Le Gisement De Craie Phosphatee De Ciply Donnees Nouvelles

Bulletin de la Société belge de Géologie T. 97 fasc. 1 pp. 9 - 24 Bruxelles 1988 Bulletin van de Belgische Vereniging voor Geologie V. 97 deel blz. 9 - 24 Brussel 1988

LE GISEMENT DE CRAIE PHOSPHATEE DE CIPLY DONNEES NOUVELLES

par Francis ROBASZYNSKI (*),Jean-Pierre POELS (*) &Marc MARTIN (*)

Summary - The Late Cretaceous of the Mons Basin contains a phosphate formation known since the end of the 19th century. The data assembled during the exploitation period of one part of the deposit are recalled and completed thanks to the information brought by a recent boring campaign. The detailed study of the cores emphasizes the important thickness attained by the Ciply Phosphatic Chalk and brings the maximum thick ness known to 75.50 m. The description of the S2 boring indicates the presence of three phosphatic levels of different grades. The lateral extension of these levels is recognized by other borings but some local thick ness variations are observed in the meridional and oriental areas of the deposit border. A structural model, realized from the comparison of the field and boring data is proposed. It accounts for the repartition of the phosphatic levels at the southern border of the deposit and allows tne calculation of the still available reserves in the favourable zones. The first valorization experiments, taking into account the charac teristics of the different phosphate grains enabled to obtain a 28 P concentrate using gravity and thermal embrittlement techniques. % 2o5 Résumé - Le Crétacé supérieur du bassin de Mons contient une formation phos- phatée connue depuis la fin du 19ème siècle. Les données acquises durant la période d'exploitation d'une partie du gisement sont rappelées et complétées grâce aux informations fournies par une récente compagne de sondages d'exploration. L'étude détaillée de ceux-ci souligne l'importance de l'épaisseur de la Craie Phosphatée de Ciply et prolonge à 75.50 m la puissance maximale antérieurement connue. La description du sondage S2 met en évidence l'existence de trois niveaux phosphatés de teneur différente. L'extension latérale de ces trois niveaux est reconnue par d'autres sondages mais des réduc tions locales d'épaisseur sont observées dans les aires méridionales et orientales de la bordure du gisement. Un modèle structural, élaboré à partir de la confrontation des données d'affleurements et de sondages est avancé.Il rend compte de la réparti tion des niveaux phosphatés de la bordure Sud du gisement et permet le calcul des réserves encore disponibles dans les zones favorables. La réalisation d'essais préliminaires de valorisation, tenant compte des caractéristiques des différents types de grains phosphatés, a permis 1 1 obtention de concentrés titrant 28 % P par les techniques 2o5 gravimétriques et de fragilisation thermique.

Key-words - Cretaceous - Phosphate - Chalk - Phosphatic grains - Borings - Reserves - Valorization.

Mots-clés - Crétacé - Phosphate - Craie - Grains phosphatés - Sondages - Réserves - Valorisation.

(*)Faculté Polytechnique de Mons, Département de Mines-Géologie - Rue de Houdain 9 B-7000 MONS (Belgique).

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Figure 1. Situation géographique de l'aire phosphatée de Ciply dans le Bassin de Mons (selon Robaszynski, â paraître). 1. PaléozoTque - 2. Crétacé supérieur (marnes et craies) - 3. Craie Phosphatée de Ciply (Maastrichtien) - 4. Tertiaire.

INTRODUCTION propos des phosphates du Hainaut, le premier d'entre-eux se rapportant à la définition des potentialités réelles Découverte et exploitée dès la du bassin phosphaté de Ciply. C'est fin du 19ème siècle, la "Craie de dans ce sens que le financement d'un Ciply" fut, pour la Belgique, une programme de recherche nous a été accor source non négligeable de phosphate dé conjointement par la Commission des jusqu'après la deuxième guerre mondiale. Communautés Européennes et les Services La concurrence économique des phospha de la Programmation de la Politique tes d'Afrique du Nord réduisit progres Scientifique. Le Service géologique de sivement la production qui s'arrêta Belgique a, pour sa part, pris en charge dans les années 1950 (MARLIERE, 1947). toute la partie du programme relative à l'exécution des sondages carottés. Dans un premier temps, les niveaux les plus riches furent exploités : il Dans ce qui suit, après un très s'agissait essentiellement des graviers bref rappel des connaissances acquises et galets phosphatés du Plateau de la jusqu'aux environs de 1950, on s'atta Malogne ainsi que des "sables phosphatés" chera à exposer les principales données de la région de Mesvin. Ces derniers quantitatives obtenues, grâce aux son correspondaient à un enrichissement na dages et aux essais de laboratoire pra turel de la Craie de Ciply par dissolu tiqués dans le cours du programme. tion météorique de la gangue carbonatée et pouvaient titrer jusqu'à 30-35 % P o . 2 5 I. VONNEES ANCIENNES Par la suite, la Craie Phosphatée de Ciply proprement dite, titrant de 1 • GEOMETRIE 8 à 12 % P o , fut activement exploitée en carrières2 5et en galeries souterraines par la méthode des chambres et piliers Reposant sur les craies blanches dans la région de Ciply (LECLERCQ & et surmontée par le Tuffeau de Saint BOUKO, 1985), et en carrières à ciel Symphorien et une couverture tertiaire, ouvert dans la région de Saint-Symphorien la Craie Phosphatée de Ciply constitue (fig. 1). un gisement phosphaté typiquement stra tiforme (fig. 2). Les couches y adop Au total, plus de 3 millions de tent la disposition synforme du Bassin tonnes de craie phosphatée ont été de Mons ; elles viennent près de la extraits dans le Bassin de Mons entre surface ou même en affleurement par 1880 et 1945. leur bordure méridionale entre Cuesmes et Saint-Symphorien et plongent lente A partir des années 1980, en réac ment vers l'axe du bassin avec un pen tion à la crise économique née avec le dage d'environ 5° (MARLIERE, 1947). premier choc pétrolier de 1973, des in térêts nouveaux se sont manifestés à 10 1912 1986 puits sondage ,de d' N "l'Eribut" Hyon s La Trouille Mt Héribut M108

Craies blanches T-S

-200 500 1000m

1 1 1 paleozoïque -300 1 1 1 1 1 1 1

Figure 2. Coupe géologique Nord-Sud dans la partie méridionale du Bassfo de Mons avec situation du gisement phosphaté. T.S. : Turonien-Sénonien - T.S.S. : Tuffeau de Saint-Symphorien - D.M. : Dano-Montien - L.Y. : Landénien-Yprésien - Q. : Quaternaire. M108: sondage de Bertaimont (CORNET, 1907) - M109 : deuxiême sondage de l'Eribut (CORNET, 1908) - M114 : puits n° 1 du siêge del 'Eribut de la Société du Levant du Flénu (CORNET, 1912). Le gisement phosphaté de Ciply, en forme de lentille, repose sur le flanc Sud de la structure synforme du Bassin de Mons.

L'épaisseur la plus importante a craie riche et homogène traversée par été reconnue près du Mont Héribut (57 m trois bancs de silex ; au sondage M10T,yrès du puits M114)mais semble être donnee. sous toute réserve car - un niveau moyen, à silex, riche en phosphate à sa partie supérieure et le sondage fut ~éalisé au trépan avec in jection d'eau (CORNET, 1905). Par l'em pauvre à sa partie inférieure ploi de cette technique, les matériaux - un niveau inférieur, à silex, pauvre remontés à la surface sont presque tou en phosphate. jours très finement broyés et rendent Vers le bas, le passage à la Craie les descriptions et la localisation des de Spiennes (craie blanche) est différents contacts particulièrement progressif et rarement net, mais un difficiles. Les seuls fragments de roche contact par "racines" est souvent examinables proviennent souvent de l'é décrit en bordure du bassin. Seules boulement du trou de sonde et sont rame les anciennes phosphatières de la nés sans avoir subi l'action du trépan. Malogne ont permis l'observation d'un conglomérat de base (Poudingue de Cuesmes). 2. LITHOLOGIE Les trois niveaux signalés ci-dessus n'ont jamais été observés simultanément Du point de vue de la lithologie, sur une même coupe et la plus grande les auteurs divisent la bordure du gise épaisseur observée sur cette bordure ment en deux secteurs : le premier, mé méridionale ne dépasse pas 20 m (selon ridional et le second, oriental. CORNET, 19 2 7) • Dans le secteur méridional, celui Dans le secteur oriental, celui de de Cuesmes-Mesvin-Ciply, le faciès de Saint-Symphorien-Havré (CORNET, 1905), la Craie Phosphatée brune de Ciply évolue la Craie Phosphatée passe latéralement sur de très courtes distances mais de la couleur brune à la couleur grise CORNET (1927) distingue trois niveaux : (cette dernière semblant être sa teinte originelle). Elle est connue sur une - un niveau supérieur, généralement sans épaisseur de 20 m (BEUGNIES, 1947). silex, présentant à sa partie supérieure Dans ce secteur oriental, la Craie une craie peu phosphatée sur quelques Phosphatée exploitée se subdivise en mètres et à sa partie inférieure une trois niveaux : 11 - un niveau supérieur de 8 m d'épaisseur, 4. ENRICHISSEMENT riche en phosphate (12 à 16 % P 0 ) et pauvre en silex ; 2 5 - un niveau moyen de 4 m d'épaisseur, ti D'après DEMARET-FRESON (1921), l'installation de concentration la plus trant de 11 à 14 % P1 0 et.comprenant trois horizons de sirex5 gris ; perfonnante était localisée à Saint Symphorien. Elle permettait, grâce à - un niveau inférieur de 6 m d'épaisseur une technique gravimétrique par voie ne contenant plus que 5 à 7 %P 2o5 et humide, de produire 200 tonnes de phos riche en gros silex noirs. phate enrichi à des teneurs variant de Là aussi, la Craie Phosphatée semble 18 à 24 % P o5 à partir de 600 tonnes passer progressivement vers le bas à de craie brute2 titrant 10 % P o . la Craie de Spiennes. Par ailleurs 2 5 le Tuffeau de Saint-Symphorien ne se distingue de la Craie de Ciply que par une quantité moindre de grains de II. VONNEES NOUVELLES SUR LE BASSIN PHOSPHATE phosphate et de grains de quartz VE CIPLY (BEUGNIES, 1947).

Il semble que les deux secteurs 1. RECHERCHES ENGAGEES DEPUIS LES ANNEES 1980 n'aient pas été corrélés lithologique ment. Ils se trouvent en effet de part et d'autre d'un troisième secteur, ce A l'occasion de travaux entrepris lui de Nouvelles-Spiennes pour lequel pour déterminer la teneur en éléments très peu de données étaient disponibles. radioactifs des phosphates du bassin de Mons, plusieurs coupes détaillées L'augmentation du nombre de grains ont été levées dans les anciennes car phosphatés du bas vers le haut de la rières à ciel ouvert et dans les gale formation constituerait aussi, selon ries souterraines de la Malogne. Des BEUGNIES (1947), la caractéristique examens lithologiques et des analyses typique de la partie centrale du bas minéralogiques ont en outre été effec sin phosphaté. tués sur un certain nombre de sections à la bordure du bassin phosphaté à la faveur de plusieurs travaux de fin 3. LES GRAINS PHOSPHATES d'études d'élèves-ingénieurs de la Faculté Polytechnique.

Les études de RENARD & CORNET (1891) Depuis 1983, grâce à une campagne menées sur les granules phosphatés du de sondages exécutée dans le bassin gisement de Ciply livrent les conclusions de Ciply par le Service géologique de suivantes : Belgique pour le programme de recherche C.C.E.-S.P.P.S., de nouvelles informa - la Craie brune de Ciply se partage tions ont été acquises sur la lithologie, par lévigation en une partie crayeuse la composition chimique de la formation formant 75 % de la masse et en un phosphatée et la nature des grains. Ces résidu phosphaté plus dense. La par informations sont résumées ci-après. tie crayeuse possède toutes les carac téristiques d'une craie typique ; - les éléments phosphatés de 0,1 mm en viron de diamètre sont formés de gra 2. LITHOLOGIE nules de teinte brunâtre, à éclat ré sinoîde et légèrement mamelonnés à la a, Le sondage S 2 (fig. 3 et 4) surface. Ces granules pourraient être attribués à des moules internes de foraminifères. Des fragments osseux L'examen des carottes prélevées au ainsi que des dents leur sont générale cours de l'exécution du sondage S 2 à ment mêlés et des concrétions micros Hyon (coordonnées Lambert : x = 119,6 ; copiques de phosphate à centre noir ou y= 124,1 ; z = 42,2) a conduit à une brunâtre et à bord zonaire hyalin description lithologique détaillée des assez large sont souvent présentes. formations reconnues au flanc Sud du bassin de Mons. La succession des ter BEUGNIES (1947), dans son étude des rains traversés par la sonde est la éléments figurés du Tuffeau de Saint suivante, du haut vers le bas. Symphorien, distingue quatre types de grains phosphatés : LA COUVERTURE STERILE (51 m) - des fragments de tissus osseux, esquil - LIMONS (Quaternaire) : 6 m leux, jaune ambré ; 0-6 m : Argile sableuse brune. - des fragments plus pâles ; - des grains (0,1 à 0,15 mm) de phospha- - SABLE GLAUCONIFERE (Landénien L1) : 3 m te de chaux amorphe ("colophanite ter reuse"), brun clair et luisants ; 6-9 m : Sable argileux et glauconifère. - quelques oolithès de phosphate concré tionné à structure concentrique autour - TUFFEAU DE CIPLY (Danien Mn1a) : 32,70 m d'un fragment de tissu osseux. Le 9-27 m : Calcarénite gris beige, poreuse. phosphate hyalin des oolithes paraît Les fossiles,principalement de petits être constitué de "colophanite rési mollusques lamellibranches, des tubules neuse". de scaphopodes, des bryozaires lamellaires et branchus ainsi que quelques brachio- 12 ETAG FORMATIONS PROF. LOG ANALYSES CHIMIQUES FORMATIONS PROF. LOG ANALYSES CHIMIQUES

0 10 TUFFEAU 40 0 10 15°!.P205 Mn la DE CIPLY

auat. LIMONS TUFFEAU 5 Maastr. DE M2 SAINT- 45

SABLE ;.' SYMPHORIEN Land. GLAUCONFE " 1 =- L1 .• .; H q ----r,,_. __;;:a <. .&.._,. 10 -r- 50 ~. ~ ~~_..,.. __ -r- =- \ -- --=_,,

15 --r-~ l 55 -= \r- g 0 0 ~ ... 0 0 (/) 20 CRAIE 60 '111 ±__L Maastr. PHOSPHATEE .,, Dan. J___ TUFFEAU ( Mlb Mn la DE DE -C ...--...... ) CIPLY --L CIPLY 25 1 65 e r 0 e -----

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calcarénite ou indurations I:>. :. ·::· 1sable argileux D craie phosphatée diffuses ~indurations quartzeux craie blanche ~sable ~ ~en niveaux

~ calcarénite ~ hardground perforé 8 silex

Figure 3. Le sondage S2 (première partie).

13 TAGES FORMATIONS PROF. LCv ANALYSES CHIMIQUES ETAGE FORMATIONS PROF. LOG ANALYSES CHIMIQUES

c 10 • 15 'f,P205 0 5 10 1s·1.P2os 80 120 ' CRAIE . Maastr. :/ PHOSPHATEE M1b :" '·!' DE : .' CIPLY : 85 ': ' ' ta - <:; :'

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Figure 4. Le sondage 52 (suite et fin). Remarque : la Craie de Spiennes, notée Maastrichtien inférieur sur la carte géologique, contient en fait des bélemnites et des foraminifères du Campanien supérieur une révision est en cours.

14 podes et piquants d'oursin, apparaissent Assemblage faunistique constitué pour disséminés dans la masse ou concentrés l'essentiel d'huîtres, de pectens et en de minces niveaux ou de petites len de péti ts scaphopodes (" PyrgopoZon mosae" ) • tilles de 3-5 cm d'épaisseur. - NIVEAU INTERMEDIAIRE DE LA CRAIE 27 - 33 m : Calcarénite gris beige, indurée PHOSPHATEE : 7 m à de nombreux niveaux. Les coquilles sont friables. L'assemblage faunistique reste 94-101 m : Craie blanchâtre à grisâtre, le même et s'enrichit de la présence de légèrement bioturbée. Accumulation petites dents de requin et de mollusques de bélemnites entre 94 et 95 m. gastéropodes à partir de 29 m. - NIVEAU INFERIEUR DE LA CRAIE 33-41,70 m: Calcarénite gris beige, PHOSPHATEE : 25,50 m poreuse, avec apparition des premiers bancs de silex décimétriques. Quelques 101-120 m : Craie phosphatée grisâtre, niveaux particulièrement riches en orga bioturbée, à silicification diffuse, nismes s'observent au niveau de petites avec bancs de silex incomplètement si indurations vers 37 m. licifiés. Présence de terriers indurés et de quelques niveaux de bélemnites. - TUFFEAU DE SAINT-SYMPHORIEN (Maastrich- 120-126,50 m : Craie blanchâtre légère tien M2) : 9,30 m ment bioturbée avec silex incomplètement 41,70-42,10 m: Hardground perforé, pré silicifiés. sentant de nombreux moules externes de coquilles, vides. LE SUBSTRATUM DE LA CRAIE PHOSPHATEE 42,10-51 m: Calcarénite jaunâtre très fossilifère. Accumulation d'organismes en de véritables lumachelles à 42,20 m, - CRAIE DE SPIENNES{'Maastrichtie:n''M1a - 43,60 met 45,20 m ; présence de très Campanien sup.) : 23,50 m nombreux Theaùiea papiUata, Trigonoserrrus peatinifo!'l'llis, huîtres et bélemnites (à 126,50 - 150 m : Craie blanchâtre à pe partir de 45 m). tits bancs et rognons de silex. Présen ce de terriers remplis de matériel phos phaté et de quelques fins niveaux gris LA CRAIE PHOSPHATEE DE CIPLY (Maastrichtien M1b) phosphatés vers le sommet (126,70 m 75,50 m et 128 m). Fragments d'inocérames et de bélemnites concentrés dans des passées grisâtres au sein de la craie blanche. - NIVEAU SUPERIEUR DE LA CRAIE PHOSPHA TEE 43 m - CRAIE DE NOUVELLES (Campanien Cm2b) traversée sur 9 m 51-65 m : Au sommet, fragments de craie phos ~haté durcie et de galets phosphatés. Il 150-150,20 m : Hardground perforé, est possible que ces éléments soient le de teinte grise. témoin d'un hardground peu épais qui coif ferait la formation phosphatée. Pourtant 150,20-159 m : Craie blanche fine sans l'état très fragmentaire du carottage silex. Quelques volutes grises.irrégu à ce niveau ne permet pas de confirmer lières.de matériel plus grossier dans totalement ce point de vue. Au dessous : la craie blanche fine sont visibles calcarénite grisâtre à brunâtre, phospha par place. tée, légèrement bioturbée et silicifiée en de petites taches décimétriques. Ni veaux de bélemnites et apparition des b. Extension latérale des tX'ois niveauz phospha premiers Peaten sp. à partir de 56,50 men tés association avec de nombreuses huîtres. Les grains phosphatés apparaissent dissé minés dans la roche ou concentrés en de La présence d'une épaisseur de plus fines lamines aux alentours des zones si de 75 mètres de craie phosphatée conduit à envisager d'une manière nouvelle le licifiées. gisement de Ciply tout en confirmant 65-76,50 m : Craie phosphatée brunâtre, les chiffres émis avec réserves par bioturbée, à bancs et rognons de silex. CORNET en 1905 au sondage de "l'Eribut" Les bioturbations prennent la forme de vo (M107). lutes irrégulières riches en grains phos phatés. Ces structures sont particulière L'étude lithologique détaillée du ment denses à partir de 69 m en association récent sondage S2, couplée à des analyses avec de nombreux pectens et fragments de chimiques, permet de subdiviser la Craie coquilles d'inocérames. Plusieurs niveaux de Ciply en trois niveaux : riches en coquilles d'huître sont reconnus ainsi que quelques terriers silicifiés. - un niveau inférieur, à la base de la 76,50-78 m : Faciès particulier de la craie phosphatée, à plus de 5 % P20 5 craie phosphatée : les grains phosphatés - un niveau intermédiaire, peu phosphaté apparaissent concentrés en de fines la (7 mètres de craie à une teneur in mines horizontales irrégulières, très férieure à 5 % de P 0 ) ; serrées. Ces lamines se découpent par 2 5 faitement sur le fond de craie pâle qui - un niveau supérieur, titrant plus de les enrobe et confèrent ainsi un aspect 5 % de P 2o5 • zébré à la roche. Ces trois niveaux se caractérisent 78-94 m Craie phosphatée brunâtre, bio aussi, outre leur contenu en phosphate, turbée, à niveaux de silex décimétriques. par la présence d'horizons à bélemnites 15 qui se sont révélés constituer d'excel structural simple. lents repères faciostratigraphiques. Il est en effet possible de reconnaître au sein des carottes d'autres sondages en 3. STRUCTURE trepris sur la même bordure, jusqu'à 2 km à l'Ouest de SZ, les équivalents Une étude de terrain a été réalisée latéraux des horizons à bélemnites et parallèlement à la campagne de sondages des trois niveaux phosphatés. de manière à définir au mieux les prin (La présentation détaillée des corréla cipaux traits structuraux de la bordure tions stratigraphiques des sondages fera Sud du bassin phosphaté. Ce travail a l'objet d'une publication ultérieure). comporté des levés géologiques accompa gnés de mesures de pendage et de direc tion des plans de faille. Des données, c. Les aires phosphatées du bassin de Ciply antérieures au comblement des anciennes Saint-Synrp'horien. exploitations, ont pu être extraites des carnets des professeurs CORNET et Quelques variantes existent dans la MARLIERE et sont venues compléter nos succession des trois niveaux et ont été propres observations. dévoilées par les différents sondages. Trois &ires peuvent ainsi être définies : a. Les affleurements - une aire occidentale (région de Cuesmes Les principaux affleurements étudiés Ciply-Hyon) pour laquelle les sondages sont les suivants (fig. 5 ) présentent l'ensemble de la succession des trois niveaux définis précédemment A. CARRIERE VAN DAMME (anciennement carrière - une aire méridionale (région de Nouvel CAILLAUX) les) où manque le niveau supérieur Le Tuffeau de Ciply (8 m) débute (non dépôt ou érosion) ; par un poudingue et surmonte 5 à 6 mè - une aire orientale (région de Spiennes tres de Craie Phosphatée de Ciply se à Saint-Symphorien) où seules les terminant par un épais hardground per zones intermédiaire et supérieure sont foré. Direction : N 70° E ; pendage : représentées. 5° NO. La délimitation de la bordure du Une faille orientée à N 115° E bassin phosphaté en trois aires con place la Craie Phosphatée en contact duira à une meilleure compréhension des avec la Craie de Spiennes, le comparti phénomènes ayant affecté la sédimenta ment abaissé est situé au Nord de la tion et à la proposition d'un modèle faille. D'autres failles, de même

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Figure 5. Situation des affleurements à la bordure Sud du gisement avec indication des faiHes et pendages. 16 direction, ont été signalées au Nord si l'on en croit le dessin. Cependant, Est de l'ancienne voie ferrée,actuelle il faut remarquer que cette faille se ment chemin menant à la maison Van rait la seule de la bordure Sud à adop Damme (CORNET, 1924). ter une direction semblable, direction qui n'a pas été retrouvée sur le terrain, B. CARRIERE VIENNE (anciennement carrière LIENART) ni dans le bassin phosphaté, ni dans les craies. Les couches auraient éga Le Tuffeau de Ciply (3,50 m) sur lement présenté un pendage de quelques monte 26 mètres de Craie phosphatée degrés vers le Nord-Ouest. (13,50 mètres visibles) par l'intermé diaire d'un horizon à galets phosphatés E. CHEMIN CREUX DU CIMEI'IERE DE NOUVELLES et d'un hardground perforé. Cette an cienne exploitation, autrefois étendue Contact entre la Craie de Ciply tout au long de la chaussée Brunehaut, et la Craie de S~iennes. Direction permettait l'observation de plusieurs des couches N 65 E, pendage 5° NW ; failles. Les informations ci-après sont "les mesures ont été réalisées sur les tirées de notes manuscrites que nous a bancs de silex. Cet affleurement fait confiées Monsieur le Professeur émer. R. partie de l'aire méridionale de la bor MARLIERE, notes relatives à des observa dure du gisement. tions qu'il a personnellement effectuées sur le terrain. F. CARRIERE DE LA FERME DU HARAS A NOUVELLES Du Sud au Nord, les failles ont les ca Contact entre la Craie de Ciply ractères suivants : et la Craie de Nouvelles, par l'inter médiaire d'un hardground perforé au - une faille normale, subverticale, sommet de la Craie de Nouvelles. appelée "faille limite" (f1 de la Direction N 70° E, pendage 10° NW. fig. 6) en raison du contact provoqué entre la Craie de Spiennes au Sud et G. AFFLEUREMENT DU PONT DU PRINCE la Craie de Ciply au Nord. Direction N 115° E. Les lèvres de la faille Craie phosphatée à bancs de silex sont remplies de silex. A ce niveau, identiques à ceux du Bouveau de Mesvin. la Craie de Ciply présente une direc Les mauvaises conditions d'affleurement tion N 11g 0 E et un pendage 5° NE ont empêché de pratiquer des mesures (calcul d'après les notes de R. de direction et de pendage. MARLIERE) - la faille du Bureau (f2), normale, H. PUITS NEOLITHIQUE DE PETIT-SPIENNES dirigée N 115° E, rejet vertical de Craie de Spiennes à nombreux ni 4 à 5 mètres s'accentuant vers le veaux de silex. Direction N 44° E, Sud-Est ; pendage 7° NW. Une faille de direction - la faille Ronveaux (f3), de direction N 30° E, inclinaison 50° SE, y est N 125° E, soulevant de 2 à 3 mètres observable. Stries verticales, compar le compartiment Nord ; timent abaissé au Sud-Est. - la faille de Vienne (f4), encore visible actuellement (septembre 19g6), sou I. PUITS NEOLITHIQUE DU CAMP-A-CAYAUX levant de 0,40 m le compartiment Nord. Ce rejet s'atténue vers le Craie de Spiennes sur 12,50 m, à gros niveaux de silex. Direction Nord-Ouest. Direction N 125° E. N 77 ° E, pendage go NW.

Dans la carrière souterraine Vienne J, CARRIERE DU CHEMIN DE FER la direction de la Craie Phosphatée est Contact entre la Craie de Spiennes N 113 ° E et son pendage 5 °E. De grandes et la Craie de Nouvelles par l'intermé diaclases orientées N 30° E sont égale diaire d'un hardground perforé au sommet ment visibles dans les galeries utilisées de la Craie de Nouvelles. Direction actuellement comme champignonnières. N g5° E, pendage g 0 N. C. BOUVEAU DE MESVIN K. CARRIERES C.C.C. D'HARMIGNIES Ancienne exploitation présentant Le contact entre la Craie de une coupe de g,50 mètres de Craie Phos Spiennes et la Craie de Nouvelles est phatée à gros bancs de silex. Direction bien exposé tandis que le contact entre des couches N 97° E, pendage 5°NW. Une la Craie d'Obourg et la Craie de faille y est visible, avec plan de faille Trivières n'est visible qu'en deux silicifié (fS). Direction N 125° E, in points de la carrière. Le front Ouest de clinaison 65° NE, stries verticales. Le la carrière, où le premier contact est compartiment abaissé est au Nord, rejet bien exprimé présente trois failles calculé : une dizaine de mètres. orientées N 120° E, d'inclinaison 70 à go 0 S. D. ANCIENNES EXPLOITATIONS DU BELIAN, aujourd'hui L. ANCIENNES CARRIERES HOUZEAU DE LEHAIE (actuel comblées. lement propriété POURBAIX) A SAINT-SYMPHORIEN Une faille y aurait été observée Affleurement mal préservé de Tuf (f6), décalant le compartiment Nord vers feau de Saint-Symphorien reposant sur la le bas, d'une dizaine de mètres. Craie Phosphatée autrefois exploitée en galeries. Dans les notes de R. MARLIERE est joint un dessin de géomètre où il apparaît M. ANCIENNE CARRIERE MORTIAU qu'une galerie aurait suivi cette faille Selon MARLIERE (1936) la carrière (partiellement ou continûment ?) dont la exposait un contact par faille verticale direction semblerait s'orienter à N 95° E, (N 165° E) entre la Craie Phosphatée et la Craie de Nouvelles, faille antérieure au dépôt du Tuffeau de Ciply en pos~tion sub-horizontale sur les deux formations. 17 N. CARRIERES CRAIBEL des différentes vallées recoupant la La Société Craibel exploite des bordure Sud du gisement. Ces variations craies blanches sans silex (partie S). brusques pourraient s'expliquer par la présence de surfaces de discontinuité orientées parallèlement à la faille b. Modèle structurai (fig. 6) observée_dans_la minière de Petit-Spiennes et aux directions des grandes diaclases de la carrière Vienne, c'est-à-dire L'ensemble des informations de terrain N 30° E. a pu être placé en relation avec l'altitu de des contacts reconnus en sondage et Les rapides changements de direction notamment avec l'altitude de la base de d~s cours de la Trouille, de la Wampe, la Craie Phosphatée. La confrontation du By et du ruisseau du Temple au contact des différentes données et le tracé des du bassin phosphaté (entre a et b sur la isohypses a conduit à la définition d'une figure 5) témoigneraient également de série de blocs au sein desquels la valeur failles assez récentes orientées N 30° E. du pendage est constante. Ces blocs ont été animés de mouvements relatifs les uns Le modèle de blocs proposé à la vis-à-vis des autres. Comme l'indique figure 6, bien que fort simple dans son principe, permet d'avancer une explication l~ coupe de la figure 6, il s'agit essen tiellement d'effrondrements progressifs de de l'absence du niveau supérieur de la la surface de base de la couche phosphatée craie phosphatée dans les sondages de vers le centre du bassin avec adoption l'aire méridionale de Nouvelles. Cette d'une structure en escalier. aire se trouve, en effet, en position haute par rapport aux blocs voisins. Les différents affaissements ont été De ce fait, l'érosion ultérieure aura pr?duits principalement par le jeu de probablement fait disnaraître les niveaux failles normales d'orientation N 115° E. élevés de la Craie PhÔsphatée reconnus ailleurs, tant vers l'Est que vers l'Ouest. L'extension latérale des marches de cet escalier n'est pas illimitée. Il est en effet caractéristique de constater c. Ressources et réserves l'existence de brusques modifications de la valeur du pendage de part et d'autre La compilation de l'ensemble des données d'affleurement et de sondage a

SW NE LEGENDE f1

...... _ Bordure- du bassin ® Sonda9e rëc"nt phosphalè Fa.lllt observée avec ~ orientation du . Sondag" compartiment abalss~ 20 0 km Prolongement probable 0 Puits nf.olithique do la falll• 0 ,_ .... .,..,. -20 CJ Cou\fe'rture post-danie-nne ' Failleo suppos~e ~ Carrlfro -~o ~ Tufl ..u do Ciply '( Pe-ndage A Afileurement [:8 Craie de- Ciply ~ Craie de Sphmnes

G!;;J Craie de Nouvelles 52 . © o,. MESVIN I I / I SPIENNES / / a'< I '/ . é "/ 9- '<. é' -1 '<. '<. '/ y ® 1 ...... ~ "- ...... y ...... ~6 t ...... '<...... '<. t "/. • 11 © ;.)G I ;-- i aire ./. '/ © méridionale aire N orientale

aire

occidentale J. Figure 6. Modèle structural de la bordure Sud du gisement. Le gisement des craies phosphatées est composé d'une mosaïque de blocs tectoniques délimités par deux systèmes de failles : N 30° et N 115°. La coupe illustre 1 'affaissement progressif des blocs vers le centre du bassin. 18 abouti au tracé des isophypses du mur et phatisés anguleux, anisotropes en du toit du gisement phosphaté de Ciply. plaque mince (planche 1, photo S). La carte des isopaques, déduite de là superposition des isophypses a permis - Les grains sphériques ( 1 % des par d'évaluer les ressources à 800 millions ticules phosphatées). de tonnes de craie phosphatée. Assez rares, ces grains possèdent un cortex épais et limpide dont la struc Les réserves situées en bordure de ture, formée d'enveloppes concentriques, gisement, en dehors des zones d'habita se rapproche de celle des oolithes tion définies par le plan de secteur, (planche 1, photo 6). et au-dessus du niveau de la nappe aqui fère, ont été évaluées à 45 millions de La présence d'une forte proportion tonnes. de grains phosphatés blanchâtres, riches en endogangue carbonatée, constituera µne contrainte importante lors des essais 4. LES GRAINS PHOSPHATES ET LEUR CONCENTRATION de concentration du minerai. a. Constitution des gr>ains pJzosphatés Des analyses aux rayons X sont venues compléter les observations des grains et L'approche de la valorisation du ont permis le calcul des paramètres cris phosphate contenu dans la craie passe tallographiques "a" et "c" de l'apatite obligatoirement par l'étude du mode qui les constitue. Ces paramètres, dont d'engagement et des caractéristiques les valeurs respectives sont de 9,3211 Â géochimiques de celui-ci. En effet, et 6,969 Â, montrent que le phosphate les liens qui unissent le phosphate fait partie de la famille des carbonate à son exogangue et à son endogangue fluorapatites ou francolite avec une te devront être brisés mécaniquement lors neur en co 2 apatitique de S,17 %. Un du traitement minéralurgique. L'exogan tel contenu en co 2 apatitique est indi gue désigne la matrice crayeuse enrobant catif d'une bonne solubilité dans les les grains tandis que l'endogangue est acides. constituée par les particules stériles (carbonatées) contenues dans les grains. b. Conaentration des gr>ains pJzosphatés (af. Fig, 7) La Craie Phosphatée de Ciply n'est pas vraiment une craie mais plutôt une Quelques essais de concentration en calcarénite phosphatée fine titrant en laboratoire ont été réalisés sur base des moyenne 10 % P 0s. On y distingue deux propriétés physico-chimiques. Deux phases classesgranuloméeriques2 principales : se sont succédées : une phase de précon cent ration et une phase de concentration. - une première (SS% du poids total), de 0,063 mm à 0,177 mm, titrant plus de - La préconcentration consiste en un léger 1S % P20s où se retrouvent la plupart concassage libérant les granules phos des élements phosphatés, des débris phatés de la gangue crayeuse et suivi de microfossiles, des bioclastes, des d'une classification granulométrique. intraclastes et de petits cristaux A ce stade, les particules inférieures de calcite ; à 0,037 mm et supérieures à 0,300 mm une seconde (2S % du poids total), in sont considérées comme stériles et férieure à 0,037 mm, titrant de 2 à 3 % peuvent être utilisées comme amendement carbonaté, légèrement phosphaté. Un P 05 , constituée de très fines particules caroonatées2 comme des intraclastes, des marché existe déjà pour un tel type de bioclastes et des coccolithes. produit. Les particules dont les dimensions sont Parmi les particules phosphatées, comprises entre O,OSO mm et 0,300 mm quatre classes de grains ont pu être sont, quant à elles, dirigées vers des distinguées et étudiées aux microscopes appareils de séparation gravimétrique photonique et éléctronique à balayage. (tables ou spirales) qui donnent un mixte titrant 11 à 13 % P20 et un Les principales caractéristiques de préconcentré titrant 20 à 2~ % P20s chaque classe sont résumées ci-après : avec une récupération de 60 à 6S %. - Les grains brunâtres (42 % de parti - La concentration à des teneurs supé cules phosphatées). rieures à 2S % P o est une opération Anisotropes et faiblement poreux, qui sépare les grains2 5 blancs des autres les grains brunâtres sont pauvres classes de particules phosphatées. Des en endogangue carbonatée. Certains essais qualitatifs de fragilisation ther d'entre-eux présentent un fin cortex mique ont permis d'atteindre des teneurs de phosphate limpide à structure céré voisines de 28 % P20s (cf. CHAMPETIER broide bien développée (planche 1, et ai. , 1984). La fragilisation ther photos 1 et 2). mique consiste en une calcination flash - Les grains blanchâtres (S2 % des par à une température inférieure à la tempé ticules phosphatées). rature de décarbonatation. Cette brus Grains anisotropes, poreux et riches que élévation de température provoque en endogangue carbonatée. Le cortex des contraintes différentielles sur de phosphate limpide qui les enrobe l'endogangue et fragilise les grains parfois est généralement plus fin les plus pauvres en phosphate. que celui des grains bruns (planche 1, Cette phase thermique est ensuite suivie photos 3 et 4). d'une attrition se déroulant à des tem pératures ne modifiant pas le paramètre - Les grains ambrés (S % des particules cristallographique "a" de l'apatite et phosphatées). donc sa réactivité. Ces grains présentent une structure homogène et non poreuse. Il s'agit Etant donné la présence d'endogangue généralement de débris osseux phos- carbonatée au sein des particules phos- 19 CRAIE PHOSPHATEE BRUTE 10 "/• P2 05 (1000kg) REJETS SILEX

EPAISSISSAGE SLURRIES AMENDEMENTS (CYCLONES .•. ) 3-50f.P205 PHOSPHO-CARBONATES A

SURFACE SPECIFIQUE ELEVEE GRANULES BROYAGE <5'/, P205 (550kg) (40'f.<1,um) 3-5'f.P205

SEPARATIONS BROYAGE GRANULES PRECONCENTRES A GRAVIMETRIQUES ·23"1.P205 (40'f.

SURFACE SPECIFIQUE ELEVEE

GRANULES BROYAGE 13-23'f. P205 20-23'f. P205 r------, 1 1' '...... _.' • (450kg) ; SECHAGE :-~-----' L------,------J / t -, i----- __ ..} __ ------, .------·. r------, r------,~ : CONCENTRES : FRAGILISATION : : L,..J COUPURE :._....,..._: CALCINES : ! THERMIQUE :-----... --: ATTRITION : : GRANULO. : : 23-28"/,P205 : ~ 23-28'1.P205 L------' L ...... J !...... ------.. .J L ...... ----..1-">- '

Figure 7. Esquisse d'un "flow-sheet" en vue de la concentration par voies granulométrique et gravimétrique des phosphates du gisement de Ciply. phatées, il ne peut être envisagé de dé au jour ; certaines inattendues, toutes passer u~e t~neur de 30 % P2o5 par des à caractère quantitatif. moyens mecaniques. Il est à noter que la réactivité chimi L'étude détaillée d'une ser1e de que de l'amendement phospho-carbonaté, sondages carottés, localisés à quelque du préconcentré et du concentré peut distance des limites méridionale et être augmentée par une réduction granu orientale du gisement, prolonge à 75,50 m lométrique poussée, telle que le permet la puissance maximale antérieurement tent les techniques actuelles. Ainsi, connue et révèle l'existence de trois une réduction du diamètre des particules niveaux phosphatés de teneur différente de 100 µm à 1 µm, conduit à augmenter et superposés. de 100 fois la valeur de la surface spécifique et donc la réactivité du pro La confrontation des données de duit. terrain et de sondage permet de considérer le gisement comme constitué d'une mosaïque L'existence de débouchés nouveaux pour de blocs et d'évaluer les ressources de les engrais "naturels" tels que les phos craie phosphatée à plus de 800 millions phates de Ciply ("naturels" par opposition de tonnes. Les réserves situées dans aux engrais issus de la chimie de l'acide les zones favorables sont estimées à près phosphorique) pourrait ainsi intéresser de 45 millions de tonnes. à nouveau certains producteurs belges. L'étude préliminaire des grains phos phatés a orienté plusieurs types d'essais CONCLUSIONS de valorisation. Les résultats obtenus laissent entrevoir des possibilités de Pendant toute la période d'exploita concentration jusqu'à 28 % P o à partir tion de la Craie Phosphatée de Ciply, d'un matériel titrant 8 à 10 2%5 en moyenne. diverses informations ont été publiées à propos de la constitution des grains L'étude sédimentologique détaillée phosphatés ou de certaines particulari des carottes est en cours et devrait pou tés stratigraphiques ou tectoniques voir fournir de nouveaux éléments d'in du bassin phosphaté. Les données concer formation quant à l'évolution du bassin nent les parties moyennement profondes et de nouveaux indices quant aux mécanis du bassin restaient cependant fort clair mes de la phosphatogenèse. semées et essentiellement qualitatives. Aujourd'hui, au terme d'un programme conjoint de recherche C.C.E.-S.P.P.S. S.G.B., de nouvelles données sont venues 20 REMERCIEMENTS CORNET, J. (1927) - Leçons de géologie. 674 p., !IO fig., Lamertin, Bruxelles. Nous remercions les services de la C.C.E. et le S.P.P..S. (Commission des DEMARET-FRESON, J. (1921) - Préparation mécanique des minerais, 94 p. avec figures. Autogra Communautés Européennes, Service.de ~a. phie, Faculté Polytechnique de Mons. Programmation de la Politique Scientif~ que du gouvernement.belge) de ~ous avoir accordé l'autorisation de publier quelques LECLERCQ, F. & BOUKO, P. (1985) - La Malogne. uns des résultats obtenus dans le cours Guide de l'exposition "La Malogne. Centenaire du programme de recherche MSM-079 B, . de la découverte du Hainosaure" (1885 - 1985), ainsi que le Service Géologique de Belgique 63 p. qui a été le maître d'oeuvre des sondages. "MARLIERE, R. (19 36) - Compte-rendu de 1 a Session extraordinaire de la Société géologique de BIBLIOGRAPHIE Belgique et de la Société belge de Géologie tenue à Mons les 18, 19, 20 et 21 septembre 1936. BEUGNIES, A. (1947) - Le gisement de craie phos Ann. Soc. géol. Bei.g .. , 60, 45-105, 24 fig. phatée de Saint-Symphorien. Bull. Soc. bei.ge Géol., Paléontol., Hydtc.ol., 58, 1, 95-197, MARLIERE, R. (1947) - Le passé, le présent, l'ave 5 fig. nir de l'industrie extractive des phosphates dans le Hainaut. Bul.l. Soc. Na.t. Morio, Bo'1Â. CHAMPETIER, Y., GABALLAH, I. & HENIN, J.P. (1:84) - n.a.ge, 24-25, 42-50, 2 fig. Fragilisation thermique : un nouveau proce- dé de valorisation des faciès phosphato MARLIERE, R. (1947) - Phosphates du Hainaut. carbonatés indurés. In.d. Min. FJta.nce, Centena,Ur,e Ao~. Ing. Llège, Cong~è6, 330-334, 150-156, 10 fig. fig. 3-4 ; 377, fig. 22.

CORNET, J. (1905) - Sur le faciès de la craie phosphatée de Ciply. Ann. Soc. géol. Bei.g., POELS, J.P. & ROBASZYNSKI, F. (sous °!'resse) - Les grains phosphatés de la Craie de 32, mém., 137-146, 1 fig. Ciply. Ann. Soc. géol. Bei.g. CORNET, J. (1905) - Le sondage de l'Eribut à Cuesmes. Ann. Soc. géol. Bei.g., 33, mém., RENARD, A.F. & CORNET, J. (1891) - Rech;rc~e~ micrographiqùes sur la nature et 1 origine 3-7, 1 fig. des roches phosphatées. Bul.l. Aca.d. My., 126-160, 19 fig. CORNET, J. (1907) - Le sondage de Bertaimont, à Bei.g., 3°s, 21, Mons. Ann. Soc. géol. Bei.g., 34, M 141-147. ROBASZYNSKI, F. (à paraître) - The phosphatic chalk of the Mons basin. In : SHELDON, CORNET, J. (1908) - Le deuxième sonda~e de R.P. & NOTHOLT, A. edit. "World phosphate l'Eribut, à Cuesmes. Ann. Soc. geol. Bei.g., Rock Ressources"). 35, B 317-322.

CORNET, J. (1912) - Le puits n° 1 du siège de ROBASZYNSKI, F. & MARTIN, M. (à para~tre) - l'Eribut de la Société du Levant du Flénu. Late Cretaceous phosphate stratiform Manuscrit B, 71. deposits of the Mons basin (Belgium). In : BOISSONNAS, J. & OMENETTO, P., CORNET J. (1913) - Le sondage d'Hyon avec coupe S.G.A. special publ. n° 5, Springer Verlag. es~-ouest de Cuesmes à Saint-Symphorien. Ann. Soc. géol. Bei.g., 40, 91-97, 1 fig.

CORNET, J. (1924) - Les failles de la carrière Caillaux à Ciply. Ann. Soc. géol. Bei.g., 47, B 204-211, 1 coupe. Manuscrit déposé le 13 mai 1987.

21 PLANCHE 1

Photo 7 - Grain brunâtre à cortex cérébroïde bien marqué (barr-e = 50 µm) .

Photo 2 - Section polie d'un grain brunâtre sans cortex. Le coeur du grain est faiblement poreux (barre = 50 µm)

Photo 3 - Grain blanchâtre à cortex (barre 50 µm).

Photo 4 - Section polie d'un grain blanchâtre à cortex (c). La présence d'endogangue carbonatée et de nombreux pores caractérisent ce type de grain (barre = 50 µm) •

Photo 5 - Grain ambré osseux à canal central (barre 50 µm) •

Photo 6 - Grain sphérique à cortex épais, formé d'enveloppes concentriques (barre = 50 µm) . Nota : des illustrations des structures externes et in ternes des divers types de grains sera présentée in POELS & ROBASZYNSKI (sous presse).

22 23