, ; * I PANGEA

La situation géographique du Brésil, dont la plus grande certains éléments chimiques, jusqu'à I'élaboration de gise- partie du territoire est située dans la zone intertropicale, ments latéritiques (AI, Fe, Mn, Ni en particulier). Ces explique que 75 % de la surface totale est recouverte par gisements sont largement distribués à travers tout le des formations latéritiques (fig. 1). L'intense et profonde Brésil (fig. 2), à l'exception des régions Sud et Nord-Est, altération météorique qui a conduit à l'accumulation de oÙ les conditions morpho-climatiques se prêtent mal à

leur formation et/ou à leur conservation. L'importance économique de ces gisements est illustrée par le fait qu'ils fournissent déjà 30 % de la production minérale du Brésil (charbon e t pétrole exclus), alors que l'exploitation

de Poitiers (France) d'un bon nombre d'entre eux n'en est encore au'à un * Laboratoire de Pétrologie de la Surface et UA 721 du CNRS - Université

. , DISTINGUISHED LECTURE ,

Cette conférence sp$cialisée a été donnée par les auteurs à l'occasion diune journée franco-brésilienne organisee par Je C.I.F.E.G. en juin 1985 à Paris et portant sur la métallogénie ,'I

RESUME

Les gisements latéritiques occupent une place très importante parmi les ressoúrces minérales du Brésil.

L'altération des "Banded Iron Formations" (de l'Archéen au Protérozoïque supérieur} est à l'origine de quelques-uns des plus grands gisements de fer du monde : Carajas (Para), Quadrilatère Ferrifère (Minas Gerais) et Urucum (Mato Grosso).

Les produits d'altération de diverses roches constituent de très importants dépôts de bauxite : massifs alcalins crétacés dans le Sud-Est du Brésil (Minas Gerais, Sao Paulo, Rio de Janeiro. Santa Catarina) ; roches métamorphiques ou volcaniques précambrien- nes dans le Centre-Est du Brésil (Quadrilatère Ferrifère, bordure littorale Atlantique); et sédiments continentaux tertiaires dans le Bassin d'Amazonie (Trombetas, Paragominas,...).

L'altération latéritique concentre le manganèse à partir des roches auparavant enrichies en cet dément par des processus volcano-sédimentaires (Amazonie, Minas Gerais).

Enfin, les latérites nickelifères résultent de l'altération de massifs ultrabasiques dispersés a travers l'ensemble du pays, principale- ment concentrés dans le Brésil Central (Barro Alto et Niquelandia, Goias}; on les trouve aussi dans les zones plus humides (Côte Atlantique et Amazonie}.

L'ensemble de cette évolution latéritique de roches-mères très spécifiques se produit essentiellement au tertiaire. au cours de périodes de stabilité tectonique apparentées à des surfaces d'apla- nissement très étendues.

L'influence des facteurs lithologiques, climatiques et morpho- tectoniques sur les mécanismes de formation des gisements latéritiques est discutée.

ABSTRACT

C 6 N F h Ë N C E SPECIALISÉË PANGEA

. .

V Fig 1

Extension du recouvrement lateritique du sous-sol brésilien

t

J Fig 2 .

Principaux gisements latéritiques du Brésil AI : 1. Trombetas 3. Urucum

2 Jarl 4 Quadrilatère Ferrifère 3. Paragominas Ni . 1 Niquellandla 4. Poços de Caldas 2 Barro Alto

2. Urucum 4 Sao Joao do Piaui 3 Quadrilatère Ferrifère 5 Morro do Niauel

Fe : 1. Carajas ~ 3 Santa Fé

Mn: 1. Amapa 6. Jacupiranga 2 Carajas (Azul) 7. Carajas (Vermelho)

I I . - C A D R E GENERAL D E S G I S E M E N T S LATERITIQUES D U BRESIL

A. - Géologie

Les roches-mères à partir desquelles l'altération latéri- tique peut élaborer un gisement en concentrant un élé- ment donné doivent renfermer cet élément avec une teneur très supérieure au Clarke, et constituent donc souvent en fait déjà des protominerais. De telles roches se sont formées tout au long des étapes de l'histoire géologique du Brésil, mais elles sont plus abondantes dans les boucliers archéens et protérozoïques qui repré- sentent 6 0 % de la surface du pays. Ces boucliers consti- tuent la plate-forme Sud-Américaine, totalement consoli- dée au début du Paléozoïque. Elle n'a connu ensuite qu'une puissante accumulation de sédiments dans des bassinis intracratoniques, e t une réactivation tectonique à partir du Jurassique, contemporaine de l'ouverture de l'Atlan- tique et responsable d'épisodes magmatiques. Parmi ces roches-mères de gisements lathritiques on rencontre ainsi :

- Les itabirites (Banded Iron Formation), constituées d'une alternance de lits millimétriques à centimétriques de quartz et d'oxydes de fer (hématite), et d'origine sédimentaire, mais souvent affectées par un métamor- phisme régional, et associées à des formations volca- niques (DORR II, 1964). D'âges variés (Archéen à Carajas, dans le Para, Protérozoïque inférieur dans le Quadrilatère Ferrifère, dans le Minas Gerais, et Protérozoïque supérieur à Urucum, dans le Mato Grosso), ces roches constituent le protominerai des plus gros gisements de fer du monde. Quelques niveaux manganésifères peuvent être intercalés dans ces formations (mine Conta Historia, Minas Gerais, et gisement d'urucum).

- Les formations volcano-sédimentaires pélitiques riches en carbonate de manganèse (rhodocrosite), quartz et micas, déposées en milieu réducteur comme l'atteste la présence de pyrite, d'alabandite et de matériaux d'ori- gine organique. Fréquemment situées à proximité des itabirites et d'âges variés (Archéen1 dans la Serra do Navio; Amapa, Protérozoïque inférieur dans le Minas Gerais et à Carajas), ces roches ont souvent subi un ou plusieurs épisodes de métamorphisme (sauf dans le cas du gise- ment d'Azul, dans la Serra de Carajas) qui ont provoqué la recristallisation de la rhodocrosite ou la formation de silicates manganésifères (grenat spessartite essentielle- ment, mais aussi pyroxène et péridot manganésifère) (MELFI e t BITTENCOURT, 1975). Cest l'altération de CES protores, carbonates ou silico-carbonatés, qui a élaboré les gisements de manganèse.

- Les roches ultrabasiques (dunites, péridotites) plus ou moins serpentinisees constituent les roches-meres des

---,a- E -,a' =&= '"'l&-"T CT CE L'yy~e vanes (NIk-GN, Ï%4): gGrTUs carrrplexes mafiques-ultramafiques archéens de Barro Alto et Nique- landia, dans le Goias, montrant une zone ultrabasique de puissance kilométrique encadrée par des zones gabbroï- ques B norite et anorthosite ; petits massifs ultrabasiques serpentinisés de type "alpin", d'âge transamazonien (2000 MA) à brésilien (600 MA), disposés en longs aligne- ments dans les Etats de Goias, Para, Bahia et Minas Gerais, et dont certains portent un gisement de nickel latéritique (Morro do Niquel, Sao Joao do Piaui, etc.); enfin petits massifs ultramafiques-alcalins d'âge crétacé, à noyau dunitique e t parfois carbonatitique (Jacupiranga,

-s=zzFz-F- -..a1- L -- - -

7

PANGEA DISTINGUISHED LECTURE '

dans I'Etat de Sao Paulo), qui jalonnent le pourtour du bassin sédimentaire du Parana, du Rio Grande do Sul jusqu'au Goias (Santa Fe, Ipora, etc.).

- Les massifs alcalins du Sud-Est brksil ien (Poços de Caldas, Passa Quatro, Lages, etc.), d'âge Crétacé supérieur à Tertiaire inférieur et de tailles variées, comprennent essentiellement des syenites et des syenites néphéliniques (ULBRICH et GOMES, 1981). et constituent les roches- mères de gisements de bauxith. Ces massifs peuvent présenter des concentrations en Zr, U, Th, P, Nb, et T.R.

- Enfin les plus gros gisements de bauxite du Brésil, et parmi les plus grands du monde, sont associés à des sédiments sabio-argileux du bassin amazonien riches en quartz, kaolinite et oxydes de fer (MABESOONE et al., 1981), d'âges probablement variés du Crétacé au Tertiaire.

B. - Cl imat L'altération de ces protores a conduit à la formation

de gisements latéritiques dans la plupart des zones bio- climatiques actuellement observées au Brésil (fig. 3, ROMARIS, 1974), sauf dans le Sud subtropical à tempéré.

Region Climote Vqetotion

Northcost Tropicol-wmi wid "coo tinqa'

"Carradd' Tropico1 with contrasting sexcm

Tmpcol semi-hot ond Tropical tuest m i - h i d

Nuth , Equotoriol Equatorial fmd

South 9"-tropico1 Aroumrio f a a t )o tsmperote i Po"

Fig. 3 Les zones climatiques du Brbsil

Ainsi, les gisements d'Al, Fe, Mn et Ni de la Serra de Carajas (Para), de Fe e t Mn de I'Amapa, et les énormes réserves de bauxites du Para sont rencontrées dans la région amazonienne, de climat équatorial chaud et humide et végétation de forêt. D'un autre côté, les plus gros gisements de Ni du Brésil, dans le Goias, ainsi que des gisements de Mn, AI, Fe (Goias, Bahia, Mato grosso do Sul), sont observés dans la région Centre-Ouest, de climat tropical à saisons bien contrastées, et végétation de savane arborée. Enfin, dans la zone du littoral atlantique,

8

oÙ domine un climet tropical sub-chabd et sub-humide et une végétation de forêt, on rencontre les gisements du Quadrilatère Ferrifère (Fe, AI, Mn, Ni) dans le Minas Gerais, ainsi que des petits gisements dans les Etats de Bahia, Sao Paulo et Santa Catarina. En revanche, dans la région Nord-Est, de climat semi-aride e t végétation de "caatinga" à épineux, l'importance des ,processus érosifs explique sans doute la rareté des véritables gisements latéritiques, la seule exception notable étant celle du nickel de Sao Joao do Piaui, outre les petits indices de M n et Ni des Etats de Bahia, Ceara et Paraiba.

C. - Relief L'altération d'un protore convenable sous l'effet d'un

climat tropical ou équatorial humide ne conduit toutefois à un gisement latéritique que dans la mesure où le contexte morpho-tectonique est suffisamment stable pour garantir la préservation du manteau d'altérites, faute de quoi I'érosion progresse plus vite que l'altération. Ces gisements sont donc en général associés à des surfaces d'aplanissement, dont I'élaboration a demandé plusieurs millions, voire plusieurs dizaines de millions d'années. Le relief actuel du Brésil a été sculpté depuis le Crétacé supérieur, après le soulèvement du continent Sud-Améri- cain.

La première phase d'évolution a conduit, au Tertiaire inférieur, à un paysage plus ou moins nivelé dont les témoins, protégés par diverses formations superficielles résistantes (cuirasse ferrugineuse sur ìtabirites, silcrète sur roches ultra-basiques ...I sont encore visibles, et définis- sent la Surface Sud-Américaine (KING, 1956), qui portait d'importantes couvertures d'altération, développées en climat latéritisant probablement beaucoup plus homogène à I'échelle de tout le Brésil que les climats actuels, très diversifiés, si l'on en juge par la distribution spatiale de ces reliques.

Un nouveau soulèvement du continent, au Tertiaire supérieur, a conduit au démantèlement de la surface Sud-Américaine (moins accentué dans la partie centrale du Brésil) et à I'élaboration, à une altitude plus faible, d'une nouvelle surface d'aplanissement, le niveau Velhas (KING, 1956). Sur les témoins de surface Sud-Américaine comme sur la surface Velhas, l'altération se poursuit, bien entendu, jusqu'à nos jours. Lorsque I'érosion n'a pas décapé de leurs altérites les témoins de surface Sud- Américaine, les profils y sont plus épais et souvent plus nettement latéritiques que sur la surface Velhas où, plus jeunes, ils apparaissent étroitement contrôlés par les conditions climatiques actuelles.

111. - LES GISEMENTS D'ALUMINIUM Tous les gisements d'aluminium du Brésil sont d'origine

latéritique : il s'agit de bauxites, distribuées dans trois grands secteurs géographiques (Tableau I et fig. 4).

A. - Les bauxites de la région sud-est (Poços de Caldas, Passa Quatro, Itatiaia, Lages...).

Les bauxites de la région sud-est sont associées à l'altération de massifs alcalins qui correspondent à des reliefs élevés dominan; parfois de plus de 2000 m un paysage aplani ou peu ondulé. Les roches-mères sont composées essentiellement de feldspath-K et de felds- pathoïdes, avec accessoirement du pyroxène et du mica.

Réserves e s t i m é e s 106, minera i

65 10

5 20

20

5 120

50 i 126

369 6 39

2 460

Teneur % ~1203 sioz

45-50 2-5 45-50 2-6 48-51 4-6 48-50 2

36-42 1-4

42 2

38-45 3-6

38-40 1-2

49 3-5 50 3-5

48-50 4-6 48-52 4-6

Roches a l c a l i n e s

Cr6t ac6-Te rt i a i re

. Région District Bed-Rock

Poços de Caldas

Tableau II Gisements de bauxites du Brésil

Sud-Est

. .

Bauiice nodulaire

Bauxile lriable l i l ruclwe conseweel

Roche alcaline

I t a t i a i a

Lages

Passa Quatro

6

I I

Centre'Est

Nord

Bauxite nodulaire

~

Q u a d r i l a t è r e f e r r i f s r e

S e r r a do Mar

S e r r a do Mant ique i ra de types

Carajas

Trombetas

Jari Sédiments c o n t i n e n t a u x

A l m e i r i m d é t r i t i q u e s ter t ia i res

Par agomin as

Roches précambriennes

Fig. 4 Les différents types de profils bauxitiques

I. région Sud-Est (1) versants II . région Centre-Est (2) plateaux 111. région Nord

Des profils bahxitiques existent aussi bien sur les versants en pentes fortes des secteurs montagneux (en bordure des massifs), que sur les zones à topographie faiblement ondulée (plateaux centraux de ces massifs) (ALMEIDA, 1977 ; MELFI et CARVALHO, 1983).

du Blrésil

Sur les versants en pente forte, la roche-mère passe brutalement à la bauxite gibbsitique (A1203 55 %), jaune, friable, très légère et poreuse au début, puis plus dense et cohérente, toujours avec conservation de la structure de la roche. L'érosion limite cependant le développement de ces profils (puissance moyenne 5 m), et les réserves les plus importantes sont constituées par les bauxites de plateau. Dans ces dernières, un horizon kaolinique rouge d'épaisseur variable (centimétrique à métrique), dans lequel la structure de la roche n'est pas conservée, s'intercale toujours entre la roche-mère et l'horizon bauxi- tique (giibbsitique), jaune à jaune-rouge, à structure conser- vée, sprongieux à compact, et puissant de 2 à 7 m (A1203 50 à 515 %). Un horizon nodulaiire, puissant de O à 1 m sur les puofils de montagne, de 2 à 6 m sur les profils de plateaiu, à matrice argileuse! ou bauxitique, recouvre les niveaux bauxitiques.

Dans ces deux types de profik, la bauxitisation est (ou. a été) un processus direct, avec une évolution rapide et centripète des feldspaths e t feldspathoi'des conduisant à la formation de cloisons de gibbsite qui préservent les structures et isolent des vides laissés par l'altération de la partie centrale des minéraux (bauxite friable et poreuse). Ces vides peuvent ultérieurement être colmatés par de la gibbsite (bauxite plus dense). L'existence de l'horizon kaolinique, sans structure conservée, sous la bauxite iso- volume montre que sur les plateaux la bauxitisation directe n'est plus un processus actuel et que I'évolution récente est de type monosiallitique.

B. - Les bauxites d e la region centre-est (Quadrilatère Ferrifère e t Cataguases, Minas Gerais)

Dans la région centri-lest de nombreux et en général petits gisements de bauxites ont été élaborés par I'alté- ration laméritique de roches diverses d'âge précambrien (granites, gneiss, micaschistes, amphibolites, charnockites, métavulcanites, etc.) (GROKE et al., 1983). Ces gisements sont associés à des témoins de la surface d'aplanissement é o c h e (Sud Américaine), aujourd'hui perchés entre 800 et 1600 m dans la Serra do Mar, la Serra da Mantiqueira ou le Quadrilatère Ferrifère, et souvent situés à différents niveaux altimétriques à la suite d'un rejeu tectonique récent.

9

h, '

DISTINGUISHED LECTURE PANGEA

E t a t

Dans'le Quadrilatère Ferrifère, ces gisements sont asso- ciés aux roches précambriennes du Groupe ltabira (itabi- rites et dolomies). L'impossibilité géochimique pour de telles roches, très peu alumineuses, de conduire à une accumulation de cet élément lors de leur altération avait fait proposer une hypothèse d'allochtonie pour la genèse de ces bauxites (FLEISCHER et OLIVEIRA, 1969). II semble en fait que ces bauxites, puissantes de quelques mètres, qui présentent à leur base un horizon kaolinique, dérivent en général de l'altération in-situ i d'intercalations méta- volcaniques basiques à acides. Leur teneur en A1203 est comprise entre 3 6 et 42%.

Les bauxites de Cataguases, dans la Serra da Mantiquei- ra, résultent de l'altération de roches métamorphiques précambriennes (gneiss, amphibolites, charnockites). La couche bauxitique, puissante de 2 à 7 m , montre une conservation de la roche-mère à la base, et sa destruction vers le sommet (bauxite concrétionnaire). Le passage de la roche à la bauxite est parfois direct, parfois marqué par un niveau kaolinique de puissance métrique. Les processus morphogénétiques induits par le jeu de la tectonique récente ont quelquefois tronqué ou remanié ces profils. La teneur en A1203 de ces bauxites, où la gibbsite prédomine largement sur la boehmite, est com- prise entre 38 et 45 %.

District Minéralogie Roches assoc iées

C. - Les bauxites de la région nord , (Amazonie : Trombetas, Paragominas, Almerim, Jari, etc.)

A l'exception du petit gisement de Carajas, développé à partir de l'altération de la série métavolcanique basique associée aux itabirites, les bauxites amazoniennes dont les réserves sont énormes, dérivent de l'altération de sédiments détritiques continentaux gréso-argileux à quartz e t kaolinite prédominants, et feldspaths et micas subor- donnés. Ces bauxites sont associées à un ensemble de plateaux (1 60-200 m d'altitude) disséqués, reliques d'une surface d'aplanissement. Celle-ci pourrait être plio-pléisto- cène, si les roches-mères sont pliocènes conformément à l'interprétation qui avait d'abord été faite (DENNEN et NORTON, 1977; GRUBB, 1979), mais pourrait être plus ancienne, ces sédiments semblant appartenir à plusieurs formations d'âges variés, du Crétacé au Tertiaire supérieur (KOTSCHOUBEY et TRUCKENBRODT, 1981). La présence de bauxite pisolitique semble en effet en faveur d'un âge éocène, les gisements d'alumine postérieurs au Tertiaire moyen étant en général non indurés (GRANDIN et THIRY, 1983).

Le profil d'altération, très uniforme (ALEVA, 1981 ; SOARES et al., 1984), montre à la base un horizon d'argile bariolée dans lequel une bonne partie du quartz de la roche-mère a disparu, cependant que de la kaolinite néoformée remplit des poches. Avec une épaisseur

Minas Gerais

Para

Mato Grosso

10

~ ~ _ _ _ _

Quadr i l a t è re Hématite-magnétite Volcano-s6dimentaires f e r r i f è r e

Cara j as IGmat i te-mart i t e - Volcaniques

Urucum Hématite-Cryptomk- Sgdimentaires d é t r i t i q u e s

magnétite

lane

moyenne de 1 0 m vi,ent ensuite un horizon de:bauxite: caverneuse avec des structures columnaires verticales de gibbsite et des poches remplies d'argile ..kaolinique à la base, puis friable et alvéolaire ; e t enfin massive, dure, compacte et ferrugineuse au sommet. Cet horizon bauxiti- que est coiffé par un niveau de latérite ferrugineuse très riche en hématite, puissant de 1,5 à 3 m. relayé ensuite au sommet par une bauxite nodulaire à pisolitique; de tail le décroissante vers le haut, ces nodules gibbsitiques sont emballés par une matrice rouge . kaolinique. Cet horizon peut affleurer sur les bords des ,plateaux, mais il est le plus souvent recouvert par 5 à 1 5 m d'argile jaune (argile Belterra) à kaolinite (80 %) et quartz. La. teneur en Alzo3 de ces bauxites est comprise entre '43 e t 45 %, la silice est abondante (6 à 15 %) du fait de la permanence d'un peu de kaolinite, cependant que la teneur,en Fez03 varie de 6 à 2 0 %.

L'unanimité n'est pas encore faite sur l'interprétation de la genèse de ces gisements, sinon 'que leur origine est très probablement polygénétique. . Selon GRUBB (1 979), la bauxite de la base s'est formée dans un premier temps en climat à saisons contrastées, par. altération latéritique des sédiments ; dans un deuxieme temps, après dépot (sédimentaire) 'de l'argile Belterra,. la podzolisation de celle-ci a entrainé la migration du fer et.de l'aluminium, la formation de la latérite ferrugineuse et, enfin, la dernière phase de bauxitisation. DENNEN et NORTON (1 977) ont proposé un schéma similaire, à cette différence près que, pour eux, l'argile Belterra résulterait de I'évolution in-situ du profil d'altération. Enfin KOTSCHOUBEY e t TRUCKEN- BRODT (1 981 ) sont aussi en faveur d'un modèle polygéné- tique corrélé avec des variations climatiques, e t qui aurait nécessité une longue période d'évolution probablement depuis I'Eocène.

D. - Conclusion . .

. I . I . ,

II apparaît ainsi que les roches-mères des bauxites du Brésil présentent un très large éventail de roches-mères. La plupart de ces bauxites semblent s'être formées depuis le début du Tertiaire, être associées à la surface Sud- Américaine, et sont situées dans les zones climatiques les plus humides. En revanche, les bauxites dérivées de roches alcalines riches en aluminium et pauvres en silice semblent avoir pu se former même en l'absence des conditions morpho-climatiques optimales indispensables à la genèse des concentrations d'alumine à partir des autres roches-mères.

IV. - LES GISEMENTS DE FER ,

Dans tous les gisements de fer du Brésil (Tableau II), la première concentration est d'origine sédimentaire : chi- mique comme à Carajas ou dans le Quadrilatère Ferrifère,

Réserves estimées I 09 minerai . 1. % Fe I 13 . 1. 30-66 I

Tableau II Gisements de fer du Brésil

CONFÉRENCE SPÉCIALISÉE PANGEA

800 - 700 .

600

soo

400

300

I .

1

. i

, ,. I . '

. .

Etat

Mato Grosso

Para

Kinas Gerais

Bahia

AmaPa

Ceara - ias

ou en partie détritique comme à Urucum (DORR II, 19146 ; PUTZER, 1959). Ces sédiments se sont déposés dans des bassins péricratoniques, fréquemment volcanosédi- mentaires, e t qui ont souvent subi ultérieurement un ou plusieurs épisodes de métamorphisme, à l'exception du gisement d'Urucum dans le Mato Grosso. Le protore qui résulte de ces mécanismes est I'itabirite, avec sa structure litée caractéristique montrant une alternance de lits ferru- gineux (hématite et martite prédominante, magnétite subordonnée) et siliceux (quartz). A Urucum, la roche, constituée de lits intercalés d'hématite et de silex, est dénommée jaspilite.

District

urucvm

krraietc I Quadrilstère F. divers Serra do Navio

d i v e r s

divers

Wmthered mafic rock / /-e- e

200 1 Fig. 5

Coupe schematique du gisement de fer de Carajas

Rof i le I main mineral C he mical zone I content I composi tion I

Fig. 6 Profil d'altération des gisements de fer du Quadrilatere Ferrifhre

Les gisements de fer du Brésil, qui constituent les plus grosses réserves mondiales de cet élément, n'atteignent cependant le stade économique que grâce à l'altération météoriqiue qui a aiffecté des itabirites. L'épaisseur de la tranche altérée est considérable, puisqu'elle peut atteindre 300 m (fig. 5). A 'la base du profil (EICHELER, 1967 ; fig. 6). l'altération. de I'itabirite est incomplète, avec disso- lution partielle du quartz, ce qui développe une porosité importante. la structure de la roche-mère étant conservée; I'hémiatite, résiduellle, est concentrée en valeur relative ; la roche est friable. Lorsque le quartz a disparu, il ne subsiste que de l'hématite avec un peu de goethite secondaire, et l'ensemble est pulvérulent. En surface, et avec une épaisseur moyenne de 5m, mais qui peut

atteindre 20 m, apparaît un niveau de cuirasse ferrugi- neuse ("canga"), très induré, vacuolaire à nodulaire, de teinte jaune-rouge, où la goethite est abondante, et oÙ le phosphore, probablement d'origine organique, atteint des teneurs significatives. Des evidences de transfert de fer sont notées au sommet de l'horizon d'hématite pulvé- rulente et dans la cuirasse, avec la cristallisation de goethite aciculaire enrobant les cristaux d'hématite pri- maire et les cimentant sous forme de plaquettes (MELFI e t al., 1976).

La résistance à I'érosion de l'horizon cuirassé a permis la conservation du modelé de la surface d'aplanissement sur laquelle l'altération a élaboré le gisement. II s'agit à Carajas comme dans le Quadrilatère Ferrifère, de la surface Sud-Américaine (Eocène). La formation de ce type de gisement, qui requiert la dissolution totale du quartz dans des volumes consiidérables de roohes (les eaux qui per- colent ces massifs ont de fait des teneurs en SiiOz de 7,5 ppm, MELFI et al., 1976), est un phénomène très lent. En effet, si les gisements associés à la surface é o c h e renferment du minerai totalement désilicifié, il n'en est pas de même à Urucum, où le gisement est associé à une surface plio-pléistocène et où le minerai renferme 20 % de silice. Dans ce dernier cas en revanche, l'épais- seur totale de la série jaspilitique étant de l'ordre de 300 m, soit une valeur équivalente à la profondeur du front d'altération sur itabirites, on ne rencontre pas à la base de roche-mère plus riche en silice (40 % dans une itabirite saine), e t il est probable que l'ensemble de la série jaspilitique a i t été désilicifié, sans que la dissolution totale de la silice soit encore achevée en raison de la jeunesse relative de cette altération.

A la différence de, ce qui a été décrit à propos des gisements d'alumimium, la formation des gisements de fer est donc étroitement contrôlée par la lithologie de la roche-mère, alors que le rôle du climat paraît beaucoup plus accessoire.

V.- LES GISEMENTS DE M A N G A N E S E

Le Brésil renferme de nombreux gisements de manga- nèse (Tableau Ill), à I'élaboration desquels l'altération latéritique a contribué de façon essentielle. Quoique ces gisements présentent une large distribution géographique, les principaux se situent dans le Mato Grosso (Urucum) e t en Amazonie (Azul, Serra do Navio, Buritirama).

Oxydes (primaires ? I Carbonat; non m h m x p t i q i i e

Silico-Carbonaté &amorphi& Carbonates e t oxydes Sil ico-carbonat6 mitemorphis€ Carbonates et oxydes S c h i s t e s m m p m i s i f ~ -

100 ODG

45 o00 12 o30

4 li00

13 100 15 090

20 o03

20 O00 I 500

y 39-46 39

28

36-5 1

Tableau 111 Gisements de manganese du Bresil

1 1

1 . *

PANGEA DISTINGUISHED LECTURE

Dans pratiquement tous ces gisements, la première accumulation du manganèse est d'origine volcano-sédi- mentaire, sous forme d'une roche finement détritique riche en rhodocrosite déposée en milieu réducteur. L'effet du (ou des) métamorphisme ultérieur souvent subi par ces roches se limite e n général à la recristallisation de la rhodocrosite et, dans certaines zones, à la formation de grenat spessartite, sans changement de la teneur en M n de la roche. Lorsque la proportion de la rhodocrosite est très abondante, la roche est déjà exploitable comme minerai (42 % Mn par exemple à Conselheiro Lafaiete dans le Minas Gerais). Mais le plus souvent l'altération météorique de ces protores, carbonates ou silico-carbo- natés selons les cas, augmente la teneur en Mn et permet d'atteindre la limite économique d'exploitabilité.

A. - L'altération des protores carbonates (Azul, Serra de Carajas, Para)

Le cas le plus simple est constitué par le gisement d'Azul, dans la Serra de Carajas, dont le protore n'a pas subi de métamorphisme notable (VALARELLI et al., 1978 et 1980 ; BEAUVAIS, 1 984). Ce protore est constitué par deux niveaux riches en rhodocrosite (respectivement 65 % - soit 26 % Mn -, et 30 % - soit 1 4 % Mn) compris dans une série détritique pélitique à quartz, micas et pyrite.

L'altération provoque l'oxydation de la rhodocrosite en cryptomélane avec conservation des textures, la dissolu- tion des quartz, mais respecte d'abord les micas. De la nsutite, de la ramsdellite et enfin de la pyrolusite cristal- lisent ensuite, en pseudomorphose du cryptomélane et dans les vides. Sous l'effet de ces transformations, la roche altérée est fortement enrichie en Mn (jusqu'à 46,5 % Mn), ce minerai se débitant en plaquettes indurées qui miment la structure sédimentaire du protore. Vers le sommet de l'horizon de minerai à plaquettes, celles-ci commencent à se désagréger, se fragmenter, e t elles sont emballées dans une matrice rougeâtre. Cette évolution correspond à l'altération tardive en kaolinite des micas dont le potassium est incorporé par une nouvelle phase manganésifère, moins oxydée que les précédentes : du cryptomélane de deuxième génération que l'on peut donc qualifier de rétromorphique (BEAUVAIS, 1984). Le minerai .à plaquettes passe ainsi au (( minerai bréchique )) (38 % Mn après lavage). Les puissances respectives des minerais à plaquettes et bréchiques sont décam6triques e t métri- ques. Enfin, vers la surface, la taille des fragments de plaquettes diminue encore, et ceux-ci s'arrondissent en pisolites, avec transformation du cryptomélane II en lithio- phorite, ce qui traduit la poursuite de la réduction partielle du Mnlv en Mnll et un gain en AI. Ce niveau pisolitique, épais de O à 1 O m, n'est plus économiquement exploitable (1 8 % Mn).

La réduction du manganèse et la mobilité de l'aluminium sont contrôlées par la richesse en matière organique des horizons de surface (omniprésence de la grande forêt amazonienne). Le manganèse réduit est évacué du haut du profil et recyclé à la base, ce qui explique la forte teneur du minerai à plaquette (fig. 7).

B. - L'altération des protores silico-carbonates (Serra do Navio, Amapa ; Conselheiro Lafaete, Minas Gera is)

La rhodocrosite recristallisée des protores carbonates métamorphisés connaÎt le même type d'évolution que dans le gisement d'Azul, que ce soit dans le Serra do

I

t

métamorphisés

Navio (DORR e t al., 1950; VALARELLI, 1967). ou à Conselheiro Lafaiete (MELFI et BITTENCOURT, 1975 ; ROY, 1968) : oxydation progressive en MnOz (avec un intermédiaire B Mnlll dans le Minas Gerais), puis rétromor- phose avec réduction partielle du Mnlv en Mnll. La phase finale est la lithiophorite dans I'Amapa, 'mais seulement le cryptomélane dans le Minas Gerais, cette différence traduisant probablement le rôle de la couverture végétale (grande forêt en Amazonie, contre savane arborée dans le Minas Gerais): la formation de la lithiophorite est contrôlée par les conditions acides et réductrices qui sont entretenues dans les horizons superficiels très riches en matière organique.

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BILAN GEOCHIYIOUE

Fig 7 Profil d'alteration d'un protore manganésifère carbonaté

Dans ces protores métamorphisés, les silicates manga- nésifères (spessartite, rhodonite, tephroïte) connaissent la même évolution que la rhodocrosite.

C. - Gisement du type jaspilite, associant Fe e t Mn (Urucum, Mato Grosso)

Vers la base de la puissante série jaspilitique qui constitue le gisement de fer d'Urucum (Mato Grosso), on observe deux couches manganésifères .de puissance métrique, encadrées au mur et au toit par des faciès détritiques arkosiques à conglomératiques: Ces couches sont composées de cryptomélane, avec pyrolusite e t hématite subordonnées, et comprennent de nombreuses et fines intercalations lenticulaires de chert. La teneur moyenne en Mn est de 45,6%.

Le fait que l'hématite et le cryptomélane, voire la silice, pseudomorphosent quelquefois des cristaux rhomboédri- ques (WALDE et al., 1981) laisse penser que la série initiale comportait des carbonates primaires de fer et/ou de manganèse, comme on en connaît dans les itabirites du Minas Gerais, dans la Mine Conta Historia. Ainsi que cela a déjà été moqué à propos:des gisements de fer, le gisement de manganèse d'Urucum pourrait donc résul- ter, comme les autres, de l'altération latéritique d'un protore au moins en partie carbonaté.

D. - Conclusion Comme pour les gisements de fer, le contrôle litho-

logique de la formation des gisements latéritiques de

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7 . ,? CONFERENCE SPÉCIALISÉE PANGEA

manganèse du Brésil est extrêmement strict (conséquence de la valeur élevée du1 rapport teneur d'exploitation/clarke). En revanche, le rôle du climat ne semble jouer que pour les derniers stades d'évolution (lithiophorite) et il n'y a pas' dans ces gisements d'association nette avec une surface d'aplanissement.

VI. - LES GISEMENTS DE NICKEL Les massifs ultrabasiques du Brésil, roches-mères des

latérites nickélifères, sont nombreux, de types variés, e t dispersés à travers toutes les zones climatiques (Tableau IV). Les principaux gisements de nickel latéritique sont néanmoins concentrés dans le Brésil central, région de climat tropical à saisons contrastées, et, à un degré moindre, dans les zones plus humides du littoral Atlantique ou d'Amazonie. Quoique des minerais endogènes sulfurés aient été découverts récemment, l'essentiel des réserves de nickel est constitué par du minerai d'origine latéritique.

Etat

Goi as

Yin's Gerais

Seo Paso

Para

P i aui

Bahia

Cirement

N i quelandia Barro Alto Canabrava

Santa Fé Serra Agda Branca Morro ao Engenho %rro dcs Yacacos Montes Claros

Réserves I 03 t Hine rai

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l e OSO

10 O00

15 OOC:

Ncrrc cc :ii?Jel 2 333

Liberdade

Ipanema 7 300

Jacupiranga

Quatipnu 13 O03 Vermelho LO 000 Onta. PD. Jacaré

Sao Joao do Piaui I 2C O00 Serra das Marrecas I 9oc

1.72

1.70

1,LI

1 ,L7 -

1.3C 1.56

1,z-2.1

1.57

1,5s

Tableau IV Gisements de nickel laterltlque du Brest1

A. - Les gisements du Br6sil central (Barro Alto, Niquelandia, Santa Fe ..., Goias)

D'une façon générale au Brésil les massifs ultrabasiques constituent des reliefs, souvent tabulaires. Les points hauts, qui correspondent à des reliques de la Surface Sud-Américaine, sont chapeautés par un silcrète, alors que les zones basses (Niveau Velhas), lorsqu'elles mordent sur le massif ultrabasique, ne présentent pas de silicifica- tions notables (MELFI et al., 1980). Le démantèlement de lla surface Sud-Américaine, ainsi que le développement corrélatif de la surface Velhas à un niveau inférieur, est peu avancé dans les grands massifs (partie centrale de Barro Alto, zone sud de Niquelandia. surtout sur les dunites et peridotites), et au contraire très achevé aux extrémités de la zone ultrabasique de Barro Alto, dans la zone nord de Niquelandia, et dans les massifs plus petits comme Santa Fe (OLIVEIRA et TRESCASES, 1 980 ; TRESCASES et OLIVEIRA, 1981 1.

D'amont en aval, divers types de profils d'alltération se succèdent. Sur les points les plus élevés, le silcrète recouvre directement une roche dure peu altérée. Dans les secteurs un peu déprimés de la zone haute, qui sont dépourvus de silcrète (croupes convexes à Barro Alto, (( vallées suspendues )) à Niquelandia), les profils épais de 15 à 30 m montrent la succession classique de latérites nickélifères (LELONG e t al., 1976 ; TRESCASES, 1979) (fig. 8). A la base, 6 à 1 0 m de roche dure peu altérée, dans laquelle la serpentine semble stable mais est enrichie en Ni par substitution Ni M g dans la couche octaédrique de ce minéral, alors que l'olivine disparait au bénéfice d'hydroxydes ferriques mal cristallisés et parfois de smectites; les fissures sont sauvent le siège de précipitations de quartz et de garniérites. Ensuite une dizaine de mètres de saprolite, au sein de llaquelle les îlots résiduels de roche dure se fondent peu à peu dans une matrice argileuse, la structure originelle étant conser- vée ; dans cet horizon, qui constitue l'essentiel du minerai de nickel silicate (Ni 1 à 4 %), les pyroxènes s'altèrent en smectites, les serpentines sont dissoutes et les garnié- rites cèdent la place à des oxy-hydroxydes de Mn-Ni-Co. Lorsque la serpentine a disparu, il ne subsiste rapidement plus que de la goethite, en réplique de l'ancien réseau maillé plus ou moins tassé sur place (horizon de saprolite ferrugineuse, puissant de 1 à 6 m minerai oxydé, à teneur > 12 % Ni). Enfin, les profils sont coiffés par 2 à 5 m de latérite rouge gravillonnaire, à goethite et hématite avec des teneurs en général < 1 % Ni.

' Fig. 8 Profil d'alteration des gisements de nickel du Eresit

Horizons : Si : Silcrète ; LR : Laterite rouge; SFe : Saprolite ferrugineuse; SG: Saprolite grossibre; RD: Roche dure peu alterbe; RF: Roche fraîche

Min6ralogie : Q: Quartz ; Go : Goethite; He : HBmatite; Sm : Smectite; Ov : Olivine ; Ga : Garnierite; Px : Pyroxènes

Sur les versants en pente forte, un mince voile colluvial de latérite roluge recouvre la roche dure peu altéréle. En zone basse, le profil est comparable à celui qui vient d'être décrit en zone haute, avec un moind're dévelop- pement de la saprolite ferrugineuse et une plus grande épaisseur de latérite rouge.

L'interprétation de I'évolution de ces gisements depuis le Tertiaire (MELFI et al., 1980; TRESCASES et al., 1981) fait appel à une hypothèse polygénétique (fig. 9). L'altéra- tion météorique a commencé au début du Tertiaire sur la surface Sud-Américaine avec silicification intense de la base des profils, probablement par suite de conditions

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i1 .) , .. DISTINGUISHED LECTURE PANGEA

climatiques semi-arides, puis latéritisation de ces profils en phase plus humide. Lors du démantèlement de la surface Sud-Américaine et de l’installation du niveau Velhas, la zone silicifiée a protégé les massifs du nivel- lement et subsiste sous la forme d’un silcrète. Depuis, l’altération se poursuit simultanément en zone haute (surtout lorsqu’il n’y a pas, ou plus, de silcrète) et en zone basse. Cette altération est latéritique et s‘accompagne de transfert latéral du nickel des zones hautes, où il avait été concentré dès le Tertiaire, vèrs les zones basses. Ce transfert est plus OU moins achevé selon le degré d’érosion de la surface haute, contrôlé par la taille des massifs, mais aussi par des facteurs tectoniques.

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Fig. 9 Schéma de I’évolution des gisements de nickel du BrQsil [d’après MELFl

et a/., 1980).

B. - Les gisements des zones plus humides (Morro do Niquel, Minas Gerais ; Jacupiranga, Sao Paulo ; Vermelho, Para) (TRESCASES et OLIVEIRA, 1978 ; BERNARDELLI et al., 1983).

Hors du Goias, les massifs ultrabasiques sont de taille restreinte et leur modelé n‘est pas aussi contrasté que dans le Brésil central. II n’en reste pas moins qu’ils ont connu une évolution aussi complexe que celle qui vient

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d’être décrite, comme l’atteste l’omniprésence d‘un sil- Crète, souvent puissant. Simplement, du fait de l’absence de zone basse, les phases successives sont télescopées, et c’est plutôt sous le silcrète que se sont développés les profils d’altération à partir de la deuxième mLitié du Tertiaire.

En climat très humide, la succession des différents horizons est la même que dans le Brésil Central, mais leurs puissances respectives varient. En climat humide mais moins chaud, vers la limite méridionale de la zone intertropicale, ia saprolite ferrugineuse est rare alors que le niveau de roche dure peu altérée dépasse 20 m d‘épais- seur; dans les horizons saprolitiques la smectitisation est la règle.

En se dirigeant vers le Nord amazonien, vers des zones chaudes et de plus en plus humides, on voit progressive- ment augmenter la puissance de l‘horizon de saprolite ferrugineuse (jusqu’à 30 m d’épaisseur dans le gisement du Vermelho, à Carajas, dans le Para, valeur du même ordre de grandeur que celle qui est notée en Nouvelle- Calédonie, TRESCASES, 1975 ; TROLY et al., 1979), et éventuellement diminuer celle des horizons de saprolite grossière à argileuse : ceci traduit une altération de carac- tère plus franchement latéritique que dans le Goias. Malgré tout le minerai Silicaté prédomine sur le minerai oxydé, comme toujours au Brésil. A la différence du Goias, il n’y a pas eu ici de transfert du nickel d’un ancien niveau d’aplanissement vers un nouveau.

C. - Zone semi-aride du Nord-Est brésilien (Sao Joao do Piaui)

Le climat semi-aride qui prévaut actuellement dans le Nord-Est du Brésil ne favorise pas l‘altération latéritique, et cette région est a peu près dépourvue de’gisements de ce type. Un gisement nickélifère d’origine supergène existe toutefois à Sao Joao do Piaui.(SANTOS, 1 9 7 4 ; DINO, 1984). Dérivé de serpentinites, ce gisement montre un plateau central couvert de silcrète, ‘des versants en pente forte, et une zone basse entourant le plateau. Les profils d’altération sont puissants de plus de 1 0 m, sous le silcrète du plateau et dans la zone basse. Ils présentent une succession d’horizons saprolitiques dans lesquels la serpentine est altérée en smectite ferrugineuse et nickél- ifère. Un processus généralisé de silicification se super- pose à t‘altération in-situ: Ces silicificätions, alimentées par le silcrète, sont abondantes dans les profils de plateau et dans la partie moyenne des profils de versants ; elles disparaissent vers la zone de piedmont,et la zone basse. Les teneurs en nickel des saprolites depassent généra- lement l % et peuvent atteindre 3 %,‘.ce qui en fait un minerai Silicaté riche en silice.

L’évolution actuelle ‘des profils d’altération n’est donc pas latéritique : la smectitisation totale de la ,serpentine s’accompagne de la lixiviation du Mg, mais de la conser- vation de Si et Fe; il y a en ‘outre un. gain de Ni ’qu i s’explique par une phase antérieure d’altération. A partir du début du Tertiaire, lors de I’élabaration du plateau (surface Sud-Américaine), comme partout au Brésil, la formation du silcrète a été suivie par une phase de concentration (latéritique) du fer et nickel, ce qui témoigne d’une beaucoup plus grande homogénéité des climats à I’Eocène-Oligocène qu’aujourd’hui.’ Si la fonte actuelle du silcrète explique les silicifications, sous le plateau et sur les versants, le stock de nickel préconcentré dans les anciens profils, sur le .plateau, vient enrichir les profils actuels, non latéritiques, à la base des. versants et dans la zone basse, après migration latérale:.’

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+ . CONFERENCE SPÉCIALISEE PANGEA

En définitive, si pour les gisements latéritiques de nickel les facteurs lithologiques et climatiques ont leur impor- tance, comme dans les autres gisements latéritiques, le contrôle le plus important semble être ici d'ordre morpho- tectonique.

VII. - CONCLUSIONS

Les gisements latéritiques peuvent être classés en trois grandes catégories, en fonction des mécanismes géo- chimiques qui transforment une roche, certes particulière puisqu'il s'agit souvent d'un protominerai, en un minerai exploitable. ,

- Gisements formés par la préservation de minéraux stables, résiduels dans l'altération, et par voie dle consé- quence concentrés en vaileur relative dans les profils: il s'agit évidemment au premier chef, alu Brésil, du cas de l'hématite des itabirites, dont le caractère résiduel explique la formation des énormes gisements de fer.

Dans ce cas, le contrôle prépondérant de la formation de ces gisements est évidemment d'ordre lithologique. II n'y a pas réellement, de contrôle climatique (à I'échelle du Brésil), et si ces gisements sont associés à la surface éocène cela résulte de la lenteur' du mécanisme de désilicification totale.

D'autres gisements brésiliens peuvent être rattachés à ce type: les concentrations de chromite éluviale sur roches ultrabasiques, celles de cassiterite e t de Niobo- Tantalite sur roches acides, ou encore les gisements d'or latéritique.

- Gisements d'un élément chimiquement peu mobile, concentré en valeur relative par l'altération : il s'agit cette fois de l'aluminium des bauxites (encore que des possibi- lités de migration, limitée, de l'aluminium, existent comme dans les podzols d'Amazonie).

II n'y a pas alors de contrôle lithologique très strict (une teneur de 1 O à. 15 % A1203 dans la roche-mère est une condition suffisantel, et il n'y a pas non plus de contrôle climatique très fort (des bauxites existent dans une très large gamme de climats au Brésil), encore que le type de bauxite varie d'une région à une autre, et que les plus gros gisements se trouvent dans la zone équato- riale.

Le rôle du modelé est en revanche prépondérant: la bauxitisation est un phénomène lent, e t ces gisements sont associés en général à la surface éocène ; toutefois, dans le cas particulier des roches-mères alcalines, la bauxitisation intervient même en contexte climatique et morphologique peu favorable.

- Gisemlents d'éléments chimiquement plus ou moins mobiles : il s'agit d'éléments comme Mn et Ni, beaucoup moins mobiles dans I'altkration latéritique que la silice et les bases, mais moins inertes que Fe e t Al.

En ce qui concerne les gisements de manganèse, il n'y a pas de contrôle climatique, les mécanismes étant à peu près identiques dans toutes les régions du Brésil: ceci provient du fait que la source principale de manganèse est ici un carbonate, minéral très altérable. En revanche, le contrôle lithologique est très grand, des protores riches en rhodocrosite 5 constituant une rareté géologique. En outre, on n'observe pas au Brésil d'association nette entre ces gisements latéritiques de manganèse et une surface

d'aplanissement généralisée : les accumulations intéres- sent plutôt des replats aménagés sur des entailles de la surface éocène, souvent présente dans le voisinage du fait de leur parenté géochimique. Cette position aval traduit aussi la plus grande mobilité du Mn par rapport au Fe.

En ce qui concerne les gisements de nickel, leur contrôle lithologique se limite en gros au caractère ultrabasique de leur roche-mère, quel qu'en soit le type, pourvu que les minéraux essentiels soient l'olivine et/ou la serpentine. Les trop faibles teneurs en nickel des pyroxènes font que les pyroxenites ne sont pas des roches-mères, mais elles peuvent en revanche être les magasins d'une accumula- tion, comme à Niquelandia (COLIN et al., 1985). oÙ l'altération de dunites voisines fournit du nickel. Le contrôle climiatique des gisements de nickel est assez lâche, et ne se traduit que par des variations de la puissance respective des deux principaux types de mine- rai, Silicaté et oxydé. Le contrôle morpho-tectonique est en revanche extrêmement rigoureux, comme le souligne l'association constante au Brésil des gisements latéri- tiques de nickel avec deux surfaces d'aplanissement, et le transfert latéral du nickel d'une préconcentration amont vers un aval plus jeune.

Pour ces deux derniers éléments, le rôle des mobili- sations (en sommet de profil ou dans la partie amont des gisements) et des apports absolus (à la base ou à l'aval) est très important, puisqu'il permet de contourner le handicap représenté par des teneurs initiales relati- vement faibles: Mn et Ni sont plus rares que Fe et AI. Ces mécanismes de transfert et d'accumulations absolues viennent ainsi parachever le jeu lixiviant de l'altération latéritique.

Enfin, pour l'ensemble des gisements latéritiques, il faut souligner que leur formation est un phénomène lent: c'est toute la durée des temps post-crétacés qui est en général à prendre en compte pour expliquer leur genèse.

REMERCIEMENTS

Ce travail a pu être mené grâce à l'appui de nombreux organismes que nous tenons à remercier ici. Une bonne part des recherches a été conduite dans le cadre d'une Convention entre l'Institut Francais de Recherche Scienti- fique pour le Développement en Coopération (ORSTOM) et le Conseil National de Développement Scientifique et Technologique (CNPq-Brésil). D'autres ont relevé de l'accord de coopération signé entre les Universités de Poitiers e t de Sao Paulo. Par ailleurs, nous avons bénéficié d'aides de l'UNESCO, de la FAPESP (Brésil) et du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS-France), pour le financement des missions et des travaux analytiques. Nous remercions enfin toutes les Clompagnies Minières qui nous onlt accueillis sur leurs gisements et offert toutes facilités pour nos recherches.

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