Contribution À L'étude Géologique Et Géotechnique Du Gisement De Kef Essnoun. Djebel El Onk. Tébessa

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université Larbi Ben M’hidi. Oum El Bouaghi

Faculté des Sciences de la Terre et de L’Architecture

DEPARTEMENT DE GEOLOGIE

Mémoire Présenté en Vue de l’obtention du diplôme de Mastère

Option : Géologie de l’Ingénieur

Thème :

Contribution à l’étude géologique et géotechnique

du gisement de kef Essnoun. Djebel El Onk.

Tébessa. Nord Est Algérie.

Présenté Par :

AMIEUR Khouloud & LACHEHEB Younes Houcem Eddine

Devant le Jury :

Mr. KHIARI Abdelkader, Professeur à l’université Larbi Ben M’hidi. Oum El Bouaghi (PRESIDENT)

Mr. ZEDAM Rabah, Maitre de Conférences A à l’université Larbi Ben M’hidi. Oum El Bouaghi (ENCADREUR)

Mr. AOUISSI Riadh, Maitre Assistant A à l’université Larbi Ben M’hidi. Oum El Bouaghi (EXAMINATEUR)

Année Universitaire 2017/2018

Remerciements

Nous tenons à remercier avant tout Allah, le tout miséricordieux, qui grâce à lui nous sommes arrivées à ce stade.

Toute notre gratitude va vers notre encadreur : Dr ZEDAM RABEH, pour son encouragement, sa patience et ses conseils précieux, ainsi que pour son suivi pas à pas de notre travail.

Nous remercions aussi l’ensemble des membres de jury qui nous ont fait l’honneur d’accepter de juger notre travail.

Nous remercions tous les enseignants et les enseignantes du Département de Géologie, pour leur contribution dans notre formation.

Nous remercions l’ingénieur de laboratoire de géologie Amokrane Hydar.

Un grand merci pour le personnel technique du complexe minier de Djebel Onk en particulier Mr Mohamed Ali, Mr MAKHLOUF Brahim, Mme AZZI Latifa.

Enfin, nous remercions aussi nos collègues qui nous ont supportes durant l’élaboration de ce modeste travail.

Tant fois avais- je pensé à vous offrir quelques choses en signe de reconnaissance pour tout ce que vous assez consent rien que pour me voir réussir cette fois c’est l’occasion :

 A toi mon père, à toi mon mère chéri que je dédie ce travail.  Mes frères Alola, Fouad et Djaber, ma sœur Manel.  Mon fiancé Ilyes.  Mon petit cher Bayram.  A mon promoteur Mr : Dr ZEDAM RABEH qui fut pour moi l’exemple, le conseiller et le soutien.  A mes inoubliables amis : Khouloud, Amira, Noucha, Rahma, Warda, Google, Abla, Najiba et Karima, Ahmed, Younes.  Tous les étudiants et les étudiantes Du Département Géologie

Je remercie tout d’abord le bon dieu tout puissant qui ma donné la force et le courage

pour terminer ce travail.

Je dédie ce modeste aux deux personnes que j’aime le plus dans la vie, ma raison de vivre

qui méritent tout le respect du monde qu’ils trouvent ici le témoignage de mon profond

amour et mon dévouement infini.

Ma mère, source de compassion et de tendresse, l’exemple de patience

A mon très cher père, l’homme le plus parfait dans le monde, mon grand exemple et le

secret de ma réussite ;

Que dieu les protège et leur réserve une longue vie pleine de bonheur et de santé.

A mes grandes mères ;

A mes frères : Oussama, Abdel-mouiz, Haroun

A ma petite sœur : Sara

A mon binôme Khouloud

Et mes oncles et mes tantes et a tout la famille Lacheheb et Zaiz

A mes amies surtout Ahmed, Lakhdar ,Djamel, Haydar, Ridha, Riadh, Taoufik , Mourad, Lazhar.

A tous mes enseignants

Mon encadreur qui ma soutenu au long de mes travaux (je vous remercié).

LACHEHEB Younès Houcem Eddine, Liste des tableaux

LISTE DES TABLEAUX

N° : Titre de tableau N° : page Tableau Teneurs moyennes en éléments en traces des échantillons de 1 phosphatites permiennes des Montagnes rocheuses, d’après 08 Guibrandsen (1966). Masse d’échantillon à soumettre à l’essai en fonction de la dimension 2 53 des éléments. 3 Résultats des essais physiques. 56 4 Résultats des limites d’Atterberg. 62 5 Classification des échantillons selon leur indice de plasticité. 63 6 Résultats de l’essai Oedométrique. 66 7 Résultats des analyses chimiques. 68

Liste des figures

LISTE DES FIGURES

N° : Titre de figure N° : page Figure Epoques de formation des gisements de phosphates d'après Cook et 1 05 Elhinny (1979). 2 Schéma de la phosphatogénèse selon Kazakov (1930). 11 Carte de situation géographique et géologique des gisements de 3 13 Djebel Onk (Mezghache et al., 2000). Unités structurales de l’Afrique du Nord (Durand Delga et Fontboté, 4 15 1960 ; modifié). Colonne stratigraphique de la région de Djebel Onk – Algérie 5 19 orientale – (Cielensky et Benchernine, 1987). Carte structurale de la région du Djebel Onk à l'intérieur du bassin de 6 22 Gafsa - Métloui - Onk (Aissaoui, 1984). Coupes géologiques schématiques montrant la couche productive et 7 son recouvrement à partir des sondages réalisés dans le champ du 27 gisement de Kef Essnoun (Cielensky et Benchernine, 1987). Coupe géologique schématique relevée dans le gisement de Kef 8 40 Essnoun. Schéma de l’appareil de CASAGRANDE pour la mesure de la 9 60 limite de liquidité. 10 Cellule Oedométrique. 65 Structure de la couche de phosphate dans le District de Kef Essnoun 11 71 avec localisation des sondages carottés (Prian et Cortiel, 1993). Colonne stratigraphique du gisement de Kef Essnoun selon le 12 74 sondage S2 selon (l’EREM, 1986). . Colonne stratigraphique du gisement de Kef Essnoun selon le 13 75 sondage S6 selon (l’EREM, 1986). Colonne stratigraphique du gisement de Kef Essnoun selon le 14 76 sondage S10 selon (l’EREM, 1986). . Corrélation des trois sondages (S2, S6, S10) du gisement de Kef 15 77 Essnoun selon (l’EREM, 1986). 16 Schéma structural simplifié du district minier de Kef Essnoun. 78

Liste des photos

LISTE DES PHOTOS

N° : Photo Titre de photo N° : page

Marnes et marno-calcaires de la transition Maestrichtien sommital- 1 30 Danien basal. 2 Cristaux de gypse dans une masse de calcaire. 30 3 Moule interne d’Inoceramus régularus. 30 4 Phénomène de silicification au sein des calcaires. 30 5 Alternance de marnes et de marno-calcaires du Danien inferieur. 32 6 Microfractures dans les marno-calcaires du Danien investies par la 7 34 calcite tardive. Bivalves et tests de lamellibranches dans les calcaires verdâtres du 8 34 Danien supérieur. 9 Niveau lumachellique intercalé dans le faciès du Danien. 35 10 11 Calcaires massifs, diaclasés, verdâtres du Danien supérieur. 35

12 Phénomène de ferrification (hard Ground) dans les calcaires sableux 36 13 du Sélandien. 14 Marnes grises schistosées du Thanétien inférieur à intercalations de 15 37 marno-calcaires beigeâtres . 16 17 Vue sur les marnes argileuses du Thanétien inferieur. 38 18 Vue de la couche productive du Thanétien supérieur. 39 19 20 Minerai de phosphate du Thanétien supérieur. 39 21 Gypse massif dans calcaire du Maestrichtien. 22 42 ( oculaire : X ; grossissement : X2.5 ). Grains de glauconie dans les calcaires du Maestrichtien. 23 42 ( oculaire : X ; grossissement : X2.5 ). Grain d’anhydrite dans le, calcaire du Maestrichtien. 24 42 ( oculaire : X ; grossissement : X2.5 ). 2

Liste des photos

25 Aspect fibreux du gypse intercalé dans les marnes du Danien. 43 26 ( oculaire : X ; grossissement: X2.5 ). 27 Fragments de bioclastes sulfatés et partiellement silicifiés dans les calcaires du Dano-sélandien. 44 28 ( oculaire : X ; grossissement : X0.8). Grain de glauconie brunâtre dans une masse de carbonate gypsifère. 29 45 ( oculaire : X ; grossissement : X2.5 ). Grain d’anhydrite dans une masse de carbonate gypsifère. 30 45 ( oculaire : X ; grossissement : X2.5 ). 31 Grains de coprolithes, phosphorites et glauconie dans le minerai de phosphate. 46 32 G : glauconie C : coprolithe P : phosphorite ( oculaire : X ; grossissement : X2.5 ). Grains de coprolithes dans le minerai de phosphate. C : coprolithe 33 47 ( oculaire : X ; grossissement : X2.5 ) Cristaux de gypse dans le minerai de phosphate. Gy : gypse. 34 47 ( oculaire : X ; grossissement : X2.5 ) Grain de phosphorite. P : phosphorite 35 48 ( oculaire : X ; grossissement : X2.5 ) Grain de glauconie. G : glauconie. 36 48 ( oculaire : X ; grossissement : X2.5 ) 37 Spatules. 59 38 Coupelle de CASAGRANDRE. 59 39 Fermer la Rainure sur 1 cm. 60 40 L’appareil de l’œdomètre. 65 41 Vue d’ensemble de la couche productive de Kef Essnoun. 73 42 Vue générale de la carrière de Kef Essnoun avant l’éboulement. 80 43 Vue générale de la carrière de Kef Essnoun après l’éboulement. 80

ملخص

إن مىجم انفىسفات انمسمً - كاف انسىىن- َقع ضمه انحىض انفىسفاجٍ نجبم انعىق عهً بعذ 100 كهم جىىب والَة جبسة و 20 كهم عهً انحذود انجزائشَة انحىوسُة. جظهش جشكُالجها انجُىنىجُة ثشاء وجىى ًعا مه وجهة انىظش انصخشَة وانبُحشوجشافُة. وهٍ جحأنف مه خمس سحىات سئُسُة رات طبُعة كشبىواجُة. جمحذ مه ماسحشَشُا انً جاوُسُا. وجهُمه عمَها سهسهة مه انصخىس انكشبىواتَة و جكىَىات معذن انفىسفات انحٍ جححىٌ بشكم أساسٍ عهً انكبشونُث، وانحبُبات انكبشَحُة ، وحبُبات انجهىكىوُث ، وشظاَا انفىسفىسَث. مه وجهة انىظش انجُىجقىُة ، جعكس اخحباسات جحذَذ انهىَة طبُعة انمىاد انكشبىوُة انصخشَة رات انخاصُة انبالسحُكَة. جظهش قُم مؤششات االوضغاط ومعامالت االوحفاخ خصائص المىاد القابهة نهضغظ بشكم معحذل مع قابهُة اوضغاط عانُة . نقذ شهذ مىجم انفىسفات - كاف انسىىن- اوهُاسا عهً مسحىي انىاجهة انحٍ جقع بُه انفىسفات وانماسن انبالسحُكٍ. هزا اإلوهُاس مشجبظ بعىامم جُىنىجُة وكزنك أعمال انحفش.

RESUME

Le gisement de Kef Essnoun est un gisement potentiel faisant partie du grand bassin phosphaté de Djebel Onk, situé à 100 Km au Sud de la ville de Tébessa et à 20 km de la frontière algéro-tunisienne. Il se trouve au pied du Djebel Kef Essnoun constituant un plateau plongeant en pente douce vers le Sud-Ouest. Ses formations géologiques montrent une richesse et une diversité au point de vue lithologique et pétrographique. Elles comptent cinq faciès principaux de nature lithologique exclusivement carbonatée, qui s’étalent du Maestrichtien au Thanétien supérieur. La série monotone de roches carbonatées est chapotée par les formations du minerai de phosphates du Thanétien supérieur renfermant surtout des coprolithes, des pseudoolithes, des grains de sulfates et de glauconie ainsi que des fragments de phosphorites. Au point de vue géotechnique, les essais d’identification reflètent des natures lithologiques carbonatées peu plastiques à plastiques. Les valeurs des indices de compressibilité et des coefficients de gonflement montrent les caractéristiques de matériaux moyennement compressibles à assez fortement compressibles pouvant gonfler. Le phénomène de glissement ayant affecté le front de taille du gisement a eu lieu selon le plan de l’interface continu entre les phosphates et les marnes schistosées plastiques sous jacentes. Ce glissement est contrôlé aussi bien par les facteurs géologiques que par ceux ayant relation avec les travaux d’exploitation.

ABSTRACT The Kef Essnoun deposit is a potential deposit forming part of the large phosphate basin of Dj.Onk, located 100 km South of the city of Tebessa and 20 km from the Algerian-Tunisian border. It lies at the foot of Dj. Kef Essnoun constituting a plateau plunging gently to the Southwest. Its geological formations show a richness and a diversity from the lithological and petrographic point of view. They comprise five main facies of lithological nature exclusively carbonated, which range from the Maestrichtian to the Upper Thanetian. The monotonous series of carbonate rocks is dominated by upper Thanetian phosphate ore formations containing mainly coprolites, pseudolithes, sulphate and glauconite grains, and phosphorite fragments. From the geotechnical point of view, the identification tests reflect carbonate lithological natures with little plastic to plastics. The values of the compressibility indices and the swelling coefficients show the characteristics of moderately compressible materials with fairly high compressibility that can swell. The slip phenomenon affecting the face of size of the deposit has taken place according to the plane of the continuous interface between the phosphates and the underlying schistose plastic marls. This shift is controlled by geological factors as well as those related to the exploitation works.

SOMMAIRE

Remerciements Dédicaces Résumé Liste des tableaux Liste des figures Liste des photos INTRODUCTION GENERALE …………………………………………...... …….…….01

CHAPITRE I : GENERALITE

I. Généralités sur les phosphates…………………………………………...……………….….03 I.1. Historique………………………………………………………...……………….….….03 I.2. Répartition du phosphore dans l’écorce terrestre……………...……………….…….….03 I.3. Minéralogie des phosphates………………………………...………………………..….05 I.4. Chimie des phosphates…………………………………...…………………………..….07 I.4.1. Eléments majeurs……………………………...……….……………...... 07 I.4.2. Eléments en traces………………………………………….…………...……..08 I.5. Nomenclature des phosphates………………………...………………….………….…..09 I.6. Origine des phosphates sédimentaire……………...……………………….…..………..09 II. Situation géographique du gisement de Kef Essnoun.……………………….………...... 11 III. Cadre géologique régional…………………………………………………….….…….....14 III.1. Localisation de la région de Djebel Onk………………………………….……...…....14 III.2.Stratigraphie de Djebel Onk ……………………………………………….……...…...15 III.2.1. Crétacé………………………...... 15 III.2.2. Paléocène…………………………...... 15 III.2.3. Eocène……………………………………………………………....……...….16 III.2.4. Miocène…………………………………………………………..….….……..17 III.2.5. Quaternaire……………………………………………………………...…...... 18 III.3. Tectonique régionale……………………………………………………....……....…..18 III .3.1. Tectonique plicative et cassante………...... 20 III .3.2. Chronologie des phases de déformations……………………..………...... …..21 III.4. Paléogéographie……………………………………………………..…………...... 22 IV. Géologie locale de Djebel Kef Essnoun………………………………..……………...... 24 IV.1.Stratigraphie ……………………………………………………..……………..………25 IV.2.Cadre structural ………………………………………………..……………………...26 CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN I. Introduction………………………………………………………………....……………..28 II. Description de la coupe relevée………………………………………..…..……………29 II.1. Maestrichtien……………………………………………………..……..………..…...29 II.2. Danien……………...... ……..………..……..……...31 II.3. Sélandien……………………………………………………..………………....…….36 II.4. Thanétien inferieur…………………………………………..………………..…...….37 II.5. Thanétien supérieur………………………………………..…………………..…...…38 III. Auscultation des termes lithologiques à la loupe binoculaire.………………………..40 a. Faciès du Maestrichtien ……………….……………………………………….……..41 b. Faciès du Danien……………………..……………………………………………….42 c. Faciès du Dano-Sélandien .………….………………………………………………..43 d. Faciès du Sélandien ……….……….…………………………………………...……45 e. Faciès du Thanétien inferieur …….…………………………………………..……...45 f. Faciès du Thanétien supérieur ….….……………………………………………...... 45 IV. Conclusion ………………………….………………………………………………....…..49

CHAPITRE III : ETUDE GEOTECHNIQUE I. Introduction………………………….……………………………………….……...... 51 II. Essais au laboratoire……………….……………………………………….……...... …….52 II.1. Essais d’identification……….……………………………………….………….…....52 II.1.1. Essais physiques.…………………………………………….……………...... 52 II.1.2. Détermination des limites d’ATTERBERG..…….……..….…………………57 II.2. Essais mécaniques..……………………………………….……..….…………....…....64 II.2.1. L’essai Oedométrique …………………………….…….….………….…...... 64 II.3. Analyses chimiques ……………………………………….…….….…………..….....67 III. Synthèse des propriétés physico-mécaniques………………….………..………..……..68 IV. Corrélation des sondages……………………………………….………..…………...... 69 IV.1. Introduction……………………………………………….………..….…………...... 70 IV.2. Structure de la couche de phosphate de Kef Essnoun ….……………...………...….70 IV.3. Caractérisation des différentes natures lithologiques ….………………...…….…....73 IV.3. 1. Le Sondage S2……………………………….…………………...…………74 IV.3. 2. Le Sondage S6……………………………….……………………...………75 IV.3. 3. Le Sondage S10…………………………….………………………….……76 IV.4. Interprétation…………………………………….…………………………...….....77 IV.5. Données sur le glissement…………………………….………………………….….....78 V. Conclusion ……………………………………………….…………………………….....81 CONCLUSION GENERALE……………………………………………………….……...82 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ….……………………………………………....85

Introduction générale

INTRODUCTION GENERALE

Le gisement de Kef Essnoun fait partie du bassin phosphaté de Djebel Onk, situé à environ 100 Km au Sud de la ville de Tébessa et à 20 km de la frontière Algéro-tunisienne, sur la route nationale reliant Tébessa à El Oued.

La région de Djebel Onk constitue la limite géographique naturelle entre les hauts plateaux constantinois et la plate forme saharienne, elle est représentée par un massif calcareux d’environ 20 km de longueur culminant au Djebel Tarfaya.

Dans le cadre de cette étude, nous nous intéressons à la problématique de stabilité du front de taille du gisement de Kef Essnoun, gisement potentiel de phosphate, ayant été atteint par un important phénomène d’éboulement, en 2011, sur une superficie totale de 11

Hectares.

Dans cette optique, nous avons adopté une méthodologie classique pour entamer notre travail, qui a été réparti sur deux volets essentiels :

 Une première partie consacrée aux travaux de terrain, dans laquelle une coupe

géologique a été relevée, en guise de reconnaissance et d’identification des différents

faciès faisant partie du gisement, suivie par un échantillonnage systématique de

l’ensemble de ces formations.

 Une deuxième partie réservée exclusivement aux travaux de laboratoire, dans

laquelle les échantillons prélevés sur terrain, ont fait l’objet d’une auscultation à la

loupe binoculaire au laboratoire du département de géologie d’Oum El Bouaghi et

aussi, d’une analyse géotechnique concernant les paramètres physico-mécaniques au

laboratoire des travaux publics de l’Est, à Constantine.

Introduction générale

Cette méthodologie a pour objectif principal de bien cerner les caractéristiques lithologiques et pétrographiques des différentes formations géologiques dans l’environnement du gisement et de mieux connaitre, par l’occasion, leurs propriétés physico-mécaniques.

La confrontation de l’ensemble des données et résultats obtenus sur le plan géologique et géotechnique s’avère fructueuse et indispensable pour la compréhension réelle des causes de cet important éboulement, dans son cadre technico-géologique. Sachant bien que ce dernier a provoqué d’énormes dégâts et des pertes considérables sur le plan économique.

A l’optique de tout cela, une conclusion générale accompagnée de certaines recommandations, pour les futurs travaux, est typiquement nécessaire.

Chapitre I : Généralités

I. GENERALITES SUR LES PHOSPHATES

I.1. HISTORIQUE

L’élément phosphore a été extrait pour la première fois de l’urine humaine en 1669 par l’alchimiste allemand Henning Brandt. Le nom choisi pour cette substance dérive du grec phosphoros (qui porte la lumière).

En 1769 le chimiste suédois Carl Wilhem Scheele découvrit la présence de phosphore dans les os, alors un procédé d’extraction à partir des os des animaux fut rapidement mis au point. Au début du 19ème siècle, les engrais phosphatés furent composés d’un mélange d’os broyés et de guanos. En 1850, les phosphates naturels ont été reconnus et ont commencé à

être employés d’une façon systématique.

A partir du 20ème siècle, beaucoup de gisements de phosphates ont été reconnus et identifiés un peu partout dans le monde, notamment aux Etats-Unis et en Afrique du Nord.

La consommation des phosphates ne cesse de croitre d’une année à une autre.

I.2. REPARTITION DU PHOSPHORE DANS L’ECORCE TERRESTRE

La teneur moyenne du phosphore dans l’écorce terrestre a été estimée aux environs de

0,23 %, sous forme de P2O5, par Romov et Yaroshevsky (1969). Des concentrations importantes sont connues dans des contextes intrusifs, mais le minéral de l’Apatite est tout aussi présent dans les roches éruptives et métamorphiques.

Depuis le Précambrien jusqu'au Cénozoïque, et pratiquement durant toutes les périodes géologiques, le milieu sédimentaire demeure de loin, le domaine des grandes concentrations phosphatées (Nicolini, 1990) (Fig.1). Actuellement, trois types de gisements de phosphates sont exploités :

Chapitre I : Généralités

a) Les gisements sédimentaires

Les gisements de plate-forme les plus intéressants sont associés aux structures synclinales, ils sont mis en place sous un climat aride. Les faciès sédimentaires sont de trois types (Fig.1):

Les granulo (pseudo-oolithes), les nodules et les débris organiques (coprolithes et fossiles phosphatisés). Les gisements sédimentaires sont plus importants en nombre et en volume (Smirnov, 1982). Cependant, Les teneurs peuvent atteindre les 30 % en P2O5. Les gisements du Djebel Onk font partie de ce type, ils peuvent atteindre 2 milliards de tonnes.

b) Les gisements d’origine ignée

Ils sont associés essentiellement à des complexes intrusifs alcalins. Les roches les plus fréquentes sont de type syénites néphéliniques, carbonatites et pyroxénites. Ces gisements sont moins nombreux et souvent moins riches et moins importants que les gisements sédimentaires. A cet effet, le gisement de Khibiny (URSS) lié à un complexe annulaire à syénite néphélinique représente l’un des principaux gisements de ce type (Slansky, 1980).

c) Les gisements de type guanos

Ils représentent les ressources les plus faibles, mais loin d’être négligeables. Les gisements les plus importants sont dus à des guanos d’oiseaux de mer, ils contiennent environ

4 % de P2O5.

Ces organismes réagissent avec la roche qui leur sert de support. Quand la roche est de type calcaire, le phosphate de calcium se forme. L’île Nauru (océan pacifique) est un gisement de type guanos (Slansky, 1980).

Chapitre I : Généralités

Fig. 1 : Epoques de formation des gisements de phosphates d'après Cook et Elhinny (1979).

I.3. MINERALOGIE DES PHOSPHATES

Les phosphates naturels comprennent plus de 200 espèces minéralogiques (Fisher,

1973). Cependant, les plus abondants appartiennent à la famille de l'apatite (Raguin, 1961).

Le minéral du phosphate dans un milieu primaire peut se trouver sous plusieurs formes

(Straaten, 2002; Abu-Eishah et al., 1991, Kechiched, 2011) Parmi les quelles :

 Fluorapatite (Ca10(PO4)6F2): surtout dans les roches ignées et métamorphiques :

carbonatites, mica-pyroxénites,…

 Hydroxy-apatite (Ca10(PO4)6(OH) 2): dans les roches ignées, métamorphiques et les

dépôts biogéniques.

Chapitre I : Généralités

 Hydroxy-apatite carbonaté (Ca10 (PO4, CO3)6(OH) 2): essentiellement dans les îles

et les cavernes.

 Francolite (Ca10−x−y Nax Mgy (PO4)6−z(CO3)z F0.4zF2): Complexe carbonate

apatite substitué se trouvant uniquement dans les milieux marins.

 Dahllite (3Ca3(PO4)2CaCO3): Structure phosphatée typique des sédiments marins.

 Collophane (3Ca3(PO4)2n Ca (CO3, F2, O) xH2O): Minéral typique des sédiments de

phosphate marin.

Notons également, l’existence d’autres minéraux phosphatés dus à l’altération des dépôts de phosphate de calcium, parmi lesquels :

 Millisites : (Na-K) CaAl6 (PO4)4 (OH) 9 3H2O.

 Crandallites : Ca2Al6 (PO4)4 (OH) 10 2H2O.

 Augelites : Al2(PO4) (OH) 3.

 Wavellites : Al3(PO4)2 (OH) 3 5H2O.

 Turquoises : CuAl6 (PO4)4 (OH)8 4H2O.

 Autunite Ca (UO2)2(PO4)2 10-12H2O.

 Méta-autunite Ca (UO2)2(PO4)2 2-6H2O.

Les millisites, crandallites et augelites sont les plus abondantes, alors que les wavellites et les turquoises sont les plus rares. Tous ces minéraux présentent des compositions chimiques variées de la composition théorique par l’introduction de F et des teneurs marquées de Sr, Ba ou Fe. La vivianite Fe3(PO4)2 8H2O peut apparaître dans un profil d’altération, nous la rencontrons dans les dépôts lacustres ou alluvionnaires.

Dans les roches calcaires, se forment les phosphates de Calcium tel que la monétite

(HCaPO4) ou la whitlockte Ca3 (PO4)2, et surtout les minéraux apatitiques généralement peu fluorés. Nous pouvons aussi obtenir dans les roches calcaires, les phosphates Alumino- calciques comme la (Crandallite, phosphates de Fe et Al), (Slansky, 1980).

Chapitre I : Généralités

D’autres minéraux phosphatés peuvent être rencontrés dans les dépôts sédimentaires, tel que la Monazite. L’autunite ou méta-autunite sont des minéraux secondaires de certains gisements de phosphates riches en uranium. Les phosphates des dépôts sédimentaires sont cryptocristallins et les minéraux correspondant sont voisins de la Fluorapatite

[Ca10(PO4)6F2].

Le Ca peut être substitué par Na, Mg et OH dans les apatites sédimentaires, ce qui conduit à la proposition de la formule structurale générale suivante :

(Ca, Na, Mg) 10 (PO4)6-x (CO3) x FY (F, OH) 2.

I.4. CHIMIE DES PHOSPHATES

I.4.1. Eléments majeurs

Les phosphates contiennent les éléments majeurs (oxydes) suivants: P2O5, SiO2,

Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O, CO2, SO3, F, Cl et H2O. Les analyses ont permis de tirer les remarques suivantes (Slansky, 1980) :

 Les teneurs en SiO2 sont essentiellement dues à la présence de la silice ou des silicates

et surtout les argiles comme la glauconie.

 Dans une Fluorapatite Ca10(PO4)6F2, le rapport CaO/P2O5 est égal à 1,31. Il est

supérieur à cette valeur dans les apatites carbonatées due à la présence de calcite et

dolomie, ou une substitution de PO4 par CO3. Une valeur de ce rapport inférieur à 1,3

dénote la présence de minéraux phosphatés différents, alumineux ou alumineux

calciques.

 Le fluor peut être exprimé indépendamment de l’apatite dans les phosphatites, sous

forme de fluorine. Dans la plus part de cas, le fluor est lié à l’apatite, le rapport F/P2O5

qui caractérise donc ce minéral, varie entre 0,08 et 0,12, atteignant parfois 0,13 voir

même 0,14.

Chapitre I : Généralités

 Les apatites sédimentaires sont habituellement très pauvres en Cl. Lorsque la teneur en

cet élément est plus élevée, il s’agit en général, de concentrations secondaires

indépendantes du réseau de l’apatite, réductibles par lavage à l’eau douce. Des analyses

chimiques sur des échantillons de phosphates d’âges variés montrent une teneur en Cl qui

varie de 0,013 à 0,67%.

 Le soufre associé aux phosphatites, peut être inclus dans les sulfures ou les sulfates.

Les sulfures sont représentés par la pyrite qui peut être rencontré soit dans l’exogangue,

soit dans l’endogangue. Sa présence est caractérisée par les teneurs en Fe. Les sulfates

sont représentés par le gypse, la barytine ou la célestine. Sassi (1974) a indiqué que le

rapport pondéral SO3/PO4 peut atteindre 0,12 dans les francolites du bassin de Gafsa.

 Les teneurs en Al et Fe, sont assez importantes dans l’utilisation des minerais de

phosphates. Ces éléments sont surtout liés à la présence d’argiles, de sulfure,

d’hydroxydes ou encore de phosphates de Fe ou Al.

I.4.2. Eléments en traces

Selon Guibrandsen (1966), les éléments en traces sont associés soit avec la matière organique, soit par intégration dans le réseau de l’apatite. Ainsi, les concentrations de Ag, As,

Mo, Ni, V, Zn, Cr, Cu, Sb, Se, et Cd sont attribuées à la matière organique, alors que celles de

Sr, U, Th et des terres rares sont attribuées à l’apatite (Tab.1).

Tab. 1 : Teneurs moyennes en éléments en traces des échantillons de phosphatites permiennes des Montagnes rocheuses, d’après Guibrandsen (1966).

Teneur Teneur Teneur Teneur Elément Elément Elément Elément (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) U 90 Cd < 50 Mn 30 Mo 30 Ag 3 Co < 10 Se 13 Nd 300 As 40 Cr 1000 Sr 1000 Ni 100 B < 50 Cu 100 V 300 Pb < 10 Ba 100 Ga < 10 Zn 300 Sb 7 Be < 0.5 La 300 Zr 30 Sc 10

Chapitre I : Généralités

I.5. NOMENCLATURE DES PHOSPHATES

Une classification a été conçue pour une utilisation internationale, il a été tenu compte les définitions du « Glossary of Geology », ce dernier a été publié en 1974 par l’ « American

Geological Institute ». Les termes « phosphorite » et « phosphatite » sont utilisés avec les significations suivantes :

 Phosphorite : Roche sédimentaire composée en majorité, de minéraux phosphatés

pouvant être indifféremment des phosphates de Ca, Al et de Fe.

 Phosphatite: Roche sédimentaire composée en majorité des minéraux de la série

d’Apatite.

Le terme « phosphorite » est utilisé généralement pour les roches à phase phosphatée prépondérante, par contre le terme « phosphatite » est beaucoup moins utilisé. Lorsqu’une roche sédimentaire contient 50 % de minéraux phosphatés, sa teneur en P2O5 dépend de la nature des minéraux phosphatés présents, sachant que la teneur de 18 % en P2O5 a été choisie comme une limite entre les roches considérées comme minerai de phosphate et les roches stériles (Slansky, 1980). Par conséquent, les termes phosphorite ou phosphatite ne peuvent pas

être utilisés que dans les roches dont la teneur en P2O5 est égale ou supérieur à 18%.

I.6. ORIGINE DES PHOSPHATES SEDIMENTAIRES

Il existe plusieurs hypothèses concernant les conditions de formation des gisements de phosphates. Selon la théorie de l’origine non organique, les phosphates sont le résultat de la précipitation directe des composés phosphatés dans l’eau de mer.

Par contre la théorie de l’origine organique stipule que la précipitation des organismes est indispensable pour la formation des phosphates.

D’après Kazakov (1930), la teneur en P2O5 de l’eau de mer augmente avec la profondeur, Le minimum se trouve dans la zone de photosynthèse où le phosphore est consommé, tandis que le maximum se trouve vers les profondeurs de l’ordre de 500 m.

Chapitre I : Généralités

Le phosphore précipite chimiquement sur les bords du plateau continental après y avoir été drainé les courants froids ascendants (upwelling) (Fig.2), mais après réchauffement des eaux, le pH augmente et la pression partielle en CO2 diminue, chose qui favorise la précipitation du CaCO3, puis les phosphates.

Alors d’après cette hypothèse, la sédimentation chimique des phosphates ne peut avoir lieu ni dans les zones profondes, où la pression du CO2 est trop élevée, ni dans les zones à photosynthèse, où le phosphore est consommé.

Selon Visse (1952), la précipitation du phosphate se fait entre 50 et 500 m de profondeur et le milieu de genèse diffère du milieu d'accumulation.

Nous pouvons rencontrer deux types de gisements :

a) Les gisements de plate forme continentale dont le minerai est caractérisé par un teint clair, une structure noduleuse ou pseudo-oolithique, une fréquente association avec la glauconie et de nombreux éléments détritiques quartzeux. Ce type de gisement semble être lié aux transgressions.

b) Les gisements de bordure de géosynclinal, donnant des minerais de teint sombre, à structure pseudo-oolithique, avec une exogangue généralement argileuse et des composés siliceux. Ce type de gisements serait plutôt lié aux phénomènes de régressions.

Chapitre I : Généralités

Fig. 2 : Schéma de la phosphatogénèse selon Kazakov (1930).

II. SITUATION GEOGRAPHIQUE DU GISEMENT DE KEF ESSNOUN

Le gisement de Kef Essnoun fait partie du bassin phosphaté de Djebel Onk, situé à environ 100 Km au Sud de la ville de Tébessa et à 20 km de la frontière algéro-tunisienne, sur la route nationale reliant Tébessa à El Oued.

La région de Djebel Onk constitue la limite géographique naturelle entre les hauts plateaux constantinois et le domaine saharien. Elle est représentée par un massif calcareux d’environ 20 km de longueur culminant à 1198 m d’altitude au Djebel Tarfaya.

Ce massif constitue l’extrémité orientale des monts de Nememcha qui prolonge vers l’Est le massif des Aurès. Les altitudes les plus basses au pied du Djebel Onk sont d’environ 635 m.

Cinq gisements de phosphate ont été découverts dans le bassin de Djebel Onk (Fig.3) :

 Gisement de Djebel Onk Nord

 Gisement de Bled El Hadba.

 Gisement de Djemi-Djema

 Gisement de Kef Essnoun

 Gisement d’Oued Betita

Chapitre I : Généralités

Le gisement de Kef Essnoun est situé à 5 Km à l’Ouest de la carrière de Djemi-Djema et à environ 10 Km au Sud Ouest de la ville de Bir El Ater. Il se trouve au pied du Djebel Kef

Essnoun, constituant un plateau descendant plongeant en pente douce vers le Sud-Ouest. La topographie est assez modérée, les altitudes varient entre 810 m au Nord-Est et 720 m au Sud-

Ouest. Le gisement s’étend sur une longueur de 2,8 Km et une largeur de 1 km.

Les coordonnées UTM de ce gisement sont les suivantes :

X = 443.310 à 448.200.

Y = 3.836.730 à 3.840.780.

Alors que ses cordonnées LAMBERT sont :

X = 980.951 à 985.078

Y = 168. 073 à 170.426

Cette région est caractérisée par un climat subaride, continental à deux saisons extrêmement contrastées : un hiver froid, rigoureux et un été chaud où les températures peuvent dépasser les 45°C.

Les précipitations sont faibles avec une moyenne de 300 mm/an (climat semi-aride), le réseau hydrographique est constitué de 3 principaux sous bassins versants : Oued Rheznata au

NE de la commune de Bir El Ater, Oued Soukiès et Oued Horchane au de la dite commune.

A l’intérieur de la région de Djebel Onk, existent également plusieurs petits cours d’eau (Tarfaya, Abiod, El Bir, Regou, …).

Pour les eaux souterraines, la région de Tébessa compte plusieurs aquifères potentiels liés aux divers types lithologiques. L’aquifère le plus important se situe dans les grès et les sables quartzeux miocènes. A Bir El Ater, nous distinguons la nappe de Chréa, la nappe d’El

Ma Labiod, les nappes de Dokkara et Oglat Ahmed, ainsi que la nappe de Darmoun.

Chapitre I : Généralités

La population est peu dense, sa situation socio - économique s’est améliorée grâce à l’installation du complexe minier de Bir El Ater, chose qui a contribué à la croissance et au développement de cette localité.

Fig. 3 : Carte de situation géographique et géologique des gisements de Djebel Onk (Mezghache et al., 2000).

Chapitre I : Généralités

III. GEOLOGIE REGIONALE DE DJEBEL ONK

III.1. LOCALISATION DE LA REGION DE DJEBEL ONK

Les gisements de phosphates de la région de Djebel Onk sont d’âge Thanétien supérieur. Sur le plan régional, les terrains de ces gisements sont structurés dans une série d’anticlinaux et de synclinaux fortement assymétriques, faillés dans leurs flancs, d’axes

N80°E. Cette série appartient à l'extrémité orientale de l'Atlas Saharien ; domaine situé entre la plate forme saharienne, relativement stable au Sud, et l'Atlas tellien affecté par une forte tectonique au Nord (Ranchin, 1963).

L’Atlas saharien est une entité domaine bien individualisée et structurée surtout sa partie orientale, elle inclut d’Est en Ouest, les Monts de Nememcha, les séries orientales des confins Algéro-tunisien tunisien (Monts de Morsott et Mellègue), les Monts de Ain Yaghout, les Aurès, le Mont du Mzab, le Djebel Boukehil, les Mont d’Ouled Naïl, Djebels Amor,

Djebels Ksour, Monts de Saida (Fig.4).

La stratigraphie de Djebel Onk a été établie par Visse (1952). La série sédimentaire comprend une succession stratigraphique allant du Crétacé supérieur (Maestrichtien) à l’Eocène moyen (Lutétien). Elle est marine, elle fait environ 500 m d’épaisseur et elle est recouverte en discordance par une épaisse série sablo-argileuse continentale d’âge Miocène, puis Quaternaire comblant les structures synclinales et faisant fossiliser les séries d’âge anté- miocènes.

Chapitre I : Généralités

Fig. 4 : Unités structurales de l’Afrique du Nord (Durand Delga et Fontboté, 1960 ; modifié).

III.2. STRATIGRAPHIE

III.2. 1. Crétacé

Les terrains du Crétacé représentent les sédiments les plus anciens au cœur de l’anticlinal de Djebel Onk, ils sont très accidentés. Seuls les dépôts du Maestrichtien y affleurent (Fig.5).

a) Maestrichtien

Il s’agit de calcaires blancs massifs à intercalations de marnes au cœur de l’anticlinal de

Djebel Onk. Le toit de cet étage est marqué par une surface ferruginisée et taraudée.

III .2. 2. Paléocène

Il est représenté par des sédiments marins assez épais (350 m).

a) Danien

a1) Danien inférieur

Il s’agit de marnes argileuses plus ou moins schistosées, de couleur grise foncée verdâtre.

L’ensemble est traversé par des filonnets de gypse. L’épaisseur est d’environ 30 m.

Chapitre I : Généralités

a2) Danien supérieur

Il est formé par des bancs de calcaires durs, décimétriques à métrique, blancs, très fins souvent à cassures conchoïdales et à intercalations de marnes argileuses schistosées.

b) Sélandien

Il est constitué de calcaires détritiques à lumachelles et à intercalations de marnes et de dolomies ainsi que des nodules de silex. L’épaisseur moyenne est de 100 m.

c) Thanétien

C’est l’horizon porteur de la minéralisation phosphatée principale.

C1) Thanétien inférieur

Le Thanétien inférieur est représenté par des marnes argileuses grises foncées à noires schisteuses. Dans la partie inférieure, on note la présence des conglomérats et de minces horizons phosphatés. Au sommet apparaissent des intercalations phosphatées atteignant les 2 m, surmontées par des calcaires et des marnes à gros gastéropodes. La puissance est de l’ordre de 30 m.

C2) Thanétien supérieur

C’est la couche exploitable dans les gisements de Djebel Onk. Elle débute par un niveau dolomitique à gastéropodes, elle a une épaisseur de 30 m en moyenne.

Elle se caractérise par les variations de l’épaisseur d’un gisement à l’autre dans le bassin de Djebel Onk (30 m à Djemi-Djema, 17 m à Djebel Onk Nord). Le faisceau phosphaté se réduit progressivement vers l’ouest, jusqu'à disparaître complètement (biseau stratigraphique)

(Prian et Cortiel, 1993).

III. 2. 3. Eocène

a) Yprésien

Il repose directement sur les dépôts du Thanétien, il a une épaisseur de 32 m.

Chapitre I : Généralités

a1) Yprésien inférieur

Il est représenté par des dolomies et calcaires dolomitiques avec intercalations de phosphates très dolomitiques et des débris de silex noirs.

a2) Yprésien supérieur

Il est constitué par une alternance de calcaires, calcaires dolomitiques et marnes.

b) Lutétien

Les formations de cet étage recouvrent en concordance les séries de l’Yprésien. Elles sont bien répandues dans la région de Djebel-Onk (270 m d’épaisseur).

b1) Lutétien inférieur

Il est caractérisé par une diminution remarquable des calcaires qui sont remplacés par les marnes blanches crayeuses. On note l’existence de géodes de quartz et de nodules de silex. Sa puissance est de l’ordre de 40 m.

b2) Lutétien supérieur

Ce faciès est de type évaporitique ; il est constitué de gypse et d’argile verdâtre, argile phosphatée verte et bancs de calcaire. A la base, nous distinguons de l’argile verte phosphatée et des bancs de calcaire d’une épaisseur de 10 m. Au sommet, nous avons des argiles vertes avec bancs de gypse intercalés. Son épaisseur est de 65 m. La faune caractéristique est Ostréa

Multicostata et Cardia Placunoides.

III .2. 4. Miocène

Il est représenté par un complexe de roches terrigènes, de conglomérats, d’argiles, de sables et de schistes. Nous distinguons trois formations lithologiques

a1) Miocène inférieur

Il est formé essentiellement de conglomérats, de sables à passées fines d’argile siliceuse. Il a un teint clair ou gris blanchâtre. Sa puissance est de 200 m.

Chapitre I : Généralités

a2) Miocène moyen

Il est argileux, brunâtre, parfois schisteux, à intercalations de sables fins et moyens. Sa puissance peut atteindre les 250 m.

a3) Miocène supérieur

Il s’agit d’une série sablo-argilo-conglomératique. Sa puissance est de 350 m.

III .2. 5. Quaternaire

Les formations quaternaires couvrent de vastes superficies dans la région de Djebel Onk, elles sont représentées par des éboulis de pente, des dépôts sableux, des graviers et des dépôts

éoliens.

Chapitre I : Généralités

Fig. 5 : Colonne stratigraphique de la région de Djebel Onk. Algérie orientale (Cielensky et Benchernine, 1987).

Chapitre I : Généralités

III .3. TECTONIQUE REGIONALE

III .3.1. Tectonique plicative et cassante

La série Crétacé supérieure à Eocène du bassin de Djebel Onk – Gafsa – Métloui est structurée en une suite d'anticlinaux et de synclinaux dissymétriques, faillés dans leurs flancs, d'axe le plus souvent SW-NE et décrochés par des accidents transverses N120° à N140° E

(Prian et Cortiel, 1993).

La principale structure dans la région de Bir-El-Ater est celle de l’anticlinal de Djebel

Onk, à cœur du Crétacé supérieur, allongé sur une vingtaine de kilomètres suivant un axe

N70°E et large d’environ 3 km.

Cet anticlinal fortement assymétrique, est considéré comme une flexure post-pliocène

(Visse, 1951), présentant un flanc Nord à pendage faible, inférieur à 10°, supportant le gisement de Djebel Onk Nord.

Par contre son flanc Sud, est très raide, parfois vertical et même renversé. A 750 m au

Sud de l’anticlinal du Djebel Onk, culminant à 1198 m au Djebel Tarfaya, s’individualise le petit anticlinal surbaissé du Djebel Djemi-Djema avec une altitude de 883m.

Les deux structures anticlinales du Djebel Onk et du Djebel Djemi-Djema sont séparées par une cuvette synclinale effondrée, d’environ 1 km de largeur.

Les gisements de Bled El Hadba et de l’Oued Betita présentent des contextes structuraux plus simples. Ils sont à stratification faiblement inclinée et appartiennent respectivement aux flancs occidentaux des structures anticlinales des Djebel Zerga et Djebel

Birkiss - Djebel Er-Rmita, qui se prolongent en Tunisie dans la chaine de Métloui.

Les zones anticlinales des Djebel Onk et Djemi-Djema, au Nord, sont séparées de celles des gisements de Bled El Hadba, à l’est et à l’Ouest de Betita, au Sud, par une zone synclinale de 14 et 28 km de largeur, respectivement, comblée par les sédiments détritiques du Miocène et du Quaternaire.

Chapitre I : Généralités

Les anticlinaux des Djebel Onk, Djemi-Djema et Oued Betita sont localisés à la bordure de la flexure Sud atlasique qui correspond à une zone d'affrontement entre le domaine atlasique mobile et la plate forme saharienne stable. Plus particulièrement, ils appartiennent à la branche Nord de la flexure, de direction E-W.

La disposition régionale des structures anticlinales et synclinales est liée à des mouvements en cisaillement dextres le long de la faille de Gafsa, orientée N120° E.

Les accidents transverses N 110° à 120° E, très abondants dans le bassin de Djebel Onk -

Gafsa - Métloui, constituent des structures pérennes ayant fonctionné depuis le Turonien.

III .3.2. Chronologie des phases de déformations

La structuration actuelle est le résultat de plusieurs phases de déformations (Prian et

Cortiel, 1993) :

a) Tectonique synsédimentaire (Paléocène-Eocène)

Cette phase est caractérisée par une instabilité tectonique de la plate forme de sédimentation et une action compressive NW - SE, contemporaine à la sédimentation

Paléogène, s’exprimant par des ondulations des failles synsédimentaire.

Cette tectonique précoce induit des lacunes de sédimentation dans la série Paléocène-éocène et conduit à l’édification d’un dispositif paléogéographique en haut-fonds et sillons, qui vont contrôler le dépôt des phosphates.

Ces déformations précoces peuvent être liées à la montée diapirique (Trias), notamment au Paléocène-éocène.

b) Tectonique post – Eocène moyen, tardi – Miocène

Elle est contemporaine à l’émersion de la série au Lutétien supérieur. Elle représente la phase majeure du plissement des Aurès et des déformations distensives transverses (failles

N120° à 140°E), induisant un début de structuration de la série Crétacé supérieur - Eocène en petits horsts et grabens, allongée suivant des directions N70°E.

Chapitre I : Généralités

Ces plissements sont en majorité antérieurs aux dépôts des sables Miocènes.

c) Tectonique tradi – Miocène post – Burdigalienne à Paléocène – Pléistocène

C'est la phase majeure de plissement de l'Atlas tunisien. Les plissements de la série du

Crétacé supérieur – paléocène - éocène et miocène en grandes structures antiformes et synformes rejouent en horst et grabens dans les structures antérieures; ils forment vers le

Sud et sur le flanc inverse des mégaplis de Djebel Onk et Djemi-Djema. Cette tectogénèse est responsable de la structure actuelle de la région du Djebel Onk (Fig.6).

Fig. 6 : Schéma structural de Djebel Onk à l'intérieur du bassin de Gafsa - Métloui - Onk (Aissaoui, 1984).

III .4. PALEOGEOGRAPHIE

Le Bassin de Djebel Onk se veut la partie occidentale du bassin de Gafsa – Métlaoui -

Djebel Onk (Sassi, 1980) au Paléocène supérieur - Eocène inférieur.

Ce bassin était occupé par une mer épicontinentale peu profonde. Cette mer est située entre l’île de Kasserine, au Nord, le môle de Djeffra, au Sud, et le haut-fond d’Aïn Fouris, à l’ouest.

Chapitre I : Généralités

L’île de Kasserine d’âge Crétacé supérieur, formait une zone émergée au Paléocène-

Eocène. Elle est bordée par trois petits bassins phosphatés : Sra Ouartan au Nord, Maknassy -

Mezzouna, à l’Est et le bassin Gafsa – Métlaoui - Onk à l’ouest.

Ces trois bassins appartenaient à un domaine de plate forme interne, qui est instable et accidenté. Ils se rejoignent au Nord-est.

A travers la mer qui venait de l’Atlantique, des circulations d’eaux riche en phosphore

à l’issu de courants remontants, qui se dirigeaient vers la mer intérieure saharienne. Tout autour l’île de Kasserine, ces courants nutritifs ont provoqué une forte productivité organique et le peuplement d’organismes néritiques.

Dans le bassin de Gafsa – Métlaoui - Onk, on note l’abondance du nannoplancton

(Dinoflagellé), des diatomées et des radiolaires, comme support de grains phosphatés. Par contre, les foraminifères sont rares (Prian et Cortiel, 1993).

La paléogéographie de la plate forme Gafsa – Métlaoui - Onk est complexe, elle se caractérise par des dispositifs en haut-fond et sillon révélés par les rapides variations d’épaisseur de la série phosphatée, les condensations de série et les lacunes de sédimentation.

La sédimentation argilo-marneuse de couleur noire, confinée notée formation El Haria, qui précède la sédimentation phosphatée tout autour de l’île Kasserine, est interrompue par ces fréquentes lacunes de dépôt.

Cette sédimentation marneuse indique une fermeture progressive du domaine de sédimentation et une tendance régressive du régime marin. La sédimentation phosphatée sus jacente témoigne d’une réouverture du domaine sédimentaire marquant le retour des influences transgressives.

A la fin de la période de sédimentation phosphatée principale (Thanétien Supérieur), une phase régressive se produit à nouveau. Elle est caractérisée par des remaniements de phosphates puis, localement par un horizon conglomératique à galets de dolomies, formés en

Chapitre I : Généralités milieu marin. Cette phase régressive est suivie régionalement par la transgression yprésienne marquée par la présence de calcaire à silex.

Les variations d’épaisseurs, ainsi que l’homogénéité de la couche phosphatée, traduisent cette paléogéographie diversifiée. Ainsi, la couche de phosphate, calée entre les marnes noires du mur et les dolomies du toit, est la plus épaisse au niveau des gisements de

Djemi-Djema (30 m) et de Kef Essnoun (50 m) caractérisant le sillon subsident (Prian et

Cortiel 1993).

Le gisement de Bled El Hadba se caractérise par une couche phosphatée d’environ 30 m d’épaisseur. Cette couche localement intercalée par des phosphates marneux ou lumachelliques qui font parfois chuter les teneurs en P2O5.

Comme pour les phosphates de Djebel M’rata, en Tunisie, le milieu de dépôt correspond probablement à des zones moins confinées, plus oxygénées, à niveau d’énergie plus élevé. Ceci favorise l’édification de petits cordons de lumachelles.

A l’échelle régionale, la répartition, sur la plate-forme sédimentaire, des dépôts phosphatés des gisements de Djebel Onk est contrôlée par les dispositifs paléogéographiques locaux, en haut fond et sillon, par la bathymétrie, les mouvements de fond, ainsi que le niveau d’énergie et l’agitation mécanique du milieu (Prian et Cortiel, 1993).

IV.GEOLOGIE LOCALE DE DJEBEL KEF ESSNOUN

La géologie du gisement de Kef Essnoun est relativement simple, elle a été bien initiée par Cielensky et al, de 1985 à 1987. Localement, la stratigraphie est représentée par les formations du crétacé (Maestrichtien), paléocène (Dano – Sélandien), éocène (Yprésien –

Lutétien), miocène et les alluvions quaternaires.

IV.1. STRATIGRAPHIE

a) Maestrichtien : Calcaires blancs compacts, crayeux, sonores, à incérâmes. 24

Chapitre I : Généralités b) Danien inférieur : Marnes argileuses gris-verdâtres intercalées dans des calcaires. c) Danien supérieur : Calcaires durs, blancs très fins en intercalations avec des marnes

tendres, argileuses renfermant des niveaux décimétriques de phosphates. d) Sélandien : Calcaires à lumachelles avec des intercalations de marnes et de dolomies. e) Thanétien inférieur : Marnes grises à noires schistosées à intercalations phosphatées,

gisant sur une couche phosphatée coprolithique très argileuse. Notons la présence d’un

niveau conglomératique à Gastéropodes et de minces passées phosphatées dans la partie

inférieure. A la partie sommitale de la couche, les phosphates sont surmontés par des

calcaires et des marnes à gros gastéropodes. f) Thanétien supérieur : Couche principale (couche productive) de phosphate gisant sur

un niveau dolomitique, elle est recouverte par une alternance de dolomies marneuses

et dolomies phosphatées. g) Yprésien inférieur : Alternance de calcaires marneux blancs, marnes et dolomies

renfermant des nodules de silex et des minces couches phosphatées surmontant un

niveau conglomératique. h) Yprésien supérieur : Alternance de calcaires, calcaires dolomitisés, marnes et marnes

phosphatées. L’ensemble renferme beaucoup de nodules de silex. i) Lutétien inférieur : Calcaires marneux blancs et marnes crayeuses à nodules de silex.

Plus en haut, le gypse substitut le silex. j) Lutétien supérieur : Alternance de marnes claires et d’argilites vertes parfois

phosphatées renfermant de minces bancs de calcaires et des niveaux gypseux. k) Miocène : Formation continentale de sable quartzeux à lentilles argileuses. l) Quaternaire : alluvions et éboulis de pente.

Chapitre I : Généralités

IV.2. CADRE STRUCTURAL

Le gisement de Kef Essnoun est situé dans le prolongement de la retombée méridionale de la flexure anti-forme de Djebel Onk, dont la structuration majeure est due

à la tectonique post- Miocène.

Il est caractérisé par une structure simple, qui se présente sous forme d’une table monoclinale à pendage régulier, sous un angle de 5 à 10° vers le Sud. Au sud de cette table, nous apercevons une zone de rupture de pente où le pendage des couches atteint

20°.

Des failles de direction NNO – SSE, traversent le gisement mais n’engendrent pas de déformations majeures sur la géométrie de la couche phosphatée.

Par contre, sur les flancs du gisement à abrupts, la tectonique souple et cassante a entraîné un changement brusque du pendage de la couche phosphatée affleurant, l’inclinaison des couches est très forte vers le sud-est ou le nord-ouest.

Les dressants du gisement représentés par les formations Paléocène - Eocène inférieur correspondent à la zone de flexure faillée du flanc inverse de l’anticlinal de Djebel Onk.

Au Nord-Est des dressants la série est renversée et la couche de phosphate plonge vers le Nord-Ouest selon un angle de 30° à 60°. Par contre dans la partie centrale des dressants, la couche de phosphate est en série normale et plonge vers le sud (Fig.7).

Chapitre I : Généralités

Fig. 7 : Coupes géologiques schématiques montrant la couche productive et son recouvrement à partir des sondages réalisés dans le champ du gisement de Kef Essnoun (Cielensky et Benchernine, 1987).

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

I.INTRODUCTION

Plusieurs études gitologiques ont été effectuées sur le minerai de phosphates de Kef

Essnoun. Cependant, les aspects pétrographiques, minéralogique et géochimique ont été entrepris dans plusieurs travaux (Ranchin, 1963 a, 1963 b ; CERFOS, 1973 ; Chabou –

Mostefai, 1987 ; Larouci, 1988 et Dass Amiour and al., 2011).

En effet, plusieurs techniques ont été adoptées pour l’étude minéralogique et les analyses géochimiques (lames minces, éléments majeurs, diffractométrie aux rayons X…). Un

échantillonnage systématique a été établi dans les différents types de faciès minéralogiques, en vue d’optimiser les études spécifiques du minerai de phosphates. L’inventaire pétrographique et minéralogique ainsi que les natures lithologiques sont très riches et diversifiés (phosphates dolomitisés, phosphates à gangue carbonatée, phosphates à gangue argileuse et phosphates à gangue argilo-carbonatée).

Le minerai de phosphates de Kef Essnoun montre des différences sur les plans pétrographique et géologique en général (épaisseur, teneurs, aspect, couleur, …), il se présente en trois couches (unités) principales :

 Unité sommitale

 Unité intermédiaire

 Unité basale

Chacune des ces unités présente des caractéristiques pétrographiques et minéralogiques bien distinctes.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

II. DESCRIPTION DE LA COUPE RELEVEE

Les travaux de terrain ont été traduits par une coupe relevée, de direction Nord- Sud, dans le but de cerner les propriétés lithostratigraphiques des différentes formations géologiques de la mine de Kef Essnoun.

Une description macroscopique des différents faciès rencontrés a été effectuée selon l’ordre suivant :

a. Maestrichtien

Il s’agit de calcaires à patine fine, beiges, crayeux et sonores, renfermant des nodules de silices parfois en boudins. Ce sont des calcaires contenant une forme de faune typique :

Inoceramus régularus.

Les bancs métriques de ces calcaires renferment des joints de marno-calcaires centimétriques à décimétriques, très silicifiés, témoignant de l’importance du phénomène de la silicification générale ayant atteint le milieu de sédimentation durant le Maestrichtien.

Les formations du Maestrichtien montrent des brèches tectoniques exprimant des zones de broyage, des miroirs de failles nets et des systèmes de diaclases.

Les mesures ont donné une direction de N 68° E et une inclinaison de 70°S.

Les termes du Maestrichtien sommital présentent une alternance de marnes et de marno-calcaires sur laquelle repose un niveau conglomératique de brèches monogéniques de taille décimétrique (20 à 40 cm). L’ensemble est surmonté par un paquet de marnes et marno- calcaires gypsifères. Les marnes sont schistosées, à débit régulier, contenant des oxydes de fer dans lesquelles les masses et fibres de gypse sont parsemés.

Cette alternance représente en réalité une transition entre le Maestrichtien sommital et le Danien basal, elle a donné une direction N80°E et une inclinaison variant entre 45° et 10°

S, exprimant l’effet de la tectonique (Photos 1, 2, 3, 4).

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

Photo. 1 : Marnes et marno-calcaires de la transition Photo. 2 : Cristaux de gypse dans une masse de calcaire. Maestrichtien sommital-Danien basal.

Photo . 3 : Moule interne d’ Inoceramus régularus. Photo. 4 : Phénomène de silicification au sein des calcaires.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

b) Danien

Les formations du Danien débutent par un niveau de débris de coquilles lumachellique, surplombant l’alternance des marnes et marno - calcaires, en amalgame d’environ 60 à 70 cm d’épaisseur. Ce niveau montre la présence de silice et de gypse, il exprime au point de vue paléogéographie, une zone de tempestites et ou de brisement de vagues (très faible tranche d’eau, proximité du rivage) (Photos.5 et 6).

Au dessus de ce niveau, nous avons noté la présence d’un joint de carbonates plus ou moins micritique d’environ 4 cm d’épaisseur, fossilifère, silicifié et gypsifère.

La série continue avec un banc massif de calcaire de 1.80 m d’épaisseur, d’aspect fin, micritique, renfermant des débris de bioclastes. Dans ce banc s’intercalent des niveaux centimétriques de marnes argilo-sableuses. Notons la présence d’un phénomène de litage au sommet de cette série.

Les mesures ont donné une direction N 85° E et une inclinaison de 35° S. Cependant, les bancs métriques du Danien ont montré la présence de microfractures d’ordre centimétriques à millimétriques investies par une génération de calcite de recristallisation tardive.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

Photos 5 et 6 : Alternance de marnes et de marno-calcaires du Danien inferieur.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

A la suite, ces calcaires deviennent carrément massifs, d’ordre métrique, ils sont sableux et diaclasés. A la cassure fraiche, ils montrent un toucher plus ou moins rugueux et un teint verdâtre, avec une épaisseur globale d’environ 4 mètres (Photos.7 et 11).

Au dessus, vient un premier niveau verdâtre d’environ 50 cm de marno-calcaire sableux, présentant des indices de phosphates, suivi par un deuxième de nature calcaire sableux d’environ 2 mètres d’épaisseur ; qui lui-même est surmonté par un troisième très fossilifère (bivalves, lamellibranches, rares gastéropodes…) (Photos 8, 9 et 10).

Cette série d’alternance continue, elle peut atteindre 08 m d’épaisseur, elle se termine par un deuxième niveau de tempestites de 2 mètres d’épaisseur, à débris de coquilles imbriqués et cimentés témoignant toujours d’une zone de brisement de vague.

Ce niveau de tempestites change partiellement au sommet de la série, il augmente d’épaisseur (4 mètres) et devient plus au moins lumachelliques contenant des rognons et boudins de silice.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

Calcite tardive

Photo.7: Microfractures dans les marno-calcaires du Danien investies par la calcite tardive.

Photo.8: Bivalves et tests de lamellibranches dans les calcaires verdâtres du Danien supérieur.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

9 10

Niveau lumachellique

Photos.9 et 10: Niveau lumachellique intercalé dans le faciès du Danien.

Photo.11: Calcaires massifs, diaclasés, verdâtres du Danien supérieur.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

b. Sélandien

Le Sélandien débute par des calcaires plus ou moins sableux à débris de bioclastes, de

5 mètres de puissance, renfermant des oxydes et des hydroxydes de fer, dans lesquels s’intercalent deux assises de marno-calcaire très fossilifères d’environ 50 cm d’épaisseur Les mesures ont donné une direction de N 80° E et une inclinaison de 55° S (Photos 12 et 13).

Sur ces calcaires repose un niveau tendre d’environ 4 mètre de marno - calcaires beigeâtres, suivi par un calcaire crayeux beige à patine fine renfermant quelques lithoclastes et rares débris de bioclastes, d’une épaisseur de 1.30 m. Ce même niveau présente des indices de phosphates, à odeur fétide, mêlés à des joints décimétriques sablo – argileux

En haut, la série montre un niveau conglomératique bréchifié (brèches monogéniques) de 3 mètres d’épaisseur. Ce niveau est très riche en débris de bioclastes et en oxydes et hydroxydes de fer étalés sur toute la surface marquant la présence d’un « hard Ground » ; il s’agit probablement d’un événement paléogéographique majeur et ou d’un niveau biostratigraphique marqueur ??

12 13

Oxydes de fer

Photos 12 et 13: Phénomène de ferrification (hard Ground) dans les calcaires sableux du Sélandien.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

c. Thanétien inferieur

Les formations du Thanétien inférieur sont représentées par des marnes grises sombres parfois verdâtres, schistosées, à débit régulier. Ce niveau compte 30 m d’épaisseur, il renferme des indices de minerai de phosphate ainsi que des intercalations centimétriques à décimétriques de marno - calcaire beigeâtres. Ce paquet marneux se termine par un niveau centimétrique de phosphates (Photos 14, 15, 16, 17).

14 15

Photos 14, 15, 16 : Marnes grises schistosées du Thanétien inférieur à intercalations de marno-calcaires .

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

Photo 17 : Vue sur les marnes argileuses du Thanétien inferieur.

d. Thanétien supérieur

Il est représenté par une série d’alternance de marnes grises sombres et de marno – calcaires gris beiges (Photo 18). Le minerai de phosphate est principalement cantonné dans cette série d’alternance (Fig. 8). Au point de vue répartition de la minéralisation, le Thanétien supérieur est subdivisé, de bas en haut, en trois unités : (Photos 19, 20, 21) :

 Unité basale

 Unité principale

 Unité sommitale

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

Couche du Thanétien supérieur

4 m Photo 18 : Vue de la couche productive du Thanétien supérieur.

20 21

Photos 19, 20, 21 : Minerai de phosphate du Thanétien supérieur.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

Fig. 8 : Coupe géologique schématique relevée dans le gisement de Kef Essnoun.

III. AUSCULTATION DES TERMES LITHOLOGIQUES A LA LOUPE BINOCULAIRE

L’objectif principal de cette auscultation à la loupe binoculaire est de compléter et d’approfondir d’avantage la description macroscopique des faciès déjà entamée au terrain, lors de la réalisation de la coupe programmée. Cette auscultation s’avère nécessaire pour palier, d’une part, au manque de moyens rencontré pour la confection des lames minces utiles

à l’étude pétrographique et minéralogique des faciès relevés et d’autre part pour cerner le maximum de données relatives aux propriétés lithologiques et pétrographiques des

échantillons prélevés.

Au point de vue technico-scientifique, la loupe binoculaire demeure un moyen efficace pour la détermination de certains constituants invisibles à l’œil nu et / ou qu’on peut perdre

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN ou égarer lors de la confection des lames minces. A cet effet, l’auscultation des macros

échantillons à la loupe binoculaire demeure une étape intermédiaire très utile. Lors de cette auscultation, nous avons préféré la description des échantillons par faciès.

a. Faciès du Maestrichtien

Calcaire cryptocristallin à reliques d’oxyde de manganèse parfois très sombres indiquant probablement la présence de matière organique. La présence de grains de sulfates est ubique

(gypse + anhydrite) , ils sont généralement enrobés dans un ciment carbonaté, ils militent en faveur d’un confinement du milieu et sont accompagnés de taches blanchâtres formées de petits concrétionnements de calcite.

Ces grains de sulfates sont transparents, clairs et automorphes. Parfois ils apparaissent moins clairs avec un aspect trouble, ce qui traduit les conditions géochimiques de précipitation de ces sulfates.

Dans ce faciès nous avons noté également la présence d’une variété de taches multicolores (rouge vif, vert, bleu, brun ) exprimant des stades et des degrés d’altération des minéraux argileux typiques du milieu pouvant aboutir à la formation du minéral de glauconie

(Photos 22 , 23, 24).

Ce changement de teinture exprime en réalité un phénomène de déshydratation net dans le milieu de dépôt, la perte de la quantité d’eau favorise et explique la précipitation des sulfates.

A la cassure fraiche, l’échantillon présente parfois des plages ferrifères (oxydes et hydroxydes de fer) ainsi que des grains de silice multidimensionnels.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

Glauconie

Photo 22: Gypse massif dans calcaire du Maestrichtien Photo 23: Grains de glauconie dans les (Oculaire : X10 ; Grossissement : X 2.5 ). calcaires du Maestrichtien ( Oculaire :X10 ; Grossissement : X 2.5 ).

Grain d’anhydrite

Photo 24: Grain d’anhydrite dans le, calcaire du Maestrichtien ( Oculaire : X10 ; Grossissement : X2.5 ).

b. Faciès du Danien

Il s’agit d’un faciès marneux à intercalations de marno-calcaires. Ce dernier n’a pas fait l’objet d’auscultation à la loupe binoculaire, excepté les fragments de gypse récoltés dans le faciès (Photos 25 et 26).

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

25 26

Photos 25 et 26 : Aspect fibreux du gypse intercalé dans les marnes du Danien. ( Oculaire : X10. ; Grossissement: X 2.5 ).

c. Faciès du Dano-Sélandien :

Faciès de transition, représenté par des calcaires bioconstruits d’aspect lumachellique complètement sulfatés et partiellement silicifiés. A l’observation les débris de coquilles conservent bien leur aspect et leur dimensionnement, les tests sont complètement sulfatés et partiellement silicifié (Photos 27 et 28).

Ce phénomène de sulfatation devrait se passer dans des conditions géochimiques bien déterminées.

L’échantillon observé témoigne au point de vue paléogéographie d’un niveau de tempestites, situé dans une zone de brisement de vagues. Ces calcaires bioconstruits ont subi un phénomène de sulfatation et silicification postérieurs.

Dans le même faciès, l’observation d’un autre échantillon a révélé un calcaire très sulfaté, il s’agit d’un calcaire gypsifère et anhydritique. Les carbonates sont substitués partiellement ou totalement par du gypse puis de l’anhydrite durant la transition Dano- sélandienne (Photos 29 et 30).

Ce phénomène de sulfatation touche aussi bien le ciment que les autres types de constituants (bioclastes, intraclastes et même lithoclastes), cependant nous constatons la présence de reliques et fantômes de bioclastes entièrement sulfatés et partiellement silicifiés.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

Cet échantillon montre aussi de rares fragments et grains de glauconie verdâtres parfois rougeâtres, ainsi que des grains d’anhydrite précipités dans les pores et vides des carbonates.

Fragments de

bioclastes sulfatés

Fragments de bioclastes sulfatés

Photos 27 et 28 : Fragments de bioclastes sulfatés et partiellement silicifiés dans les calcaires du Dano- sélandien (Oculaire : X10.; Grossissement : X 0.8).

Ensuite, le faciès montre un calcaire très fin plus au moins gypsifère renfermant des

grains de glauconie, de gypse et d’anhydrite, il s’agit d’un carbonate cryptocristallin à patine

fine et à rares pores et vides de dissolution. A ce niveau, le faciès présente aussi des grains de

silice.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

Grain Grain de d’anhydrite glauconie

Photo 29: Grain de glauconie brunâtre dans Photo 30: Grain d’anhydrite dans une masse de une masse de carbonate gypsifère carbonate gypsifère (Oculaire : X10 ; (Oculaire : X10; Grossissement : X 2.5). Grossissement : X 2.5).

d. Faciès du Sélandien

L’observation a montré un calcaire à débris de bioclastes complètement sulfatés avec

présence de pores de dissolution et de grains de glauconie.

Les échantillons du faciès ne présentent pas de grains de silice.

e. Faciès du Thanétien inferieur

L’auscultation à la loupe binoculaire n’a pas été faite pour ce faciès, néanmoins les

termes centimétriques et décimétriques des calcaires intercalés dans le paquet des marnes

argileuses montrent à l’observation une patine très fine renfermant des oxydes de fer et de

manganèse.

f. Faciès du Thanétien supérieur

Il s’agit de la couche de minerai de phosphate exploitable à ciel ouvert, en système de

gradins et de blocs.

L’observation du minerai de phosphate à montré la présence des constituants suivants

(Photos 31, 32, 33, 34, 35, 36) :

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

- Coprolithes lisses et moussés brillants.

- Oolithes et pseudoolithes bien conservées.

- Grains de sulfates (gypse, anhydrite).

- Grains de glauconie de diverses couleurs.

- Grains et fragments de phosphorites.

Photos 31 et 32 : Grains de coprolithes, phosphorites et glauconie dans le minerai de phosphate. G : glauconie C : coprolithe P : phosphorite ( Oculaire : X10. ; Grossissement : X2.5 ). 46

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

Photo 33 : Grains de coprolithes dans le minerai de phosphate. C : coprolithe ( Oculaire : X10. ; Grossissement : X 2.5 )

Photo 34 : Cristaux de gypse dans le minerai de phosphate. Gy : gypse. ( Oculaire : X10. ; Grossissement : X 2.5 )

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

Photo 35 : Grain de phosphorite. P : phosphorite ( Oculaire : X10 ; Grossissement : X 2.5 )

Photo 36 : Grain de glauconie. G : glauconie. ( Oculaire : X10 ; Grossissement : X 2.5 )

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

IV. CONCLUSION

Lors des travaux de terrain au voisinage du gisement, nous avons effectué une coupe

de direction N – S, sur une distance totale d’environ 600 m, dans laquelle nous avons pu

relevé plusieurs couches qui se succèdent d’une façon monotone, fortement inclinées vers le

sud.

Le but essentiel de cette coupe est de déterminer et d’identifier les propriétés

lithostratigraphiques et pétrographiques des différents faciès rencontrés, tout en se référant

aux études précédentes en matière de datation et de découpage stratigraphique. Au point de

vue stratigraphique, ces formations sont cantonnées entre le crétacé supérieur et le

paléocène.

La prospection directe au marteau a montré que le crétacé supérieur est représenté par

les calcaires d’âge Maestrichtien, crayeux, sonores, beiges, à Inoceramus régularis. Par

contre les formations du paléocène se résument en une grande série d’alternance riche et

variée sur le plan pétrographique.

Le Danien débute par des marnes grises à intercalations de marno-calcaires,

surmontées par des niveaux décimétriques lumachelliques. Dans ces marnes, nous avons

noté la présence de silice et des lames de gypse. La série continue par des calcaires massifs,

d’ordre métrique, sableux et diaclasés, dont les niveaux lumachelliques augmentent de

puissance au sommet.

Le Sélandien contient des calcaires plus ou moins sableux à débris de bioclastes,

renfermant des oxydes et des hydroxydes de fer, surmontés par un niveau tendre de marno -

calcaires beige, à indices de phosphates et à odeur fétide.

CHAPITRE II : TRAVAUX AU TERRAIN

Le Thanétien inferieur est représenté par des marnes grises sombres verdâtres, schistosées à débit régulier, alors que le Thanétien supérieur est formé essentiellement de la couche productive de minerai de phosphates.

En contre partie, l’auscultation à la loupe binoculaire, indique une grande diversité, elle a mis en évidence cinq faciès différents au point de vue pétrographique. Le faciès du

Thanétien supérieur renfermant le minerai de phosphates, montre la présence de plusieurs types de grains constitutifs, à savoir, les Coprolithes, pseudoolithes, sulfates, glauconie….

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

I. INTRODUCTION

La géotechnique est une discipline très vaste à larges applications, faisant appel aux domaines des géosciences et de la mécanique des sols et des roches. Elle s’intéresse à l’application des caractéristiques de ces multiples spécialités à l'étude des matériaux naturels de surface et de sub-surface.

Il s’agit d’un domaine d’activité multidisciplinaire et multiforme, basé sur différents procédés d'investigation et d'analyse sur le terrain puis au laboratoire, afin de caractériser la nature du sous-sol et par conséquent faire adapter le projet en cours de réalisation.

Pour mieux cerner les propriétés et caractéristiques physico -mécaniques du sol, ainsi que son comportement en état de contrainte, les essais réalisés au laboratoire simulant ces conditions ont pour but d’identifier ces caractéristiques lorsque ce sol sera mis dans les conditions mécaniques réelles imposées par l’ouvrage.

Parmi ces essais citons surtout : Masse volumique - Teneur en eau – Granulométrie –

Gonflement - Composition chimique - Angle de frottement interne – Cohésion - Limites de plasticité...

L’étude de sol a pour objectif de faire intégrer le projet dans le site qui lui est affecté d’une façon optimale dans son périmètre géotechnique qui demeure une finalité (harmonie, durée de vie et coût optimum).

Dans le cadre de cette étude, nous nous intéressons à la problématique de la stabilité du secteur de Kef Essnoun, gisement potentiel de phosphate, ayant été atteint par un important phénomène d’éboulement, en 2011, sur une superficie totale de 11 Hectares.

A cet effet, les propriétés physico-mécaniques des échantillons prélevés dans les différentes natures lithologiques des faciès du gisement, ainsi que l’analyse structurale de l’ensemble du paquet géologique, nous aident à comprendre nettement mieux les causes de

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE l’instabilité de tout le système d’exploitation et de prévoir par l’occasion, les solutions adéquates pour une meilleure stabilité des compartiments du gisement.

Les analyses géotechniques ont été effectuées au laboratoire des travaux publics de l’Est,

à Constantine.

II. ESSAIS AU LABORATOIRE

Après acheminement au laboratoire concerné (LTP Est, Constantine), les échantillons ont

été soumis à un programme varié d’essais, comportant trois volets essentiels : essais d’identification, essais mécaniques et analyses chimiques.

1. Essais d’identification

 Essais physiques.

 Mesure de la teneur en eau.

 Le poids spécifique.

 Limites d’Atterberg.

2. Essais mécaniques

 Essai Oedométrique.

3. Analyses chimiques

 Carbonate de calcium

 Insolubles

 Sulfates

II.1. ESSAIS D’IDENTIFICATION

II.1.1. Essais physiques

II.1.1.1. Teneur en eau

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

a) Définition

La teneur est définie par le rapport (W) de la masse de l’eau évaporée lors de l’étuvage

(Mw) sur la masse des particules solides (Ms) d’un volume donné de l’échantillon, exprimé en

푀푤 pourcentage : W = × 100 푀푠

b) Principe de la méthode

Cette méthode permet, avec d’autres paramètres, d’apprécier l’état dans lequel se trouve l’échantillon. Elle consiste en la mesure de la perte d’eau provoquée par étuvage. Les masses de l’échantillon et de l’eau évaporée sont mesurées par pesage.

c) Méthode opératoire

c.1) Masse d’échantillon à soumettre à l’essai

La masse (M) du matériau sur laquelle est déterminée la teneur en eau est choisie en fonction de la dimension des éléments qu’il contient. Elle doit être supérieure ou égale aux valeurs du tableau (Tab. 2).

Tab. 2 : Masse d’échantillon à soumettre à l’essai en fonction de la dimension des éléments.

Diamètre 400 500 630 800 (µm) Masse (g) 20 50 100 150

Diamètre 1 5 6.3 8 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 Dm>80mm (mm) Masse 0.2 0.3 0.4 0.5 0.8 1.2 2 3 5 8 12 20 30 50 M=6.10-6.dm3.68 (kg)

c.2) Procédure d’essai

Il faut s’assurer de la provenance et de la nature minéralogique ou l’origine géologique des matériaux, ensuite procéder à une identification. Les matériaux énumérés sont des matériaux susceptibles d’être modifiés sous l’action de la chaleur, alors il faut s’assurer que la température de la salle ne doit pas varier de plus de 3°c.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

La perte d’eau d’un échantillon est déterminée par étuvage. L’échantillon est pesé avant et après l’avoir étuvé et le calcul de la différence des masses humide et sèche est effectué afin d’obtenir la masse d’eau libérée.

II.1.1.2. Poids spécifique

a) Définition

Le calcul du poids spécifique est un paramètre important pour les échantillons présentant une cohésion assez forte. La détermination de ce facteur consiste à mesurer le volume propre des grains à l’exclusion des vides et aussi à calculer le rapport entre leurs points et leur volume.

b) Mode opératoire

Lors du prélèvement, nous évitons dans la mesure du possible de laisser des angles saillants. Les coupes devront être nettes et franches, les parties susceptibles de se détacher en cours de manipulation seront éliminées.

Immédiatement après le prélèvement par taille, l’échantillon sera pesé sur la balance appropriée et le poids est noté P1. Ensuite l’échantillon est enduit de paraffine préalablement fondue au bain-marie, puis plongé dans la paraffine liquide tout en agitant pour dégager les bulles d’air qui pourraient y adhérer.

Après solidification de la paraffine, on vérifie que des bulles d’air ne soient pas restées incluses. Dans ce cas, elles sont crevées et les trous ainsi créés dans la pellicule de paraffine, sont rebouchés à l’aide d’un pinceau. Une deuxième couche de paraffine est ensuite déposée par un nouveau trempage. L’échantillon paraffiné pesé est noté P2.

Enfin, nous pesons l’échantillon dans le panier, totalement immergé (pesée déjaugée), c’est le P3.

c) Calculs

Le calcul du poids spécifique (ou masse volumique) apparent humide, tient compte des données suivantes :

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

γp : Densité de la paraffine (en principe 0,9g/cm3).

P1 : Poids humide de l’échantillon.

P2 : Poids échantillon paraffiné.

P3 : Pesée immergée.

γw : Densité de l’eau à la température de l’essai.

Le volume (Ve) de l’échantillon est donné par :

푃2 − 푃3 푃2 − 푃1 푉푒 = − 훾푤 훾푝

Le poids spécifique de l’échantillon (humide) sera :

P1 훾ℎ = V푒

La masse volumique apparente s’exprime de la même façon, à part que les unités changent.

Le poids spécifique apparent sec (γd) est donné par la formule :

훾ℎ 훾푑 = 푊% 1 + 100

W% : Teneur en eau de l’échantillon.

II.1.1.3. Résultats obtenus des essais physiques

Les échantillons prélevés ayant subi les essais physiques sont au nombre de sept, ils représentent les différentes natures lithologiques des faciès de la coupe relevée. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau suivant ( Tab.3) :

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

Tab. 3 : Résultats des essais physiques.

Essais

physiques

Etage Nature lithologique

N°

Echantillon

Teneur en eau en Teneur Poids spécifique Poids % g/cm3 Calcaires fins , crayeux plus ou 01 Maestrichtien 5.6 1,92 moins tendres, parfois friables. Marnes argileuse grises verdâtres et calcaires fins à intercalations de 02 Danien 10.2 2,37 marnes argileuses et niveaux phosphatés . Calcaires lumachelliques tendres à 03 Sélandien 8.4 2,16 intercalations de marnes. Marnes grises foncées schistosées à niveaux phosphatés reposant sur 04 Thanétien inferieur 14.3 2,54 une couche très argileuse à phosphate coprolithique . Couche principale de phosphate surmontée par une alternance de 05 Thanétien supérieur 11.6 2,73 dolomies marneuses et dolomies phosphatées.

Calcaires marneux , marnes et 06 Yprésien inferieur 8.1 2,38 dolomies à nodules de silex.

Calcaires, calcaires dolomitiques 07 Yprésien supérieur et marnes à intercalations de 7.8 2,21 phosphates et nodules de silex.

II.1.1.4. Interprétation des résultats

 Concernant la Teneur en eau

Selon les résultats obtenus, nous remarquons que les valeurs des teneurs en eau varient entre

5.6% pour les calcaires du Maestrichtien et 14.3% pour les marnes grises du Thanétien inferieur.

Cette proportion en eau dans les marnes Thanétiennes serait probablement à l’origine de certaines complications au point de vue géotechnique.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

 Concernant le Poids spécifique

Les résultats obtenus montrent que les valeurs des poids spécifiques oscillent entre 1,92 g/cm3 pour les carbonates du Maestrichtien et 2,73 g/cm3 pour les échantillons du minerais de phosphates. Cette couche de phosphate à poids spécifique assez élevé, représente un poids supplémentaire et une charge sur la couche sous-jacente plastique du Thanétien inférieur marneux.

II.1.2. Détermination des limites d’Atterberg

Le comportement d'un échantillon varie dans des proportions importantes en fonction de sa teneur en eau.

A l’état solide, les grains sont collés les uns aux autres, ils sont en parfaite cohésion, on peut distinguer deux phases : phase solide sans retrait et phase solide avec retrait.

A l’état liquide, les grains sont indépendants les uns des autres, leur mouvement est plus au moins libre, il est facile.

A l’état intermédiaire dit plastique (pâte à modeler), les grains ont un mouvement rapproché et d’ensemble. Ils ne s’éloignent pas beaucoup les uns des autres, les frottements internes sont considérables.

Atterberg a défini des limites, qui sont des paramètres géotechniques destinés à identifier et à caractériser les propriétés d’un matériau selon son état, à travers son indice de consistance

(teneur en eau Pondérale) qui marque les seuils entre ces trois états :

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

 La limite de liquidité ωL : Teneur en eau d’un échantillon remanié au point de transition entre les états liquide et plastique.

 La limite de plasticité ωP : Teneur en eau d’un échantillon remanié au point de transition entre les états plastiques et solides.

 La limite de retrait ωR (solide avec ou sans retrait) : Teneur en eau caractérisant la disparition de l'eau adsorbée en s'accompagnant d'une diminution de volume appelé retrait.

 Indice de plasticité Ip : Différence entre les limites de liquidité et de plasticité. Cet indice définit l’étendue du domaine plastique.

IP = ωL - ωP

a) Principe de détermination des limites d’Atterberg

L’essai s’effectue en deux phases :

 Recherche de la teneur en eau pour laquelle une rainure pratiquée dans un sol placé dans une coupelle de caractéristiques imposées se forme lorsque la coupelle et son contenu sont soumis à des chocs répétés.

 Recherche de la teneur en eau pour laquelle un rouleau de sol, de dimension fixée et confectionné manuellement, se fissure.

b) Mode Opératoire

La réussite de cet essai nécessite les instruments suivants (Photo 37 et 38) :

Coupelle Casagrande, Outil à rainurer, Cale de 10 mm pour le réglage de la hauteur de chute, Spatule, galets, Etuve, Balance électrique sensible, Tares numérotées, Tamis 0,400 mm.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

Photo 37 : Coupelle de CASAGRANDRE. Photo 38 : Spatules.

c) Déroulement de l’essai (limite de liquidité)

Après malaxage rigoureux à la spatule de la pâte, on met une quantité de l’échantillon (50

à 70g) dans la coupelle et on la répartit de telle sorte à avoir une épaisseur identique partout sur tout le fond de la coupelle. On sillonne ensuite l’échantillon à l’aide de l’outil à rainurer en prenant soin de le garder normal par rapport à la coupelle (Photo 39) et ( Fig.9).

La coupelle utilisée est lisse pour les échantillons très tendres et rigoureuse pour les

échantillons sableux. La rainure se fait d’abord par l’outil à rainurer muni d’une tête en arc de cercle.

 On lâche ensuite la coupelle d’une certaine hauteur de chute pour chasser les bulles d’air

éventuelles.

 La coupelle est ensuite soumise à des chocs répétés en tournant la manivelle à une vitesse constante jusqu’à ce que les lèvres de la rainure se rejoignent sur une longueur de 1cm.

 On note alors le nombre N de coups appliqués, puis on effectue un prélèvement de la pâte à l’aide de la spatule, de chaque côté des lèvres de la rainure et au voisinage de l’endroit où elles sont fermées.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

La came

La spatule

La manivelle La pâte

Outil à rainure La rainure

Photo 39 : Fermeture de la rainure sur 1 cm.

On tourne la manivelle Fermer la

Rainure sur 1 cm

Tourne la manivelleFig. 9 : Schéma de l’appareil de Casagrande pour la mesure de la limite de liquidité.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

Ces échantillons servent à déterminer la teneur en eau de la pâte qui correspond au nombre des coups de fermeture obtenue. On répète cette expérience deux autres fois et on note le nombre des coups obtenus à chaque fois.

Le nombre de coups correspondant au premier essai doit être compris entre 15 et 20 coups et la deuxième entre 20 et 30 (on ajoute 5à10 selon le n° des coups de la 1ère) et la troisième ne dépasse pas 35 coups.

On reporte ensuite les 3 teneurs en eau et les3 nombres de coups et on joint les points respectivement. On trace une droite qui passe par la majorité des points (coups, teneur en eauω).

La limite de liquidité cherchée représente la valeur deω correspondante à 25 coups. On peut aussi

0,121 déterminer cette limite par la relation :   N  avec : 10 N 40 L  25 

d) Déroulement de l’essai (la limite de plasticité)

Généralement la limite de plasticité se fait après la limite de liquidité. On laisse le malaxe sécher et on le roule sur la table, s’il n’est pas humide on peut toujours lui ajouter quelques gouttes d’eau à condition de bien malaxer.

Ensuite, on forme une boulette que l’on roule entre la paume de la main et le marbre, en appuyant légèrement de façon à former un rouleau qu’on continue à amincir jusqu’à obtenir un fuseau de 3mm de diamètre et de 10cm de longueur.

Si on commence d’une boulette trop peu plastique le rouleau se désagrège avant qu’il atteint le diamètre 3mm, on est au-dessous de la limite de plasticité. On reforme alors la boulette et on ajoute légèrement de l’eau et on malaxe bien avant de recommencer la formation du rouleau.

Si par contre le fuseau de 3mm de diamètre obtenu ne s’émiette pas, on est alors au- dessus de la limite de plasticité donc on reforme la boulette que l’on roulis à nouveau entre les doigts et la table afin de la sécher. On atteint la limite de plasticité lorsque le fuseau formé se

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE sépare en petits tronçons en le soulevant de 2cmde son milieu. Ces échantillons servent à déterminer la teneur en eau ωP (c’est la limite de plasticité). On refait cette expérience deux fois pour avoir des résultats prés de ωP exacte.

II.1.2.1.Résultats obtenus des limites d’Atterberg

Les résultats obtenus concernant les limites d’Atterberg peuvent être résumés dans le tableau suivant (Tab.4) :

Tab. 4 : Résultats des limites d’Atterberg.

Limites d'Atterberg

(%)

N°

Etage Nature lithologique (%)

Echantillon Ip

Limites de

plasticitésWp

Indice de plasticité de Indice Limitesliquidité de Calcaires fins , crayeux plus ou 01 Maestrichtien 37,1 27,0 10,1 moins tendres, parfois friables. Marnes argileuse grises verdâtres et calcaires fins à intercalations de 02 Danien 46,8 30,4 16,4 marnes argileuses et niveaux phosphatés . Calcaires lumachelliques tendres à 03 Sélandien 42,7 28,2 14,5 intercalations de marnes. Marnes grises foncées schistosées Thanétien à niveaux phosphatés reposant sur 04 57,3 27,0 30,3 inferieur une couche très argileuse à phosphate coprolithique . Couche principale de phosphate Thanétien surmontée par une alternance de 05 50,6 24,9 25,7 supérieur dolomies marneuses et dolomies phosphatées. Yprésien Calcaires marneux , marnes et 06 43,5 23,7 19,8 inferieur dolomies à nodules de silex.

Yprésien Calcaires, calcaires dolomitiques 07 supérieur et marnes à intercalations de 40,2 23,0 17,2 phosphates et nodules de silex.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

II.1.2.2. Interprétation des résultats

D’après les résultats obtenus nous constatons que :

 les valeurs des limites de liquidité Wl varient entre 37,1% pour les échantillons calcaires du

Maestrichtien et 57,3% pour les échantillons des marnes argileuses du Thanétien inferieur.

 Les valeurs des limites de plasticités Wp, elles aussi, varient entre 23,0% pour les

échantillons de l’Yprésien supérieur et 30,4% pour les échantillons du Danien.

 Les valeurs de l’indice de plasticité Ip oscillent entre 10,1 pour les calcaires plus ou moins

friables du Maestrichtien et 30,3 pour les marnes schistosées du Thanétien inferieur.

La gamme des valeurs obtenus semble logique par rapport aux propriétés lithologiques

des faciès relevés.

Cependant, d’après l’abaque de Casagrande, nos échantillons peuvent être classés selon leur indice de plasticité comme suit (Tab.5) :

 01 échantillon : Non plastique ( calcaires du Maestrichtien ).

 04 échantillons : Peu plastiques ( calcaires et marno- calcaires du Dano-Sélandien

et calcaires marneux dolomitiques de l’Yprésien ).

 02 échantillons : Plastiques ( marnes schistosées du Thanétien inferieur et la

couche principale phosphatée du Thanétien supérieur ).

Tab. 5 : Classification des échantillons selon leur indice de plasticité.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

II.2. ESSAIS MECANIQUES

La déformation et la résistance d’un matériau donné non saturé dépendent, d’une part de la nature minéralogique des particules qui le constituent, et d’autre part de son état physique

(porosité, degré de saturation, pression de l’eau …).

II.2.1. L’essai Oedométrique

Lorsqu’un échantillon saturé est soumis à une charge, il est supporté initialement par l’eau interstitielle. L’eau est ensuite chassée par effet du gradient de pression qui s’établit. Ainsi, les surpressions interstitielles diminuent alors que les contraintes effectives augmentent et on atteint un nouvel état d’équilibre. La consolidation est le terme qui regroupe l’ensemble de ces phénomènes.

a) Définition

C’est un essai mécanique permettant d’évaluer l’amplitude des tassements des ouvrages ainsi que leur évaluation dans le temps, il s’applique sur les matériaux fins et quasi saturés. Cet essai consiste à trouver les critères suivants :

 PC : pression de consolidation.

 CC : Indice de compressibilité.

 CG : coefficient de gonflement.

 CV : coefficient de consolidation.

b) Principe de la méthode

L’essai est réalisé sur une éprouvette de matériau placée après un taillage dans une trousse coupante à des dimensions précises (hauteur 19 mm, diamètre 50 mm). Le but principal est de calculer le ∆H et donc d’avoir le comportement de l’échantillon (tassement ou gonflement).

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

La charge est appliquée par paliers maintenus constants successivement croissants et décroissants suivant un programme défini. Les variations de hauteur de l’éprouvette sont mesurées pendant l’essai en fonction de la durée d’application de la charge.

L’œdomètre est un appareil qui permet de réaliser sur un échantillon de sol saturé un essai unidimensionnel de consolidation (Photo 40) et (Fig. 10).

Photo 40 : L’appareil de l’œdomètre.

Fig. 10 : Cellule Oedométrique.

II.2.1.1. Résultats obtenus de l’essai Oedométrique

Après la série des calculs réalisés au niveau de la cellule Oedométrique, les résultats obtenus sur les échantillons manipulés sont consignés dans le tableau suivant (Tab.6) :

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

Tab. 6 : Résultats de l’essai Oedométrique.

Essai Oedométrique

bilité

effective Pc effective

Indice de Indice

Etage Nature lithologique de oefficient

N°

gonflement gonflement

compressi

Echantillon

Cv à 16,0 Bars×10 16,0 à Cv

Contrainte

Coefficient de consolidation de Coefficient

% %

Bars Cm²/sec Calcaires fins , crayeux plus ou 01 Maestrichtien 2,7 24,5 1,2 35 moins tendres, parfois friables. Marnes argileuse grises verdâtres et calcaires fins à 02 Danien intercalations de marnes 1,9 18,3 4,9 17,7 argileuses et niveaux phosphatés. Calcaires lumachelliques 03 Sélandien tendres à intercalations de 2,2 19,7 3,8 23 marnes. Marnes grises foncées Thanétien schistosées à niveaux 04 inferieur phosphatés reposant sur une 1,4 17,5 5 12,4 couche très argileuse à phosphate coprolithique. Couche principale de phosphate Thanétien surmontée par une alternance de 05 1,2 14,8 4,4 8,3 supérieur dolomies marneuses et dolomies phosphatées. Yprésien Calcaires marneux, marnes et 06 1,8 18,6 4,0 21 inferieur dolomies à nodules de silex.

Calcaires, calcaires Yprésien dolomitiques et marnes à 07 2,3 20,4 3,1 26 supérieur intercalations de phosphates et nodules de silex.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

II.2.1.2. Interprétation des résultats obtenus

 Concernant la contrainte effective Pc

Les résultats obtenus montrent que les valeurs varient entre 1,2 bars pour la couche phosphatée du Thanétien supérieur et 2,7 bars pour les calcaires du Maestrichtien.

 Concernant l’indice de compressibilité Cc

Les valeurs des indices varient entre 14,8% pour les phosphates du Thanétien supérieur et

24,5 % pour les carbonates du Maestrichtien, chose qui fait juxtaposer les valeurs de la contrainte effective avec celles de l’indice de compressibilité pour les calcaires du Maestrichtien d’une part et aussi pour la couche phosphatée du Thanétien supérieur d’autre part.

 Concernant le coefficient de gonflement Cg

Pour le coefficient de gonflement, les valeurs obtenues semblent être logiques, elles

coïncident parfaitement avec les natures lithologiques ; que ce soit pour les calcaires du

Maestrichtien (1,2 %) ou bien pour les marnes du Thanétien inferieur (5 %).

 Concernant le coefficient de consolidation Cv

De la même façon, les valeurs de ce coefficient suivent bien et concordent avec celles du coefficient de gonflement et aussi de l’indice de compressibilité.

A cet effet, la couche principale de phosphate du Thanétien supérieur présente une valeur de 8,3

Cm²/sec, alors que les calcaires du Maestrichtien donnent 35 Cm²/sec.

II.3. ANALYSES CHIMIQUES

En ce qui concerne les analyses chimiques, nous avons ciblé principalement le taux des carbonates de calcium ( vu la prédominance des natures lithologiques carbonatées ) et aussi le dosage des sulfates ainsi que la teneur des insolubles. Les résultats obtenus sont présentés comme suit (Tab.7) :

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

Tab. 7 : Résultats des analyses chimiques.

Analyses chimiques

s N° Etage Nature lithologique

Echantillon

calcium Sulfate

Insolubles Carbonate de de Carbonate

% % mg/L Calcaires fins , crayeux plus ou 01 Maestrichtien moins tendres, parfois friables. 51,94 46,44 1,5

Marnes argileuse grises verdâtres et calcaires fins à intercalations de 02 Danien 45,76 46,44 7,8 marnes argileuses et niveaux phosphatés. Sélandien Calcaires lumachelliques tendres à 03 48,83 41,97 9,2 intercalations de marnes. Marnes grises foncées schistosées Thanétien à niveaux phosphatés reposant sur 04 50,40 44,5 5,1 inferieur une couche très argileuse à phosphate coprolithique. Couche principale de phosphate Thanétien surmontée par une alternance de 05 37,60 58,6 3,8 supérieur dolomies marneuses et dolomies phosphatées.

Yprésien Calcaires marneux, marnes et 06 43,77 52,03 4,2 inferieur dolomies à nodules de silex.

Yprésien Calcaires, calcaires dolomitiques 07 supérieur et marnes à intercalations de 46,28 49,82 3,9 phosphates et nodules de silex. .

II.3.1.Interprétation des résultats obtenus

La gamme de valeurs obtenues des carbonates de calcium reste modérée à assez élevée

(37,60 – 51,94%), elle exprime effectivement la nature lithologique carbonatée des échantillons traités. Cependant nous constatons que la couche phosphatée présente deux particularités avec une valeur minimale de carbonates de calcium (37,60 %) et une autre maximale pour le taux des insolubles (58,6%) chose qui traduit la complexité du minerai de phosphate.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

Pour le taux des sulfates, les formations du Sélandien présentent un maximum de 9,2 mg/L, ce qui explique d’ailleurs bien le phénomène de sulfatation des carbonates durant le Dano- sélandien.

III. SYNTHESE DES PROPRIETES PHYSICO-MECANIQUES

Les essais d’identification ont donné des résultats interprétables qu’on peut présenter séparément selon les caractéristiques mises à l’épreuve.

Les valeurs obtenues semblent être homogènes et cohérentes, elles expriment la réalité des natures lithologiques des échantillons traités ainsi que leurs propriétés physiques.

Au point de vue Teneur en eau, les chiffres reflètent les différentes natures lithologiques, avec une gamme de valeurs comprise entre 5.6 et 14.3%. La proportion de l’eau dans les marnes

Thanétiennes serait probablement à l’origine de certaines complications au point de vue géotechnique .

Concernant le poids spécifique, les résultats obtenus montrent une certaine constance qui milite en faveur de l’homogénéité des natures lithologiques des échantillons examinés

( faciès carbonatés). La valeur de 2,73 g/cm3 du minerai de phosphate montre comme même un poids spécifique assez élevé par rapport à celles des autres formations.

Pour les limites d’Atterberg et selon la gamme des valeurs obtenues, les formations du

Thanétien inferieur et aussi celles du Thanétien supérieur sont classées comme matériaux plastiques. Les autres formations sous-jacentes et sus-jacentes sont qualifiées de matériaux peu plastiques.

L’essai à l’Oedométre est l’unique test réalisé dans le cadre des propriétés mécaniques.

La couche phosphatée du Thanétien supérieur montre une valeur de la contrainte effective Pc de l’ordre de 1.2 Bars, signifiant sa fragilité au point de vue mécanique, alors que les formations marno-argileuses du Thanétien inferieur ne montrent pas une grande différence avec une valeur de 1.4 Bars.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

L’indice de compressibilité Cc passe par une valeur minimale de l’ordre de 14.8%

caractérisant la vulnérabilité de la couche phosphatée au point de vue compressibilité.

Cependant, la couche sous-jacente marneuse montre elle aussi une valeur de 17,5 % qui reste

toute proche des propriétés de la couche supérieure.

Pour ce qui est du coefficient de gonflement Cg, il indique une valeur maximale de 5 %

au niveau des formations du Thanétien inferieur de nature marno-argileuse. Quand à la couche

phosphatée, elle présente encore une valeur très corrélable avec la précédente de l’ordre de 4.4

%, ce qui justifie la nature lithologique.

Enfin pour le coefficient de consolidation Cv, il montre une valeur minimale de 8.3

Cm²/sec correspondant aux formations de la couche de minerai, par contre le Thanétien inferieur

présente une valeur de 12,4 Cm²/sec.

IV. CORRELATION DES SONDAGES

IV.1. INTRODUCTION

Le gisement de Kef Essnoun a été exploré par l’EREM en 1986 à travers les 32 sondages

carottés implantés suivant des profils de prospection de direction Nord Ouest-Sud Est à la maille

de 250 x 300 m.

Pratiquement tous les sondages ont atteint la couche phosphatée jusqu’au mur, le plus

profond est le S-7 (250m), situé au sud ouest du gisement et le plus court est le S-25 (76.1m)

implanté à proximité de la bande d’affleurement des dressants de Kef Essnoun.

L’ensemble des couches géologiques de la région de Djebel Onk peut être rencontré à Kef

Essnoun, avec une épaisseur verticale maximale du faisceau phosphaté. Le Thanétien, horizon

porteur de la minéralisation, est bien développé, il est subdivisé en deux sous étages : Thanétien

inférieur et Thanétien supérieur.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

Le Thanétien inferieur est représenté par une série de marnes schistifiées de couleur grise foncée à intercalations irrégulières de marno-calcaire. Dans sa partie inférieure se trouve un niveau conglomératique à Gastéropodes et à passées phosphatées, alors qu’à son sommet, les phosphates sont surmontés par des calcaires et des marnes à gros gastéropodes. (Dass Amiour et al., 2011).

Le Thanétien supérieur est représenté par la couche productive. La géologie du gisement de Kef Essnoun est relativement simple, elle présente une structure monoclinale plongeant vers le sud, avec des couches de phosphate ayant une puissance moyenne de 30 m. En surface, la structure géologique semble plus compliqué (Fig. 11).

Fig. 11 : Structure de la couche de phosphate dans le District de Kef Essnoun avec localisation des sondages carottés (Prian et Cortiel, 1993)

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

IV.2. STRUCTURE DE LA COUCHE DE PHOSPHATE DE KEF ESSNOUN

Le corps de minerai de phosphate se présente en faisceau, subdivisé selon sa composition chimique, sa lithologie et ses conditions d’exploitation, de haut en bas, en trois termes principaux :

a) Dolomie phosphatée sommitale (minerai IIT)

Elle est très dure, bien cimentée de couleur grise-noire à granulométrie fine à grossière

(1mm à plusieurs cm), d’une épaisseur moyenne de 3 m.

Dans le faciès, les éléments phosphatés sont constitués de grains sub-sphériques, de débris osseux, des dents, et des gros coprolithes parois silicifiés.

Cette dolomie phosphatée se sépare de la couche principale par un niveau lumachellique phosphaté à huîtres d’environ 50 cm d’épaisseur et séparée des calcaires dolomitiques marneux à silex du toit, par un mince horizon de marne verdâtre dolomitique (50cm), finement laminé formant un repère lithologique.

b) Couche principale de phosphates (minerai I)

Il s’agit de la couche principale de phospharénites productive constituant le faisceau phosphaté. Son épaisseur varie du NE au SW du gisement), entre 22 m et 46 m.

Cette assise est constituée par une couche unique de phosphate sombre gris-noir, sa partie inférieure renfermant parfois des lamines bitumineuses. est plus fine que la supérieure.

Vers le NE du gisement, apparaît une couche de phosphate oxydé clair, sus-jacente à la couche précédente de phosphate sombre.

c) Mur du gisement (minerai IIM)

Cette couche se trouve à la limite du mur de la couche productive I, son épaisseur moyenne est de l’ordre de 1.25 m. Elle est constituée par les marnes schistosées sombres du

Thanétien inférieur. Sa partie supérieure renferme deux intercalations décimétriques de

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE phosphates et le passage à la couche productive sus jacente est marqué par la présence d’un banc de dolomie grise de 40 cm d’épaisseur (Photo 41).

Photo 41 : Vue d’ensemble de la couche productive de Kef Essnoun.

IV.3. CARACTERISATION DES DIFFERENTES NATURES LITHOLOGIQUES

Pour mieux cerner les propriétés lithologiques et pétrographiques des formations géologiques de Kef Essnoun, nous avons procédé à la confrontation et la corrélation des données disponibles des trois sondages effectués sur les différents compartiments du gisement de phosphate exploité à ciel ouvert, en système de gradins.

Cette confrontation, peut nous aider à comprendre d’avantage l’aspect structural du gisement et son impact sur la stabilité des couches au niveau du front de la carrière.

Les trois sondages documentés (S2, S6, S10) sont répartis selon une orientation générale

NE-SW sur une distance globale d’environ 500 m.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

IV.3. 1. Le Sondage S2

Il est situé au Nord Est du gisement selon les coordonnées suivantes : x : 981.56818 y : 169.16326 z : 740.82

Profondeur totale : 115.40 m

Le sondage traverse les formations de l’Yprésien, du Thanétien Supérieur ainsi que celles du Thanétien Inferieur.

Le descriptif des natures lithologiques de la colonne stratigraphique récupérée est représenté dans la figure (Fig.12) :

Fig. 12 : Colonne stratigraphique du gisement de Kef Essnoun selon le sondage S2 selon (l’EREM, 1986).

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

IV.3. 2. Le Sondage S6

Il est situé toujours au Nord Est du gisement selon les coordonnées suivantes :

x : 981.785.78 y : 169.04.47 z : 733.30

Profondeur totale : 127.5 m

De la même façon, le sondage traverse les formations de l’Yprésien, du Thanétien

Supérieur ainsi que celles du Thanétien Inferieur.

Les formations récupérées peuvent être synthétisées selon la figure (Fig.13) :

Fig. 13 : Colonne stratigraphique du gisement de Kef Essnoun selon le sondage S6 selon (l’EREM, 1986).

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

IV.3. 3. Le Sondage S10

Toujours situé au Nord Est du gisement selon les coordonnées suivantes :

x : 981.999.60 y : 169.264 z : 749.78

Profondeur totale : 100.20m

Le sondage traverse également les formations : Yprésien, Thanétien Supérieur et

Thanétien Inferieur. Les données du sondage peuvent être décrites selon la figure (Fig.14) :

Fig. 14 : Colonne stratigraphique du gisement de Kef Essnoun selon le sondage S10 selon (l’EREM, 1986).

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

IV.4. INTERPRETATION

Sur une distance globale d’environ 500 m, et suivant une direction Ouest-Est, nous constatons :

 La continuité de la couche marno-argileuse écran sous-jacente.

 L’augmentation de la puissance de la couche de minerai de phosphate.

 L’irrégularité de la couche de recouvrement avec diminution de sa puissance.

Cette corrélation met en évidence la continuité du contact entre la couche de minerai et les marnes argileuses plastiques sous-jacentes (Fig. 15).

Fig. 15 : Corrélation des trois sondages (S2, S6, S10) du gisement de Kef Essnoun selon (l’EREM, 1986). 77

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

IV.5. DONNEES SUR LE GLISSEMENT

Le glissement ayant affecté le secteur de Kef Essnoun en 2011, a fait mobiliser une masse rocheuse constituée de la couche de phosphate surmontée par les terrains de recouvrement de l’Yprésien et du Lutétien, sur une superficie totale de 11 Hectares (soit un volume global de 7,7

Mt, sur une épaisseur moyenne de 70 m).

L’ensemble à glissé sur l’interface phosphate – marnes schistosées sous jacentes, comblant presque entièrement la carrière, selon un plan de glissement plongeant vers le Sud avec un angle α de 14° (Fig. 16).

Fig. 16 : Schéma structural simplifié du district minier de Kef Essnoun.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

Le dit glissement, a eu pour cause deux facteurs principaux :

 Facteur à caractère géologique, composé de trois éléments :

 La présence de l’interface phosphate / marnes plastiques à faible frottement à la base de la couche phosphatée. (l’angle de frottement φ < 15°, lorsque l’angle du plan de glissement est égal à l’angle de frottement φ, alors le glissement devient possible).

 La présence d’un redressement quasi - vertical permettant de découpler la masse rocheuse du socle constitutif.

L’intense fracturation ayant touché le massif de Kef Essnoun (N – S et NW – SE).

 Facteur ayant trait aux travaux d’exploitation :

 Ouverture d’un front sur une hauteur de 70 à 80 m.

 Angle du talus du gradin un plus ou moins fort.

 Présence de l’interface de marnes au pied de la couche phosphatée (effet défavorable sur sa

stabilité).

 Effet dynamique lié aux vibrations du tir (masse en équilibre critique).

En somme, la nature lithologique des formations du secteur de Kef Essnoun, leur structure, leurs propriétés géotechniques ainsi que les conditions des travaux d’exploitation conduisent à une situation d’instabilité physico- mécanique potentielle critique.

A cet effet, la masse rocheuse est temporairement retenue par le front de taille, qui assure le rôle d’un verrou. Les conditions d’exploitation induisent la rupture de ce front et font sauter ce verrou par l’occasion ; entraînant ainsi le glissement d’ensemble (Photos 42 et 43).

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

4 m

Photo 42: Vue générale de la carrière de Kef Essnoun avant l’éboulement.

4 m

Photo 43: Vue générale de la carrière de Kef Essnoun après l’éboulement.

CHAPITRE III : APPROCHE GEOTECHNIQUE

V. CONCLUSION

Dans le cadre de l’étude des paramètres géotechniques des différentes formations géologiques de Kef Essnoun, nous avons procédé à la réalisation de plusieurs types d’essais au laboratoire des travaux publics de l’Est à Constantine : essais physiques, mécaniques et chimiques.

Les données obtenues à partir des essais d’identification (teneur en eau, poids spécifique, limite d’Atterberg) reflètent des natures lithologiques assez homogènes proches les unes des autres représentées par une série d’alternance de calcaires, marno-calcaires, marnes et marnes argileuses.

Physiquement parlant, ces formations sont classées selon l’abaque de Casagrande, en qualité de matériaux peu plastiques à plastiques. Au point de vue mécanique, l’indice de compressibilité et le coefficient de gonflement semblent très corrélables surtout pour les formations du Thanétien supérieur et inferieur. Les valeurs obtenues dans ce sens, montrent les caractéristiques de matériaux moyennement compressibles à assez fortement compressible pouvant gonfler.

Les analyses chimiques ont donné des teneurs de carbonates de calcium modérées à assez

élevées, elles traduisent effectivement la consistance carbonatée de la nature lithologique des

échantillons traités. Notons aussi le taux élevé des insolubles dans la couche phosphatée exprimant sa complexité sur le plan chimique. La teneur des sulfates dans les formations du

Dano-sélandien montrant un phénomène de sulfatation des carbonates au cours de cette période.

La corrélation des données de sondages réalisés montre la continuité du contact entre la couche de minerai de phosphate et les marnes argileuses plastiques sous-jacentes. Le phénomène de glissement ayant affecté le front de taille du gisement a eu lieu suivant le plan de l’interface phosphate – marnes schistosées sous jacentes. Ce glissement est contrôlé aussi bien par les facteurs à caractère géologique que ceux ayant relation avec les travaux d’exploitation.

Conclusion Générale

CONCLUSION GENERALE

Le massif de Djebel Onk constitue l’extrémité orientale des monts de Nememcha faisant prolonger vers l’Est la chaine des Aurès.

Le gisement de Kef Essnoun est situé à 5 Km à l’Ouest de la carrière de Djemi-Djema et à environ 10 Km au Sud Ouest de la ville de Bir El Ater. Il se trouve au pied du Djebel Kef

Essnoun constituant un plateau plongeant en pente douce vers le Sud-Ouest. Il s’étend sur une longueur de 2,8 Km et une largeur de 1 km.

La prospection directe au marteau des différentes formations géologiques environnantes du gisement ainsi que leur auscultation à la loupe binoculaire, ont montré une richesse et une diversité au point de vue lithologique et pétrographique. Nous avons pu mettre en évidence cinq faciès qui s’étalent du Maestrichtien au Thanétien supérieur de nature lithologique exclusivement carbonatée.

De la base au sommet de la série étudiée, nous avons relevé toute une succession monotone de roches carbonatées, plongeant vers le sud, composées de calcaires, marnes, marno-calcaires, calcaires sableux, et argilites à niveaux décimétriques de phosphates, imprégnés de silex et de sulfates.

Le sommet de la coupe relevée est représenté par les formations de minerai de

phosphates du Thanétien supérieur, ayant montré aussi une grande diversité sur le plan

minéralogique et pétrographique. Cependant, nous avons noté la présence de Coprolithes,

de pseudoolithes, de grains de sulfates et de glauconie ainsi que des fragments de

phosphorites.

Conclusion Générale

Au point de vue géotechnique, les données obtenues à partir des essais d’identification

(teneur en eau, poids spécifique, limite d’Atterberg) reflètent des natures lithologiques assez homogènes proches les unes des autres représentées par une série d’alternance de calcaires, marno-calcaires, marnes et marnes argileuses.

Physiquement parlant, ces formations sont classées selon l’abaque de Casagrande, en qualité de matériaux peu plastiques à plastiques.

Sur le plan mécanique, l’indice de compressibilité et le coefficient de gonflement semblent très corrélables surtout pour les formations du Thanétien supérieur et inferieur. A cet effet, les valeurs obtenues montrent les caractéristiques de matériaux moyennement compressibles à assez fortement compressibles pouvant gonfler.

Les analyses chimiques ont montré des teneurs de carbonates de calcium modérées à assez élevées, traduisant effectivement la consistance carbonatée de la nature lithologique des

échantillons traités.

Le taux élevé des insolubles dans la couche phosphatée montre sa complexité sur le plan chimique. La teneur des sulfates dans les formations du Dano-sélandien indique, comme même, la prédominance d’un de phénomène de sulfatation des carbonates au cours de cette période.

La corrélation des données de sondages réalisés montre également la continuité du contact entre la couche de minerai de phosphates et les marnes argileuses plastiques sous- jacentes.

Le phénomène de glissement ayant affecté le front de taille du gisement a eu lieu suivant le plan de l’interface phosphate – marnes schistosées sous jacentes. Ce glissement est contrôlé aussi bien par les facteurs à caractère géologique que par ceux ayant relation avec les travaux d’exploitation.

Conclusion Générale

Enfin, et en guise de recommandation, nous proposons l’approfondissement de l’exploration sur le plan géotechnique, que ce soit en matière des essais d’identification ou sur le plan mécanique. Nous pensons également que les analyses chimiques poussées de la couche productive du minerai, ainsi que celles de son mur et son toit, peuvent nettement contribuer à une meilleure compréhension des causes de l’éboulement.

References Bibliographiques

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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