Roche phosphatée

La valence du phosphore est une valence stable. On observe donc la formation de (PO₄)³⁻

• Apatite : (calcium, magnésium, azote)₁₀(PO₄)_6-x(CO₃)_xF_y(F, OH)₂
• Pristine : fluor-apatite
• Francolite : par substitution PO₄ en CO₃
• Dallite : par substitution F en OH
• Thuyaminite : contient une phase d'uranium jaune
• Vivianite : phosphate de fer
• Pyromorphite : phosphate de plomb
• Turquoise : phosphate de cuivre et aluminium

Des substitutions du calcium sont aussi possibles avec le potassium, le strontium, l'uranium et le thorium. PO₄ peut se substituer par SiO₄, AsO₄, VO₄. L'uranium contenu en substitution peut être utilisé pour une datation absolue aux isotopes radioactifs. La solubilité des phosphates augmente avec la présence de carbonates. La présence de magnésium empêche la croissance de l'apatite.

Les éléments des roches phosphatées sont soit phosphatés, soit phosphatisés, selon s'ils contiennent naturellement du phosphore ou si celui-ci s'est introduit dans l'élément de manière secondaire, par diagenèse ou autre processus. Ces éléments peuvent être des os, des ooïdes, des oncolithes, des oncoïdes, des pellets, des nodules, des concrétions, des lithoclastes...

L'étude macroscopique des éléments révèle des formes très diverses et est donc peu fiable.

Une classification de ces éléments, celle de D. Giot, tient compte de la taille et de la forme des éléments. On peut aussi classer les éléments par leur disposition dans l'espace, précisément de leur répartition en fonction de leur position dans le domaine tidal :

• phopho-muds en domaine subtidal ;
• phophochèmes en domaine intertidal ;
• phosphoclastes en domaine intertidal à barrière ;
• concrétions après dépôt en domaine côtier et de plateau continental ;
• grains et croûtes phosphatées en milieu côtier et supratidal.

On distingue suivant la classification minéralogique internationale de 1974 les roches phosphatées en deux groupes :

• les roches de la famille de l'apatite. Ces phosphatites contiennent des cristaux important et pas nécessairement comme l'apatite des mailles à base de chlore et de fluor.
• les autres roches dénommées phosphorites qui sont des chaux phosphatées, parfois blanchâtre, grisâtre ou pâle, mais souvent colorées en jaunes ou rouges. Les phosphorites se classent par type de minéral, par texture, par structure, par nature de l'exogange et surtout par leur richesse en P₂O₅ qui doit être supérieur à 17 %. Les phosphatites se classent selon la présence d'éléments figurés et la taille des éléments.

La classification industrielle classe trivialement les roches phosphatées selon leur teneur utile en P₂O₅.

Différentes théories tentent d'expliquer les origines des apports phosphatés.

• En milieu continental : apports de minéraux par lessivage des sols, déplacements et concentration de débris organiques (coprolithes, ossements). Les gisements inclus dans les karsts sont souvent dus à des accumulations osseuses (phosphatières du Quercy, par exemple).

• En milieu insulaire, la forte production de guano par les oiseaux et la considérable quantité de poissons seraient à l'origine de gisements concentrés mais peu étalés (Iles Chincha au Pérou). L'altération des gisements aurait lieu lors de transgressions marines et l'apatite pourrait se former.
• En milieu marin : les océans sont des réserves très importantes de phosphates.

Selon la théorie d'Alexander Vasilyevich Kazakov (1937), le phosphore serait apporté par les remontées d'eau (« upwellings ») côtières. En effet, ces zones sont riches en phosphates solubles ou insolubles (en suspension). La quantité de PO₄ varie avec la profondeur et la température.

Former une roche phosphatée demande une concentration importante en phosphore, ce qui est possible en milieu biologique, comme l'eau de mer. L'apatite se forme dans les milieux vaseux contenant des phosphores dissous, milieux soumis à la diagenèse précoce.

Plusieurs facteurs peuvent permettre le déclenchement de la genèse par modification du milieu. On peut citer des apports de calcium et magnésium par volcanisme, un passage à une plus faible profondeur avec les variations eustatiques, une relative stabilité due à une absence de tectonique, un calme en termes d'érosion diminuant les apports terrigènes...

Le phosphate se formerait par synthèse. En effet, il est utilisé par notre corps pour former l'ADN, à l'intérieur de nos cellules. Expérimentalement, il est possible de former du phosphate par mélange d'ARN, d'eau et de bactéries. La question du rôle des bactéries dans la genèse des phosphates reste une question ouverte. Diverses théories suggèrent que des microbes pourraient servir de germe aux cristaux d'apatite ainsi que les mattes microbiennes joueraient un rôle dans la fossilisation des corps mous phosphatés. Du phosphate se formerait aussi par l'intermédiaire des acides humiques permettant la fabrication de phosphate de manière précoce à partir de phytoplancton.

D'autres moyens de genèse sont tout aussi importants. Naturellement, il se forme par biogenèse, chez les poissons et vertébrés, mais aussi par précipitation directe en dépôts organiques.

Le phénomène d'épigénèse sur des bioclastes seraient à l'origine d'une très grande partie des éléments phosphatés.

À titre d'exemple, on peut citer le gisement du Pérou dans lequel se forment deux à cinq centimètres de sédiments tous les 1 000 ans avec quelques millimètres seulement de croûte phosphatée grâce à un courant marin de 6 à 23 cm par seconde sur 700 mètres de profondeur.

Une telle formation est possible dans des environnements combinant stabilité, activité et faible énergie. Ils peuvent être des micro environnements comme des interstices ou des coquilles, à savoir des milieux réducteurs mais oxygénés permettant oxygénation de la matière organique, étant ouverts pour laisser passer le phosphore mais confinés. Il s'y effectuerait une précipitation directe en remplissage de cavités. Il peut aussi s'agir de macro environnements permettant un piégeage de matière organique, oxygénés.

• Guano
• Nauru
• Banaba
• Makatea (île)

• Cojan I. et Renard M. Sédimentologie Ed. Dunod
• Cours de sédimentologie de 2nde année de Géosciences

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