FER OOLITHIQUE

Les gisements de fer oolithique se présentent en couches ferrugineuses oolithiques métriques à décamétriques déposées généralement au sommet d’une séquence de plus en plus grossière et de moins en moins profonde qui reflète une régression (Teyssen, 1989). La séquence lithologique est caractérisée par un granoclassement inverse et se termine par des calcaires coquilliers et des conglomérats. 

Les gisements sont associés à des environnements d'estuaire débouchant sur une plate-forme stable montrant des variations du niveau marin d'origine eustatiquse. 

Le minerai est constitué d’oolithes composées de silicates de fer (berthiérite, chamosite), d'oxydes de fer (goethite surtout, hématite, magnétite rare), de carbonates (calcite, sidérose) et très peu de sulfures (Fig.1). 

              Fig. (1) : Oolithes ferrugineuse de la mine d’Imi n’Tourza (Anti-Atlas oriental, Maroc). Les oolithes sont constituées de                                                             chamosite (jaune) et d’oxydes de fer magnétite et hématite (noir).

Ce type de gisement est connu à partir du Paléozoïque (Fig.2) et les principaux gisements se situent dans le Jurassique du bassin franco-allemand, dans le Paléozoïque moyen des Appalaches (Clinton, USA; Terre-Neuve) et de l’Afrique du nord. 

On distingue deux types de gisements de fer oolithique :

- type  « minette » (ou  Lorraine) ;  - type « Clinton » (ou Appalaches). 

La différence essentielle entre les deux types réside dans la composition minéralogique de leurs constituants oxydés ; goethite dans le premier et hématite dans le second. Cette différence est liée à une évolution postérieure ; le premier type est non plissé et mésozoïque ou cénozoïque alors que le second est plissé et d’âge paléozoïque.

                                                    Fig. (2) : Répartition dans le temps des gisements de fer oolithique

Le gisement de Lorraine qui a défini le type de minerai «minette», constitue un bon exemple. Il s’agit de couches ferrugineuses oolithiques interstratifiées au sein de l'Aalénien argilocalcaire (Fig.3). L'épaisseur l'Aalénien peut atteindre 60 m dans le bassin de Briey, elle ne dépasse pas 12 m dans le bassin de Nancy. Les réserves exploitables étaient d’environ 7.10⁹T de minerai à 30% de Fer. 

La succession lithologique fait apparaître un ensemble de 12 à 15 séquences négatives plus ou moins complètes. Chaque séquence est caractérisée par des termes granulométriques très fins à la base passant à des termes plus grossiers au sommet (grès grossiers). 

Du toit au mur, la séquence-type est :

-               arénite coquillière à stratification oblique par rapport aux plans de stratification ;

-               arénite ferrifère à microstratification entrecroisée ;

-               calcarinite fine à microstratification ondulée ;

-               grès et schistes ;

-               argilites et schistes

Fig. (3) : (a) : Localisation du bassin ferrifère de Lorraine (in Routhier 1963, simplifié). 1- Extension générale du minerai de fer,

2- Zones riches, 3- Affleurements d’Aalénien, M- Metz, N- Nancy, V- Verdun, B- Briey, L- Longwy. (b) : Coupe Est-Ouest du bassin ferrifère de Lourraine (d’après Varoquaux et Gérard, 1980, simplifié). 1- Oxfordien, Callovien, Rauracien, Argovien ; 2 : Bathonien, 3- Bajocien, 4- Aalénien : minerai non exploitable ou couches stériles, 5- Aalénien : minerai de fer oolithique exploitable, 6- Toarcien.

Le minerai de fer est situé au sommet de la séquence. Il s’agit d’un calcaire détritique fait d’oolithes ferrifères, de grains de quartz et de débris de coquilles noyés dans un ciment calcaire ou calcaroargileux (Fig.4). 

Les oolithes sont des grains ronds formés de couches concentrique, de limonite (gœthite) et parfois de chlorite (ou berthiérine), déposées autour d'un grain de quartz ou d'un fragment de coquille. Leur taille oscillant entre 80 à 500µ. 

Les couches concentriques de minéraux ferrifères qui constituent les oolithes témoignent d'une précipitation chimique. Les oolithes représentent donc la composante chimique de la minéralisation. Elles sont parfois brisées ; elles ont donc subi un transport. 

Les fragments détritiques sont constitués par des grains de quartz et de feldspath et par des paillettes de muscovite. On trouve en outre, des débris de coquille.

Fig. (4) : Aspect microscopique du minerai de fer oolithique de Lorraine (x40). (Oolithes constituées de silicates (chamosite), d’oxydes                                                    (goethite, limonite) dans une matrice de calcite, dolomite, quartz et sidérite.

Le ciment est formé de carbonates (calcite + sidérite) et de chlorite (ou berthiérine). Il renferme parfois des sulfures (pyrite, galène, sphalérite, chalcopyrite).

Le gisement  de Lorraine correspond à un dépôt sédimentaire présentant à la fois un caractère chimique (précipitation d'hydroxyde de Fer en couches concentriques « oolithes ») et un caractère détritique (oolithes brisées, stratifications obliques, granoclassement) :

La source du fer doit être recherchée dans les formations émergées au début de l'Aalénien (socle vosgien, formations triasiques). Le fer, mobilisé du continent, passe en solution (sous forme Fe²+) dans les eaux continentales acides (pH = 5 à 6). Le climat à cette époque est chaud et humide (on pense que le continent était, à l’Aalénien, recouvert d’une cuirasse latéritique sous couvert végétal dense). Au niveau des estuaires, les eaux continentales chargées en fer entrent au contact avec des eaux marines à pH alcalin (pH = 8). Là, le fer précipite sous forme d'hydroxyde (le fer est en effet beaucoup moins soluble dans les eaux alcalines que dans les eaux acides). 

L'estuaire étant parcouru par des courants de flot et de jusant, il constitue un milieu agité favorable à la formation des oolithes qui se forment par concrétionnement concentrique. Le milieu étant oxydant, le fer précipite sous forme d'hydroxyde ferrique. Les oolithes sont ensuite entraînés un peu plus au large, dans le bassin de sédimentation épicontinental où elles se déposent. Les accumulations d’oolithes présentent alors un aspect détritique : stratifications obliques, granoclassement, oolithes brisées.

Au cours de la diagenèse le milieu devient plus réducteur. Le minerai subit alors des transformations qui aboutissent notamment à la formation de sidérite et d'alumino-silicates de fer (chlorite, berthiérine).