Abstract
The deposit of Kisenge is a deposit of manganese to the
elaboration of which the meteoric change contributed in an essential way. The
first accumulation of sedimentary origin is in the form of a rock rich in
detrital rhodocrosite deposited in a reducing environment, and constitute the
hypogene part. The effect of subsequent metamorphism suffered by the rock was
limited to the recrystallization of rhodochrosite and, in some areas, the
formation of garnet spessartine without changing in Mn content of the rock. At
this stage, the rock has a content of about 35% of manganese. The later
weathering causes the oxidation of the rhodocrosite in manganese oxides
(pyrolusite, cryptomelane, romanechite, hollandite); while the spessartine is
oxidized in pyrolusite, cryptomelane but also lithioprhorite.
This supergene process increases the content in Mn and allows to
reach the economic limit of exploitability, and causes leaching of other
chemical elements which are then concentrated or absent in newly formed
phases.
I. INTRODUCTION
I.1 Localisation
Le gisement de manganèse de Kisenge est situé en
République Démocratique du Congo, dans la province du Katanga -
district du Lualaba - territoire de Dilolo (figure I.1.1), entre les
méridiens 23°10'E et 23°20'E et de part et d'autre du
parallèle 10°40'S ; d'une part, et d'autre part entre la
rivière Lukoshi au nord et Luashi au sud ; région occupée
par une vaste pénéplaine d'altitude généralement
supérieure à 1000 mètres.
Figure I.1.1 : Carte administrative de la RD Congo avec
localisation du gisement de Kisenge (d'après l'Encyclopédie
Kisenge
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Le gisement constitue une succession de collines allongées
parallèlement à la direction des couches, de dimensions
variables, et alignées en direction approximativement Est-Ouest. Le
minerai constitué par des oxydes de manganèse se présente
en bancs de pendage sud de 45° à 70° (Marchandise, 1958),
(figure I.1.2).
Figure I.1.2 : Coupe N-S dans la colline de Kisenge
(d'après Marchandise, 1958)
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Le gisement de Kisenge est associé à deux autres
gisements de même type et relativement proches. Il s'agit des gisements
de Kamata et Kapolo.
Découvert en 1926, et exploité à partir de
1951, le gisement de Kisenge présente une importance
appréciée tant au niveau national que mondial. Ceci emmène
à constater qu'en 1960, le Congo belge était
8ème producteur de manganèse dans le monde et qu'en
1970, le Zaïre occupait encore la 11ème place dans la
production de cet élément essentiellement utilisé pour la
préparation d'alliages, avec 300.000 tonnes de minerais par an. Mais le
gisement dont les droits d'exploitation appartiennent désormais à
l'entreprise publique EMK-MN
(Entreprise Minière Kisenge Manganèse) est à
l'arrêt depuis 1993 à cause notamment de la fermeture du chemin de
fer de Benguela en Angola, suite à la guerre civile dans ce pays, mais
surtout à cause du manque de financements. Néanmoins le gisement
présente encore d'importantes réserves, dont 5.348.227 tonnes de
pyrolusite à 50% de manganèse et 6.000.000 tonnes de carbonate
à 35% de manganèse (Ministère congolais des mines).
I.2 Objectifs du travail
Les accumulations primaires de manganèse de Kisenge ont
été soumises à des fluides d'origine
météorique responsables des enrichissements que l'on peut
retrouver actuellement dans le supergène. Différents
échantillons de roche ont été prélevés
à divers endroits et diverses profondeurs afin de mettre en
évidence le degré d'altération et les
transformations/néoformations associées.
Les échantillons seront caractérisés de
manière minéralogique par cinq méthodes analytiques :
Microscope optique, Diffraction aux rayons X, calcimétrie, Microscope
Électronique à Balayage (MEB), et analyses chimiques en
éléments majeurs, mineurs et traces ; afin de faire une
comparaison entre la minéralogie de la partie altérée
(minerais oxydé) et celle de la partie saine (minerai primaire) du
gisement.
II. CONTEXTE GEOLOGIQUE
II.1 Géologie régionale
La région est caractérisée par un socle
constitué en plus grande partie par le complexe de la Lukoshi, formation
antékibarienne1 (plus ancienne que 1300 Ma), dont l'âge
est plus ancien que 2.100Ma (Ledent et al., 1962). Cet ensemble fortement
plissé comprend des roches magmatiques (granites, gabbros,
pyroxénites) et des roches métamorphiques. Ces
dernières
1 Voir l'échelle des temps géologiques
des différentes périodes géologiques mentionnées
dans ce travail (annexe 1).
sont principalement localisées entre la Lukoshi et la
Luashi et il s'agit principalement de phyllades, micaschistes, gneiss, schistes
amphiboliques et quartzites (Doyen, 1974).
Une couverture composée des formations plus
récentes recouvre le complexe à l'ouest et au sud. Cette
couverture est constituée principalement des latérites mais
également des sables, des grès, des quartzites récents et
des alluvions (figure II.1.1).
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Figure II.1.1 : Extrait de la carte géologique et
minière de la République Démocratique du Congo (MRAC,
2013)
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8
Les gisements de Kisenge, Kamata et Kapolo se situent dans les
micaschistes à proximité des schistes amphiboliques (figure
II.1.2).
Figure II.1.2 : Carte géologique du polygone
d'exploitation du Bécéka-Manganèse. Projection conforme de
Gauss, C.S.K.I. (Schuiling, 1956 in Doyen, 1974).
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II.2. Présentation générale du
gisement
D'après les observations faites par Doyen (1974), le
gisement est constitué des concentrations minérales stratiformes
formées d'une succession de quatre horizons, comprenant de la base au
sommet des :
> schistes noirs, légèrement
manganésifères,
> gondites2 à spessartine et à ciment
de rhodochrosite,
> carbonate de manganèse (rhodocrosite)
stratifié, à matière graphiteuse et à cristaux
de
sperssartine,
> schistes de teinte claire et stériles
(séricito-schistes3).
Le minerai qui est exploité en carrière constitue
le « chapeau de fer » du gisement. Ses parties riches proviennent de
l'oxydation des couches formées essentiellement de rhodochrosite
(horizon 3), tandis que le minerai pauvre provient de l'oxydation des gondites
(horizon 2), (Doyen, 1974). L'ensemble de la série est intercalé
dans le complexe de la Lukoshi.
II.3 Origine du manganèse primaire de
Kisenge
Nous entendons par minerai primaire, le minerai profond non
oxydé et non altéré, c'est-à-dire le minerai
principalement carbonaté métamorphisé (horizons 2 et 3),
constitué en majorité de rhodocrosite.
La rhodocrosite peut avoir trois origines
génétiques :
> se former par circulation hydrothermale dans les fissures
;
> se substituer à une phase minérale
préexistante, calcaire ou dolomitique ;
> se former par précipitation chimique en milieu aqueux
réducteur (processus sédimentaire).
Doyen (1974) approuve l'hypothèse sédimentaire par
précipitation pour évoquer l'origine du manganèse de
Kisenge grâce à ses observations dont notamment le fait que le
minerai carbonaté de manganèse soit interstratifié, la
présence des structures sédimentaires (plan de stratification,
fente de dessication,...), la présence de structures algaires,... et
propose le schéma sédimentaire suivant :
> Un continent formé principalement des roches
magmatiques (granites) et de peu de roches volcaniques ou métamorphiques
dont l'érosion apporte dans un bassin
2Le terme gondite fut défini par Fermor en 1909
pour désigner des roches métamorphiques à silicates
manganésifères composées principalement de spessartine
[Mn3Al2(SiO4)3] et de rhodonite [Mn2(SiO3)2].
3 Le terme séricito-schiste désigne un
schiste du métamorphisme général avec abondance de
séricite (petits cristaux de micas blancs) donnant un aspect soyeux en
surface.
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sédimentaire des éléments sous forme solides
(fractions détritiques) et des constituants des roches magmatiques (Si,
Al, Ca, Mg, K, Fe, Mn,...) en solution.
? Dans le bassin, les fractions détritiques se
déposent, alors que les éléments en solution se
concentrent dans un endroit confiné. Ce bassin semi fermé et
limité en extension, est considéré comme faisant partie
d'une série de bassins de ce type, observés tout au long de ce
que devait être la côte de l'époque.
? L'échange réduit avec la mer libre et une
évaporation intense favorisent la concentration des
éléments en solution. Certains de ceux-ci accentuent le
développement rapide de la principale flore de l'époque : les
algues. Leur abondance devient telle qu'il s'en suit un « désastre
». Il se dépose alors des boues noires, riches en matières
organiques, qui par diagenèse et métamorphisme donneront des
schistes noirs graphiteux.
? Sous l'influence conjointe de l'évaporation et des
algues (les algues sont principalement liées à la zone de
battements des vagues), les conditions physico-chimiques des eaux du bassin
vont favoriser la sédimentation chimique. Celle-ci débute par la
précipitation du fer puis celle du manganèse, dans des conditions
réductrices. Ces précipitations s'effectuent sous forme de
carbonate. A ce moment-là l'apport terrigène est presque nul.
Signalons que les gisements de manganèse
sédimentaires représentent environ 90% des gisements de
manganèse mondiaux.
La série carbonatée décrite ci-dessus est
actuellement disposée en série renversée à pendage
sud. Ce qui témoigne d'une activité tectonique dont la direction
générale était Ouest - Est. Une partie au moins du
gisement a subi un métamorphisme mézosonal à staurotide -
disthène -andalousite - biotite - almandin, qui a permis la
cristallisation de la spessartine. Mais ce métamorphisme se marque
également sur le terrain par des amphiboles et des phyllites qui
traversent, soit le minerai primaire carbonaté, soit les gondites
(Doyen, 1974).
II.4 Processus d'altération
météorique
L'altération météorique a pour effet de
dissocier les silicates (ainsi que de dissoudre les carbonates),
d'éliminer la silice par dissolution, laissant ainsi un résidu
(appelé « latérite »). Ce résidu s'accumule pour
autant que l'érosion ne soit pas trop forte. Les éléments
de ce résidu vont finir par se dissocier et se rassembler pour former
des nouvelles phases minérales. Le manganèse contenu dans la
spessartine et dans la rhodocrosite par exemple, est libéré. Dans
des conditions oxydantes, les oxydes de manganèse se rassemblent en
concrétions et forment des masses importantes et massives, qui peuvent
être très riches en manganèse, par suite de remaniements
successifs.
Le constituant principal de ces oxydes de manganèse dans
le cas du gisement de Kisenge est la cryptomélane, mais également
de la pyrolusite en faible proportion, et un autre minéral plus rare
encore, la lithiophorite (Marchandise, 1958).
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II.5 Datation du gisement II.5.1 Gisement
primaire
Deux datations ont été effectuées par
Ledent et al. (1962) sur une muscovite provenant d'une pegmatite qui recoupe
les différents horizons, dans la région de Musenge (figure
II.1.2) et ont donné un âge de 1845 Ma, ce qui correspond à
l'âge de l'orogenèse qui a affecté le complexe de la
Lukoshi, ou bien constitue une limite jeune pour cette orogenèse.
L'horizon 3 est
recoupé par ces pegmatites. Ce qui indique que le
minerai primaire est plus ancien que
1845Ma (Doyen, 1974).
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