Etude de gisement de graphite par intitulé : methode electromagnetique a brickaville, region atsinanana

D’une manière générale, la composition minérale du sous-sol est liée à son histoire géologique (tectonique, volcanisme, érosion, etc.…). Madagascar compte parmi les légendaires pays du monde disposant d’une grande diversité de richesses minières, incluant les pierres précieuses et les minerais industriels. Le graphite figure parmi les principaux minerais exploités à Madagascar depuis le début du 20ème siècle jusqu’à présent. En 1925, le pays était même qualifié de premier exportateur mondial de graphite [1]. Le graphite malgache est réputé pour sa qualité, la production a atteint les 100 000 tonnes par an en moyenne pendant ces cinq dernières années selon la statistique, dont la majorité est exportée en Chine, aux Etats-Unis et en Inde [2]. L’exploitation minière constitue l’ensemble des procédés d’obtention des minéraux utiles provenant de l’écorce terrestre. Elle résume tous les travaux exécutés avant d’obtenir le minerai, de le séparer de la masse inutile et de l’amener à la surface ou à l’usine de traitement. Le choix de la méthode à utiliser, ainsi que la stratégie à adopter constitue donc une étape primordiale pour la mise en œuvre de l’exploitation. Le présent mémoire, intitulé « Etude d’un gisement de graphite par méthode électromagnétique à Brickaville, région Atsinanana » a pour but de rapporter le développement de la technique d’exploration utilisant l’outil électromagnétique pour délimiter les zones conductrices en subsurface susceptible d’encaisser les minerais de graphite, avec un appareil nommé Beep Mat modèle BM8 de GDD instrument .

ETUDE DESCRIPTIVE DU GRAPHITE

Le carbone, à l’état natif, se présente sous deux formes cristallines, aux aspects et aux propriétés radicalement différentes et presque opposés : le diamant et le graphite. Si le diamant est transparent, dur et rare, le graphite est répandu, opaque et tendre. Néanmoins, de par ses propriétés physiques, le graphite présente un large éventail d’utilisations dans diverses branches industrielles telles la métallurgie, les réfractaires, l’industrie électrique et électrochimique, le nucléaire, etc. Le graphite industriel provient de deux sources principales :
– sous forme de graphite naturel, associé aux roches affectées par le métamorphisme,
– sous forme de graphite synthétique, par graphitisation de coke de pétrole. Dans ce qui suit, on va s’intéresser seulement au graphite naturel.

GITOLOGIE ET TERMINOLOGIE

Le graphite naturel est celui obtenu à partir de l’exploitation minière de roches contenant cette substance. La terminologie appliquée aux différentes formes naturelles du graphite est fortement marquée par les aspects commerciaux liés à cette substance. On distingue deux grands types de graphite naturel commercialisable : le graphite cristallin et le graphite amorphe [3] [4].

▪ Le graphite cristallin
Le graphite cristallin se présente sous deux différentes formes :
– Le graphite en moucheture ou en paillette :
Localisé dans des roches métamorphiques d’origine sédimentaire, il est à l’état disséminé, en quantité variable, (jusqu’à 90% de la roche en place), dans des gneiss et des micaschistes encaissants. La dimension moyenne des mouchetures est de l’ordre de 0,25 cm. L’épaisseur des horizons productifs, de forme lenticulaire ou lités peut atteindre jusqu’à 30 m pour des extensions de plusieurs milliers de mètres.

– Le graphite en filon ou en veine :
Il se présente en veines de 75% à 100% de carbone graphitique. Les épaisseurs varient d’un film carboné (millimétrique) à des corps minéralisés de 3 m d’épaisseur, s’étendant sur plusieurs centaines de mètres. Le graphite se présente en cristaux de forme variée dont la croissance s’est faite depuis les épontes vers l’intérieur. Il occupe, de façon secondaire, des fissures de la roche encaissante en contexte métamorphique.

Ces deux sous-types se rencontrent essentiellement dans des roches métamorphiques d’âge précambrien. Leur origine reste encore mal élucidée ; elle peut être d’origine organique, le graphite résultant alors du métamorphisme d’anciens dépôts carbonés (pétrole).

▪ Le graphite amorphe
Il désigne toute masse graphitique microcristalline. Le graphite se présente alors sous un aspect terreux noir, contrastant avec l’aspect brillant métallique des variétés cristallines. Le graphite amorphe résulte du métamorphisme soit régional, soit par contact des sédiments carbonés (roche-magasin de pétrole, schistes bitumineux ou ampéliteux) et des couches de charbon. La teneur minimum économique est de 80% de graphite. Ce type de gisement est généralement plus jeune que les gisements de variété cristalline.

TYPES DE GISEMENT

Le gisement de graphite se présente sous quatre différents types [5] [6] :
– les gisements métasomatiques de contact
– les gisements de veines hydrothermales
– les gisements métamorphiques
– les gisements métamorphisés

➤ Les gisements métasomatiques de contact
Ce premier type de gisement se développe au contact des roches carbonatées et des roches plutoniques. Les minerais de graphite se forment par cristallisation du carbone organique ou par réduction du CO2 initial. On trouve parfois dans la littérature un type de gisement de graphite appelé « gisement magmatique précoce». Ces gisements seraient l’équivalent des gisements métasomatiques de contact.
➤ Les gisements de veines hydrothermales
Ils se forment à partir de solutions post-magmatiques riches en volatil, particulièrement en CO2. Les dépôts de veines hydrothermales de graphite sont généralement associés avec du graphite en paillettes stratoïdes ce qui produit un enrichissement local des gisements de graphite en veine.
➤ Les gisements métamorphiques
La concentration et cristallisation de carbone durant le métamorphisme régional permet l’obtention de ce type de gisement. Les roches encaissantes sont des schistes à quartz et mica, des paragneiss, des quartzites feldspathiques à mica et des marbres.
➤ Les gisements métamorphisés
Ces gisements sont générés par métamorphisme de contact ou par métamorphisme régional de sédiments renfermant des résidus de matières organiques (bitume, charbon) carbonés. Les roches encaissantes renfermant notamment ces dépôts sont des quartzites, des phyllites, des schistes et des métagrauwackes.

STRUCTURE ET PROPRIETES PHYSIQUES

Les multiples utilisations du graphite, quelque soit son origine, découlent directement des propriétés physiques de ce minéral Aussi est-il important d’en décrire la structure cristalline et les principales propriétés physiques qui en résulte et qui conditionnent les usages de ce matériau dans l’industrie.

Structure cristalline

La maille élémentaire est constituée par un hexagone plan où chaque atome de carbone a ses quatre valences saturées par des liaisons avec les atomes voisins. Le cristal de graphite se compose donc idéalement d’un empilement de feuillets élémentaires monoatomiques, de faible cohérence car ils ne sont reliés entre eux que par les forces de Van der Wales, très faibles.

Le graphite se cristallise selon deux systèmes :
– le système hexagonal, forme la plus répandue (90% de tous les cristaux) où les feuillets élémentaires se disposent selon un ordre A – B – A – B,
– le système rhomboédrique, beaucoup plus rare et moins stable aux conditions de température et pressions ordinaires, où les feuillets élémentaires se répètent selon un ordre A – B – C – A – B – C

Quelques propriétés physiques du graphite sont présentées ci-dessous :
▪ Dureté : le graphite est un corps tendre, de dureté 1 à 2 dans l’échelle de dureté de Mohs,
▪ Densité : varie entre 2,1 et 2,3 selon le degré de cristallinité et de graphitisation,
▪ Conductivité électrique : considéré comme un bon conducteur électrique, la conductivité du graphite croit avec la température jusqu’à une valeur entre 1 500 à 2 000 °C,
▪ Propriété lubrifiante : le graphite est un excellent lubrifiant ; cette propriété est liée à deux facteurs : la faible cohérence entre les feuillets, lesquels glissent très facilement les uns par rapport aux autres, et la présence de gaz absorbé sur les surfaces des feuillets (les qualités lubrifiantes disparaissent lorsque ces gaz sont enlevés sous vide.
▪ Résistance à l’oxydation : le taux d’oxydation (à l’air ou dans l’oxygène) varie en fonction de la dimension des particules et de la température. Certaines impuretés augmentent ce taux par effet de catalyse :
– la diminution de taille des particules augmente le taux d’oxydation par l’augmentation des surfaces disponibles pour l’attaque par l’oxygène.
– l’oxydation est imperceptible à 400°C et très rapide à 850°C. C’est une réaction exothermique qui s’auto-entretient et peut devenir rapidement incontrôlable.

LA FILIERE GRAPHITE A MADAGASCAR

La plupart des environnements géologiques dans lesquels le graphite se forme existe à Madagascar et il s‘agit d‘une ressource commune dans les roches métamorphiques de Madagascar [8]. Il existe, en particulier, des secteurs importants qui contiennent des ressources majeures de graphite, en paillettes cristallines de haute qualité, estimé pour sa conductivité, son inertie et son faible poids parmi d‘autres propriétés utiles de cette ressource. A Madagascar, la source en graphite provient du métamorphisme des roches sédimentaires riches en carbone telles que des carbonates ou des schistes argileux présents dans les ensembles archéens et protérozoïques. Beaucoup de roches sont donc susceptibles d‘héberger des gisements graphiteux [8].

Deux zones principales contiennent alors des ressources en graphite selon la carte : dans les secteurs de Toamasina et dans le sud du pays. Le secteur de Toamasina, renferme la mine historique d‘Andasibe-Perinet. A l‘Est, se situe la mine d‘Antsirakambo, et plus au sud, à proximité de Vatomandry, la mine de Marovintsy. Tous ces gisements sont localisés dans le Groupe de Manampotsy, qui contient les lithologies les plus favorables pour les occurrences en graphite. Les autres ensembles paradérivés des Groupes d‘Ambatolampy et de Sofia sont également des secteurs favorables. Enfin, on connaît des indices substantiels de graphite en paillette au sud de Madagascar dans le sud du Domaine Androyen. D‘une manière générale, ces gisements et indices seraient estimés contenir plus de 1000 tonnes de minerai graphitique et plus de 250 000 tonnes de concentré à 80 – 95 % vol. de graphite [8].

CONTEXTE GEOGRAPHIQUE DE LA ZONE D’ETUDE

Des levés électromagnétiques ont été réalisés dans une zone située à Vohitsara, dans la commune Ambinaninony, district de Vohibinany (Brickaville), région Atsinanana et à environ 254 km depuis Antananarivo via la route nationale numéro 2.

Cette zone est avoisinée par les communes suivantes :
– à l’Ouest la commune d’Ambalarondra,
– au Sud la commune de Vohitranivona,
– au Nord la commune d’Ampasimadinika,
– et à l’Est l’océan Indien.
Géographiquement, le centre de la zone est localisé approximativement, selon le système de coordonnées UTM 39 L zone Sud, à la position :
– X = 305 500 mètres
– Y = 7 951 000 mètres .

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I : GENERALITES
I – ETUDE DESCRIPTIVE DU GRAPHITE
II – LA FILIERE GRAPHITE A MADAGASCAR
III – CONTEXTE GEOGRAPHIQUE DE LA ZONE D’ETUDE
IV – CONTEXTE GEOLOGIQUE DE LA ZONE D’ETUDE
CHAPITRE II : METHODOLOGIE ET MATERIEL UTILISEES
I – RAPPEL METHODOLOGIQUE
II – MATERIEL UTILISE
CHAPITRE III : ACQUISITION ET TRAITEMENT DES DONNEES
I – ACQUISITION DES DONNEES
II – TRAITEMENT DES DONNEES
CHAPITRE IV : RESULTATS ET INTERPRETATION
I – DESCRIPTION DES RESULTATS
II – PRESENTATION DES RESULTATS
III – INTERPRETATION DES RESULTATS
DISCUSSION
CONCLUSION

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