THÈSE
Pour l'obtention du grade de
DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ DE POITIERS UFR des sciences fondamentales et appliquées
Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers - IC2MP (Diplôme National - Arrêté du 7 août 2006)
École doctorale : Sciences pour l'environnement - Gay Lussac (La Rochelle) Secteur de recherche : Terre solide et enveloppes superficielles
Présentée par :
Sophie Billon
Minéraux argileux dans le gisement uranifère d Imouraren
(Bassin de Tim Mersoï, Niger) :
implications sur la genèse du gisement et sur l optimisation
des processus de traitement du minerai
Directeur(s) de Thèse : Patricia Patrier
Soutenue le 07 mai 2014 devant le jury Jury :
Président Sabine Petit Directrice de recherche, CNRS, Université de Poitiers Rapporteur Maurice Pagel Professeur des Universités, Université Paris Sud
Rapporteur Gilles Berger Directeur de recherche, Université Paul Sabatier Toulouse Membre Patricia Patrier Professeur des Universités, Université de Poitiers
Membre Emmanuel Tertre Maître de conférences, Université de Poitiers
Membre Jean Reyx Expert AREVA, Paris
Membre Beate Orberger Expert, ERAMET group
Membre Nicolas Durupt Expert AREVA, Bessines sur Gartempe
Pour citer cette thèse :
Sophie Billon. Minéraux argileux dans le gisement uranifère d Imouraren (Bassin de Tim Mersoï, Niger) : implications sur la genèse du gisement et sur l optimisation des processus de traitement du minerai [En ligne]. Thèse Terre solide et enveloppes superficielles. Poitiers : Université de Poitiers, 2014. Disponible sur Internet <http://theses.univ-poitiers.fr>
THESE
Pou l o te tio du G ade de Do teu de l’U ive sit de Poitie s(Faculté des Sciences Fondamentales et Appliquées) (Diplôme National – Arrêté du 7 août 2006)
Ecole Doctorale : S ie es pou l E i o e e t Ga Lussa Secteur de Recherche : Terre Solide et Enveloppes Superficielles
Présentée par
Sophie BILLON
*******************************
Minéraux argileux dans le
gise e t u a if e d I ou a e Bassi de
Tim Mersoï, Niger) : Implications sur la genèse du gisement
et su l opti isatio des p o essus de t aite e t du i e ai
*******************************
Directrice de thèse : Patricia PATRIER*******************************
Soutenue le 7 mai 201
de a t la Co
issio d E a e
Membres du jury :
M. M. PAGEL Professeur, Université Paris Sud Rapporteur
M. G. BERGER Directeur de Recherche CNRS, Université Paul Sabatier Rapporteur
Mme. B. ORBERGER Expert Métallogénie, ERAMET Group Examinateur
M. J. REYX Expert, AREVA (Paris) Examinateur
M. N. DURUPT Expert, AREVA (Bessines sur Gartempe) Examinateur
M. E. TERTRE MC-HDR, Université de Poitiers Examinateur
Mme S. PETIT Directeur de Recherche CNRS, Université de Poitiers Examinateur
Remerciements
Mes p e ie s e e ie e ts o t à Au lia Watti e, sa s ui ette a e tu e au ait ja ais vu le jour ; e i d a oi o t e sujet de th se et de a oi a o d ta o fia e pou le e e à ie . Je tie s aussi à e e ie eu ui o t œu à l a eptation et au démarrage de cette thèse, notamment Jean Pierre Milesi, Amel Rejeb, M. Debacque et Sylvie Godoy pour son acharnement téléphonique.
Ce do to at est u pa te a iat e t e la o pag ie i i e A‘EVA, l u i e sit de Poitie s, le la o atoi e IC MP uipe H d ASA et l ole doctorale Gay Lussac.
Je remercie mes collaborateurs Areva qui se sont investis dans mon travail, Jean Louis-Feybesse, parti trop tôt, Aurélia Wattinne, Thomas Oppeneau, Michel Bélières, Jean Michel Vergeau, Maria Rincon, Jean Reyx, Marc Brouand, Régis Roy, Hervé Toubon, Eric Pacquet et toutes les personnes a e ui j ai pu i te agi du a t o p ojet de th se.
U g a d e i à es oll gues de l uipe H d ASA du laboratoire IC2MP, a e ui j ai pa tag ces 3 années : ma directrice de thèse Patricia Patrier pour son encadrement, Philippe Vieillard qui a i iti à la od lisatio g o himique, Daniel Beaufort et Alain Meunier pour leur discussion constructive, Laurent Caner, Paul Sardini et Thierry Bonifait pour leur bonne humeur et leur discussion moins constructive, Claude Fontaine, Nathalie Dauger, Denis Paquet et Claude Laforest pour leurs aides et conseils, et tous les aut es… Je ou lie pas es oll gues do to a ts et do teu s a e ui j ai pa tag les joies mais aussi les galères de la Recherche et bien sur les pauses café ; Freddy, Thomas, Mickaël, Jean Christophe, Edson, Eliana, Idalina, Lauriss, Pauline, Elisa, Anaïs, Fabien, Valentin, Benoît, Nathanaëlle, Sylvain, Olabodé, Thalès...
J ai eu la ha e d effe tue u e issio au Nige du a t la uelle j ai fait de fo ida les rencontres : Altiné et Ado mes professeurs respectifs de levés de carottés et de diagraphie, Boube et Sako e ui o t fait d ou i le o de i ie , A i e ha ge du pilote de t aite e t d I ou a e et tous les aut es ue j ai ois à la offite ou su les sites i ie s; j esp e sincèrement que nos chemins se recroiseront. Je remercie Yannick Lozach d a oi i iti ette issio , Christian Girard qui a veillé à son bon déroulement, et les expatriés avec qui j ai pa tag la ie à la base ; Jea Ja ues, Isa elle, Ali ou, Ah ed, Ni olas, Loi , Vi e…
Je tiens à remercier les acteurs d aut es olla o atio s :
-Les personnes du CEA-DAM de Bruyères le Châtel : Fa ie Poi tu ie pou a oi pe is d effe tue des a al ses des isotopes sta les de l o g e, A e-Laure Faure et Cécile Rodriguez d a oi accordé de leur temps pour réaliser et traiter ces mesures.
-Ced i De eu ie de la so i t Thi Se tio La pou la p pa atio d ha tillo s.
-Marie France Beaufort et Anne Marie Archambault pou leu aide à la p pa atio d ha tillo s. -Ja es Gui aud et Fa ie Ba o ui o t pa ti ip a ti e e t à o t a ail du a t des stages d t .
Une pensée va aussi à mes anciens collègues de promotion, a e ui j ai d ou e t les joies de la géologie, Sylvain, Dimitri, Angela, Romain, Francis, Yohan et Lionel. Je remercie aussi mes amis qui ont su me changer les idées durant les moments difficiles ; Romain, David, Ismaël, Marion, Dom et compagnie.
Si omissions il y a, elles ne sont pas intentionnelles, je remercie donc les « oubliés ».
E fi je tie s à e e ie les e es de o ju de th se d a oi a ept de iti ue et de juger mon travail.
Je d die ette th se à a fa ille, ui a accompagné dans la réalisation de ce projet ; merci à es pa e ts, Pat i ia et B u o, de a oi soute u à tous les i eau , e e pe etta t d a o pli de longues études dans ma voie de prédilection ; merci à Alexandre, pour son soutien, sa patience, son écoute attentive, ou du moins à son air attentif : e i d t e là, tout si ple e t.
Je veux donc je peux
Table des matières
Liste des figures………..……… p 11
Liste des planches………..……….……… p 16
Liste des tableaux……….………..……….……… p 17
Liste des annexes……….…………..……….……… p 20 Avant propos………..………..……….……… p 21
CHAPITRE 1 -
TOUR D’HORI)ON DES CONNAISSANCES
……….………..……… p 23I. Contexte général ………..……….……… p 24 I.1. Localisation des sites uranifères………..…….…….……… p 25
I.2. Historique « uranifère » au Niger………..……… p 25
II. Contexte géologique du bassin de Tim Mersoï………..……… p 26
II.1. Stratigraphie………..……….……… p 27 II.1.1. Série de Terada (Dévonien inf. – Viséen sup.)….……… p 27 II.1.2. Série de Tagora (Viséen sup. – Carbonifère sup.) ………..……… p 28 II. . . S ie de l Izegoua da e Pe ie ……… p 28
II. . . S ie d Agad s T ias-Jurassique)……….………..……… p 28
II.1.5. S ie d I haze et de T ga a C ta i f. ……….………p 29
II.2. Brève histoire des dépôts……….………..……… p 29 II.3. Evolution tectonique et structurale……….………..……… p 31
II.3.1. Cadre tectonique/géodynamique régional………..……… p 31 II.3.2. Structuration de la couverture sédimentaire……… p 32 III. Modèle génétique des gisements uranifères du bassin de Tim Mersoï………..……… p 33
IV. Le gise e t d Imouraren………..……… p 34 IV.1. Rappels stratigraphiques………..……….……… p 34 IV.2. Modèle de dépôt du Tchirézrine 2………..……….………..……… p 35 IV.3. Contrôle structural………..………..……….……… p 37 IV.4. Découpage géographique du gisement………..……… p 38
IV. . Tou d ho izo des tudes p t og aphi ues………..…….……… p 39
IV. . E ploitatio du i e ai d I ou a e ………..……… p 40
IV. . . G alit s su le t aite e t de i e ai d u a iu ………..……… p 40 IV.6.2. Le traite e t du i e ai d I ou a e ………..………….……… p 41 V. S opsis et st u tu atio de l tude………..……….…..……… p 42 Références - Chapitre 1 -………..………..……….……… p 44
VOLET 1 : GENESE DU GISEMENT
CHAPITRE 2 - ETUDE PETROGRAPHIQUE DU TCHIREZRINE 2
…….……… p 49 I. Echantillonnage et méthodologie………..………..…..….……… p 50I.1. Echantillonnage ………..………..………...……… p 50
I.2. Méthodologie……….………..……….……….……… p 50
I.2.1. Microscopie optique…………..………..……..……….……… p 50 I.2.2. Diffraction de rayons X (DRX) …………..………..……..……….………..……… p 51 I.2.3. Microscopie électronique à balayage (MEB)……..……..……….……… p 52 II. Observations macroscopiques…………..………..……..……….……… p 52
II.1. Description des faciès pétrographiques…………..………..……..……… p 52
II.2. Répartition des faciès pétrographiques…………..………..……..……… p 55 II.3. Les intraclastes et autres éléments…………..………..……….……… p 57 III. Caractérisation minéralogique………...………..……..……….……… p 59 III.1. Le cortège détritique……….………..……..……….……… p 59 III.2. Les minéraux argileux…………..………..…………..……….……… p 62
III.2.1. Chlorite………..………..……..……….……… p 62
III.2.2. Kaolins et illite……….………..……..……….……… p 66
III.2.3. Smectite……….……..………..……..……….……… p 67 III.2.4. Tosudite : interstratifié chorite-smectite…………..………..……..……….……… p 69 III.3. Les analcimes…………..……….……..……..……….……… p 73 III.4. Les ciments…………..………..………..……….……… p 73
III.5. Les minéralisations………..……..……….……… p 78
III.5.1. Minéralisation uranifère réduite…………..………..……..……… p 78 III.5.2. Minéralisation uranifère oxydée…………..………..……..……… p 78 III.5.3. Minéralisation cuprifère……….…..……….……… p 80 III.5.4. Micro-analyses chimiques des minéralisations…………..………..……..……… p 80 IV. Conclusion…………..………..……..……..……….……… p 82
Références - Chapitre 2 -………..……..……….……… p 83
Annexe - Chapitre 2 -………..……… p 84
CHAPITRE 3
– HISTOIRE DES PARAGENESES MINERALES
…….……… p 91I. Histoire diagénétique…………..………..……....……..……….………p 92 I.1. Les analcimes…………..………..……..……..……..……….……… p 92
I.1.1. Précurseurs………..………..………..……….……… p 92
I.1.2. Cristallisation et évolution…………..……….……… p 94
I.2. Chlorites…………..……….………..……..……..……….……… p 97 I.2.1. Cristallisation et évolution…………..……….……… p 97 I.2.2. Précurseurs…………..………..……..……….……… p 99 I.3. Quartz et albites secondaires…………..…………..……….……… p 100
I.4. Kaolins et illite……..……..………..……..……….……… p 102
I.5. Bilan de la diagenèse…………..…………..……..……..……….……… p 103
II. Evènements post-diagénétiques…………..………...……… p 105 II. . P oduits d o dation de la chlorite : tosudite, montmorillonite et hématite………..……… p 105 II.2. Les minéralisations uranifères…………..………….……….……… p 106 II.3. Les ciments tardifs…………..…….………..……..……..……….……… p 110 II.4. Bilan des évènements post-diagénétiques………..………….……… p 110
III. Discussion…………..……….……..……..……….……… p 112
Références - Chapitre 3 -…………..………..……….……… p 115
CHAPITRE 4 : REPARTITION MINERALOGIQUE SPATIALE
………..……….………… p 119 I. Pe ti e e d u e tude de la pa titio i alogi ue spatiale……..……… p 120I.1. Minéralogie Versus faciès……….………..……….……… p 120 I.2. Influence des intraclastes……..………..……….……… p 120 II. Approche par diffraction de rayons X……..………..………..……… p 121 II.1. Résultats……..………..……….……….……… p 121 II.2. Interprétations……..………..………..……….……… p 123
III. Approche géochimique……..…………..………..……….……… p 128 III.1. Analyses en composantes principales……..……….……… p 128
III.2. Distribution des terres rares……..……….………….……… p 129
IV. Conclusion-Discussion……..……….………..……….……… p 132 Références -Chapitre 4-……..………..……….……… p 133 Annexes - Chapitre 4 -…..……….………..…….………..……… p 134
CONCLUSIONS GENERALES DU VOLET 1
……….……… p 139I. Eléments pou le od le g ti ue du gise e t d I ou a e ..……….………..……….……… p 139
II. Eléments à considérer pour le traitement du minerai..……….………..……….……… p 142 Références – Conclusions Générales volet 1 -..………..……… p 144
VOLET 2 : OPTIMISATION DU TRAITEMENT DU MINERAI
CHAPITRE 5 -
TESTS DE TRAITEMENT DU MINERAI D’IMOURAREN
…….……….……… p 147PARTIE 1 - CONDITIONS ET SUIVIS DE TESTS DE TRAITEMENT………..……….…… p 148
Introduction………..………..……… p 148 I. T aite e t du i e ai d I ou a e ………..…..……… p 149 I.1. Minerai utilisé pour les tests……….………..……… p 149
I.2. Protocole de traitement………..……… p 149
I. . P oto ole et dispositif des tests de t aite e t stati ue du i e ai d I ou a e ……….………… p 150 II. Etude de 4 séries de tests statiques………..…………..……… p 152 II.1. Conditions des tests……….…………..……….……… p 154 II.1.1. Série 2 : i flue es des ua tit s d a ide, du es de li i iatio et i e ais……… p 154 II.1.2. Série 9 : influence des durées de lixiviation……….……… p 155 II.1.3. Série 10 : influence du minerai……….………..……… p 156
II.1.4. Série 11 : influence de la durée de lixiviation……… p 157
II.2. Suivi des tests………..………..……… p 157
II.3. Paramètres physiques………..……… p 159 II.4. Les solutions de lixiviation-jus-effluents………..……… p 161 II.4.1. Les jus……….………..……… p 161
II.4.1.1. Série 9……….………..……… p 161
II.4.1.2. Série 10……….…………..……… p 162
II.4.1.3. Série 11……….………..……… p 163 II.4.2. Les jus et les effluents………..……… p 164 II.4.3. Recyclage des solutions de lixiviation………..……… p 164 III. Conclusion - discussion………..……..……… p 165
PARTIE 2 – ETUDE PETROGRAPHIQUE DES COMPOSITES ET RESIDUS DES SERIES DE TESTS 10 ET 11……… p 168
Introduction………..………..……… p 168
I. Matériel et méthode………..………..……… p 168
I.1. Echantillonnage………..……… p 168 I.2. Préparation des échantillons et représentativité………….……..………..………..……… p 170 I.3. Méthodologie………..……… p 171 I.3.1. Diffraction de rayons X (DRX)………..………..……… p 171
I.3.1.1. Acquisition des données………..………..……… p 171
I.3.1.2. Traitement des données………..………..……… p 171
I.3.2. Microscopie électronique à balayage (MEB)….………..……… p 172 I.3.2.1. Etude morphologique et texturale………..………..……… p 172 I.3.2.2. Spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDS) (MEB) ……… p 173 I.3.3. Analyses chimiques de roche totale………..………p 173
II. Aspects macroscopiques des échantillons………..………..………..……… p 173
III. Identification minéralogique………..………..……… p 176 III.1. Minéralogie des composites : une influence sur les rendements ? ………..………..……… p 176 III.2. Minéraux résiduels: composite Vs résidu………..………..……… p 179 III.3. Inventaire des précipitations……….………..……… p 180 III.4. Répartition des sulfates dans les résidus………..……… p 181
III.5. Détail des dissolutions et précipitations du minerai Imfout Sud………..……… p 183
IV. Observations microscopiques………..………..……… p 184
IV.1. Aspect général des blocs de résidu……….………..……… p 184 IV.2. Morphologie des sulfates………..……… p 185 IV.3. Chronologie relative des précipitations de sulfates………..………p 189 IV.4. Morphologie des minéraux résiduels………..………..……… p 193
IV.5. Observations pétrographiques complémentaires sur lames semi-épaisses………...……… p 195
V. Micro-analyses chimiques EDS (lames semi-épaisses)………..……….………..……… p 200 VI. Déductions des réactions minérales………..………..……… p 202 VII. Conclusion-discussion…………..………..……… p 205
PARTIE 3 – CONCLUSION GENERALE DES TESTS DES SERIES 10 ET 11………..… p 208
Introduction………..……… p 208
I. Bilan H2SO4………..………....……… p 208
II. Bilan fer………..……….……… p 210
III. Bilan des autres paramètres………..………..……… p 211 IV. Bilan des problèmes par type de minerai………..………..……… p 211 V. Conclusion………..……….………..……… p 215 Références – Chapitre 5 -………..………..……… p 217
Annexes - Chapitre 5 -………..……….………..……… p 218
CHAPITRE 6 - SIMULATIONS GEOCHIMIQUES KINDISP
…….……….………..………… p 225PARTIE 1 - DEFINITIONS DES FONDEMENTS THEORIQUES, DU MODELE INFORMATIQUE ET DU
SYSTEME D’ETUDE…………..……….….……….………..……… p 226
Introduction…………..………..……….………..……… p 226 I. Fondements théoriques……….………..………p 227
I.1. Principes thermodynamiques……….……….………..……… p 227
I. . . ‘ a tio hi i ue à l uili e…………..….……….………..……… p 227
I.1.2. Evolution de la réaction chimique…………..………..………..……… p 228 I.1.3. Taux de saturation : produit ionique et produit de solubilité……….…………..……… p 228 I.2. Principes cinétiques…………..……….………..……… p 229 I.2.1. Cinétique de dissolution……….……….………..……… p 229 I.2.2. Cinétique de précipitation……….………..……… p 230
I.2.3. Influence de la température…………..…..……….………..……… p 231
I.2.4. Surfaces réactives……….……….………..……… p 231 II. Code de calcul géochimique KINDISP…………..……….….………..……… p 231 III. Pa a t es de si ulatio g o hi i ue de ot e s st e d tude…………..………..……… p 233 III.1. Conditions des interactions fluides/roches……….………..……… p 233
III.1.1. Etape 1 : agglomération …………..……….……….………..……… p 233
III.1.1.1. Protocole…………..….……….………..……… p 233
III.1.1.2. Température…………..….……….………..……… p 234 III.1.1.3. Solution de traitement…………..….……….………….………..……… p 234 III.1.1.4. Simulation par KINDISP…………..….……….………..……… p 235 III.1.2. Etape 2 : lixiviation…………..……….………..……… p 237
III.1.2.1. Protocole…………..….……….………..……… p 237
III.1.2.2. Solution et Température…………..….……….………..……… p 237 III.1.2.3. Simulation par KINDISP…………..….……….………..……… p 238 III.1.3. Etape 3 : séchage du minerai…………..….………..……….………..……… p 239 III.2. Paramètres du mine ai d o igine = composite : état initial…………..….………..……… p 239 III.2.1. Composition minéralogique du composite…………..….……….………..……… p 240
III.2.1.1. Fractions volumiques Xv…………..….………..……… p 240
III.2.1.2. Volume et surface par kg de solution et proportion molaire…………..….….……… p 240
III.2.2. Thermodynamique de dissolution des minéraux primaires………….……… p 242 III.2.3. Cinétique de dissolution des minéraux primaires……….………..……… p 243 III.3. Minerai après traitement = résidu : état final…………..….……….………..……… p 244 III.3.1. Précipitation thermodynamique……….………..……… p 244
III.3.2. Dissolution cinétique……….………..……… p 248
III.3.2.1. Na-Jarosite…………..……….………..……… p 248 III.3.2.2. Jarosite…………..….……….………..……… p 248 III.3.2.3. Célestine, barytine, anglesite…………..……….………..………p 250 III.3.2.4. Sulfates du système…………..….………..……… p 251 IV. Application de KINDISP à notre système…………..….……….………..……… p 252
IV.1. Mise à jour des fichiers de données (.DAT)…………..….…….……….….………..……… p 252
IV.2. Problèmes liés aux simulations de notre système…………..….………..……… p 253
V. Conclusion……….………..….……….………..……… p 254
PARTIE 2 -PREDICTION OF ENTHALPIES OF FORMATION OF HYDROUS SULFATES……….……… p 256
Abstract………..….……….………..………..……… p 256 1. INTRODUCTION………..….………..……….………..……… p 257
2. METHODOLOGY………..….……….……….………..……… p 259
2.1. Enthalpy of formation of anhydrous sulfates………..….……….………..……… p 259
2.1.1. Definitions of parameters HO= Mz+(aq) and H°f,ox……….………..……… p 259
2.1.2. Relationships between H°f,ox and HO= Mz+(aq)……….………..……… p 260
2.2. Enthalpy of hydration of simple and double sulfates……….………..……… p 263 3. RESULTS………..….……….………..………..……… p 265 3.1. Enthalpy of formation of anhydrous sulfates……….………..……… p 265 3.2. Enthalpy of hydration for hydrated sulfates………..….………..……… p 266 3.3. Example of computation of a hydrous double sulfate………..……… p 270
4. DISCUSSION………..….………..……….………..……… p 271
4.1. Introduction………..….……….……….………..……… p 271 4.2. Estimation of entropy of formation for hydrated double sulfates……….………..……… p 271 4.3. Applications to natural systems………..….………..….………..……… p 272 4.4. The Fe2(SO4)3 - H2O system………..….……….………..……… p 273
4.5. Solubility products of some hydrous sulfates………..……… p 274
CONCLUSIONS………..….………..……… p 275
IMPLICATIONS………..……..….……….………..……… p 277 REFERENCES………..……..……….………..……… p 277 Appendix………..….……….………..……… p 281
PARTIE 3 : MODELISATIONS GEOCHIMIQUES DES INTERACTIONS MINERAI/SOLUTION LORS DU
TRAITEMENT……….………..………p 285
Introduction……….………..….……….………..……… p 285
I. Adaptions et ajustements du protocole de modélisation……….………..……… p 285 I.1. Introduction………..….……….………..……… p 285
I. . L agglo atio …………..….……….………..……… p 286
I.3. La lixiviation………..….……….………..……… p 287 I.4. Le séchage du minerai……….………..……… p 288 II. Modélisatio de l agglo atio ……….……….………..……… p 288 II.1. Les dissolutions………..……….……….………..………p 288 II.2. La solution………..……….………..……… p 289
II.3. Les précipitations……….………..……… p 289
III. Modélisation de la lixiviation………..….……….………..……… p 291
III.1. Les dissolutions……….……….………..……… p 291 III.2. Les solutions……….………….……….………..……… p 293 III.3. Les précipitations……….………..……… p 294 IV. Séchage du minerai traité………..….……….……….………..……… p 297
V. Comparaison modélisations/expérimentations……….………..……… p 298 V.1. Les dissolutions………..……….………..……… p 298 V.2. Les solutions………..….……….………..……… p 299 V.3. Les précipitations………..………….……….………..……… p 300 VI. Conclusion……..…….………..….……….………..……… p 302 VII. Suites à do e ………..……….………..……… p 303 Références - Chapitre 6 -………..….…………..……….………..………p 305 Annexes - Chapitre 6 -………..….……..……….………..……… p 309
CHAPITRE 7 - QUANTIFICATION DU PENALISANT ANALIMOLITE
.………..………… p 313Introduction………..….……..………..……….………..……… p 314 I. Matériel et méthode……….………..….……..……….………..……… p 315 I.1. Diffraction de rayons X (DRX)………..……..……….………..……… p 315
I.2. Spectroscopie infrarouge (IR)……….……..……….………..……… p 315
I.3. Stratégie et échantillonnage………..……..……….………..……… p 316
I.3.1. Choix de la méthode analytique………….……..……….………..……… p 316 I.3.2. Stratégie adoptée pour la quantification par spectroscopie infrarouge………..…..…… p 316 I.3.3. Echantillonnage………..….……..………..…….………..……… p 317 II. Pertinence des spectres IR acquis au FieldSpec 3………..….……..……….……..……… p 318
II.1. Identification des signatures IR des minéraux du Tchirézrine 2………..….………..……… p 318
II.2. Comparaison des spectres IR « terrain » Vs « laboratoire »………..….……..………..…… p 320
II.3. Confrontation spectroscopie IR-DRX………..….……..………..……… p 322 III. Quantification de l a al i e………..….……..………..….………..………p 327 III.1. Description de la méthode………..….……..………..……….………..……… p 327 III.2. Résultats………..….……..……….………..………p 328 III.3. Application au minerai………..….……..……….………..……… p 330
IV. Conclusion……..…………..………..……….………..……… p 334
V. Suites à donner………..………..……….………..……… p 335 Références - Chapitre 7 -………..….……..……….………..………p 337 Annexe - Chapitre 7 -………..………..….……..……….………..……… p 338
CONCLUSIONS GENERALES DU VOLET 2
…………..………..….……..………..……… p 339 Références – Conclusions générales volet 2-………..….……..……….………..……… p 340Liste des figures
CHAPITRE 1 - TOUR D’HORI)ON DES CONNAISSANCES
Figure 1-1 : Localisation des gisements uranifères du Niger, dont AREVA est actionnaire………. p 24 Figure 1-2 : Localisation du bassin de Tim Mersoï au Niger, et de ses limites : Les assifs du Hogga et de l Aï et
la do sale d I Guezza . A- Modifié de Gerbeaud (2006). B- Modifié de Pacquet (1969) ……….…. p 27
Figure 1-3 : Colonne stratigraphique des séries et formations du bassin de Tim Mersoï, du Dévonien, au Crétacé
(Coquel et al., 1995 ; données tectoniques de Gerbeaud, 2006)….……….………. p 30
Figure 1-4 : Caractéristiques morphologiques des systèmes fluviatiles, A- système en tresses ; B- système
a d ifo e. d ap s Fiet, ………. p 36
Figure 1-5 : Cartes structurales. A- Inversion des données aéromagnétiques et grandes structures régionales. B-
Accidents principaux et di e tio s des he au e t su le gise e t d I ou a e ………..… p 37
Figure 1-6 : Découpage géologique de 2007 sur fond de carte d'iso-a u ulatio de l u it à la oupu e . ‰
(modifié de Garnier, 2007)……….………..………. p 38
Figure 1-7 :D oupages pou l esti atio des essou es, post ieu s à elui de Ga ie ……….. p 39
CHAPITRE 2 - ETUDE PETROGRAPHIQUE DU TCHIREZRINE 2
Figure 2-1 : Carte du contour de fosse du gise e t d I ou a e , a e les zo es g og aphi ues et leu li ite
(découpage de 2010, figure 1-7B). A- Répartition des forages échantillonnés. B- No e d chantillons prélevés
par forage………..………. p 50
Figure 2-2 : Répartition des faciès au sein du gisement et des zones géographique………...……….p 55 Figure 2-3 : Répartition des faciès au sein des complexes de chenaux. (C0 : o ple e …..………..……. p 56 Figure 2-4 : Abondances des intraclastes……….………. p 57 Figure 2-5 : Diagramme ternaire K-Na-Ca des poi ts d a al ses hi i ues des plagioclases…..………. p 60
Figure 2-6 : Diffractogrammes de préparations orientées de la fraction infra 10µm. C : chlorite ; I : illite ; M :
metatyuyamunite ; A ; analcime ; Q : quartz ; F : feldspaths. Naturel : foncé ; EG : clair………..………. p 62
Figure 2-7 : Diffractogrammes de préparations désorientées (fraction<10µm) pour étude de la raie d(060) des
chlorites (caractère di/trioctaédrique).(Chl-Fe : chlorite Fe ; Q : quartz ; Bert : berthiérine) ………....………. p 63
Figure 2-8 : Diffractogrammes de préparations désorientées de la fraction < µ pou l tude du pol t pis e des chlorites. (I : illite ; Q : quartz ; A : analcime ; Ib : polytype Ib(90°) ; IIb : polytype IIb) ………..………. p 64
Figure 2-9 :Diff a tog a es de p pa atio s d so ie t es de la f a tio < µ pou l tude du pol typisme :
comparaison entre un échantillon où la chlorite est fortement interstratifiée avec de la berthiérine (9423-23) et l aut e o -11). (I : illite ; Q : quartz ; A : analcime ; Ib : polytype Ib(90°) ; IIb : polytype IIb) …..………. p 65
Figure 2-10 : Diagrammes ternaires Al-Fe-Mg (Al octaédrique) pour la projection des analyses chimiques de
chlorite. A- Chlo ites du T hi z i e d I ou a e . B- Chlorites du Niger (Arlit et Imouraren) de divers
auteurs………..……….………..………. p 66
Figure 2-11 : Diffractogrammes de préparations orientées de la fraction infra 10µm. (C : chlorite ; I : illite; K :
kaolinite; A : analcime ; Q : quartz ; F : feldspaths. Naturel : foncé ; EG : clair)…..………..………. p 67
Figure 2-12 : Diffractogrammes de préparations orientées de la fraction infra 10µm. (S : smectite, C : chlorite ;
I : illite ; K : kaolinite ; A : analcime ; Q : quartz ; F : feldspaths) ………..………..…………. p 67
Figure 2-13 : Diffractogrammes de préparations désorientées (fraction<10µm) pour étude de la raie d(060) des
smectites (caractère di/trioctaédrique). (Qtz : quartz) ……….………. p 68
Figure 2-14 : Diagramme ternaire MR3-2R3-3R2 pour la projection des analyses de smectite………. P 68 Figure 2-15 : Diffractogrammes de préparations orientées de la fraction infra 10µm aux états naturel (bleu
fo et satu th l e gl ol leu lai de l ha tillo - . Seuls les pi s de l i te st atifi hlo
ite-smectite sont indexés………..………..…..………. p 69
Figure 2-16: Diff a tog a e de p pa atio s d so ie t es pou l tude de la aie . CFe : chlorite Fe ; Q :
Figure 2-18 : Diffractogrammes de poudres désorientées. (a : argiles ; A : analcime ; C : coffinite ; Q : quartz ; H :
hématite ; F : feldspaths ; U : uraninite)……….………. p 78
Figure 2-19 : Diffractogrammes de préparations orientées. (M : Montmorillonite ; M : Métatyuyamunite ; U : uranophane ; S : sengierite ; A : analcime ; Q : quartz ; H : hématite ; F : feldspaths ; U : uraninite) ……….………….…….. p 79 Figure 2-20 : Diffractogrammes de préparations orientées sous différents traitements, pour caractériser la
sengierite. (S : Sengierite ; M : Métatyuyamunite ; U : uranophane ; A : analcime ; Q : quartz)………..………. p 80
Figure 2-21 : Diagrammes ternaires. A- Pour les sulfures. B- Pour les minéraux uranifères………..…. p 82
CHAPITRE 3 – HISTOIRE DES PARAGENESES MINERALES
Figure 3-1 :A al ses hi i ues d a al i es auto o phes et d a al i es sph i ues……….…. p 97 Figure 3-2 : Schéma synthétique de la diagenèse du Tchirézrine 2, pour les faciès de chenaux et de plaines
d i o datio ………..………..………. p 104
Figure 3-3 : Supe positio de l pisode d alt atio su le fo d gio al diagénétique. Uraninite+coffinite
peuvent précipiter dans la porosité ou être fixés sur la chlorite, tandis que les produits jaunes sont plutôt observés dans la porosité et dans les matrices de tosudite. Calcite et harmotome apparaissent soit en
remplissage de f a tu es e ti ales, soit e i e t. L a atase est p se t da s les at i es de hlo ite, tout
o e l h atite………...………..………. p 114
CHAPITRE 4 : REPARTITION MINERALOGIQUE SPATIALE
Figure 4-1 : Répartition des minéraux par faciès. Grès microconglomératique (grès µ) / Grès grossier à localement microconglomératique (grès g-µ) / Grès grossier (grès g) / Grès moyen (grès m) / Grès fin (grès f) /
Grès très fin (grès t f) / Grès à ciment analcimeux (grès a) / A al i olite a al . . Le o e d ha tillo s de
chaque faciès est en parenthèses (abscisse)………..….………..………. p 120
Figure 4-2 :Co positio i alogi ue des diff e ts t pes d i t aclastes (classés par couleur) ……….…………. p 121 Figure 4-3 : ‘ pa titio des phases diag ti ues et d alt atio selo les zo es : 1barre représente le %
d ha tillo s po teu s du i al, au sei d u e zo e (DRX préparations orientées)…..………. p 122
Figure 4-4 : ‘ pa titio des phases diag ti ues et d alt atio selo les o ple es C … : 1barre représente
le % d ha tillo s po teu s du i al, au sei d u o ple e p pa ations orientées) ………..……..………. p 123
Figure 4-5 : Figure synthétique de la distribution spatiale des minéraux diagénétiques (camemberts
sous-jacents à la a te et des phases issues de l pisode d alt atio a e e ts sus-jacents à la carte + étoiles
pour les minéraux plus accessoires). (A partir des diffractogrammes de préparations orientées).(C0 à C4 :
complexes 0 à 4) ………….……….……….…..………. p 124
Figure 4-6 : Corrélations des nombres de coups en DRX. A- Kaolins/Feldspaths K. B-Kaolins/Albite.
(Diffractogrammes de préparations désorientées (SEPA) pour les feldspaths K et l al ite……….………. p 125
Figure 4-7 : Superposition de la distribution des minéraux argileux sur la carte des isopaques du Tchirézrine 2.
(1 camembert = moyenne des compositions minéralogiques des ha tillo s d u e fo age da s u
complexe donné)………….……….……….………..………. p 127
Figure 4-8 : Corrélations e t e les phases d alt atio . A- Tosudite/Montmorillonite. B- Produits jaunes
(PJ)/produits noirs (PN). C- Calcite/produits noirs (PN). D- Harmotome/calcite………. p 126
Figure 4-9 :P oje tio des fa teu s et de l ACP alis e su hantillons, avec 55 variables….………. p 129 Figure 4-10 : Spectres de distribution des terres rares. A- Imatra ; B- Imfout ; C- Imola………. p 130 Figure 4-11 : Diagramme Th-La d ap s Cu e a d Mathieu ………….……….…………..…….p 131
CONCLUSIONS GENERALES DU VOLET 1
Figure V1-1 : A- Ca tes d iso-accumulations des 3 unités. B- Carte montrant les principales failles, les directions de chenaux (com. Pers. Girard) et les possibles circulations de fluides. C- Coupe schématique N-S du gisement d I ou a e , alis e à pa ti des isoh pses du toit de l A i k et des isopa ues du T hi z i e paisseu s
des u it s a it ai e e t ide ti ues au sei d u e zo e . ………….………...…….p 141
CHAPITRE 5 - TESTS DE TRAITEMENT DU MINERAI D’IMOURAREN
Figure 5-1 : Corrélation e t e le e de e t e u a iu des tests de la s ie , et la asse d H2SO4/t de minerai
Figure 5-2: Corrélations entre le rendement en uranium des tests de la sous-série 9.1, et certaines conditions
des tests : A- Durée de lixiviation. B- Te p atu e à l agglo atio ………...……….……. p 155
Figure 5-3: Corrélation entre le rendement en uranium des tests de la sous-série . et la asse d H2SO4/t de
i e ai à l agglo atio , pou des du es de li i iatio diff e tes e jou s.……….…. p 156
Figure 5-4 : A- Rendements en uranium selon les zones géographiques et les unités. B- Rendements en uranium
pou les tests à diff e tes asses d H2SO4/t de i e ai à l agglo atio pou le i e ai p o l ati ue
d I fout Sud U ; les temps de percolation sont indiqués………….…….………. p 157
Figure 5-5 : Evolution au ou s de la li i iatio , du pote tiel d o do-réduction Eh et du pH pour 3 tests de la série 2. A- Test de la colonne F2. B- Test de la colonne K2. C- Test de la colonne L2. (Détails des tests en Annexe 5-1) ………….……….………..………..……. p 158 Figure 5-6 : Evolution du potentiel d o do-réduction Eh et du pH durant la lixiviation. A à E- Différents tests de
la série 10 (zone, unité, test sur graphique) ; F- Un des tests de la série 11. Carrés : Eh ; Cercles : pH……….…. p 159
Figure 5-7 : Effet du tassement du minerai lors de la lixiviation sur les temps de percolation des solutions de
lixiviation……….…….………..…..……. p 160
Figure 5-8 : Etude des jus de lixiviation de la série 9. A- Co latio e t e les ua tit s de fe total et d H2SO4
dans les jus. B- Quantité de fer total dans les jus en fonction de la durée de lixiviation. C- Qua tit d H2SO4
résiduel dans les jus en fonction de la masse d H2SO4utilis e à l agglo atio les du es de li i iatio so t
reportées)………….……….………..……. p 162
Figure 5-9 : Etude des jus de lixiviation de la série 10. A- Qua tit s d H2SO4 dans les jus. B- Rapport Fe3+/Fe2+
dans les jus. C- Quantités de fer total dans les jus. D- Pourcentages de Fe2O3 dans les composites (analyses
roches totales) ………….……….………..……. p 163
Figure 5-10 : Etude des jus de lixiviation de la série 11. A- Co latio e t e les ua tit s de fe total et d H2SO4
dans les jus. B- Rendement en uranium en fonction de la quantité de fer total dans les jus. C- Rendement en
u a iu e fo tio de la ua tit d H2SO4 dans les jus…………..………..………..……. p 163
Figure 5-11 : Positionnement des résidus échantillonnés (colonnes) sur la carte du contour de fosse du
gise e t d I ou a e ………….………..………..………..……. p 170
Figure 5-12 :‘ele des tei tes des sidus et de l o u e e de p ipit s la s. U : unité)………..…... p 174
Figure 5-13 : Minéralogie des différents composites (minerais) utilisés pour les tests des séries 10 et 11. (I N/C : Imfout Nord et Centre ; I.S : Imfout Sud ; Plus les teintes sont foncées, plus les minéraux sont abondants et le
blanc indique une absence ; U% : rendement en uranium des minerais)………. P 178
Figure 5-14 : Comparaison minéralogique des composites et résidus des tests des séries 10 et 11 : chaque minéral comprend 2 colonnes, la première concerne le composite, la seconde le résidu. Il est ainsi possible de distinguer les minéraux insensibles au traitement de ceux qui subissent une dissolution. (I. N/C : Imfout Nord et Centre ; I.S : Imfout Sud ; Plus les teintes sont foncées, plus les minéraux sont abondants et le blanc indique une
absence ; U% : rendement en uranium)……….……. p 180
Figure 5-15 : Précipitations constatées dans les résidus. (Imf. N : Imfout Nord ; Imf. C : Imfout Centre ; Imf.S : Imfout Sud ; Plus les teintes sont foncées, plus les minéraux sont abondants et le blanc indique une absence ;
U% : rendement en uranium)……….………..………..……. p 182
Figure 5-16 :Co posites et sidus d I fout Sud U tests V . et C . et d I fout Sud U1U2U3 (tests
1S11.1 et 1U11.1) : détails de la comparaison minéralogique entre composites et résidus (Tableau 1 ; diffractogrammes de poudre de roche totale ; Tableau 2 : diffractogrammes de préparations orientées des composites et résidus. Ces deux tableaux comportent 2 colonnes par minéral, la première concerne le composite, la seconde le résidu) et détails des précipitations (Tableau 3 : diffractogrammes de poudre des
fractions enrichies en sulfate)….……….………..………. p 183
Figure 5-17 :Ch o ologie elati e des p ipitatio s i te e a t du a t le t aite e t du i e ai d I ou a e .
(Vert foncé : relation établie ; vert clair : relation hypothétique)………..……….…………. p 191
Figure 5-18 : Photographies de microscopie optique (LPNA) d ha tillo s o t ait s. A- Analcimes automorphes dans un grès moyen. B- Analcimes dans une analcimolite. (Qtz : quartz ; Anl : analcime ; Chl :
chlorite ; Hem : hématite)………..……….………..…….p 195
Figure 5-19 : Echantillons non traités. A- I age de i os opie opti ue LPNA d ha tillo o t ait s d I ou a e , o t a t des a al i es A l e tou es pa des hlo ites e t et o des de fer (noir) désignés
par les flèches rouges. B- Image MEB illustrant le remplacement de la chlorite (Chl, zones jaunes), par la
tosudite Tos , a e o se atio d u e pa tie des feuillets de chlorite. (Qtz : quartz)……….……….……. p 197
Figure 5-20 : Cartographie chimique de phases uranifères résiduelles (Mg-zippeite ?) associées à du Ti et des
sulfates de fer. (Qtz : quartz, A : albite ou analcime)……….……….………..………..……. p 200
Figure 5-21 : Schéma simplifié des réactions minéralogiques intervenant durant le traitement. Dans la partie
supérieure figurent les minéraux du composite touchés par la dissolution, dans la partie médiane, les éléments en solution, et dans la partie inférieure, les minéraux néoformés dans les résidus. Pour chaque minéral, la formule structurale théorique est reportée (celle de la chlorite est mesurée), ainsi que leurs compositions en
éléments et leurs abondances dans les roches………..……. p 202
Figure 5-22 : Rapports SiO2/U da s uel ues jus olle t s ap s le t aite e t des i e ais d I fout, d I ola,
d I at a et d I a. Ces a al ses o e e t Si soluble (éventuellement sous forme colloïdale). Le résultat est
exprimé en SiO2, mais il ne s'agit que d'une expression des résultats et non d'une représentation de la forme de
la silice dans ces solutions (Com. Pers. M. Bélières)………...…….p 204
CHAPITRE 6 - SIMULATIONS GEOCHIMIQUES KINDISP
Figure 6-1 : Valeur de la constante de dissolution intrinsèque au minéral, (contrôlée par les réactions de
surface) en fonction du pH……….……….……….………..……. p 230
Figure 6-2 : Evolution de la température du mi e ai agglo d I at a, du a t la atu atio ……….. p 234
Figure 6-3: E olutio du oeffi ie t d a ti it de CaCl2, NaCl, Na2CO3 et Na2SO4 en fonction de la force ionique,
donnée par 5 méthodes (4 théoriques et 1 expérimentale). Crowe and Longstaffe (1987) ……….………. p 236
Figure 6-4 : Graphique log = f° (pH) pour les minéraux primaires du composite (sauf analcime) …….……. p 245
Figure 6-5 : Graphiques log = fonction (pH) A- Données recalculées à 40°C pour la Na-jarosite et la jarosite
; B- Do s e p i e tales de Do e a d Cza k pou la lesti e, l a glesite et la a ite à °C a e
ajout des droites de régression ; C- Do es e al ul es à °C pou la lesti e, l anglesite et la barite…. p 250
Figure 6-6 : a- Corrélation entre les rayons ioniques des cations et les constantes cinétiques de dissolution des
sulfates ; b- Corrélation entre les longueurs des liaisons métal-oxygène et les constantes de dissolution des
sulfates. Extraits de Dove and Czank (1995)……….………..……. p 252
Figure 6-7 :E olutio du oeffi ie t d a ti it de Na+, Cl-, Ca2+ et Mg2+ en fonction de la force ionique, donnée
par 6 méthodes théoriques différentes. Extrait de Crowe and Longstaffe (1987) ………..……. p 254
Figures publication:
Figure 1. Relation between H°f,ox and HO= Mz+(aq) ……….……….………..……. p 260
Figure 2. Comparison of error between H°f calculated in this study and H°f from literature (H°f, (lit)) induced
one part using HO= Mz+(aq) and in the other hand HO= Mz+(c) ……….………..…….………..……. p 262
Figure 3. Linear correlation between HO= Mz+(c) and HO= Mz+(aq)….……….………..……. p 266
Figure 4. Relation between enthalpy of hydration (H°hyd,298.15K) and enthalpy of dissolution (H°diss,298.15K) of
hydrated sulfates (reported for 1SO4 per formula)………..………..……. p 267
Figure 5. Comparison of error between H°f from literature (H°f, (lit)) and H°f calculated in one hand by this
work and in the other hand with additive model of Mercury et al. (2001) ………..……….………. p 268
Figure 6. Comparison of estimates and experimental for reactions between Fe2(SO4)3 ∙ H2O as a function of
temperature and relative humidity. A – This work and additive model (Mercury et al., 2001) ; B – System mikasaite- kornelite (7 H2O) – coquimbite ; C – System mikasaite - Fe2(SO4)3∙5H2O - kornelite (7.75 H2O) -
coquimbite………. p 274
Figure 6-8 : ‘ sultats de la od lisatio de l agglo atio . A- Evolution des molalités de la solution ; B-
Evolution du pH et du Eh de la solution. C et D- Précipitations prédites ; E et F- Evolution des taux de saturation de la solution vis-à-vis des minéraux de notre système. (A, B, C et E : échelle logarithmique pour le temps ; D et
F- Echelle linéaire pour le temps ; C à F : légendes sur la droite) ……….……….………..……. p 290
Figure 6-9 : Dissolutio s de la hlo ite et de l a al i e du a t les diff e tes si ulatio s des les de
lixiviation. A- Qua tit s dissoutes de hlo ite et d a al i e ; B- ‘atio e t e les ua tit s dissoutes d a al i e
et celles de chlorite ; C- Evolution des molalités de H+ des solutions, à pH invariable de 0.78 (valeurs des forces
ioniques associées à chaque point) ; D- Du e des si ulatio s pou attei d e le pH= , it e d a t . Seule la
p e i e si ulatio d u le est e figu plein) ……….……….……….………..……. p 292
Figure 6-11: Concentration en éléments majeurs des jus de lixiviation. A- Prédictions des modélisations ; B- Mesures expérimentales des tests des séries 2 (recyclages 0 et 1), 9 (recyclage n), 10 (recyclage n+1) et 11
(recyclage n+2)………..…….p 294
Figure 6-12: Prédictions de précipitations des simulations de quelques cycles de lixiviation………..….. p 295 Figure 6-13: Quantités totales de sulfates formés (fractions molaires) durant les dernières simulations de tous
les cycles de lixiviation……….………….……….………..………..……. p 295
Figure 6-14 : Taux de saturation Q/K des solutions en fin de toutes les simulations de tous les cycles, vis-à-vis de
tous les potentiels minéraux secondaires entrés dans notre système……….………..……. p 297
Figure 6-15 :P di tio s de p ipitatio s des si ulatio s de uel ues les d apo atio ………. p 298
CHAPITRE 7 - QUANTIFICATION DU PENALISANT ANALIMOLITE
Figure 7-1 : Spectres des échantillons (poudres) ayant servi de « référence » pou l assig e e t des a des des
minéraux du Tchirézrine 2, visibles dans le proche infrarouge.(Nicolet 6700)………..……. p 319
Figure 7-2 : Comparaison des spectres acquis su les es su fa es d ha tillo . A- Spectres FieldSpec 3. B- Spectres Nicolet 6700……….….………….……….………..………..…….p 321
Figure 7-3 : Diffractogrammes de poudre. Feld : feldspaths ; Har : harmotome ; Ur ; uranophane………….……. p 323 Figure 7-4 :Spe t es I‘ a uis a e le spe t o t e Ni olet su les es poud es u e D‘X…..……. p 326 Figure 7-5 :Co pa aiso d u spe t e d a al i e pu e a e les spe t es de ha tillo s, -50 et 9437-18,
ui o tie e t espe ti e e t et % d a al i e, e ue de s le tio e u e a de a a t isti ue à
l a al i e se su st i to. Spe t es a uis a e le spectromètre Nicolet 6700……….…. p 327
Figure 7-6 : S h a e pli atif de la thode auto atis e de al ul de l ai e du dou let / -1 de
l a al i e……….………….……….………..……. p 328
Figure 7-7 :Co latio e t e l ai e du dou let / -1de l a al i e su les spe t es I‘ des su fa es et
des poud es ha tillo s po ph is s et le pou e tage d a al i e esti pa ajuste e t ‘iet eld
(diffractogrammes de poudre). (Acquisitions sur le spectromètre Nicolet 6700) ………. p 329
Figure 7-8 :A lio atio de la o latio e t e l ai e du dou let / -1 calculée sur les spectres IR de
poud e et la ua tit d a al i e esti e pa ajuste e t ‘iet eld su diff actogrammes de
poudre………. p 330
Figure 7-9 : Spectres en proche IR des composites. A- Co posites à l tat po ph is . B- Composites concassés
pour tout passant 10mm……….……….……….………..………..……. p 332
Figure 7-10 :Ajout des o posites po ph is s à la o latio e t e l ai e du dou let / -1 calculée
su les spe t es I‘ de poud e et la ua tit d a al i e esti e pa ajuste e t ‘ietveld sur diffractogrammes
de poudre……….……….…….……….……….…………..……. p 331
Figure 7-11 :Essai de o latio su des o posites o ass s à tout passa t . Co latio e t e l ai e
du doublet 5628/5549cm-1 al ul e su les spe t es I‘ et la ua tit d a al i e esti e pa ajuste e t
Rietveld sur diffractogrammes de poudre……….……….………….………....……. p 333
Figure 7-12 :Ajout de la ges d ha tillo s o s à la o latio ai e-% pour des composites concassés à
tout passa t . Co latio e t e l ai e du dou let / -1 calculée sur les spectres IR et la
Liste des planches
CHAPITRE 2 - ETUDE PETROGRAPHIQUE DU TCHIREZRINE 2
Planche 2-1 : Faciès pétrographiques du Tchirézrine 2……….………...……….………... p 54 Planche 2-2 : Intraclastes du Tchirézrine 2……...………..…..…. p 58
Planche 2-3 : Faciès du Tchrirézrine 2………..……….. p 59
Planche 2-4 : Le cortège détritique du Tchirézrine 2 ………..………...………..… p 61
Planche 2-5: Morphologie des minéraux argileux………...………..………...……… p 72
Planche 2-6 : Morphologie des analcimes 1/2………...………..………..………. p 74 Planche 2-7 : Morphologie des analcimes 2/2………...………..………..………. p 75 Planche 2-8: Les ciments des grès moyens à microconglomératiques………...……….……. p 76 Planche 2-9: Les ciments des grès fins et analcimolites………...……….……… p 77
Planche 2-10 : Morphologie des minéralisations………...……….………..………..p 81
CHAPITRE 3 – HISTOIRE DES PARAGENESES MINERALES
Planche 3-1 : Formation et évolution des analcimes………...………....……… p 95 Planche 3-2 : Formation et évolution des analcimes……….……….… p 98
Planche 3-3 : Phases diagénétiques……….………...….………. p 101
Planche 3-4 : Kaolins et illites………..……….……… p 103 Planche 3-5 : Montmorillonite, tosudite et hématite………..………..…….. p 107 Planche 3-6 : Minéralisations uranifères……….……… p 109 Planche 3-7 : Minéralisations uranifères, calcite et harmotome…..……….… p 111 Planche 3-8 : Minéralisations uranifères, harmotome et sulfures………...……….. p 113
CONCLUSIONS GENERALES DU VOLET 1
Planche V1-1 : Localisation de la minéralisation uranifère………..……...……….……….. p 143
CHAPITRE 5 - TESTS DE TRAITEMENT DU MINERAI D’IMOURAREN
Planche 5-1 : Traitement statique du minerai pauvre du site minier SOMAÏR……….……….. p 151
Planche 5-2 : Dispositif et p oto ole des tests de t aite e t du i e ai d I ou a e , site de la
SOMAÏR………..………...……… p 153
Planche 5-3 : Photographies de quelques résidus……….……….………..………. p 175 Planche 5-4 : Observations de blocs riches en précipités du test 2C10.1 2ème tranche...………..………. p 176 Planche 5-5 :Photog aphies MEB SEI de ues d e se ble de blocs de résidus recouverts par une croûte de
sulfates………..………..……...………..… p 184
Planche 5-6 :Photog aphies MEB SEI de la o phologie de la ta a ugite et de l alu og e………. P 186
Planche 5-7 : Photographies MEB (SEI) de la morphologie de la natrojarosite, du gypse et/ou bassanite, de la
pickeringite et de la basaluminite……….………..……...……….. p 187
Planche 5-8 : Photographies MEB (SEI) de précipitations non identifiées………..….……….…………. p 188 Planche 5-9 : Photographies MEB (SEI) de relations de phases entre les différents minéraux néoformés
………..………...……… p 190 Planche 5-10 : Photographies MEB (SEI) de relations de phases entre les différents minéraux
néoformés……….………..……...………. p 192
Planche 5-11 : Photographies MEB (SEI) des minéraux résiduels………..……...……… p 194
Planche 5-12 : Photographies MEB (SEI) des minéraux résiduels et cartographies chimiques………. p 196 Planche 5-13 : Cartographies chimiques……….……….………….. p 198 Planche 5-14 : Photographies MEB (SEI) et cartographies chimiques de blocs de résidus………. p 199
Liste des tableaux
CHAPITRE 2 - ETUDE PETROGRAPHIQUE DU TCHIREZRINE 2
Tableau 2-1 :Co ditio s a al ti ues des a uisitio s pa diff a tio de a o s X………. p 51
Tableau 2-2 : Caractéristiques des intraclastes………..……….…. p 57
Tableau 2-3 : Réflexions (d(Å)) et intensités (I) des réflexions des polytypes Ib(90°) et IIb de la chlorite ainsi que
des i au a t des i te f e es B i dle a d B o , ………..………. p 64
Tableau 2-4 : Coefficient de variabilité (CV) des C-S pou l ha tillo -1 aux états naturel (Air-dry) et
saturé éthylène glycol. Xbar : moyenne des d(00l) x l ; S : écart-type….………..……….……..…………. p 70
Tableau 2-5 : Soust a tio d u e fo ule th o i ue de sudoite à la fo ule o e e de tosudite mesurée,
pou t ou e la fo ule du o posa t s e tite de la tosudite et la o pa e à la fo ule th o i ue d u e o t o illo ite asse ha ge………..………..………..……….………. p 71
Tableau 2-6 : Les arrangements analogues des analcimes automorphes et sphériques………...…………. p 73
CHAPITRE 3 – HISTOIRE DES PARAGENESES MINERALES
Tableau 3-1 :Co positio s hi i ues th o i ues de la at olite et de l a al i e………...……….…. p 96 Tableau 3-2 : Fo ules st u tu ales des i au de l alt atio ta di e. 1Burns (1999), 2Analyses chimiques
(Annexe A, CD)……….…..………..……….………. p 112
CHAPITRE 4 : REPARTITION MINERALOGIQUE SPATIALE
Tableau 4-1 : Bilan des observations sur la répartition des minéraux et des terres rares………..……….…. p 133
CHAPITRE 5 - TESTS DE TRAITEMENT DU MINERAI D’IMOURAREN
Tableau 5-1 : Temps de percolation des solutions de lixiviation dans les colonnes à 250kg de minerai, lors des
tests où kg d H2SO4/t de minerai sont utilisés à l agglo atio ………..……….……….…. p 160
Tableau 5-2 : Composition chimique de la solution industrielle issue du la ge d eau d I ou a e fo ages
IMOU0812-4 et IMOU0486- et d a ide sulfu i ue à %……….………….……….…. p 161
Tableau 5-3 : Différence entre les jus moyens et les effluents moyens des séries 9 et 10………..………. p 164
Tableau 5-4 : Etude du recyclage des solutions de lixiviation………..……….….p 165
Tableau 5-5 :Co pa aiso de e tai s pa a t es des tests d I at a et d I fout Sud, en lien avec la tendance
décroissante des rendements en uranium de U3 à U1………...………….……….…. p 166
Tableau 5-6 : Tests de la s ie , do t eu su lig s fe o t l o jet de l tude p t og aphi ue………….….. p 169 Tableau 5-7 : Tests de la série 11 dont les résidus seront étudiés……….…..….…. p 169
Tableau 5-8 : Représentativité : pou e tage d ha tillo tudi pa appo t à l ha tillo total. M : masse) ……….……….………...…. p 171
Tableau 5-9 :I e tai e des sulfates et thode d ide tifi atio . identification, X suspicion)………..…. p 181
Tableau 5-10 : Quelques micro-analyses chimiques (EDS) réalisées sur des mélanges de phases………..…… p 201
Tableau 5-11 :Bila assi ue du Si elâ h pa la dissolutio de la hlo ite et de l a al i e. Cal uls alisés sur
kg de i e ai de de sit . , o te a t % d a al i e et % de hlo ite. La dissolutio d u e ole de
hlo ite ou d u e ole d a al i e p oduit oles de Si……….. p 203
Tableau 5-12 :Bila de l tude de e tai s tests des s ies et , tudi s. Notez ue les tests so t lass s du
meilleur rendement en uranium (gauche) au plus mauvais (droite). Agglo. : agglomération ; Tos : tosudite ; Cam : caminite ; Mnt : montmorillonite ; Kln : kaolinite ; Gp : gypse ; Bas : basanite ; Gla : glauberite ; Pic :
pickeringite ; Zip : Mg-zippeite……….….……….…. p 209
Tableau 5-13 : Bilan du fer lors de tests de la série 2, agglomération à 60kg/t et lixiviation avec des solutions
propres (*exception pour le test I2, où la solution a été recyclée une fois). (Col. : colonne) ………..…. p 210
Tableau 5-14 :Pa o a a de uel ues a al ses hi i ues de o he totale d ha tillo s i hes e a al i olite
LISTE DES TABLEAUX Page 18
CHAPITRE 6 - SIMULATIONS GEOCHIMIQUES KINDISP
Tableau 6-1 :Co positio hi i ue des eau se a t à fai e le la ge a e l a ide sulfu i ue pou e la
solutio utilis e à l agglo ation………..……….…. p 235
Tableau 6-2 :Co positio hi i ue de la solutio d agglo ation……..……….……….…. p 235 Tableau 6-3 : Composition de la solution de lixiviation pour le 1er cycle……….…. p 237
Tableau 6-4 : Co positio i alogi ue f a tio s olu i ues X du i e ai d I at a U a e uel ues
modifications. (Mont. : montmorillonite) ……….……….…. p 240
Tableau 6-5 :Po osit al ul e de ha tillo s ep se tatifs du i e ai d I ou a e ………..……... p 241 Tableau 6-6 : Paramètres calculés pour la composition minéralogique, ( = 0,2), étape
agglomération,solution = 1,325kg/l. 1- Marty N. (2006) 2- Chipera and Apps (2001) ……….…….…. p 241
Tableau 6-7: Grandeurs thermodynamiques estimées pour les calculs des produits de solubilité K…………. p 242
Tableau 6-8 : Produits de solubilité des minéraux primaires. Les n° représentent les index des minéraux dans les fichiers de base de données MIN.DAT et MINSPL.DAT. 1- Données initiales de la base de données KINDISP,
issues de Fritz (1975) ; 2- Calcul par logiciel SUPCRT92 avec les grandeurs thermodynamiques H°f, S°, G°f, a,
b*103 et c*10-5 estimées d'après la chimie par le modèle de Blanc et al. (2013), Vieillard (2000 ; 2002) et le
volume molaire; 4- Blanc and Vieillard (2010)……….…. p 243
Tableau 6-9 : Données cinétiques des minéraux primaires………..……….…. p 246
Tableau 6-10: Paramètres thermodynamiques des minéraux secondaires à entrer dans le logiciel
KINDISP……….…. p 249
Tableau 6-11 : Données sur les cinétiques de dissolution de certains sulfates permettant de calculer les constantes de dissolution à 40°C. 1- Zahrai et al. (2013); 2- Elwood Madden et al. (2012); 3- Dove and Czank
(1995); 4- Marty (2012). italique- déterminé graphiquement; police- calculé…..……….……….…. p 251
Tableau 6-12 : Equations de dissolution des minéraux ajoutés dans la base de données………..…….…. p 252
Tables publication:
Table 1 : Values of H°f,298.15K for oxides and cations used for calculation of HO= Mz+(aq) …………..………. p 260
Table 2 : Values of HO =
Mz+(c) obtained by minimization or by calculation for values in italic (Fe2+, Co2+ and
Ni2+)……….……….…….…. p 265
Table 3: Enthalpies of formation of simple and double anhydrous sulfates, estimated in this work (anh.: anhydrous) ………..……….…. p 267 Table 4: Enthalpies of formation of some hydrous sulfates predicted in this work……….……….…. p 269 Table 5: Comparison of predicted enthalpy of formation of NaAl(SO4)2∙nH2O with values from Wagman et al.
(1982)……….……….……….…. p 269 Table 6: Example of estimation of enthalpy of formation of bilinite and romerite at 298.15K with models presented in this work………;;……….…. p 270 Table 7: Standard molal entropy (S°298.15) for sulfates used for the establishment of fictive entropies values for
oxides (J.K-1.mol-1) ……….…. p 272 Table 8: Values of S°298.15K (J.K-1.mol-1) (line I) and fictive S°298.15k (sulf) (J.K-1.mol-1) (line II) for
oxides………..……….…. p 272 Table 9: Thermodynamic values (experimental and predicted in this study) for different hydrous sulfates belonging to the system Fe2(SO4)3∙ H2O……….…. p 273
Table 10: Experimental solubility product, predicted enthalpy of formation and entropy, calculated Gibbs free energy of formation and solubility products for some sulfate minerals……….……….…. p 275
Tableau 6-13 :Bila des dissolutio s et p ipitatio s p dites pa la si ulatio de l agglo atio , à pH= .
it e d a t de la simulation) et à temps = 24h……….……….……….…. p 289
Tableau 6-14 :Co ditio s pou la dissolutio totale de l a al ime et de la chlorite lors de la lixiviation….. p 293 Tableau 6-15 : Quantités globales de sulfates précipités……….…. p 296
Tableau 6-16 : Comparatif des précipitations observées dans les résidus des séries 10 et 11 (précipitations dans
le sidu d I at a U su lig es e g is et des p ipitatio s p dites pa la od lisatio g o hi i ue. Les
chiffres entre parenthèse dans la colonne 1, désignent le nombre de résidus dans lesquels les sulfates ont été
observés, sur un total de 34 résidus. La a i ite, e itali ue, a pu t e i t g e au od le, a les g a deurs
CHAPITRE 7 - QUANTIFICATION DU PENALISANT ANALIMOLITE
Tableau 7-1 : Liste et détails pétrographiques des échantillons sélectionnés pour le calibrage des spectres infrarouges acquis par le FieldSpec. Les zones géographiques du gisement correspondent à la figure 1-6 (c.f.
chapitre 1)……….……….…..…. p 318
Tableau 7-2 : Fréquences (cm-1) des bandes infrarouges des minéraux caractéristiques du Tchirézrine 2, ide tifi es d ap s des ha tillo s « référence »……….…………..…. p 320
Tableau 7-3 : Identification minéralogi ue d ap s les spe t es I‘ a uis su les su fa es des ha tillo s. Les
« + » so t u e i di atio de l i po ta e de l ai e des a des sous le i eau de ase. ‘ouge : spectres
FieldSpec ; vert : spectres Nicolet 6700 ; Cof : coffinite ; Ur : uranophane ; Ca ?: suspicion de
calcite………..………..………..…. p 322
Tableau 7-4 : Semi-quantification des minéraux par ajustement Rietveld sur les diffractogrammes de poudre.
Met : métatyuyamunite ; Har : harmotome ; Cof : coffinite ; Ur : uranophane….…………..…….………..…. p 324
Tableau 7-5 :Co pa aiso des thodes p o he I‘ su su fa es d ha tillo et D‘X, pou l ide tifi atio des
i au a gileu , de l a al i e et des i alisatio s u a if es. L a o da e de es i aux dans les
ha tillo s peut aussi t e o pa e i po ta e de l ai e des a des e I‘ et % ‘iet eld e D‘X ……….………..………..…. p 325
Tableau 7-6 : Comparaison des méthodes proche IR et DRX, sur le même matériel (poudres) pour
l ide tifi atio des i au a gileu , de l a al i e et des i alisatio s u a if es. L a o da e de es
i au da s les ha tillo s peut aussi t e o pa e i po ta e de l ai e des a des e I‘ et % ‘iet eld
