CHAPEAUX OXYDÉS

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Initialement, le mineur désignait par chapeaux de fer les masses de limonites formées par altération des gisements renfermant de la pyrite et/ou d'autres sulfures de fer. Puis, par extension, on parle de chapeaux de fer des gisements métalliques sulfurés, c'est-à-dire la zone où s'effectue l'oxydation de ces sulfures. Cette zone, dont la puissance varie d'une à plusieurs dizaines de mètres (900 m dans le cas exceptionnel de la mine de Lopeli, en Rhodésie du Sud), est comprise entre la surface et le niveau hydrostatique.

On observe un partage des métaux dû aux solubilités différentes des sulfates et carbonates à partir des sulfures et arséniures qui sont plus sensibles à l'action de l'oxygène.

Les structures peuvent être scoriacées, cellulaires, spongieuses, cloisonnées (box-work) ; parfois fonction de celles du minerai qu'elles caractérisent, donnant alors de précieuses indications sur le minerai avant l'oxydation. Les formes (rognons, mamelons, agrégats, enduits, amas pulvérulents) peuvent aider à la compréhension de la genèse du chapeau.

La nature même des processus de formation des chapeaux oxydés implique une étroite liaison entre les facteurs climatiques et la roche naissante. À un climat sec et chaud (solutions très concentrées à migration faible) correspond un chapeau puissant ; à un climat humide (lessivage intense) correspond un chapeau pauvre en minéraux d'oxydation. La présence de chlorure de sodium dans les eaux météoriques permettra des paragenèses à chlorures : cérargyrite Ag(Cl,Br), atacamite Cu2(OH)3Cl. L'influence maritime provoquera un apport d'halogènes. Un contexte carbonaté ou volcanique neutralisera rapidement les solutions acides, limitant les migrations et favorisant ainsi les croissances de cristaux ; des schistes siliceux auront des effets contraires. Enfin, des roches encaissantes séricitisées fourniront le potassium nécessaire aux cristallisations de sulfates ferri-potassiques, plombo-potassiques, cupro-potassiques hydratés, selon les cas. L'influence des facteurs climatiques et lithologiques peut donc être très importante, et le chapeau d'oxydation n'est pas systématiquement représentatif, par son volume, du gisement métallifère dont il dérive.

Les minéraux des chapeaux oxydés se présentent sous forme d'oxydes, d'hydroxydes, de sels oxygénés de métaux lourds, carbonates, sulfates, phosphates, arséniates, molybdates, chromates, tungstates, vanadates... appartenant à des paragenèses nombreuses et variées. Ainsi, l'altération des divers minerais de cuivre conduit à la malachite verte, au chrysocole, à la covelline, à la pseudomalachite, à la ténorite (à partir de chalcopyrite), à l'azurite bleue, à la cuprite rouge carmin. Des mélanges d'oxydes de cuivre et de limonite se signalent par des couleurs brunes, brun foncé, brun-rouge.

L'altération des minerais de plomb (en particulier la galène) permet des cristallisations de cérusite (colorée en vert, bleu ou rouge par des oxydes métalliques), de wulfénite (jaune cire à orangé), de pyromorphite et mimétèse, d'anglésite, de phosgénite, leadhillite, descloizite ou encore de vanadinite. Si la roche encaissante est suffisamment riche en chrome, la crocoïse (rouge-orange vif) peut se former.

Les minerais de fer, et en particulier la pyrite, s'altèrent facilement en oxydes hydratés tels que les limonites. Notons que cette altération libère de l'acide sulfurique, qui réagit en donnant des sulfates ferriques. Les limonites précipitent par hydrolyse de ces sulfates. L'acide sulfurique formé accélère énormément la dissolution des autres minéraux. Des hydroxydes de fer, tels que la lépidocrocite et la gœthite, de l'hématite plus ou moins hydratée, la jarosite peuvent aussi se présenter. Sidérite et vivianite participent parfois à cette paragenèse. Dans le cas d'un encaissant argileux, la nontronite (voisine de la montmorillonite) apparaît et tapisse les fissures d'un enduit compact ou terreux. Enfin, dans les régions désertiques, l'oxydation de la pyrite ou de la marcassite conduit à la mélantérite (FeSO4, 7H2O).

L'oxydation des minéraux arséniés, tels que le mispickel, [...]

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Écrit par :

  • : docteur ès sciences, chargé de recherche au C.N.R.S.

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Pour citer l’article

Guy TAMAIN, « CHAPEAUX OXYDÉS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 04 décembre 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/chapeaux-oxydes/