PHOSPHORE

Pétrographie

Les phosphates sédimentaires présentent des aspects et des teintes extrêmement variés qui les rendent parfois très difficiles à reconnaître macroscopiquement. Ils se présentent souvent sous forme de nodules, de grains de taille variée, de coprolithes, d'oolithes, de débris de dents ou d'os, de débris de foraminifères ou de coquilles de lamellibranches plus ou moins complètement épigénisés en phosphate de calcium. Ils peuvent se présenter encore en lits à structure massive ou sous des formes concrétionnées, et constituer parfois le ciment de certains grès.

La teneur de phosphates s'exprime habituellement en pourcentage de P₂O₅ ou de son équivalent en Ca₃(PO₄)₂ que l'on désigne par les sigles B.P.L. (bone phosphate of lime) ou T.P.L. (triphosphate of lime) : 1 p. 100 P₂O₅ = 2,185 p. 100 B.P.L. Les phosphates ont des teneurs en P₂O₅ supérieures à 20 p. 100, avec une limite de l'ordre de 40 p. 100 assez rarement atteinte pour des échantillons de gros volume. Il existe pratiquement toujours une phase non phosphatée qui peut être de la silice (quartz, opale, calcédoine), de la calcite ou de la dolomie, de l'argile (à montmorillonite fréquente), de la glauconie, des oxydes de fer et des matières organiques.

Dans les séries marines, les niveaux phosphatés des gisements s'associent à des niveaux siliceux (silex, lits et bancs de cherts), des niveaux calcaires plus ou moins dolomitiques dans certains cas, des niveaux argileux et marneux dans lesquels la montmorillonite et d'autres minéraux argileux magnésiens sont fréquents. D'autres associations sont possibles (sables, grès, gypses...) ; leur éventail s'élargit lorsque la teneur des niveaux phosphatés s'abaisse.

Les phosphates sédimentaires sont très finement cristallisés ou cryptocristallins, et les minéraux qui les composent appartiennent à la série de l'apatite. Le minéral le plus fréquent est la francolite qui dérive de la fluorapatite Ca₁₀(PO₄)₆F₂ par des substitutions. Sa formule peut s'écrire : (Ca,Na,Mg)₁₀(PO₄)_6—x(CO₃)_xF_y(F₁OH)₂. x est généralement compris entre 0 et 1,5 et y est voisin de 0,4_x. Le nombre de moles Na, voisin de x — y, est supérieur à celui des moles Mg.

D'autres substitutions sont possibles : PO₄ par SO₄, F par OH ou Cl, Ca par Sr, Na, U, Th ou par des terres rares.

En climats chauds et humides, l'altération superficielle des dépôts de phosphate de calcium entraîne une transformation minéralogique conduisant surtout à des phosphates alumino-calciques ou alumineux. De tels phosphates sont largement développés en Floride, au Brésil, au Sénégal, sur l'île Christmas. Ils ne présentent actuellement qu'une très faible valeur économique.

Les guanos constituent une source de phosphates non négligeable. Frais, ils contiennent environ 4 p. 100 de P₂O₅ ; après perte de leurs composants les plus volatils et les plus solubles, ils deviennent des phosphates de Ca, Mg, NH₄ qui réagissent sur les roches qui leur servent de support. Au contact des calcaires se forment des minéraux de la série de l'apatite, au contact des argiles apparaissent des phosphates alumineux, et au contact des roches volcaniques, des phosphates de Fe et d'Al.

Gisements

Les gisements sédimentaires sont largement répartis à la surface du globe et appartiennent à des niveaux stratigraphiques très variés s'étageant depuis le Précambrien jusqu'au Pliocène. Les accumulations de nodules phosphatés découverts au fond des mers actuelles, notamment au large des côtes occidentales de Californie, d'Amérique du Sud et d'Afrique du Sud, montrent pour certaines d'entre elles que la sédimentation phosphatée se poursuit de nos jours.

Les principales régions productrices du monde sont : les États-Unis, avec surtout les gisements de Floride, de Caroline du Sud et de Caroline du Nord (Miocène et Pliocène) et des montagnes Rocheuses (Permien) ; la Chine, qui a fortement développé sa production depuis plusieurs années ; la Russie, avec de nombreux gisements répartis stratigraphiquement surtout entre le Précambrien, le Cambrien, l'Ordovicien, le Jurassique supérieur et le Crétacé ; le Maroc, avec ses niveaux phosphatés de l'Éocène inférieur ; la Tunisie et la Jordanie, avec surtout ses gisements du Crétacé supérieur.

La production de phosphates issus de guanos est répartie surtout entre les îlesNauru (océan Pacifique) et Christmas (océan Indien).

Le marché mondial ne concerne pratiquement que les minerais de phosphates de Ca et se montre exigeant quant à la teneur.

Sédimentation phosphatée

La teneur moyenne de l'écorce terrestre est de 0,23 p. 100 de P₂O₅, de sorte que la réalisation de gisements, renfermant souvent des centaines de millions de tonnes de minerai titrant généralement plus de 25 p. 100 de P₂O₅, exige le concours de tout un ensemble de mécanismes favorables.

Accumulation et concentration du phosphate

D'après les observations faites dans les gisements, la sédimentation phosphatée apparaît comme un phénomène lent. Le phosphate n'a donc de bonnes chances de s'accumuler que lorsque l'apport phosphaté est abondant et la sédimentation terrigène contemporaine fortement ralentie ; les hauts fonds et les bordures de bassins situés dans des régions propices aux courants marins ascendants (latitude du moment généralement inférieure à 45⁰), en période chaude et sèche, géologiquement stable, constituent des contextes favorables. Les sédiments phosphatés ne s'accumulent cependant que s'ils sont piégés à la faveur d'un creux du fond marin, de l'abri d'une ride, d'un fond de golfe... La teneur en phosphore du dépôt ne peut atteindre des valeurs intéressantes que dans la mesure où une agitation mesurée des eaux du fond de la mer contribue à oxyder la matière organique et à éliminer, par une sorte de vannage, une partie des particules stériles les plus fines.

Les phénomènes d'altération superficielle, de remaniements ou de remobilisation du phosphore en solution peuvent également contribuer ultérieurement à enrichir le dépôt initial ou à alimenter des concentrations à forte teneur de cavités karstiques sous-jacentes (phosphorites du Quercy, par exemple).

Enfin, dans le cas de phosphates issus de guanos, les courants marins ascendants, le phytoplancton, les poissons, les oiseaux et les phénomènes de lessivage en milieu continental contribuent successivement à constituer des gisements pouvant, comme à l'île Christmas par exemple, renfermer des réserves considérables de minerai à bonne teneur.

Prospection

Les méthodes de recherche de nouveaux gisements se déduisent directement des règles de la sédimentation phosphatée et elles sont d'autant plus faciles à appliquer que la région est géologiquement bien connue. Schématiquement, la recherche comprend une première phase de recensement des périodes localement les plus favorables à la phosphatogenèse, par l'inventaire des indices déjà signalés dans la région considérée ou les régions voisines et des séquences lithologiques habituellement associées aux dépôts phosphatés. La seconde phase consiste à déterminer, pour chacune des périodes retenues, les zones du bassin les plus favorables, c'est-à-dire des zones à faible taux de sédimentation ayant eu une bonne communication avec la haute mer.

Les phosphates sédimentaires étant généralement radioactifs, des mesures scintillométriques dans les puits et les sondages peuvent faciliter le repérage des niveaux minéralisés.