influence de la magnetite dans le comportement magnetique des

Journal des Sciences
S. Naba et al / J. Sci. Vol. 4, N° 1 (2004) - 20 -
INFLUENCE DE LA MAGNETITE DANS LE COMPORTEMENT
MAGNETIQUE DES ROCHES.
APPLICATION A LA CARTOGRAPHIE GEOLOGIQUE.
NABA Séta*, LOMPO Martin*, KAGAMBEGA Nicolas*, MININGOU Mariette*
et DIALLO Pathé Dinna**
* Département de Géologie, Université de Ouagadougou, 03 BP 7021, Ouagadougou 03, Burkina
Faso,
** Département de Géologie, Université Cheikh Anta Diop de Dakar, BP 5396 Dakar - Fann ,
Sénégal
Correspondance: [email protected]
Abstract:
The Paleoproterozoic TTG (Tonalites, Trondhjemites,
granodiorites) and biotite bearing granites have been mapped
on a 3000 km2 area in Eastern Burkina Faso (West Africa).
Cores samples have been taken in this area using a regular
grid of 2 x 2 km. The results of magnetic susceptibility
measurement show that the high values are due to presence of
magnetite’s particles in the rocks. These magnetite’s particles
disseminated in rocks explain the lack of correlation between
rocks nature and the total magnetic field anomalies. To make
profitable aeromagnetic data particulary in mining prospecting
it is recommended to dispose of petrophysics data (magnetic
susceptibility and magnetic mineralogy) for reliable
geological interpretation.
Résumé:
Des complexes TTG (Tonalites, Trondhjémites, granodiorites)
et des granites à biotite d’âge paléoprotérozoïque ont été
cartographiés sur une superficie de 3000 km2 dans la région
Est du Burkina Faso (Afrique de l’Ouest). Ces roches ont
aussi fait l’objet d’un échantillonnage carotté sur une maille ±
régulière de 2 km x 2 km. La minéralogie magnétique et les
mesures de susceptibilité magnétique effectuées sur ces
granitoïdes montrent que les fortes valeurs de susceptibilité
magnétique sont dues à la présence de magnétites dans les
roches. Cette magnétite disséminée dans les roches granitiques
est la cause majeure du manque de corrélation entre le faciès
pétrographique et les anomalies du champ magnétique total
(CMT).
Pour rentabiliser les données de l’aéromagnétisme notamment
dans le domaine de la prospection minière, il est recommandé
de disposer de données pétrophysiques (susceptibilité et
minéralogie magnétique) pour des interprétations géologiques
fiables.
Keywords : West Africa, Burkina Faso, Total magnetic field,
Magnetic susceptibility, aeromagnetic, magnetite, granitoids,
mapping.
Mots clés : Afrique de l'Ouest, Burkina Faso, Champ
Magnétique Total, Susceptibilité Magnétique,
Aéromagnétisme, Magnétite, Granitoïdes, Cartographie.
INTRODUCTION
La susceptibilité magnétique est dans certaines
conditions, un puissant moyen d’étude des faciès
pétrographiques et permet même à l’intérieur d’un
même massif granitique, de mettre en évidence les
différents types pétrographiques (Gleizes, 1992,
Bouchez, 1997). On peut donc utiliser la technique
de susceptibilité magnétique, pour préciser les
interprétations géologiques à des échelles
cartographiques et plus précisément, à partir des
données de géophysique aéroportée, largement
disponibles pour le Craton Ouest Africain (levés :
Ghana, 1960, 1995-97, 1997-98 ; Togo, 1964 ;
Burkina Faso, 1970, 1983, 1988-89, 1989-2000 ;
Mali, 1977 ; Niger, 1977, 1995 ; Sénégal, 1962 ;
Côte d’Ivoire, 1976 ; Liberia, 1968 ; Sierra Leone,
1958 ; Guinée, 1981, 1997) (voir Paterson, 1997).
En effet, les données aéromagnétiques sont utilisées
couramment pour détecter les zones d’anomalies
magnétiques susceptibles de correspondre à des
concentrations métallifères, et pour la
reconnaissance géologique à différentes échelles
cartographiques, surtout dans les régions où la
couverture de sols ou de végétaux est importante.
Théoriquement, la variation des réponses
magnétiques indique celle de la nature ou de la
forme des corps géologiques mesurés.

S. Naba et al / J. Sci. Vol. 4, N° 1 (2004) - 21 -
Cependant, il est bien établi (Henkel, 1991; Clark,
1997) que le passage des informations magnétiques
aux informations géologiques est très délicat. Il n’est
pas possible d’attribuer de façon univoque un type
de roche à une signature magnétique. La seule
mesure des propriétés magnétiques n’a de sens que
si on peut les relier, au moins au premier ordre, avec
les sources de ces propriétés, c’est-à-dire les
minéraux magnétiques de la roche. Ainsi, la
présence de minéraux ferromagnétiques tels que la
magnétite, confère à la roche un comportement
ferromagnétique produisant des réponses de
susceptibilité totale très élevées (> 50 x 10-5 SI).
La majeure partie du Craton Ouest Africain est
couvert par des levés aéromagnétiques disponibles,
mais à utilisation malheureusement limitée dans le
secteur minier ; l'optimisation de cette utilisation
peut se faire sur la cartographie géologique, en
associant des données pétrophysiques. Très peu
d'études représentatives (régionales) de susceptibilité
magnétique ont été faites en Afrique de l'Ouest.
Le but de cet article est : (i) de caractériser la phase
minérale à l’origine du comportement
ferromagnétique des granites, (ii) d’expliquer le
manque de corrélation dans ces conditions entre la
susceptibilité magnétique et le faciès pétrographique
d’une part et entre les données du champ
magnétique total et le faciès pétrographique d’autre
part, (iii) de mettre à contribution la susceptibilité
magnétique dans l’interprétation des données de la
géophysique aéromagnétique.
MINERALOGIE MAGNETIQUE
Ms
Mr
Ferromagnétisme
(Magnétite, titanomagnétite...)
Kf
Kaf
Kdia
Diamagnétisme
(quartz, feldspath, calcite, ...)
Antiferromagnétisme
(hématite, ilménite, ...)
K
p
ara
Paramagnétisme
(micas, amphibole, ...)
Figure 1
Aimantation
Champ inducteur (H)
Figure 1 : Courbes d'aimantation en fonction du
champ pour les différents types de
comportements magnétiques (Kdia, Kpara, Kaf,
et Kf sont respectivement les susceptibilités
diamagnétique, paramagétique,
antiferromagnétique et ferromagnétique ; Mr =
aimantation rémanente ; Ms = aimantation à
saturation ; H = champ inducteur (d'après
Gleizes, 1992).
La minéralogie magnétique a pour objet la
caractérisation des phases minérales responsables du
comportement magnétique global de la roche. Les
minéraux sont classés globalement en quatre grandes
familles selon leur état magnétique (fig.1) en
présence ou en l’absence d’un champ extérieur
(Hrouda, 1982 ; Bouchez, 1997).En l’absence d’un
champ extérieur, les minéraux diamagnétiques,
paramagnétiques et antiferromagnétiques ont une
susceptibilité magnétique nulle. Ce qui n’est pas le
cas pour les minéraux ferromagnétiques au sens
large. En présence d’un champ extérieur, les
minéraux diamagnétiques ont une susceptibilité
négative. Les minéraux paramagnétiques et
antiferromagnétiques ont une susceptibilité positive
et faible. Les minéraux ferromagnétiques ont une
susceptibilité positive et forte. Pour cette dernière
famille, il subsiste une aimantation lorsque le champ
extérieur cesse d’agir : c’est l’aimantation
rémanente. Au-dessus des températures
respectivement de Néel et de Curie, les minéraux
antiferromagnétiques et ferromagnétiques prennent
un comportement paramagnétique.
Dans les roches granitiques, les minéraux
diamagnétiques sont en général les silicates blancs
(quartz, feldspath) et la calcite. Les minéraux
paramagnétiques sont les silicates ferrifère (micas,
amphibole, pyroxène, etc.). Les minéraux
antiferromagnétiques sont l’hématite et l’ilménite et
les minéraux ferromagnétiques sont la magnétite, la
titanomagnétite et la pyrrhotite monoclinique. En
générale la magnétite cristallise en phase avec les
silicates ferromagnésiens de la roche lorsque la
fugacité en oxygène du magma l’autorise (Bouchez,
1997).
Dans les granites paramagnétiques seuls les silicates
ferrifères ont une contribution majeure à la
susceptibilité de la roche. Dans ce cas la
susceptibilité globale de la roche est ≤ 50 x 10-5 SI
(Rochette, 1987 ; Jover et al.,1989, Gleizes, 1992 ;
Bouchez, 1997). Alors que dans les granites
ferromagnétiques en plus des silicates ferrifères, on
note la présence de particules magnétiques. Ce sont
ces dernières qui ont une forte contribution à la
susceptibilité totale de la roche. Leur susceptibilité
est > à 50 x 10-5 SI. On peut alors définir deux types
principaux de granites (Rochette, 1987 ; Jover et
al.,1989, Gleizes, 1992 ; Bouchez, 1997) : (1) les
granites paramagnétiques et (2) les granites
ferromagnétiques. Cette distinction rejoint celle qui
est faite au japon (Ishihara, 1977, Takahashi et al.,
1980) entre granites à ilménite (paramagnétiques) et
granites à magnétite (ferromagnétiques).

S. Naba et al / J. Sci. Vol. 4, N° 1 (2004) - 22 -
ZONE D'APPLICATION - CADRE GEOLOGIQUE
Figure 2a : Carte géologique de synthèse de la
région du Liptako-Gourma (Naba et al., 2000) 1-
roches vertes birimiennes, 2- granitoïdes foliés, 3-
granitoïdes non foliés, 4- Couverture
sédimentaire 5- Trajectoires de schistosité
(structures précoces) 6- failles, 7- Zone d’étude
1
2
3
4
5
6
TENKODOGO
Kindzéoguin
SATENGA
DIABO
Tibga
Diapangou
YAMB A
12°20'
N
12°00'
N
0°00
0°20'W 0°20'E
11°40'
N
0510 km
0°20'W 0°00' 0°20'E
11°40'
N
12°00'
N
12°20'
N
12°40'
N
12°40'
N
FADA N'GOURMA
Figure 2b
Figure2b : Zone d'étude : Levé SM et ASM
(Naba, 1999). 1- ceintures de roches vertes, 2-
Encaissant Tonalites -Trondhjémites -
granodiorites (TTG), 3- Granite à biotite de type
Alignement Plutonique Tenkodogo-Yamba 4-
Sites d’échantillonnage pour les mesures de
susceptibilité magnétique 5- Trajectoires de
schistosité/foliation (interprétées à partir des
mesures structurales de terrain des auteurs
antérieurs). 6- failles.
Les observations présentées dans cette note, ont été
faites dans la région Est du Burkina Faso (fig. 2a)
constituée à 80% de granitoïdes (Vyain, 1967 ; Bos,
1967 ; Hottin et Ouédraogo, 1975). 70% de ces
granitoïdes sont des complexes de type TTG, c'est à
dire, composés de tonalites, trondjhémites et
granodiorites (Pons et al., 1995 ; Naba, 1999). Au
sein de ces complexes, affleurent des granitoïdes de
génération postérieure, qui sont essentiellement des
granites à biotite sans foliation majeurs observables
sur le terrain (Lompo et al., 1995). Notre étude porte
sur l’Alignement Plutonique Tenkodogo-Yamba
(APTY), granite à biotite, qui s’étend sur 125 km
avec 15 à 25 km de large. Son encaissant est
totalement constitué par un batholite TTG, sauf dans
la partie NE où l'APTY est en contact avec une
ceinture de roches vertes(fig. 2b).
METHODOLOGIE
Trois niveaux d'approche ont soutenu nos
observations :
(1) L’étude de la minéralogie magnétique des
granites paramagnétiques se fait généralement au
microscope polarisant (caractérisation des silicates
de la roche). Celle des granites ferromagnétiques est
par contre plus complexe. La caractérisation des
minéraux magnétiques peut se faire par la mesure
des températures de déblocage. Cette température
correspond à la température de curie ou de Néel et
est propre à chaque minéral ferromagnétique
(Archanjo et al., 1995 ; Clark, 1997). Elle peut aussi
se faire par l’étude au microscope polarisant
(Lumière réfléchie). L’étude de la minéralogie
magnétique de l’APTY a été réalisée au microscope
polarisant (en lumière transmise et en lumière
réfléchie).
(2) Pour les données de susceptibilité magnétiques
des roches, l’échantillonnage a été fait suivant une
maille plus ou moins régulière de 2 x 2 km, couvrant
l'ensemble de l’APTY et une partie de l'encaissant
immédiat ; un total de 273 sites ont été
échantillonnés sur une superficie d’environ 3000
km2 et se répartissent comme suit : 230 sur l’APTY
et 43 sites sur l'encaissant TTG. Dans chaque site
deux échantillons carottés distants de 0,5 m à 10 m
ont été prélevés soit un total de 546 échantillons
carottés. Chaque carotte est débitée en forme
cylindrique de diamètre 2,5 cm (diamètre de la
carotteuse) et de hauteur 2,2 cm. Quatre de ces
échantillons cylindriques sont retenus par site pour
les mesures de susceptibilité magnétique. Les
mesures ont été effectuées à l’aide du susceptomètre
Kappabridge Kly2 Digico (Laboratoire de
pétrophysique et de tectonique de Toulouse) opérant
en champ alternatif faible (4 x 10-4 T) avec une
fréquence de 920 Hz. On calcul ensuite la

S. Naba et al / J. Sci. Vol. 4, N° 1 (2004) - 23 -
susceptibilité axiale de l’échantillon pour 15
positions différentes dont certaines sont symétriques
2 à 2. La susceptibilité moyenne (Km = Σ Ki/4) de
chaque site est ensuite calculée à partir des
susceptibilités des quatre échantillons du site (voir
Naba, 1999).
(3) Pour une application à l'échelle cartographique,
nous avons comparé nos données ASM à ceux du
levé aéroporté (Paterson et al., 1985) qui a été réalisé
à l’aide de magnétomètres à précession nucléaire
(protons), donnant des enregistrements numériques à
un intervalle d’une seconde sur des bandes
magnétiques avec une résolution de 0,1 nT. Ces
données ont été lissées, compilées et présentées sous
forme de cartes d’anomalies magnétiques du champ
total après soustraction du champ de référence
géomagnétique international pour la période des
travaux. L’anomalie magnétique dans ce cas reflète
la variation de la teneur en minéraux magnétiques
des roches voisines de la surface (Telford et al.,
1974).
RESULTATS
Analyse de la susceptibilité magnétique. Sur
l’ensemble de l’aire d’étude, 70,2 % des sites sont
ferromagnétiques (Km > 50 x 10-5 SI), 19 % des
sites sont paramagnétiques (Km ≤ 50 x 10-5 SI) et
10,8 % des sites sont mixtes (site où au moins un des
échantillons est ferromagnétique). Afin de pouvoir
comparer les données de susceptibilité magnétique
et ceux du champ magnétique total (CMT),
seulement une distinction est faite entre le
paramagnétisme et le ferromagnétisme. Par
conséquent, les sites mixtes en moyenne
ferromagnétiques seront additionnés aux sites
purement ferromagnétiques et les sites mixtes en
moyenne paramagnétiques, seront additionnés aux
sites purement paramagnétiques. Ce qui fait observer
des proportions de 76,68% de sites ferromagnétiques
contre 23,32% de sites paramagnétiques.
Le contourage des données de susceptibilité
magnétique en aires d’isovaleurs (fig. 3) montre que
les granites paramagnétiques (contours d’isovaleurs
≤ 5 x 10-4 SI) occupent des îlots noyés dans les
domaines de granites ferromagnétiques (contours
d’isovaleurs > 5 x 10-4 SI). Le ferromagnétisme
dominant, indique que l’essentiel des granites sont
porteurs de minéraux ferromagnétiques tels la
magnétite. Cette magnétite se distribue par ailleurs
de manière aléatoire, en témoigne les nombreux
maxima isolés dans l’APTY et dans son encaissant
TTG. Cette mauvaise répartition est également
constatée à l’échelle d’un site ou d’une carotte. La
grande variabilité des données de susceptibilité
magnétique suggère alors une dissémination de la
phase minérale responsable du comportement
ferromagnétique des granites (fig. 4).
Figure 3 : Mesures de susceptibilité magnétique.
Isovaleurs de susceptibilité magnétique (Km
en10-4 SI) des granites de l'Alignement
Plutonique Tenkodogo-Yamba et du proche
encaissant TTG. L’intervalle des courbes est de 5
x 10-4 SI
-1
-1,5
-2
-2,5
-3
-3,5
-4
-4,5
-5
-5,5
-6
-0,5
-1,2-1,5-1,8-2,1-2,4-2,7-3-3,3-3,6-3,9-4,2-4,5
lo
g
(Km)
lo
g
[s(Km)]
Sites "mixtes" à
Km 50 x 10 SI
£
-5
Sites paramagnétiques
(Km 50 x 10 SI)
£
-5
Sites ferroma
g
néti
q
ues
Km > 50 x 10 SI
-5
-6,5
Fi
g
ure 4
Figure 4 : Ecart moyen de la susceptibilité
magnétique du site (4 échantillons) en fonction de
la susceptibilité moyenne pour l'ensemble des
sites de l'alignement et de l'encaissant TTG.
Minéralogie magnétique. Pour les granites
paramagnétiques de l’APTY, les principaux
contributeurs à la susceptibilité sont la biotite et dans
une moindre mesure, la muscovite. A ces minéraux
s’ajoute l’amphibole présente dans l’encaissant
TTG. Pour les granites ferromagnétiques l’étude en
lumière réfléchie (fig. 5) montre que la fraction
ferromagnétique est essentiellement constituée de

S. Naba et al / J. Sci. Vol. 4, N° 1 (2004) - 24 -
cristaux de magnétites de dimensions comprises
entre 10 µm et 0,5 cm (Photo 1). Ces dimensions
attestent du caractère polydomaine des grains de
magnétites (Bouchez, 1997). Les cristaux sont soient
isolés ou en agrégats légèrement anisotropes (Photo
2). Le cristal individuel, quelque soit ses
dimensions, présente souvent une texture de
remplacement caractérisée par une martitisation
d’hématite (Photo 3). Dans d’autres cas le
remplacement est un peu plus avancé et se traduit
par l’existence de cristaux entiers d’hématite
présentant des taches de magnétite non encore
transformée (Photo 4). Au contact de cette
magnétite partiellement transformée, il y a souvent
des cristaux d’ilménite (Photo 5). De l'ilménite se
trouve également en exsolution dans la magnétite.
Ces particules magnétiques (magnétite, hématite et
ilménite) s’observent dans les zones à forte
concentration de silicates ferromagnésiens (biotite et
amphibole) et plus rarement au contact des silicates
blancs. Dans tous les cas, le contact entre la particule
magnétique et le silicate est plus ou moins bien
tranché. D’autres minéraux de magnétite et
d'ilménite se retrouvent en inclusion dans les
minéraux ferromagnésiens et, dans ce cas présentent
une texture anisotropique suivant la section
longitudinale du cristal (Photo 6). On constate que
la magnétite (± martitisée d’hématite) et l’ilménite
cristallisent bien en phase avec les autres minéraux
de la roche, en témoigne la forme des interfaces
particules magnétiques - silicates plus ou moins
rectilignes. D’autres part, on observe une forte
présence d’ilménite dans la quasi-totalité des
échantillons observés. Cette forte présence
d’ilménite est d’ailleurs confirmée par le rapport
TiO2/Fe2O3 Total compris entre 0,05 et 0,19 pour les
échantillons analysés chimiquement (Naba, 1999) et
des proportions modales d’ilménite plus fortes que
celles de magnétite dans la totalité des granitoïdes à
biotite. Cette tendance est inversée dans les sites de
l’encaissant TTG (Tableau I et fig. 6).
30
40
50
60
70
T18
DD 130
KI 17
DD 79
DD 28
YB 28
YB 128
T15*
DD 17*
EE 4*
DD 138*
Magnétite
Ilménite
Pr
o
p
o
rti
o
n
s
r
e
l
a
tiv
e
s
(
e
n
%)
Sites (échantillons) de l’alignement Sites (échantillons) de
l’encaissant TTG
Figure 6
(*) = site de l’encaissant TTG
Figure 6 : Répartition de la magnétite et de
l’ilménite dans les sites de l’alignement et de son
proche encaissant TTG.
Site T18 KI17 DD130 DD79 DD28 YB28 YB128 T15*DD17* EE4* DD138*
Magnétite 40,74 37,37 42,65 43,48 35,42 42,59 45 47,47 51,82 65,35 65,74
Norme
Ilménite 59,26 62,63 57,35 56,52 64,58 57,41 55 52,53 48,18 34,65 34,26
Tableau I : Proportions normatives comparatives de magnétites et d’ilménites.
(*) : sites de l’encaissant TTG
Limites de l’alignement plutonique Tenkodogo-Yamba
Figure 7a
0°00’
0°15’ W
0°15’E 00°30’E
0°00’0°15’ W
12°00’ N
12°15’ N
11°45’ N
12°00’ N
10250
10200
10200
10200
10100
10100
10100
10200
TENKODOGO
10100
10100
10150
10100
10200
10200
10100
10150
10100
9900
10000
10200
10200
10100
10200
10200
10100
10200
10200
10200
10200
DIABO
10200
10100
10200
10100
DIAPANGOU
10100
YAM BA
10200
024 6810 km
Figure 7a : Données aéromagnétiques (Paterson et al., 1985). Isovaleurs du champ magnétique total
(en nano-Teslas). L’intervalle des courbes est de 50 nT.