanique, soient (1) altération des sulfures ; (2) variation de la composition des roches aux contacts géologiques ; (3) activité bioélectrique du matériel organique ; (4) corrosion ; et (5) gradients thermiques et pression dans les fluides souterrains. On n’injecte pas le courant, on mesure plutôt le courant naturel. Le corps minéralisé (amas sulfureux, graphites) agit à cause de sa situation par rapport au niveau hydrostatique, comme une pile avec un pôle positif et un pôle négatif (figure 33). Ce corps est soumis à des réactions chimiques.

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Figure 33 : Effet de pile autour du corps sulfureux Il se crée alors un effet de pile, et les courants correspondants produisent un champ dont on peut suivre les courbes équipotentielles à la surface du sol. Sur un profil, on note un minimum à l’aplomb de l’amas.

Les sources naturelles du potentiel électrique  Potentiel électrocinétique Ce potentiel est observé lorsqu’une solution de résistivité ρ et de viscosité η traverse un matériau poreux. Ce phénomène a une origine mécanique ; il se produit généralement sous l’influence de la gravité. Sa valeur est donnée par :

Ek =− φ

ΔPε ρ 4πη

(mV)

Avec  étant le potentiel d’adsorption de l’interface solide-liquide, ΔP étant la différence de pression ; et ε étant la constante diélectrique de la solution. Ce potentiel est généralement d’effet négligeable, sauf lorsque la topographie a une incidence marquée sur la conduction hydraulique de l’eau d’imbibition, ou que la végétation agit suffisamment sur le drainage de l’eau souterraine.  Potentiel de diffusion Ce potentiel est dû à la différence de mobilité des ions dans une solution de concentration variable. L’équilibre ne peut se faire également de

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part et d’autre et un ΔV est généré. Il est de nature chimique. Pour NaCl à 25°C. Ed =− 11 ,6 log

C1 C2

( )

(mV)

 Potentiel de Nernst (shale potential) Lorsque deux électrodes métalliques sont immergées dans une solution dont la concentration est différente pour les deux électrodes, il y a une ΔV de créée. Il s’agit d’un phénomène chimique.

Es =− 59 , 1 log

C1 C2

( )

(mV)

(2.3)

 Potentiel de contact électrolytique On observe le potentiel de contact lorsque deux électrodes de métaux différents sont introduites dans une solution électrolytique.  Le potentiel de minéralisation Le potentiel de minéralisation est associé avec les sulfures métalliques, le graphite et certains oxydes métalliques comme la magnétite. L’anomalie se produit le plus souvent au dessus des sulfures métalliques (pyrite, chalcopyrite, pyrrhotite, sphalérite, galène, graphite) et présente une anomalie variant de quelques mV à V, 200 mV étant considéré comme une bonne anomalie. Les potentiels observés sont toujours (ou presque) négatifs. Ces potentiels sont relativement stables dans le temps (à part les telluriques). On doit bien distinguer le potentiel de minéralisation des bruits de fond dus à toutes les autres causes. L’amplitude de ΔV de chacune de ces causes varie beaucoup mais reste en général inférieure à 100mV. Puisqu’ils peuvent être aussi bien positifs que négatifs, ces potentiels ont tendance à s’annuler sur de grandes distances ; mais à une échelle plus grande, il va exister

une régionale. Le bruit de fond le plus inquiétant est dû au

phénomène bioélectrique qui peut atteindre 100 mV, qui est reconnaissable si on fait attention. Peut-on s’en servir comme méthode d’exploration ? Considérant

Par le Prof Gabriel MAKABU

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qu’on peut avoir des ΔV allant jusqu’à 1 V au dessus de minéralisation et que ces ΔV sont stables dans le temps, la réponse est oui.

Les Mécanismes supposés de la P.S. Plusieurs

modèles

sont

proposés

mais

aucun

n’explique

entièrement le phénomène. La meilleure théorie est celle de Sato et Mooney (1960). Ces auteurs supposent qu’il s’agit d’un phénomène d’oxydoréduction (voir figure précédente) : deux réactions chimiques de signes opposés se font de part et d’autre de la nappe phréatique. Au dessus, la tête du gisement agit comme une cathode, il y a une réaction de réduction (gain d’électrons). Au dessous, la base du gisement agit comme une anode où il y a réaction d’oxydation (perte d’électrons). La zone minéralisée ne sert qu’à transporter les électrons de l’anode vers la cathode. D’après le modèle de Sato et Mooney, l’anomalie ΔVmax pour le graphite est de 0,78 V ; 0,73 V pour la pyrite ; et 0,33 V pour la galène. Ce modèle présente certaine lacune. On a déjà rencontré des valeurs de 1,5 V au dessus du graphite. La théorie suppose également que la minéralisation est conductrice, or on a des anomalies au dessus de la sphalérite qui n’est pas un bon conducteur.

La P.S. comme méthode de prospection Grâce à sa grande simplicité, la P.S. est une très vieille méthode. Un dénommé Robert Fox l’a utilisée en 1830 pour trouver l’extension de dépôts de cuivre. Théoriquement, on peut faire des mesures de P.S. avec un équipement aussi simple qu’un voltmètre et deux électrodes. Cependant, afin de s’assurer d’une bonne qualité des données, il faut compter sur un matériel approprié. Le choix des électrodes s’avère de première importance. En effet, la performance des électrodes dépend de leur polarisation et de leur dérive.

Interprétation des résultats L’interprétation se fait traditionnellement par contours ou par profils. L’anomalie est située directement au dessus du corps la générant,

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mais peut être déplacée par un effet topographique. L’interprétation est surtout qualitative. On peut avoir une idée du pendage avec le gradient des courbes de contours. La forme du corps anomal est indiquée par la forme des contours. Par ailleurs, il existe une certaine quantité de courbes types pour des corps de géométries simples (Corwin, 1990). Ces corps simples sont : la source ponctuelle, la ligne horizontale, la sphère, le cylindre, la « feuille » verticale (voir modèles développés en prospection gravimétrique). On se sert de ces courbes types pour les comparer à nos mesures et ainsi déterminer approximativement la forme et la profondeur du corps générateur de notre anomalie.

Désavantages de la méthode On note les désavantages ci-après :  s’il n’y pas de réaction de P.S., on ne détecte rien ;  l’investigation est limitée en profondeur à moins de 60 m ;  l’interprétation quantitative est difficile à réaliser suite au caractère erratique des anomalies.

Conclusion La

P.S.

joue

un

rôle

mineur

en

exploration

(difficulté

d’interprétation et rayon d’investigation limité). Par contre, elle est rapide, économique, et peut être utilisée en association avec une autre méthode.

V.3.1.6. Les mesures en forage (diagraphies) Résistivité en forage Pour les levés dits de type conventionnel, on dénombre quatre configurations de mesure : 1.P.S. ; 2.16’’ normal (sondage normale de 16’’) (figure 34) ; 3.64’’ normal (sondage normale de 64’’) ; 4.Sonde latérale 18’ 8’’ (voir figure 35).

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Calcul de la résistivité vraie (Rt) de la formation La résistivité mesurée dans le forage dépend de la résistivité de la boue en plus de la résistivité de la formation avoisinante. Une série de règles de calcul ont été mises au point pour déterminer Rt.

Figure 34 : Configuration normale

Figure 35 : Configuration sonde latérale

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Applications En prospection pétrolière, les multiples mesures faites en forage permettent de bien caractériser les réservoirs. Par méthodes combinées, on peut évaluer la porosité, la perméabilité, le contenu en hydrocarbures et la géométrie des structures. Ceci se fait à partir des mesures de la résistivité, de densité (diagraphie nucléaire par méthode gamma-gamma), de la P.S., de la radioactivité naturelle, de la température et de la pression. Ces techniques sont applicables en recherche d’eau mais elles demeurent coûteuses, ce qui limite leur utilisation (elles ne sont pas nécessairement rentables). En prospection minière, l’apparition de la Polarisation Provoquée a incité l’utilisation accrue des méthodes électriques en forage pour la caractérisation des gisements. Elles renseignent

sur la dissémination du

minerai et donnent une idée de la distribution (mesures directionnelles). Par ailleurs, les techniques de tomographie sont de plus en utilisées. Elles se font à partir de deux ou plusieurs trous et permettent de reconstruire un modèle 2D ou 3D du sous-sol.

V.3.2. La prospection électromagnétique A. Principe La prospection par champs électromagnétiques artificiels ou naturels porte le nom de prospection électromagnétique.

Les techniques

électromagnétiques peuvent être variées quasiment à l’infini, de sorte qu’il ne peut être question ici que d’en faire ressortir les principes généraux, les avantages, les inconvénients, les limitations. La complexité de phénomènes, et, par conséquent, les difficultés mathématiques d’interprétation y sont bien plus grandes encore que lorsqu’on se sert de courants continus (DC). C’est pourquoi, si les techniques électromagnétiques sont parfois intéressantes, très intéressantes même quand il s’agit d’une reconnaissance rapide, digne « détection » sommaire ou de la simple découverte des zones d’anomalies, l’interprétation quantitative en 1D, 2D et 3D peut devenir très compliquée et loin d’être « intuitive ».

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Autre inconvénient des techniques de prospection électromagnétique : leur profondeur d’investigation est limitée, d’autant plus limitée que la fréquence est plus élevée. Tous les appareils de prospection électromagnétique répondent à une grande variété de conducteur tant naturels qu’artificiels, qui peuvent se classer comme suite : 1. conducteurs superficiels  mort- terrain (terrain marécageux, argileux)  Fonds de lacs et lits de cours d’eau  Formations conductrices (argiles)  Topographie (relief). 2. conducteurs dans la roche en place  Graphite  Sulfures massifs  Magnétite massive  Zone de cisaillements et failles  Péridotite serpentinisée 3. Conducteurs artificiels (anthropiques)  Réservoirs métalliques  Conduites et déchets métalliques  Pipe-lines  Voies ferrées  Lignes à haute tension Les gisements de sulfures exploitables sont très rares. Dans la plupart des cas, il est impossible de distinguer la réponse de ces masses de celles des sulfures stériles ou du graphite en ne faisant appel qu’aux estimés de la conductivité du dépôt. La discrimination entre les différents types de conducteurs se fait à l’aide d’une méthode géophysique complémentaire comme par exemple la gravimétrie, ou par forage pour mettre en évidence l’enracinement de l’anomalie et à quoi celle-ci est liée.

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Lorsqu’une onde électromagnétique (EOM) pénètre dans le sol, elle induit dans les corps conducteurs des courants de Foucault, qui sont déphasés par rapport au champ primaire et se distribuent selon la géométrie des conducteurs. Ces courants induits créent un champ secondaire. Le courant résultant (combinaison des champs primaire et secondaire) est déformé au voisinage des conducteurs : ce sont ces déformations qui sont mesurées à la surface du sol et qui renseignent sur la présence des conducteurs souterrains (couches, amas, filons, failles). Les méthodes EOM nécessitent donc un émetteur (qui créera le champ primaire) et un récepteur (qui permettra de mesurer certains paramètres du champ résultant). L’une des méthodes très utilisées est la VLF (Very Low Frequency) qui recourt aux ondes EOM émises par des stations radios militaires qui veulent envoyer des messages aux sous-marins ne désirant pas faire surface. Pour pouvoir pénétrer dans la mer, ces ondes doivent avoir une fréquence radio très faible 15-25Khz. D’où la profondeur d’investigation ≤ 40m (inconvénient) Néanmoins, les avantages sont:  De ne pas s’occuper de l’émetteur (gain en temps et en personnel)  L’utilisation d’un émetteur lointain : donc pas d’effet source, ce qui facilite l’interprétation des mesures.

B. Stations émettrices :  FUO : 15,1 KHz : à Bordeaux (France),  GBR : 16KHz : à Rugby (Grande-Bretagne),  NAA : 17,8 KHz : à Cutler (USA).

C. Appareillage et fonctionnement : Les appareils sont constitués de :  l’antenne : une partie horizontale (mesure de la composante électrique) et une verticale (composante magnétique) en ferrite entourée de spires,  Le système analogique de traitement des signaux, Par le Prof Gabriel MAKABU

106

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 Un inclinomètre qui permet de corriger la position de l’antenne, donc l’orienter pour mieux capter la station émettrice. Si l’on a une idée sur la direction approximative de l’allongement des corps conducteurs, on choisira une station émettrice dans cette direction et on fera des profils perpendiculaires à cette direction. Sinon faire deux levés avec profils perpendiculaires. Les électrodes seront implantées sur le profil à 5 m de part et d’autre de l’opérateur et alignées en direction de l’émetteur.

.

D. Traitement des données  Cartes isanomales

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107

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 Allure des courbes mesurées et dérivées Courbes dérivées : on transforme le point d’inflexion en un maximum ou minimum plus aisément perceptible (figure 35).

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108

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Figure 36 : Utilisation des courbes dérivées pour la mise en évidence des filons

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109

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V.3.3. Domaines d’application des méthodes électriques et électromagnétiques

A. Exploration indirecte L’objectif poursuivi est de préciser les grandes lignes structurales et

tectoniques

d’une

région

donnée

et

de

délimiter

les

différents

compartiments lithologiques en présence. Les méthodes suivantes sont les mieux indiquées :  sondages électriques et EOM,  cartes électriques et EOM. On peut les exécuter en aéroporté (si les surfaces à explorer sont vastes) ou en prospection pédestre (secteurs plus délimités).

B. Exploration directe a) Recherche de minéraux métalliques : Conducteurs massifs (amas sulfurés de Pb et de Cu) : électrique, EOM, Polarisation spontanée, polarisation provoquée. Minéraux métalliques disséminés dans la roche mère : seule la polarisation provoquée permet de les détecter. b) Recherche de matériaux de construction : Gravier, calcaires, gypse, craie, kaolin. Résistivité : contraste de résistivité entre ces matériaux et les terrains encaissants. De plus des indications précieuses peuvent être fournies sur l’épaisseur

du

recouvrement

stérile

qu’il

faudra

excaver

pour

les

exploitations en carrière. c) Recherche de l’eau : Méthodes électriques : étude des nappes alluviales , des nappes perchées ; recherche des aquifères en terrain cristallin ou volcanique ; limite des invasions salées et des nappes d’eau douce. Les méthodes électriques permettent bien souvent de préciser la morphologie des aquifères, mais également de fournir des renseignements sur leur nature et leur qualité grâce aux relations qui existent entre la résistivité et la porosité. Méthodes sismiques (voir au point V.6.) : structure du sous-sol, porosité et perméabilité des potentiels aquifères. Par le Prof Gabriel MAKABU

110

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d) Etude de génie civil : sondages électriques et cartes de résistivité en courant continu, plus rarement méthode EOM. Ce domaine comprend les études de sites de barrage (cubage des terrains meubles à enlever, allure du toit du bedrock sain, détermination de l’épaisseur de la roche altérée, fissurée et décomprimée, problèmes de fuites au niveau de la retenue,…), l’étude de fondation d’ouvrages d’art ou d’immeubles, étude de tracés de voies ferrées, de routes ou d’autoroutes, y compris des tunnels éventuels.

V.4. Prospection gravimétrique V.4.1. Principe de la méthode A. Notions de base La gravimétrie est une méthode géophysique qui étudie les variations du champ de la pesanteur et qui en déduit les variations de densité du sous-sol. Les variations de densité sont ensuite interprétées en termes de nature (minéraux denses ou non), de structure, de géométrie des terrains. La gravimétrie est basée sur la loi de gravitation universelle de Newton :

F en dynes=f

m. m r2

'

F est la force d’attraction réciproque de deux masses ponctuelles m et m’ distants de r. f est la constante de gravitation universelle et vaut 6,67. 10 -8 Cm2/g s2. Un corps initialement au repos qui fait une chute libre sur la terre tombe à une vitesse moyenne de 980 Cm/s dans la direction verticale. Ce corps connaît une accélération qui est exprimée en gal (1Cm/s 2). Compte tenu des valeurs observées en géophysique, l’unité de mesure la plus couramment utilisée est de 10-3gal (milligal) L’accélération terrestre moyenne est de 980 gals Equateur : 978 gals Pôle : 983 gals, suite à l’aplatissement. Par le Prof Gabriel MAKABU

111

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Cette valeur de g varie en fonction de la latitude et de l’altitude et des discontinuités de terrain. On obtient des anomalies gravimétriques qui peuvent être interprétées. Ces anomalies gravimétriques sont les différentes entre les valeurs de la pesanteur calculées sur l’ellipsoïde, et les valeurs correspondantes réellement mesurées et auxquelles on a fait subir certaines corrections pour les ramener au niveau de cet ellipsoïde. Donc en géophysique, ce ne sont pas les valeurs absolues qui nous intéressent, mais plutôt les valeurs relatives Δg d’un point à un autre. Ce sont les hétérogénéités dans la distribution des densités du sous-sol qui causent des variations de g appelées anomalies gravimétriques locales qui se superposent à l’accélération terrestre normale.

On peut noter le contraste de densité entre l’encaissant et la minéralisation Un excès de masse provoque une anomalie positive. Un défaut de masse provoque une anomalie négative. Pour mieux évaluer ces anomalies il faut travailler dans les mêmes conditions. Un certain nombre de corrections aux valeurs brutes mesurées sur le terrain s’imposent.

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112

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Traitement des données On représente les anomalies de Bouguer en traçant les iso anomales (ou isanomales) c-à-d des lignes d’égales anomalies de Bouguer. Ce document est interprété en termes de variation de densité du sous-sol due parfois à une masse minérale appelée masse causative. L’étude de l’anomalie de Bouguer induite par la masse causative permet d’apprécier la position, les dimensions, la forme et l’orientation de cette masse

Influences des caractères pétrographiques sur la densité des roches du sous-sol a. composition : les roches du SIMA (manteau) sont plus denses que celles du SIAL (croûte) b. texture : les roches solidifiées en profondeur sont plus denses que

celles

consolidées

en surface

(refroidissement

rapide

laissant des vides) c. minéralisation : les minéraux métalliques sont plus denses que les minéraux transparents constituant la gangue d. porosité et fracturation : elles diminuent la densité des roches suite aux vides qu’elles génèrent. e. métamorphisme : par pression elle augmente la densité des roches.

Lois de l’attraction universelle Première loi de Newton Deux particules de masse m1 et m2 séparées par une distance r sont attirées l’une vers l’autre par un force F telle que : →

F =−

Gm1 m 2 r2 1

→

r1 →

r1

Où F est la force appliquée sur la masse m 2,

, le vecteur

unitaire (voir figure ci-dessous), r 1, la distance entre les masses m 1 et m2, et G, la constante universelle de la gravité, r1 et G sont données par : →

r √

2

2

2

| 1|= ( x 2−x 1 ) + ( y 2 − y 1 ) + ( z2 −z 1 ) G = 6,67 X 10−8 dyne cm 2 / g2 CGS = 6,67 X 10−11 Nm2 / kg 2 SI

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113

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Figure 37 : Détermination de la force dans le plan X-Y-Z Deuxième loi Newton Il faut appliquer une fois F à une masse m pour lui faire subir une accélération α. Ceci se traduit par la relation : →

→

F=ma L’accélération d’une masse m à la surface du sol s’exprime donc par : →

a =−

GM T R2T

→

→

r =g

Où MT est la masse de la terre (5,977 X 10 24kg) et RT le rayon moyen de la terre (6370 Km).

g est dite « accélération de la gravité » et vaut

en moyenne 9,81 m/S2. En l’honneur de Galilée, on a nommé l’unité d’accélération gravitationnelle de gal avec :

1 gal =1 cm/ S2 =10−2 m/ s 2 1 mgal=10−3 gal=10−5 m/ s 2

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114

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La précision d’un gravimètre d’exploration est de l’ordre de 0,01 mgal (10-7 m/s2). Les gravimètres pour les études géodynamiques ou géotechniques sont sensibles au µgal, soit 10 -8 m/s2, environ le milliardième de g. B. Une référence pour la terre B.1. Une ellipsoïde de révolution : le sphéroïde Pour prédire le champ gravitationnel de la terre en tout point, sa forme et ses variations de densité doivent être connues. A cause de sa rotation, la terre n’est pas sphérique. Sa forme peut être approximée par un ellipsoïde de révolution quelques fois appelé sphéroïde et caractérisé par son coefficient d’aplatissement :

R eq−R po Req

=

1 298 ,247

Où Req est le rayon de la terre à l’équateur (6378,138 Km) et R po le rayon de la terre au pôle. Sur l’ellipsoïde, la gravité de référence go pour un point de latitude φ est (formule » acceptée depuis 1967 par l’Union International de Géologie et de Géophysique (I.U.G.G.) :

gth ( ϕ )=9, 7803 [ 1+5,2789 X 10−3 sin 2 ϕ+23 , 462 X 10−6 sin 4 ϕ ] C. Densité des roches Les tableaux 11-14 ci-dessous donnent un ordre de grandeur des

densités

pour

les

roches

magmatiques,

sédimentaires

et

métamorphiques. Les tableaux 15-16 traitent des densités moyennes des minéraux. On y note une grande hétérogénéité des valeurs.

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115

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Tableau 11: Densité des roches ignées (g/cm3) Type de roche

Intervalle

Moyenne

Type de roche

Intervalle

Moyenne

Rhyolite vitreuse

2,20-2,24

2,24

Diorite quartzeuse

2,62-2,96

2,79

Obsidienne

2,20-2,40

2,30

Diorite

2,72-2,99

2,79

Vitrophyre

2,36-2,53

2,44

Laves

2,80-3,00

2,85

Rhyolite

2,35-2,70

2,52

Diabase

2,50-3,20

2,91

Dacite

2,35-2,80

2,58

Essexite

2,69-3,14

2,91

Phonolite

2,45-2,71

2,59

Norite

2,70-3,24

2,92

Trachyte

2,42-2,80

2,60

Basalte

2,70-3,30

2,99

Andésite

2,40-2,80

2,61

Gabbro

2,70-3,50

3,03

Néphéline- Syénite

2,53-2,70

2,61

Hornblende-Gabbro

2,98-3,18

3,08

Granite

2,50-2,81

2,64

Péridotite

2,78-3,37

3,15

Granodiorite

2,67-2,79

2,73

Pyroxénite

2,93-3,31

3,17

Porphyre

2,67-2,89

2,74

Ignées acides

2,30-3,11

2,61

Syénite

2,60-2,95

2,77

Ignées basiques

2,09-3,17

2,79

Anorthosite

2,64-2,94

2,78

Tableau 12 : Densité des roches métamorphiques (g/cm3)

Type de roche

Intervalle

Moyenn e

Type de roche

Intervalle

Moyenn e

Quartzite

2,50-2,70

2,90

Serpentine

2,40-3,10

2,78

Schiste

2,39-2,90

2,64

Ardoise

2,70-2,90

2,79

Grauwacke

2,60-2,70

2,65

Gneiss

2,59-3,10

2,80

Granulite

2,52-2,73

2,74

Schiste à chlorite

2,75-2,98

2,87

Phyllite

2,68-2,80

2,75

Amphibolite

2,90-3,51

2,96

Marbre

2,60-2,90

2,77

Eclogite

3,20-3,51

3,37

Ardoise quartzique

2,63-2,91

Métamorphique

2,10-3,10

2,71

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116

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Tableau 13: Densité des roches sédimentaires (g/cm 3) Type de roche

Intervalle

Moyenne

Grès

1,61-2,76

2,32

Schiste argileux

1,71-2,45

2,42

Calcaire

1,93-2,90

2,54

Dolomie

2,36-2,90

2,70

Tableau 14 : Densités des matériaux rocheux typiques (g /cm3) Roches ignées Roche Granite

Nombre d’échantillons

Intervalle

155

2,516-2,809

Granodiorite

11

2,668-2,785

Syénite

24

2,630-2,899

Diorite

13

2,721-2,960

Norite

11

2,720-3,020

Gabbro

27

2,850-3,120

Diabase

40

2,804-3,110

Péridotite

3

3,152-3,276

Dunite

1

3,289

Pyroxénite

8

3,10-3,318

Anorthosite

12

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2,640-2,920

117

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Tableau 15: Densités des minéraux (g/cm3) Minéral

Intervalle

Moyenne

Cuivre

-

8,7

Argent

-

10,5

Or

-

-

Minéral Intervalle Sulfures, Arséniures Sphalérite 3,5-4,0

-

Covellite

-

Malachite

-

15,6-16,4 Oxydes, carbonates Limonite 3,5-4,0

3,78

-

Chalcopyrite

-

Sidérite

3,7-3,9

3,83

-

-

Rutile

4,18-4,3

4,25

-

Manganite

4,2-4,4

-

Chromite

-

-

-

Moyenne 3,75 3,8

3,9-4,03

4,0

4,1-4,3

4,2

Stannite

4,3-4,52

4,4

-

Stibnite

4,5-4,6

4,6

4,32

-

Pyrrhotine

4,5-4,8

4,65

4,3-4,6

4,36

-

Molybdénite

4,4-4,8

4,7

Ilménite

4,3-4,6

4,67

-

Marcassite

4,7-4,9

4,85

-

Pyrolusite

4,7-5,0

4,82

-

Pyrite

4,9-5,2

5,0

-

Magnétite

4,9-5,2

5,12

-

Bornite

4,9-5,4

5,1

-

Franklinite

5,0-5,22

5,12

-

Millérite

5,3-5,65

5,4

-

Hématite

4,9-5,2

5,18

-

Charballite

5,5-5,8

5,65

-

Cuprite

5,7-6,15

5,92

-

Cobalite

5,8-6,3

6,1

-

Cassitérite

5,8-7,1

6,92

-

Arsénopyrite

5,9-6,2

6,1

-

Wolframite

7,1-7,5

7,32

-

Smaltite

6,4-6,6

6,5

-

Uraninite

8,0-9,97

9,17

-

Bismuthinite

6,5-6,7

6,57

-

Argentite

7,2-7,36

7,25

-

Niccolite

7,3-7,67

7,5

-

Galène

7,4-7,6

7,5

-

Cinabre

8,0-8,2

8,1

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118

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TABLEAU 16 : Densités des minéraux non métalliques et des minéraux divers

Type

Intervalle

Neige

Moyenn e

-

0,125

pétrole

0,60-0,90

Glace Eau de mer

Type

Intervalle

Moyenn e

Gypse

2,20-2,60

2,35

-

Bauxite

2,30-2,55

2,45

2,88-0,92

-

Kaolinite

2,20-2,63

2,53

1,01-1,05

-

Orthoclase

2,50-2,60

-

-

1,05

Quartz

2,50-2,70

2,65

Asphalte

1,10-1,20

-

Calcite

2,60-2,70

-

Lignite

1,10-1,25

1,19

Talc

2,70-2,80

2,71

Houille grasse

1,20-1,50

1,32

Anhydrite

2,90-3,00

2,93

Anthracite

1,34-1,80

1,50

Biotite

2,70-3,20

2,92

-

1,50

Magnésite

2,90-3,12

3,03

Carnallite

1,60-1,70

-

Fluorine

3,01-3025

3,14

Soufre

1,90-2,10

-

Epidote

3,25-3,50

-

Craie

1,53-2,60

2,01

Diamant

-

3,52

Graphite

1,90-2,30

2,22

Barite

4,30-4,70

4,47

Zircon

4,00-4,90

4,57

Tourbe

Brique

V.4.2. Les données gravimétriques : Corrections et références Afin d’obtenir les variations du champ gravitationnel dues à des causes géologiques, il est nécessaire de corriger nos lectures de toutes les autres causes extérieures pouvant les influencer (dérive de l’appareil, marée, ellipticité de la terre….) A. Correction de dérive Par cette correction, on tente d’éliminer l’influence apportée sur les mesures par les marées (figure 38) et la fatigue de l’instrument.

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119

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Figure : Marées gravimétriques Dans ce but il est nécessaire de suivre un certain cheminement entre les stations de lectures. Dans la pratique on fait une série de mesures en suivant un cheminement en boucle : la série débute habituellement en un point donnée et se termine à ce même point (figure). Le point de départ de la boucle est normalement relié à une station de base.

Figure 39 : Mesures en boucle En général, les mesures du début et de la fin à la station de base ne sont pas semblables. Cette différence, appelée dérive, est due en partie au gravimètre, et en partie à la marée lunaire. Les valeurs mesurées sont donc entravées d’erreurs puisqu’une de leurs composantes provient de la dérive et ne reflète pas

un changement dans les valeurs dz.g dû à des

hétérogénéités du sous-sol. La correction est faite en supposant que la dérive est linéaire dans le temps. Donc si on est passée à la station de base aux temps T 1 et T2 et que les valeurs mesurées étaient respectivement V1etV2, le taux de dérive TD est défini par :

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120

COURS DE PROSPECTION MINIERE

TD=

V 2 −V 1 T 2 −T 1

Lorsque la dérive est positive, c’est que les mesures ont été surestimées, il faut donc les diminuer. La correction est faite en supposant que la dérive est linéaire dans le temps. La correction de dérive sera négative. Inversement, dans le cas où la dérive est négative, les mesures sont sous-estimées et la correction devra être positive. Ainsi

toute valeur V prise au temps T (où T 1 ≤T≤T2) est corrigée

par la formule suivante :

v cor =V lu−

[ ]

v 2 −V 1 X ( T −T 1 ) T 2 −T 1

Statio

Lectur

Temp

n

e

s

1

1032,1

12h15

2

12h20

3

12h25

4

12h31

5

12h35

6

12h39

1

1031,0

13h05

Exemple : le taux de dérive est :

TD=

1031 , 0−1032 , 1 1,1 =− =− 0, 022 div. /minutes 133 h 05−12h 15 50

Donc, pour la lecture de la station 4, prise 16 minutes après la 1ère lecture de la station 1, la correction est de :

16 X (−0,022 )=− 0,352 div .≈ −0,4 div Station

Temps

Lectur

BL1

8h50

1027,9

BL2

8h53

BL3

8h56

BL4

9h00

…

…

BL10

10h00

e

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121

COURS DE PROSPECTION MINIERE BL12

10h30

1028,7

La dérive est de 1,1 division (1032,0-1030,1+1027,9), et le taux de correction est de 0,011 div/minute (1,1/1h40). La correction de niveau vaut 2,2 div. (1030,1-1027,9). Ainsi pour la station BL1 (2ème journée) :

V cor = 1027 , 9+0,011 X 0+2,2 = 1032 ,1 ≡ M 1 Et pour la station BL2 (2ème journée) : 10h30’ - 8h50’ = 100’

V cor = 1028 , 7+0, 011 X 100+2,2 = 1030 , 0 ≡ M 2 B. Correction de latitude Cette correction tient compte des variations de g avec la latitude dues à la rotation de la terre et à son aplatissement. A partir des mesures géodésiques mondiales, on sait que la terre est un ellipsoïde de révolution presque parfait. Sur cette surface, le champ gravitationnel peut être décrit par l’équation suivante (IUGG.1967) :

gth ( ϕ )=978 , 03 [ 1+5, 2789 X 10−3 sin2 ϕ+23 , 462 X 10−6 sin 4 ϕ ] gals Où gth(φ) est la valeur du champ au point de latitude géocentrique φ. La correction ΔL pour un déplacement dl suivant un méridien est donc :

ΔL =

dg th ⋅ dl dl

Avec

dl= R ( ϕ ) dϕ ≈ R e dϕ Où Re est le rayon équatorial de la terre (6378 km). Finalement,

Δ L =0, 081 dl sin 2 ϕ mgal/100 m: ( N → S ) L’équation est linéaire (i.e. φ = Constante) sur une distance d’environ 1,5 km. Comme gth est plus fort aux pôles qu’à l’équateur, il faut additionner ΔL (correction positive) pour un déplacement N→ S. Il convient de noter que pour obtenir une précision acceptable, on doit chercher à positionner les différentes stations avec une précision d’une dizaine de

Par le Prof Gabriel MAKABU

122

COURS DE PROSPECTION MINIERE

mètres (par exemple à partir de photos - aériennes). Pour une précision de 0,01 mgal, il faut connaître à ± 10m la distance entre 2 stations séparées de 100m si φ = 45°. Il est à noter que les corrections sont positives lorsque les stations se localisent au sud de la ligne de référence et négative pour celles se situant au nord. Aucune correction n’est apportée pour un cheminement est-ouest. Dans un levé local, les corrections ne sont pas calculées pour chacune des stations à partir de la formule générale ; mais sont plutôt déterminées à partir d’une grille proprement graduée. Par exemple, supposons un levé de gravimétrie à effectuer autour de la latitude géographique 48°44’ N. L’échelle des cartes de travail est de 1 : 2000 (20m/cm) et nos stations de mesure sont espacées de 25m. Dans un premier temps, il faut convertir la latitude géographique en latitude géocentrique. Pour cela, on utilise la figure suivante.

On a θ = 48°44’, ce qui donne une correction de 0,192. Alors, φ = 48,733 – 0,192 = 48,541. On trouve alors la correction de latitude correspondante, soit :

Δ L =0, 081 dl sin ( 2 ϕ ) =0, 08038 dl mgal/100 m ( N →S ) Ainsi, chaque déplacement de 1,25 cm du nord vers le sud (N→ S) entraînera une correction de 0,02 mgal (0,08038 X 25). La grille peut donc

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être graduée en multiples de 0,02, la correction zéro étant affectée aux stations se trouvant à la latitude 48°44’N (voir figure suivante).

C. Correction d’altitude Les lectures d’un levé gravimétrique ne sont pas forcément prises au-dessus d’un terrain plat. Or plus on se rapproche du niveau de référence, plus g augmente. Les mesures obtenues présentent donc des variations qui ne sont dues qu’à la position de la station de mesure et non pas à des hétérogénéités du sous-sol. Il faut donc corriger les mesures. Puisque

gr =

Gm r2

Où r est le rayon de la terre au niveau de référence, si on déplace d’une hauteur h par rapport à ce niveau de référence, alors

gh =

Gm = ( r +h )2

Gm

[ ( ) ( )]

r 2 1+ 2

h h + r r

2

Puisque l’on a r » h, alors :

(

Gm 1 − gh =

r

2

2h r

)= g − 2 h g r

Et donc

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r

r

124

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gh −gr = − 2

h gr r

En prenant r comme rayon moyen, la correction à faire est donnée par (h positif vers le haut) :

Δ h=0,3086 h mgal/m ; ( h> 0 ) Donc Δh est positif si on est au-dessus du référentiel et négatif si on est en dessous. Pour une précision d’environ 0,01 mgal, il faut connaître à ± 3 cm la hauteur de la station par rapport au référentiel. D. Correction de plateau La correction de plateau tient compte de la masse comprise entre le référentiel et la station de mesure. Pour une tranche de hauteur h, l’attraction est donnée par :

Δ p= 2 π G ρ B h Où G = constante universelle de la gravitation et ρB est la densité présumée de la coûte terrestre (ρB =2,67 g/cm3 en moyenne). Comme Δp augmente lorsque h augmente, il faut soustraire Δp lorsque h>0 et donc : Δ p =− 0,04191 ρ B h mgal / m ; ( h > 0 ) Il faut connaître précisément l’évolution de l’appareil à chaque station (h = ± 10 cm) si on veut une précision de ± 0,01 mgal. Le plus souvent, on combine la correction d’altitude et la correction de plateau pour obtenir ce que l’on appelle alors la correction de Bouguer (attention, ceci n’est pas l’anomalie de Bouguer) :

Δ hB=( 0,3086 − 0, 04191 ρ B ) h mgal /m ; ( h >0 ) Si l’on choisit ρB = 2,67 g/cm3, on obtient :

Δ hB= 0,197 h mgal /m ; ( h >0 )

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E. Anomalies Bouguer L’anomalie de Bouguer est : ΔgB = Δg (observée) ± les 5 corrections 1- Correction de dérive de l’appareil 2- Correction de latitude ΔL = 0,081 sin 2φ mgal/100m 3- Correction d’altitude Δh = 0,3086 h mgal/m 4- Correction de plateau ΔB = - 0,04191 ρBh mgal//m 5- Correction de terrain ΔT où h est positif si la station est au-dessus du référentiel et négatif en-dessous et

Δg observée=g observée − g ref Remarque : Le gravimètre ne donne pas une valeur absolue de g, mais une valeur relative.

Δg B=g observée ± Δg − g ref V.4.3. Instrumentation et traitement Il y a deux types de mesures : absolues et relatives. A. Mesures absolues : Pendule Corde vibrante Le principe de la corde vibrante est de déterminer la fréquence de résonance entre d’une part la corde soutenant la masse m et le circuit (solénoïdes) électrique, cette fréquence étant proportionnelle à g. Chute libre B. Traitements Séparation régionale – résiduelle L’anomalie de Bouguer peut provenir de plusieurs niveaux : 1. grande

profondeur :

ex. :

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variations

du

socle

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métamorphique ; 2. profondeur moyenne : ex. : lentille de sel à l’intérieur d’une colonne sédimentaire ; 3. faible profondeur : variations de l’épaisseur du mort terrain. Plus la source est profonde, plus l’anomalie est évasée (voir figure ci-dessous).

Une fois toutes les corrections appliquées, on obtient une carte de l’anomalie de Bouguer qui démontre en général deux caractéristiques (l’anomalie de Bouguer représente la somme de tous les corps sous la surface) : 1. Des variations du champ gravitationnel régulières et continues sur de grande distance appelées variations régionales. 2. Superposées

à

ces

variations

régionales,

et

souvent

masquées par celles-ci, on observe de petites perturbations locales du champs gravitationnel qui sont secondaires en dimensions mais primordiales. Selon le but du levé, il faut : 1. Lisser les effets de sources profondes et les soustraire pour obtenir les anomalies de surface (résiduelle). 2. Lisser et enlever les effets de surface pour ne retenir que les effets de profondeur (régionale). Les anomalies dites résiduelles, sont surtout produites par des hétérogénéités situées dans la partie supérieure de l’écorce terrestre. Ce sont souvent le résultat de minéralisation ou de réservoirs. Afin de pouvoir observer ces anomalies, il est nécessaire de soustraire l’anomalie régionale de nos données. Pour séparer la régionale et la résiduelle, on peut soit :

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127

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faire un lissage graphique sur le profil ;

-

faire un lissage graphique sur les lignes de contours ;

-

calculer la régionale analytiquement ou appliquer un filtre (généralement par ordinateur) ;

-

calculer l’effet de la source à éliminer si sa géométrie et sa densité sont connues afin de le soustraire à l’anomalie de Bouguer (modélisation).

V.5. Prospection magnétique A. Principe La prospection magnétique est fondée sur l’interprétation des anomalies du champ magnétique terrestre décelant la présence dans le sous-sol des roches ± aimantées grâce à leur susceptibilité magnétique. Elle

s’adresse

aux

substances

ferromagnétiques

car

la

susceptibilité des matériaux para ou diamagnétiques est faible. La magnétite (Fe3O4), l’Ilménite (Fe Ti O3), la Pyrrothite (FeS) jouent un rôle prépondérant dans le ferromagnétisme des roches naturelles. Elles sont présentes dans toutes les roches du socle cristallin, dont l’aimantation est fonction de la proportion de magnétite incluse. La plupart de roches sédimentaires peuvent être considérées comme amagnétiques. Les roches basiques ou ultrabasiques se prêtent mieux à cette méthode. On peut y mettre en évidence le chrome, le nickel, le diamant, le platine. La prospection minière s’intéresse à des anomalies intenses et très localisées, d’origine peu profonde. La prospection structurale ou indirecte s’intéresse aux variations du socle cristallin ou encore à l’épaisseur des sédiments qui le recouvrent.

B. Appareillage Actuellement avec le progrès en matière d’appareillage, les variomètres à aimant, tels la balance de schmidt, sont supplantés par les magnétomètres électromagnétiques (« vanne de flux ») et surtout à résonance nucléaire ou à pompage optique.

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C. Applications in situ Le champ magnétique, comme le champ gravimétrique, n’est pas constant. Il connaît des variations séculaires, saisonnières et journalières (diurnes

surtout).

Seules

les

variations

journalières

intéressent

le

prospecteur. Elles sont éliminées en utilisant deux appareils, dont l’un fixe et l’autre mobile. La station fixe détermine les variations journalières du champ magnétique tandis que la station mobile fait la campagne de prospection.

Si on n’a qu’un seul appareil, il vaut mieux prélever les valeurs du champ magnétique sur tout le terrain tout en rentrant de temps en temps à la base (station fixe).

D. Dépouillement et traitement des données Le dépouillement des enregistrements, le traitement, le report des résultats ainsi que le tracé des courbes sont réalisés de façon automatique. Actuellement, même l’interprétation est confiée à l’ordinateur. A partir des mesures de la susceptibilité magnétique, on dresse une carte en reliant les points de même valeur. Les courbes obtenues sont dites isanomales ou isoanomales entourant le corps conducteur comme tracé à la figure 40.

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Figure 40 : Corps conducteur et courbe isoanomale l’entourant Plus les contours sont moins étalés, c'est-à-dire rapprochés, plus la pente est forte, plus la différence de susceptibilité magnétique est forte, donc il existe une anomalie. Les mesures de la susceptibilité magnétique sont comparées aux valeurs bibliographiques (tableau 17) pour une meilleure interprétation : Tableau 17 : Susceptibilité magnétique de quelques roches ROCHE ou MINERAL

k.106, unité e.o.m. CGS

Magnétite Pyrrhotite Ilménite Serpentine Péridotite Granite Grès Dolomie

300.000-800.000 125.000 135.000 14.000 12.500 2370 16,8 14

La méthode magnétique est actuellement aéroportée et sert surtout en prospection préliminaire. Elle peut servir dans la recherche indirecte de cuivre et de l’or associés aux minéraux ferrugineux (figure 41). La figure 42 présente quelque cas d’anomalies magnétiques observées et leurs sources causatives.

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Figure 41 : Recherche indirecte des gisements de cuivre associé au fer

Figure 42 : Quelques cas d’anomalie observés

V.6. Prospection sismique V.6.1. Principe La prospection sismique est basée sur l’étude de la propagation des ondes provoquées par un ébranlement du sol provoqué par exemple en utilisant un peu d’explosif ou en tapant sur le béton ou une plaque de métal avec un gros marteau. Le temps nécessaire pour qu’un ébranlement provoqué en un point atteigne un récepteur dépend de la nature des caractéristiques des roches considérées.

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Les ondes provoquées par un ébranlement sont de 3 types :  ondes de surface (Rayleigh)  ondes longitudinales ou primaires (de compression)  ondes transversales ou secondaires (de cisaillement) Ces ondes sont élastiques, c'est-à-dire elles peuvent être réfractées, réfléchies. On a donc ainsi deux types de sismique, l’une qui exploite les ondes réfractées, l’autre l’onde réfléchie.

Loi de Descartes

Sin i V 1= Sin r V 2 V2 Sin i = Sin r V1 On considère souvent que les différentes couches du sous-sol sont homogènes et isotropes. -

Le

dispositif

sismique,

constitué

par

les

points

d’ébranlements et les récepteurs, est rectiligne. Les ondes résultant d’un ébranlement produit en E peuvent suivre 4 sortes de trajets pour attendre les récepteurs :

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 un trajet direct, longeant la surface du sol,  des trajets réfléchis au contact des deux terrains,  des trajets subissant la réfraction totale et suivant, sur une certaine distance, le toit du second terrain,  des trajets diffractés au toit de l’interface. Les contacts (ou interfaces) sur lesquels les rayons sismiques se réfractent totalement ou se réfléchisseent, constituent des marqueurs sismiques. Les couches temps-distance relatives aux trajets réfractés et réfléchis sont appelées respectivement dromochronique et indicatrice. Les équations des couches temps-distances correspondant aux 4 sortes de trajets possibles sont : -

trajet direct :

t= -

EG 1 V1

=

X V1

trajet réfléchi :

2

2 EF X X t= = avec 2 EF 2 = + e 2 V1 V1 4 Soit t 2 = -

4 EF 2 = V2 1

4

(

X2 + e2 4 V2 1

)= X

2

+ 4 e2 V2 1

trajet réfracté :

t=

X 2 e Cos i + V1 V 21

Le tableau 18 aligne un ordre de grandeur de la vitesse des ondes sismiques dans quelques roches cohérentes.

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Tableau 18 :Vitesse de propagation des ondes longitudinales dans quelques roches cohérentes Roches

Vitesse en m/s

Remblais

100-600

Limon sec

300-600

Limon humide

750-1300

Argile

400-1800

Sable sec

200-1500

Sable humide

1000-1900

Gravier sec

500-1200

Gravier sous nappe

1300-2300

Schiste

1870-4500

Grès

2200-3500

Calcaire

3100-3500

Granite

4700-5600

Basalte

5000-5600

Vases

200-600

Marnes et craies Air

2000-3000 330

Eau douce

1450

Glace (Eau de mer)

3200

V.6.2. Les méthodes sismiques La sismologie est la branche la plus développée de la géophysique. De fait, la sismologie est née de l’étude des tremblements de terre (seismos : tremblement, choc en grec) pour déterminer les causes et les effets de ce phénomène naturel catastrophique. Depuis, le domaine s’est développé surtout sous l’impulsion de l’exploration économique du pétrole, et maintenant ce champ d’étude couvre un spectre très large de mouvements du sol depuis les tremblements de terre jusqu’au très faibles pulsations séismiques. Les méthodes sismiques peuvent être divisées en deux groupes en fonction de la source d’énergie utilisée :

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1. sismologie lorsque l’énergie provient de secousse naturelles (tremblement de terre, volcan) ; 2. sismique (ou « sismologie induite ») lorsque l’énergie est obtenue

d’une

explosion

ou

d’une

source

provoquée

(explosifs, vibrateurs). Parfois cette division est arbitraire (ex : explosions nucléaires). Les champs d’application sont : - sismologie : étude des tremblements de terre ; - séismotectonique ; - sismique : surtout pour l’exploration, mais aussi pour le génie civil.

V.6.2.1 Caractéristiques des élastiques solides Les méthodes sismiques reposent sur le principe de la propagation des ondes (déformation du milieu) dans un milieu élastique. Les ondes sismiques se propagent dans les matériaux comme des patrons de déformation de particules à travers les matériaux avec des vitesses qui dépendent de leurs propriétés élastiques et de leurs densités. Pour démontrer la nature de cette dépendance, nous décrivons les déformations en terme des forces qui les causent, définissant deux concepts importants, la contrainte et la déformation (stress et strain en anglais). Les relations entre contrainte et déformation pour un matériau particulier permettent de décrire

les

propriétés

élastiques

de

ce

matériau,

ainsi

que

les

caractéristiques (tel que la vitesse) des ondes qui s’y propagent. On considérera le cas d’une onde se propageant dans un milieu élastique, homogène et isotrope. Un milieu est homogène lorsque ses propriétés sont les mêmes partout dans l’espace, et isotrope lorsque des propriétés sont uniformes selon la direction. La propagation dépend donc des propriétés ou constantes élastiques du milieu (et de leur distribution). Par ailleurs, sous l’action d’une contrainte, un matériau est déformé. La déformation est élastique si le corps reprend sa forme initiale lorsque la contrainte est retirée.

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Les constantes élastiques mettent en relation contrainte (force) et déformation : - contrainte : force par unité de surface (F/A) N/m2 ; - déformation : déformation unitaire

ΔL ΔV ou l V A

l’intérieur

des

limites

d’élasticité,

la

contrainte

est

proportionnelle à la déformation (loi de Hooke). Quelques définitions Module de Young ou module d’élasticité (E)

E=

F/A contra int e uniaxiale = Δl /l déformation parallèle à la contra int e

Avec F/A=P Module d’élasticité volumique (K) : les contraintes hydrostatiques P dans les trois axes orthogonaux entraînent un changement de volume

K=

ΔV .

contra int e volumique F/ A P = = déformation volumique ΔV /V ΔV /V

1/K est appelé compressibilité Module (d’élasticité) de cisaillement ou de rigidité () Mesure du rapport contrainte/déformation dans le cas d’un cisaillement simple tangentiel. Déformation sans changement de volume.

μ=

P P = Δl /l φ

Ø est l’angle de déformation * Coefficient de Poisson () :  est la mesure du changement géométrique dans la

forme du corps élastique (dans les directions

orthogonales à la direction de la contrainte)

ΔW déformation transversale W σ= = déformation longitudinale Δl l

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 est toujours inférieur à 0,5. Pour la plupart des roches,  ≈ 0,25. Le coefficient de Poisson est relié au module de Young par la 2ème constante de Lamé, qui vaut par définition :

λ=

Eσ ( 1+ σ ) (1−2 σ )

Les constantes élastiques sont indépendantes deux par deux.

K=

E 3 ( 1−2 σ )

μ=

E 2 ( 1+ σ )

E= σ=

9 Kμ 3 K +μ

3 K −2 μ 6 K +2 μ

B.2.2.2 Les types d’ondes sismiques Il existe deux grands types d’ondes : les ondes de volume (ondes P et S) et les ondes de surface : ondes de Rayleigh figure 42 et de Love (figure 43). Ondes de compression (P) - Dans ce cas, le mouvement des particules consiste en une alternance de condensation et de raréfaction pendant lesquels les particules adjacentes se retrouvent plus près et plus loin les unes des autres. - Un impact soudain sur un point à l’intérieur d’un milieu élastique

homogène

infini

produit

une

région

de

compression qui se déplace loin du point d’application sous une forme sphérique. Derrière cette zone de compression, on retrouve une autre coquille sphérique représentant une zone de raréfaction et à peu près égale à celle séparant les deux premières zones, une autre zone de compression.

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Figure 42: Onde de Rayleigh - Dix (1952) a montré qu’une compression initiale des particules est suivie d’au moins une raréfaction et d’une autre

compression avant que l’état statique premier des

particules ne soit retrouvé. - La vitesse de déplacement des fronts de compression/ raréfaction est donnée par

v p=

√

E (1 − σ ) σ (1 − 2 σ ) (1 + σ )

Ondes de cisaillement (S) - Le déplacement des particules est toujours perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde ; - Leur vitesse est

v S=

√

E ρ 2 (1 + σ )

- On note que VP > VS. Pour la plupart desroches consolidées, le ratio VP/VS ≈ 1,5 – 2,0. Par exemple, si le coefficient de Poisson σ = 0,25, VP/VS = 1,73 et VP/VS = 0,58. De plus, comme ρ ne varie pas plus que par un facteur de 2 dans la roche usuelle et que σ ne varie pas beaucoup, on voit que V P et Vs dépendent essentiellement de E. -

Puisque les déformations par cisaillement ne sont pas Par le Prof Gabriel MAKABU

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possibles dans les liquides, les ondes de cisaillement ne se propagent pas dans les liquides. - On pense que le noyau extérieur de la Terre est liquide parce qu’il ne transmet pas les ondes de cisaillement de terre. Ondes de Rayleigh - elles voyagent le long de la surface libre d’un matériau solide. - Le mouvement des particules suit une trajectoire elliptique rétrograde et se fait dans un plan vertical. - L’amplitude du mouvement décroît exponentiellement avec la profondeur. - Leur vitesse est d’environ 9/10 de VS dans le même matériau. - Leur vitesse varie aussi en fonction de la longueur d’onde (dispersion). - Elles constituent la composante principale du ground roll

Figure 43: Onde de Love

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Ondes de Love - Elles sont observées seulement lorsqu’il y a une couche de basse vitesse recouvrant un substratum de vitesse plus élevée. - Elles se propagent par multiples réflexions entre le sommet et le plancher de la couche de basse vitesse. - Ce sont des ondes de surface dont le mouvement est horizontal et perpendiculaire à la direction de propagation. - Elles montrent de la dispersion. - Puisque leur mouvement est horizontal, elles ne sont pas enregistrées lors de levés sismiques puisque la plupart des géophones ne répondent qu’aux mouvements verticaux.

V.6.2.2. Les méthodes sismiques Ces procédés consistent à produire des ondes élastiques dans le sol en faisant détoner, au voisinage de la surface, des charges d’explosifs très brisants. En se propageant vers la profondeur ces ondes élastiques traversent des milieux de constantes mécaniques différents et, aux limites entre ceux – ci, elles sont en partie transmises. Ces phénomènes sont vrais aussi bien pour

les ondes longitudinales, ou ondes de compression, que

pour les ondes transversales. Chacun de ces types d’ondes engendre à son tour, en passant d’un milieu à un autre, à la fois des ondes longitudinales qui se transmettent. Au bout d’un certain temps de parcours, il en résulte une

réelle

complexité.

Heureusement,

les

ondes

longitudinales

se

transmettent à une vitesse plus grande. En général, ce sont les seules dont on tient compte dans les calculs et les interprétations. A. La méthode par réfraction Une comparaison simple consiste à assimiler les normales aux fronts d’ondes élastiques à des rayons lumineux. La vitesse de propagation des ondes augmente avec la profondeur : V.1. < V.2. < V.3. (D’après Heiland). Par le Prof Gabriel MAKABU

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Leur propagation suit des lois comparables à celles de l’optique géométrique. Toute onde, en passant d’un milieu dans lequel elle se propage à la vitesse V1 à un milieu dans lequel elle progresse à la vitesse V 2, subit une réfraction qui obéit à la loi connue :

V1 sin i = sin r V2 Lorsque l’angle d’incidence dépasse une valeur critique, l’onde est doublement réfractée. Une onde ayant un parcours plus profond et une vitesse plus grande peut, après une double réfraction, atteindre un point de la surface du sol plus rapidement que l’onde qui s’est transmise en surface. La technique consiste à mesurer l’espace de temps qui s’est écoulé entre le moment de l’explosion et de l’arrivée de l’onde en une série de points situés sur un profil, à la surface du sol. On dispose le long de ce profil des géophones ou sismographes qui vibrent dès qu’ils sont atteints par une onde. On réalise le système de sismographe le plus simple en suspendant au bout d’un ressort un petit solénoïde qui oscille autour d’un aimant permanent. Le courant engendré par la vibration du solénoïde dans ce champ magnétique est transmis, par des câbles électriques,

à un amplificateur et, de là, à un galvanomètre

vibrant muni d’un petit miroir sur lequel tombe un faisceau lumineux. Les déplacements de ce rayon traduisent sur un papier photographique, qui se déroule à vitesse constante selon les mouvements de chaque galvanomètre. Il y a autant de circuits que de géophones. En même temps, un dispositif spécial commandé, par exemple, par un diapason permet de fixer sur le papier photographique des traits perpendiculaires au déplacement du film, traits qui servent à la mesure du temps. On peut alors construire un diagramme sur lequel on porte, en abscisses, à une échelle convenable, les distances entre le point d’explosion et les endroits où l’on a déposé les géophones ; en ordonnées, l’on parle les intervalles de temps. Le diagramme que l’on obtient est une ligne brisée dont le premier segment de droite passe évidemment par l’origine. Le calcul montre que les coefficients

angulaires

des

différentes

droites

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sont

inversement

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proportionnels à la vitesse de transmission des ondes dans les divers horizons superposés dans lesquels les vibrations sont transmises. Les abscisses des points anguleux de cette ligne brisée « tempsparcours » sont fonction de l’épaisseur des horizons et du rapport de la vitesse de propagation dans un horizon à la vitesse de propagation de l’autre. Pour que la méthode soit applicable il faut qu’il y ait augmentation de la vitesse avec la profondeur. Ce procédé par réfraction est le premier à s’être développé. Il a donné d’excellents résultats, entre autre pour la recherche de dômes de sel dans lesquels les vitesses de transmission sont très grandes. Mais il a le désavantage, lorsqu’on veut atteindre de grandes profondeurs, d’exiger des charges explosives de plus en plus puissantes, qui parfois ont dépassé plusieurs tonnes. Les sismographes aussi doivent s’écarter alors de plus en plus du point d’explosion, à plusieurs dizaines de kilomètres même, et ces suggestions ont rendu la méthode coûteuse. Aussi a-t-elle était remplacée par la méthode par réflexion.

B. La méthode par réflexion Dans ce cas des charges beaucoup plus faibles, de l’ordre de quelques kilogrammes au maximum, sont suffisantes et l’on rapproche les sismographes du point d’explosion. On enregistre les fractions d’énergie des ondes réfléchies. Ceci se marque sur les enregistrements par une inflexion nette qui apparaît à peu de chose près au même instant sur les diverses traces, car les ondes réfléchies presque verticalement parcourent des chemins sensiblement parallèles, ce qui permet de déceler l’arrivée de toute une série de réflexions successives correspondant à des horizons réflecteurs de plus en plus profonds. Par une disposition judicieuse des géophones par rapport au point de tir, il est possible de préciser la pente de ces « miroirs sismiques ». La méthode sismique est d’une grande sensibilité et d’une grande précision. Les profondeurs des horizons réflecteurs peuvent être estimées, dans des bonnes conditions, à 1% près. Elle permet de suivre dans le détail des successions stratigraphiques caractérisées par des trains d’ondes Par le Prof Gabriel MAKABU

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réfléchies et cela jusqu’à des profondeurs de plusieurs milliers de mètres. Les études de structures deviennent possibles et l’application de cette

méthode

marque,

en

général,

le

point

final

des

recherches

géophysiques. Pour le pétrole, c’est alors que l’on fixe les points de sondages. Les méthodes gravimétriques et sismiques sont applicables aussi sur rivière ou sur mer. La méthode magnétique aéroportée n’est évidemment pas gênée par des difficultés de terrains.

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143

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TABLE DES MATIERES I. INTRODUCTION...............................................................................................................................................1 I.1. DEFINITION.................................................................................................................................................1 I.2. NOTIONS GENERALES..............................................................................................................................2 I.2.1. Gisement................................................................................................................................................2 I.2.2. Catégories des minerais extractibles.....................................................................................................4 I.2.3. Facteurs influant sur l'exploitabilité d'un gisement...............................................................................4 CHAP. II. ETAPES ET TECHNIQUES SPECIFIQUES DE LA PROSPECTION MINIERE...............6 II.1.ETAPES DE LA PROSPECTION MINIERE...............................................................................................6 II.1.1. Etape préparatoire: Approche du sujet. Documentation......................................................................6 II.1.2. Prospection préliminaire ou de Reconnaissance ou Stratégique ou Générale....................................7 II.1.3. Prospection semi–systématique: Contrôle des points d'accrochage....................................................8 II.1.4. Prospection systématique ou détaillée ou Reconnaissance du corps minéralisé.................................9 II.1.5. Evaluation de gisement:.....................................................................................................................10 II.2. LES CARACTÈRES GÉOLOGIQUES PRÉVISIONNELS, LES GUIDES ET LES TECHNIQUES SPÉCIFIQUES DE PROSPECTION MINIÈRE........................................................................................................................................13

II.2.1. Les caractères géologiques prévisionnels et les guides de prospection minière:..............................13 II.2.2. Les techniques spécifiques de la prospection minière:.......................................................................15 CHAP. III : PROSPECTION ALLUVIONNAIRE......................................................................................23 III.1. CARACTÈRES GÉNÉRAUX DES GISEMENTS DÉTRITIQUES...........................................................................23 III.2. MODE DE FORMATION DES GISEMENTS DÉTRITIQUES................................................................................23 III.3. LES MINÉRAUX EXPLOITÉS EN PLACERS....................................................................................................25 III.4. PROCÉDÉS DE PROSPECTION......................................................................................................................26 III.4.1. Prospection alluvionnaire stratégique (ou de grande reconnaissance)............................................26 III.4.2. Prospection éluvionnaire...................................................................................................................31 III.4.3. Prospection semi–systématique.........................................................................................................31 III.4.4. Prospection systématique et évaluation des gîtes alluvionnaires des cours d'eau...........................31 III.5. LES SONDAGES.....................................................................................................................................31 III.5.1. Généralités........................................................................................................................................31 III.5.2. Les sondeuses....................................................................................................................................31 III.6. TRAITEMENT DES ECHANTILLONS..................................................................................................31 III.6.1. LAVAGE DES ECHANTILLONS......................................................................................................31 III.6.2. TECHNIQUES ANNEXES UTILISEES EN PROSPECTION ALLUVIONNAIRE...........................31 III.7. EVALUATION DES RESERVES.............................................................................................................31 III.7.1. Types de réserves...............................................................................................................................31 III.7.2. Evaluation des réserves.....................................................................................................................31

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CHAP. IV : PROSPECTION GEOCHIMIQUE..........................................................................................31 IV.1 DÉFINITION DE LA PROSPECTION GÉOCHIMIQUE.........................................................................................31 IV.2. TYPES DE DISPERSION...............................................................................................................................31 IV.3. TYPES D’ANOMALIES..................................................................................................................................31 IV.4. STADES DE DÉVELOPPEMENT PROGRESSIFS................................................................................................31 IV.5. PROSPECTION STRATÉGIQUE.......................................................................................................................31 IV.6. PROSPECTION TACTIQUE.............................................................................................................................31 A. Recherches tactiques d’anomalies allogènes ou de surimposition...........................................................31 IV.7. TYPES ET DENSITÉ DE PRÉLÈVEMENT- ANALYSES À EFFECTUER...............................................................31 A. Type de prélèvement..................................................................................................................................31 B. Densité de prélèvements...........................................................................................................................31 C. Analyses....................................................................................................................................................31 IV.8. TRAITEMENT DES DONNÉES ET INTERPRÉTATION.......................................................................................31 A. Prospection stratégique............................................................................................................................31 B. Prospection tactique.................................................................................................................................31 CHAPITRE V. PROSPECTION GEOPHYSIQUE...........................................................................................31 V.1. INTRODUCTION...........................................................................................................................................31 V.2. LA PROSPECTION RADIOMÉTRIQUE..............................................................................................................31 V.2.1. Généralités..........................................................................................................................................31 V.2.2. Les radioéléments naturels..................................................................................................................31 V.2.3. Appareillages.......................................................................................................................................31 V.3. LA PROSPECTION ÉLECTRIQUE ET ÉLECTROMAGNÉTIQUE...........................................................................31 V.3.1. La prospection électrique....................................................................................................................31 V.3.2. La prospection électromagnétique......................................................................................................31 Figure 36 : Utilisation des courbes dérivées pour la mise en évidence des filonsV.3.3. Domaines d’application des méthodes électriques et électromagnétiques....................................................................31 V.3.3. Domaines d’application des méthodes électriques et électromagnétiques.........................................31 V.4. PROSPECTION GRAVIMÉTRIQUE...................................................................................................................31 V.4.1. Principe de la méthode........................................................................................................................31 V.4.2. Les données gravimétriques : Corrections et références...................................................................31 V.4.3. Instrumentation et traitement..............................................................................................................31 V.5. PROSPECTION MAGNÉTIQUE........................................................................................................................31 A. Principe.....................................................................................................................................................31 B. Appareillage..............................................................................................................................................31 C. Applications in situ...................................................................................................................................31 D. Dépouillement et traitement des données.................................................................................................31 V.6. PROSPECTION SISMIQUE..............................................................................................................................31

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COURS DE PROSPECTION MINIERE V.6.1. Principe...............................................................................................................................................31 V.6.2. Les méthodes sismiques.......................................................................................................................31

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES............................................................................................................31 TABLE DES MATIERES.....................................................................................................................................31

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