Les gisements de cuivre les plus précieux au monde, appelés gisements de porphyre, proviennent du refroidissement du magma. Mais comment prédire la taille de ces gisements ? Quels facteurs régissent la quantité de cuivre présente? Chercheurs à l'Université de Genève (UNIGE), La Suisse, ont étudié plus de 100, 000 combinaisons pour établir la profondeur et le nombre d'années nécessaires au magma pour produire une quantité donnée de cuivre. Les mêmes scientifiques ont également mis au point un modèle permettant de détecter la quantité de cuivre contenue dans un gisement au moyen d'une simple analyse factorielle. La recherche, qui est publié dans la revue Rapports scientifiques , permettra d'estimer le potentiel d'extraction du métal avant de commencer tout forage. C'est un modèle qui sera sans aucun doute d'une grande utilité pour les sociétés minières.

Les gisements de cuivre porphyrique représentent 75 % du cuivre naturel dans le monde. Ils sont formés de chambres magmatiques situées entre 10 et 15 km sous la surface de la Terre. A cette profondeur, le magma chauffe à environ 900°C mais au contact de la roche environnante, il se refroidit et se cristallise. L'eau du magma ne peut alors plus être en solution :elle forme des bulles qui s'échappent à la surface, emportant avec eux une partie substantielle du cuivre contenu à l'origine dans le magma. A une profondeur d'environ 2-3 km, les bulles se refroidissent dans les porosités des roches, et précipiter le cuivre qu'ils contiennent sous forme de sulfure, création de dépôts pouvant inclure de 1 à> 200 millions de tonnes de cuivre. Cela explique pourquoi Massimo Chiaradia et Luca Caricchi, chercheurs du département des sciences de la terre de la faculté des sciences de l'UNIGE, étaient si désireux de découvrir ce qui dicte la quantité de cuivre dans un gisement et s'il était possible d'anticiper sa taille.

Plus de magma signifie plus de cuivre

Le volume de magma détermine la quantité de cuivre, mais dans quelles conditions se forme le volume du magma initial ? Chiaradia explique :« Nous avons utilisé des modèles qui intègrent la profondeur et l'échelle de temps à laquelle le magma s'accumule, la durée de l'accumulation qui forme le dépôt, la teneur en eau du magma et la quantité de cuivre dans l'eau. Nous avons ensuite fait varier ces paramètres d'un minimum à un maximum en fonction des mesures réelles." En modifiant les paramètres, les scientifiques ont obtenu 100, 000 simulations qu'ils comparent aux données réelles dont ils disposent, qui a permis de définir les conditions idéales pour la formation d'un immense gisement. Comme Caricchi ajoute :« Les conditions optimales pour créer un système magmatique qui aboutit à la formation d'un gisement de 30 à 240 millions de tonnes de cuivre sont une profondeur de plus de 20 km et un temps d'injection continue de magma en fusion de plus de 2 millions d'années. "

A la recherche du gisement idéal

Le magma contient de l'eau, cuivre et divers autres composants chimiques, y compris le Strontium (Sr) et l'Yttrium (Y). On sait que lorsque le rapport Sr divisé par Y est compris entre 50 et 150 dans le magma, il y a une forte probabilité de trouver du cuivre dans le gisement. Les chercheurs de l'UNIGE ont intégré ce ratio dans leur nouveau modèle et l'ont fusionné avec le temps de formation estimé des gisements. D'autres minéraux sont associés au cuivre dans ces gisements, ce qui permet aux scientifiques de les dater grâce à la désintégration naturelle de l'uranium en plomb et du rhénium en osmium. Cela a permis aux scientifiques d'établir l'âge, c'est-à-dire la naissance, mais aussi la longueur, c'est-à-dire le nombre d'années, pour former un gisement de cuivre, qui peut aller de dizaines de milliers d'années à deux millions d'années. « Ces deux données, le rapport Sr/Y et la durée de la formation, ont permis de concevoir une table de probabilités pour déterminer la quantité de cuivre dans le gisement analysé », poursuit Chiaradia. Les sociétés minières pourront utiliser ce modèle pour évaluer la taille d'un gisement de cuivre au stade de la recherche initiale, avant de commencer tout travail de forage important. « Notre modèle, " dit Caricchi, "que nous avons comparé à des données réelles, a un excellent taux de correspondance, et cela peut permettre d'économiser énormément de temps et d'argent lors des explorations minières."