15
Fig. 5 Subdivision en séquences du profil stratigraphique de la série
stratigraphique du bassin de Gafsa-Metlaoui (Sassi, 1974
)
Calcaire
Calcaire organogène
Calcaire marneux Lumachelle
Marnes et argiles
Argiles ou marne phosphatée
Chert Phosphate
Calcaire coquillier du toit, Ypréso Lutétien
16
I-2 D
ESCRIPTION DES SONDAGES ET CHOIX DES ECHANTILLONSLa série phosphatée du bassin de Gafsa-Métlaoui présente des variations lithologiques et minéralogiques aussi bien verticalement que latéralement. Ainsi, d'Ouest en Est, les couches phosphatées montrent un enrichissement en phosphate (teneur en P205) de plus en plus intense en direction de l'île de Kasserine, s'accompagnant d'une condensation des assises principales et d'une réduction de la puissance de la série. Ceci a été expliqué par Sassi en 1974, comme étant le résultat des conditions hydrodynamiques du milieu qui éliminent vers le large (par vannage) les particules les plus fines et concentrent les éléments grossiers à proximité du littoral. Outre les variations latérales des sédiments de la série phosphatée, il existe également une certaine variation verticale qui affecte cette série et qui se traduit par une augmentation de la puissance des couches phosphatées et de leurs teneurs en phosphate (Fig. 4).
Ainsi, c'est en tenant compte de ces variations latérales et verticales de la série phosphatée, que nous avons choisi les quatre sondages cités précédemment. Ces derniers sont d'Est en Ouest :
sondage M'Dilla S10B situé au Sud Est du bassin de Gafsa-Métlaoui à proximité de la plateforme saharienne et de l'île de Kasserine (Fig.6),
sondage Metlaoui S.6, situé au centre du bassin, plus près du craton saharien (Fig.7),
sondage M'Rata SM. 37 et Redeyef SR.15, situés à l'Ouest du bassin. (M'Rata, au NW et Redeyef au SW), plus loin des zones du paléorivage (Fig. 8 et 9).
I-2-a DESCRIPTION LITHOLOGIQUE DES SERIES RECOUPEES PAR LES QUATRE SONDAGES
17
et Metlaoui (Fig. 4, 6, 7, 8,9) permet de dégager les observations suivantes:
1. Chaque sondage présente une variation verticale de faciès illustrée par l'alternance de niveaux phosphatés (couches C V, C VI, ... C I, CO) avec des niveaux stériles de types marneux, marno-calcaires, et argileux, des niveaux de calcaire coquiller, de lumachelle ou de boulets calcaires et un niveau siliceux carbonaté (chert) qui est un niveau repère situé entre la couche VI et la couche VII.
2. Tous les sondages présentent une certaine augmentation de la puissance des niveaux minéralisés, de bas vers le haut de la série. En effet, les couches phosphatées C V et C IV) des séquences inférieures (séquences B et C) sont moins épaisses (2 à 3 m) que les couches I et II de la séquence supérieure (séquence A) dont l'épaisseur peut atteindre 6m. Cette augmentation des puissances, s'accompagne également d'une augmentation des teneurs en phosphate tricalcique (T.C.P.) et s'explique par une ouverture du bassin qui a provoqué une forte agitation du milieu en entraînant une régression des faciès fins (argiles, silice, matière organique, etc.) qui se sont dispersés vers le large (Sassi, 1974).
3. La comparaison des profils lithostratigraphiques des quatre sondages montre une variation lithologique latérale (en allant de M'Dilla à Redeyef), caractérisée par une augmentation du nombre de niveaux argileux au bénéfice des niveaux carbonatés, par la multiplication des niveaux phosphatés et par le passage d'un niveau calcaire (M'Dilla) à un niveau de chert (Métlaoui, Redeyef et M'Rata).
I-2-b CHOIX ET DESCRIPTION DES ECHANTILLONS ETUDIES
Des quatre sondages choisis, nous avons retenu 32 échantillons dont 16 sont des phosphates, 6 sont des calcaires et 10 sont des marnes, des argiles ou des cherts. Nous dressons ci-dessous la liste et la description lithologique des échantillons étudiés :
18
Sondage M’Dilla S 10B
CÔTE Description
MD 176,80m Marnes sableuses et phosphatées
MD 183,00m Phospharénite coprolithique, sableuse et friable MD 185,00m Lumachelle à matrice phosphatée
MD 205,00m Phospharénite grise et dure, légèrement marneuse MD 207,6Om Boulets calcaires, durs à ciment marno-phosphaté
MD 208,30m Pelphospharénite grise, légèrement marneuse à petits boulets calcaires.
Sondage Metlaoui S.6
CÔTE Description
MT 156,65m Marnes feuilletées et phosphatées avec quelques coquilles d'huitres MT 159,80m Phospharénite gris-brunâtre, coprolithique
MT 161,10m Phospharénite gris-brunâtre, coprolithique MT 163,60m Pelphospharénite, gris-brunâtre marneuse
MT 164,80m Phospharénite légèrement marneuse et coprolithique MT 165,00m Marnes vertes compactes phosphatées
MT 169,50m Pelphospharénite calcaire et marneuse, légèrement coprolithique MT 171,00m Pelphospharénite, gris-brunâtre, tendre
19
Sondage de Redeyef SR 15
CÔTE Description
RD 234,00m Conglomérats à éléments calcaires, cimentés par du phosphate RD 237,20m Phospharénite gris-noirâtre, tendre très coprolithique
RD 238, l0m Phospharénite gris-noirâtre, tendre et coprolithique RD 242,40m Calcaire coquillier à ciment phosphaté
RD 243,80m Phospharénite gris-noirâtre, assez dure à gros coprolithes RD 250,20m Argiles et marnes vertes phosphatées
RD 252,30m Marnes vert-olive, compactes et phosphatées RD 253,60m Marnes vert-olive, compactes et phosphatées RD 260,90m
RD 261,60m
Chert (diatomite)
Phospharénite, grise, dure et coprolithique
Sondage M’Rata SM 37
CÔTE Description
SM 225,00m Phosphate gris dur, très coprolithique à débris de coquilles et d'huitres SM 228,00m Phosphate gris très due et légèrement marneux
SM 244,20m Phosphate gris dur, coprolithique SM 244,80m Phosphate gris dur très coprolithique SM 249,00m Marnes vert-foncé en feuillets SM 264,60m Boulets de coquillers phosphatés
20
X: Emplacement des échantillons étudiés
Fig. 6 Profil lithostratigraphique des séries recoupées par le sondage de M'Dilla S. 10.B
Calcaire blanc coquillier
Marnes vertes calcareuses au toit, légèrement phosphatées
Marnes vertes calcareuses au toit, légèrement phosphatées
Calcaire coquillier à ciment marneux et calcareux Marnes vertes compactes
Alternance de marnes vertes et de boulets calcaires Marnes calcareuses
Phosphate calcareux
Marnes vertes compactes Boulets calcaires
Phosphate gris légèrement marneux Phosphate gris coprolithique mi-dur
Phosphate gris fin à petits boulets calcaires éparpilliés Boulets calcaires et coquilles d’huîtres
Marnes vertes compactes calcareuses au toit, jaunes verdâtres à la base Marnes sableuses phosphatées beiges
Phosphate sableux et marneux Marnes vertes compactes
21
X: Emplacement des échantillons étudiés
Fig. 7 Profil lithostratigraphique des séries recoupées par le sondage de Metlaoui S6.
Calcaire grisâtre lumachellique phosphaté Lumachelle grisâtre, phosphatée Phosphate calcaire et marneux gris
Marnes phosphatée avec des débris de coquilles
Phosphate gris à débris de coquilles et à boulets de calcaire Calcaire très phosphaté gris
Calcaire en boulet très phosphatés Calcaire marneux très dur Phosphate très tendre Banc calcaire Marno-calcaire Phosphate gris Marno-calcaire Banc calcaire
Phosphate marneux gris rubané Marnes vert-olive
Phosphate faiblement marneux à débris de coquilles
Conglomérat marneux
Marnes vertes compactes phosphatées
Marnes vertes feuilletées et phosphatées très coquillées Marnes phosphatées
Phosphate marneux gris Phosphate gris brunâtre mi-tendre
Phosphate marneux
Phosphate marneux plus gros coquilles d’huitres Phosphate marneux
Boulets calcaires
Alternance de marnes compactes et marnes phosphatées Phosphate marneux gris-brunâtre
Marnes vertes feuilletées
Phosphate gris marneux au toit
Phosphate marneux gris-brunâtre Alternance de boulets et de phosphate Marnes vertes rubanées et phosphatées
Phosphate calcareux et marneux Marnes vertes compactes et feuilletées
Alternance de boulets calcaires, de marnes phosphatées et de phosphate
Phosphate calcareux et marneux
Alternance de marnes et de marnes phosphatées
Phosphate marneux à débris coquillés Calcaire phosphaté dur
Calcaire coquiller, phosphate fin Marnes compactes, phosphatées au toit
Chert
Phosphate beige marneux et calcareux
Alternance de marnes, de marnes phosphatées et phosphate
Banc calcaire marneux au mur Phosphate marneux
Marnes vertes compactes et dures Phosphate marneux
22
X: Emplacement des échantillons étudiés
Fig. 8 Profil lithostratigraphique des séries recoupées par le sondage Redeyef S.R. 15
23
X: Emplacement des échantillons étudiés
Fig. 9 Profil lithostratigraphique des séries recoupées par le sondage M'Rata S.M. 37
24
II- METHODOLOGIE
Les échantillons sélectionnés ont fait l'objet de différentes analyses granulométriques et géochimiques à savoir: (Fig. 10)
un tri granulométrique des différentes fractions phosphatées et une évaluation de la fréquence de chaque classe granulométrique,
le dosage du carbone organique total des roches brutes et celui des fractions granulométriques triées,
le dosage des teneurs en éléments majeurs (Ca, Mg, Na, P) dans les roches brutes,
le dosage des éléments traces (Sr, Zn, Cd, Pb, Cr) dans les roches brutes; dans les fractions granulométriques et dans les extraits aussi bien de décarbonatation que d'acides humiques issus de ses fractions granulométriques.
II-1
TRI GRANULOMETRIQUES DES FRACTIONS PHOSPHATEESGénéralement, la taille de la fraction phosphatée constitutive des niveaux minéralisés de la majorité des phosphorites est comprise entre 80 µm et plus de 2 mm. Dans le souci de récolter la totalité de cette fraction phosphatée et de la séparer en différentes classes granulométriques nous avons choisi une colonne de tamis (AFNOR) dont la taille varie de 25 µm à 315 µm (25 µm; 50 µm; 100 µm; 125 µm; 160 µm; 200 µm; 250 µm et 315 µm).
La méthode adoptée est la suivante:
L’échantillon (à poids initial connu) est modérément fragmenté pour désagréger toutes les particules agglomérées, puis passé sur une colonne de tamis classés (de haut en bas) par ordre décroissant de leur taille et ceci sous un courant d'eau. La fraction granulométrique récoltée de chaque tamis est placée dans une cuve à' ultrason pour bien nettoyer les grains phosphatés et les débarrasser de leur exogangue.
25
binoculaire afin d'éliminer tout ce qui n'est pas phosphaté (quartz, calcite, etc.).
A l'issue de toutes ces étapes, nous avons obtenu les différentes classes granulométriques phosphatées constituant les échantillons triés.
II-2 E
XTRACTION DES COMPOSES HUMIQUES CONTENUS DANS LES GRAINS PHOSPHATES(
D'
APRESS
CHNITZER ETK
HAN,1972)
II-2-a EXTRACTION DES COMPOSES HUMIQUES
L'extraction des composés humiques a été réalisée systématiquement sur toutes les fractions granulométriques phosphatées pures.
Une quantité, de poids connu, de grains phosphatés purs est placée dans un bêcher puis attaquée par de l'acide chlorhydrique (HCl 2N) à froid pendant une nuit (décarbonatation totale).
Après centrifugation (3500 trs 1 mn) pendant l5 mn, les résidus sont lavés à l'eau distillée jusqu'au PH =7, puis additionnés avec de la soude NaOH 0,1N et enfin agités mécaniquement pendant une heure.
Une seconde centrifugation à 3000 trs /mn pendant 10 mn permet d'obtenir les composés humiques totaux (acides fulviques + acides humiques) contenus dans les grains phosphatés.
II-2-b SEPARATION DES ACIDES FULVIQUES ET DES ACIDES HUMIQUES Le volume d'extraits humiques totaux obtenus est transvasé dans un bécher et additionné à du HCl 4N jusqu'à pH=2, puis placé dans un réfrigérateur à + 4 °C pendant une nuit. Après centrifugation à 3000 trs/mn durant 20 mn nous obtenons un surnageant formé par les acides fulviques, solubles en milieu acides, et un résidu contenant les acides humiques, qu'on remet en solution par ajout de la soude 0,1N. Ces acides humiques sont purifiés par dialyse de la solution contre de l'eau distillée. Les solutions dialysées obtenues vont nous servir pour le dosage des teneurs en éléments
26
traces.
II-3 D
OSAGE DU CARBONE ORGANIQUELes teneurs en carbone organique des roches brutes et celles des grains phosphatés sont déterminées par combustion des échantillons à 1100 t sous une atmosphère oxydante en utilisant un analyseur du carbone type Carmograph 8, Wosthoff.
50 mg d'échantillon à analyser, sont placés dans une nacelle en porcelaine émaillée puis décarbonatés par addition d/'une solution de HCI 2N à chaud (60°C) pendant une nuit. La solution de HCI en excès est éliminée par évaporation à une température de 50°c. La nacelle est ensuite introduite dans le four du Carmograph préalablement ramené à une température de 1100 °C.
Le C02 produit par combustion de la matière organique est dosé par mesure de la variation de la conductivité ionique d'une solution de soude NaOH N/250. Les teneurs en carbone organique sont calculées après étalonnage de l'appareil par du carbonate de calcium pur.
II-4 P
REPARATION DES ECHANTILLONS POUR LE DOSAGE DES ELEMENTS MAJEURS ET DES ELEMENTS TRACES500mg de roche brute ou de fractions granulométriques triées sont placés dans une capsule en téflon, humectés avec l ml d'eau distillée puis additionnés avec 10 ml de HF (acide fluorhydrique) et 5ml de HCl04 (acide perchlorique). On couvre et on laisse agir pendant 48 heures sous la hotte. Les capsules sont ensuite chauffées doucement jusqu'à apparition des premières vapeurs blanches de HClO4 (8 heures environ). On ajoute10m1 de HF et on laisse chauffer (jusqu'à apparition de fumées blanches plus denses), on ajoute l0ml de HNO3 l N/2 et on va à sec.
Les capsules sèches sont humectées avec l0 ml de HClO4 et 10ml d'eau distillée chaude. La solution obtenue est ensuite transvasée dans une fiole jaugée (50 ou 100ml) et complétée avec du H2O distillée.
27
Fig. 10 Schéma du protocole expérimental suivi dans la présente étude Roche brute
Extraction des acides humiques
Tri granulométrique des fractions phosphatées Extraction de la fraction décarbonatée Dosage du Corg des fractions granulométriques Éléments en traces et majeurs de la roche totale Eléments en traces des acides humiques Éléments en traces et majeurs des fractions granulométriques Dosage du Corg total de la roche brute Eléments traces de la fraction décarbonatée
28