Généralités sur le graphite

Généralités su le graphite

Caractéristiques physico-chimiques

C’est à la fin du XVIIIe siècle que le chimiste suédois C.W. Scheele a démontré que la plombagine, ancien nom du graphite ne contenait pas du plomb mais en fait une forme cristalline particulière du carbone.

Ce n’est qu’en 1789 que le nom graphite fut donné par le minéralogiste A.G. Werner en référence du mot grec graphein (écrire).

Le graphite est l’une des formes allotropiques naturelle du Carbone, un élément chimique non-métallique, sixième élément du tableau de Mendeleiev. C’est un minéral solide noir, tendre, à éclat submétallique. Il est relativement léger, sa densité varie entre 2,1 et 2,3.

Le graphite est gras au toucher et tache les doigts et le papier. Les atomes de Carbone sont en liaison fortes avec trois de leurs voisins formant un réseau hexagonal (en nid d’abeille) dans un système planaire. Les plans hexagonaux sont faiblement liés entre eux formant des feuillets dont les plans peuvent facilement glisser les uns par rapport aux autres. Les feuillets sont superposés avec un léger décalage. Autant les liaisons entre atomes de carbone sont fortes dans un même plan, autant elles sont faibles entre les plans.

Aperçu gîtologique

Le graphite est présent soit sous forme de fines disséminations dans la roche, sous forme de concentrations dans certains faciès du minerai. Le graphite utilisé par l’industrie est soit naturel, et se rencontre dans les roches métamorphiques, soit synthétique et élaboré par graphitisation à haute température de coke de pétrole. Le graphite est un minéral formé par métamorphisme des résidus organiques, bitumes et charbons contenus dans certaines formations sédimentaires. C’est donc un minéral des roches métamorphiques. Le métamorphisme transforme les composants carbonés d’abord en graphitoïde mal cristallisé, puis en graphite de mieux en mieux cristallisé au-dessus de 400°C. Sa cristallinité est directement liée à l’intensité du métamorphisme :

– un métamorphisme régional plus intense donnera du graphite en paillettes («flakes»), le plus commun (Chine, Canada, Brésil, Madagascar), c’est le cas du gisement de la côte Est de Madagascar. Les roches-hôtes peuvent être des quartzites, des marbres, des micaschistes, des paragneiss, des quartzites. Ils sont souvent en relation avec des filons de quartz blanc. Les paillettes de graphite sont disséminées dans des roches sédimentaires riches en silice, métamorphisées (schistes, gneiss).

– le « lump graphite » (graphite en masse ou en veines) est beaucoup plus rare. Il proviendrait de pétrole métamorphisé (Jébrak et Marcoux, 2008). Il se trouve en veines (remplissage de fissures) d’une puissance de 1 cm à 1 m. C’est un graphite très pur (environ 90 % Carbone). Un tel graphite est exploité au Sri Lanka.

On peut décrire comme suit la gîtologie des trois variétés de graphite naturel :

➤ Le graphite « amorphe » (en réalité microcristallin) ou « graphitoïde » est formé par métamorphisme thermique de couches charbonneuses. Cette variété de graphite est la principale exploitée dans le monde, en gisements épais, profonds ou non, dont les teneurs en graphite peuvent aller de 50 % à 90 % (Delfau et Duhamel, 1983).

➤ Le graphite en paillettes (graphite « cristallin », en écailles, en feuillets, en «flakes») se trouve habituellement sous forme disséminée dans des roches sédimentaires affectées par un métamorphisme régional (gneiss, micaschistes, schistes, marbres, etc.). Cette variété « cristalline » est également exploitée dans des gîtes secondaires (gisements éluviaux) à Madagascar, où le graphite a été libéré de la roche originelle altérée par latéritisation. La grande taille des écailles de graphite de ces gisements éluviaux augmente la valeur marchande du produit. Ces gisements présentent en général des teneurs assez faibles en graphite (5 % à Madagascar) et la dimension des paillettes peut varier de 1 mm ou moins à 5 cm exceptionnellement.

Ce type de graphite contient généralement une teneur en Carbone supérieure à 90%, c’est le plus demandé dans le marché puisque considéré comme de haute qualité, et utilisé comme mines de crayon. On les rencontre rarement dans les roches ignées mais dans les roches métamorphiques.

➤ Le graphite en veines se trouve à grande profondeur, en remplissage de fissures, sous forme de masses de grains microcristallins. (Graphite « amorphe ») et de lamelles et agrégats fibreux ou aciculaires (graphite cristallin). Le minerai peut contenir jusqu’à 70 % et plus de Carbone. On l’appelle également graphite de Ceylan (son pays d’origine). Ce graphite s’associe généralement, à d’autres minéraux hydrothermaux comblant les fissures. Le graphite filonien a également une haute teneur en carbone de 90 à 95 %. Voici un schéma qui résume la genèse de ces trois types de graphite .

Ressources en graphite mondiale

Répartie entre les composés organiques, les hydrocarbures, les charbons et ses formes minérales (diamant, graphite, carbonates), l’abondance moyenne du Carbone dans la croûte terrestre est estimée à 0,02 %.

En réalité, il n’y a pas de chiffre exact de la réserve du graphite. Les ressources mondiales en ce metalloïde sont mal évaluées mais elles pourraient atteindre jusqu’à 800 mt (2011) dont 1 mt pour Madagascar.

Concernant celles de Madagascar, la première plombagine a été découverte en 1838 par le Reverant Ellis. Jean Laborde dans son usine à Mantasoa et ainsi a été utilisé pour la fabrication des creusets métallurgiques. Ainsi se poursuit l’étude faite par Léon Suberbie à Antananarivo qui remonte en 1904. Ce n’est qu’en 1911 que le graphite malgache se faisait une place sur le marché.

Production mondiale de graphite

La production de graphite naturel est dominée à 80 % par la Chine pour les deux formes les plus utilisées, paillettes (flakes) et « amorphe » (forme microcristalline), suivie du Brésil (8 %). Le reste de la production se répartit entre une quinzaine de pays (Inde, Canada, Corée du Nord, Sri Lanka, Autriche, Norvège, Madagascar, etc.).

Les autres pays producteurs sont, dans l’ordre : la Corée du Nord (130 kt), le Brésil (75 kt), le Canada (25 kt), l’Inde (15 kt), la Russie (12 kt), le Mexique (8 kt), l’Ukraine (8 kt) et la Norvège (8 kt).

À Madagascar, il n’y a pas de chiffre exact concernant la production mais seulement des valeurs approximatives. On peut résumer en quelques sortes dans le diagramme ci-dessous  la totalité du graphite produite par Madagascar depuis 2001 à 2011, qui regroupe tous les exportateurs de l’Ile dont parmi eux l’Établissements Gallois qui produit presque la totalité de la production avec un tonnage de 5000 t par an suivi des autres sociétés comme Ets Rostaing (Tamatave), Graphmada (Brickaville) Izouard et Luoys (Andasibe).