De nouveaux outils et connaissances pour l’approvisionnement européen en matières premières orthomagmatiques (critiques)
La structure en couches de la Terre est riche en métaux. Situé au-dessus du noyau, le manteau est l’enveloppe la plus épaisse. Il est constituée de roches fondues ou semi-fondues très chaudes (magma) qui créent des «courants» lorsque ces roches chaudes remontent des profondeurs vers la croûte mince et externe et que les roches plus froides descendent. Le magma (appelé lave lorsqu’il atteint la surface de la Terre) forme des roches ignées riches en minéraux lorsqu’il refroidit et se cristallise. Les gisements de minerais sulfurés et oxydés «orthomagmatiques» ont été le principal centre d’intérêt du projet SEMACRET(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) financé par l’UE. Il a pris en compte les systèmes et processus terrestres au-delà des gisements minéraux conventionnels afin de mener une exploration durable des matières premières (essentielles) pour une transition énergétique verte. Les scientifiques ont étudié les magmas dérivés du manteau, améliorant la compréhension des processus de formation des minerais, depuis les sources magmatiques de métaux des profondeurs de la Terre jusqu’à la cristallisation et la formation de gisements minéraux à faible profondeur.
Approche des systèmes minéraux
«SEMACRET a fait appel à des simulations avancées pour mieux comprendre la génération du magma, le transport du magma en profondeur et les interactions entre le magma et la croûte pendant les processus de formation du minerai. Le travail de modélisation a été complété par des études expérimentales sous hautes températures qui ont permis d’élucider le rôle des roches hôtes favorables à la formation du minerai», explique le coordinateur du projet, Shenghong Yang, de l’université d’Oulu(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Les recherches menées dans le cadre du projet se sont concentrées sur des contextes de «rifting» et «d’orogénèse», où respectivement, les plaques tectoniques se séparent et déclenchent des événements sismiques et la formation de magma, ou se heurtent et se déforment (créant des montagnes). Le projet a permis d’identifier la principale source de métaux dans les environnements de rifting, des structures appelées panaches mantelliques (de grandes colonnes de roches chaudes s’élevant à travers le manteau). Les scientifiques ont également révélé que la structure de la lithosphère (la croûte et le manteau supérieur) peut contrôler la formation de gisements spécifiques. SEMACRET a conclu que, dans les contextes orogéniques, le manteau lithosphérique sous-continental et la volatilité plus élevée des magmas jouent un rôle important dans la génération et l’ascension des magmas. «SEMACRET a également amélioré divers indicateurs utilisés pour déterminer les zones à fort potentiel en utilisant des géodonnées non conventionnelles reflétant la structure lithosphérique profonde et les processus géologiques», souligne Shenghong Yang. Il a, par exemple, utilisé des données sismiques pour prédire certains réservoirs magmatiques profonds.
Des méthodes innovantes d’inversion géophysique
SEMACRET a notamment mis au point des «méthodes d’inversion géophysique» innovantes, essentielles pour l’exploration minière à faible impact. Ces techniques mathématiques permettent d’estimer les propriétés du sous-sol à partir de mesures géophysiques prises à la surface ou à proximité de la surface. Par exemple, «l’imagerie sismique passive à faible impact environnemental est couramment utilisée pour l’imagerie des structures terrestres profondes. Dans le cadre de SEMACRET, nous avons développé une méthode d’inversion innovante qui cible les corps minéralisés dans la croûte peu profonde, à quelques kilomètres de profondeur», explique Shenghong Yang. SEMACRET a également développé des méthodes d’inversion électromagnétique 3D optimisée et de «gradiométrie magnétique à tenseur complet», une méthode relativement récente dans le domaine de l’exploration. Enfin, la polarisation induite est une autre technique d’inversion géophysique très utile pour les gisements à faible teneur en sulfures, lorsque le signal électromagnétique n’est pas dominant. «Les études de polarisation induite sont généralement basées au sol. SEMACRET a extrait le signal de polarisation induite à partir de données électromagnétiques aéroportées plus performantes et plus rapides à obtenir», explique Shenghong Yang. L’équipe a développé un plugin QGIS(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) qui intègre le traitement, l’inversion et la visualisation des données électroniques et électromagnétiques afin d’aider d'autres acteurs de l'exploration durable.
Modéliser la prospectivité minérale 3D à l’aide de bases de données de carottes de forage
«SEMACRET a également développé une modélisation de la prospectivité minérale en 3D basée sur l’apprentissage automatique et une modélisation des ressources pour les gisements de sulfure de nickel-cuivre à partir de bases de données de carottes de forage», ajoute Shenghong Yang. Ceci peut considérablement réduire les forages d’exploration. SEMACRET a mis au point des solutions durables, à faible impact ou sans impact, pour l’exploration minière à l’échelle régionale et locale. Elles devraient soutenir les feuilles de route des sociétés d’exploration et des décideurs politiques visant à garantir un approvisionnement durable en matières premières (essentielles) pour la transition énergétique verte de l’Europe.
