Les nouvelles technologies à rayons X révèlent certains des processus incroyables qui ont eu lieu dans l'histoire géologique de la Terre et devraient nous aider à identifier de nouveaux minerais de grande valeur.

Nous voyons que certaines des accumulations de métaux les plus précieuses jamais extraites par les humains se sont formées à partir de roches en fusion, et en particulier à partir de minéraux sulfurés fondus (ceux dont le soufre est un composant majeur).

Ces accumulations de métal, appelés gisements de minerai, contenir du nickel, cuivre et cobalt – des métaux qui sont des composants essentiels des batteries lithium-ion.

Même aux prix actuels, de grands exemples de ces gisements une fois fondus contiennent des centaines de milliards de dollars de nickel, généralement avec des sous-produits précieux du cuivre, cobalt, platine et palladium.

Nous devons continuer à trouver de nouveaux, des gisements à haute teneur - comme le gisement Nova-Bollinger récemment découvert à l'est de Kalgoorlie en Australie occidentale - pour faire face à l'augmentation inévitable de la demande. Sur les projections actuelles, il en faut un nouveau chaque année pour répondre à la demande de nickel dans les batteries lithium-ion.

Une meilleure compréhension de la formation de ces dépôts, profondément dans la croûte terrestre il y a des millions d'années, nous aidera à améliorer notre taux de réussite en exploration.

Système de plomberie dans les volcans anciens

Le processus géologique qui a formé les minerais à partir de sulfures fondus a beaucoup en commun avec la fonte (procédure utilisée par les gens depuis des millénaires pour extraire les métaux purs des minéraux soufrés).

Il y a des millions d'années, les minéraux de sulfure de fer en fusion ont réagi avec le magma dans le système de plomberie d'anciens volcans - en piégeant en fait les métaux essentiels, le nickel, le cuivre, cobalt et platine. Ces minéraux se sont accumulés en concentrations suffisantes pour pouvoir être exploités une fois que l'érosion a exposé le minerai à la surface.

Au cours des dernières années, nous avons grandement amélioré notre compréhension de la formation de ces gisements de minerai remarquables. Cette compréhension s'est construite grâce à de nouvelles techniques d'imagerie des minerais en deux et trois dimensions, utilisant les technologies à rayons X du CSIRO et du Synchrotron australien.

Nous avons utilisé une technique appelée cartographie d'éléments à rayons X par microfaisceaux pour créer des images 2D détaillées des minerais et des roches dans lesquelles ils reposent.

Certaines de ces images - comme celle en haut de cette histoire - sont créées sur la ligne de lumière de microscopie à fluorescence X du synchrotron australien, en appliquant le système de détection Maia. Cela permet de collecter des images gigapixels en quelques minutes.

Comme allumer la lumière

En complément de cette technique, nous avons également appliqué une tomographie à rayons X 3D haute résolution – l'équivalent d'un scanner hospitalier – pour révéler en 3D des détails sur la forme et la taille des gouttelettes de liquide sulfuré qui ont formé les minerais.

L'effet a été d'allumer une lumière dans une pièce sombre :nous avons vu des caractéristiques à l'intérieur de roches solides qui n'avaient pas été révélées auparavant.

Liquides sulfurés, il s'avère, ont des propriétés physiques remarquables. Ils se comportent comme un couteau chaud à travers le beurre :si corrosifs qu'ils peuvent fondre à travers les roches solides, finissant dans certains cas à des dizaines de mètres de leurs roches hôtes d'origine.

Nous savons maintenant que des gisements se forment dans des parties très particulières des anciens "systèmes de plomberie" qui alimentaient en magmas les volcans situés au-dessus. Les minerais se sont formés là où le magma qui s'écoulait était si chaud qu'il a fait fondre les roches qui l'entouraient.

Le liquide sulfuré « chaud couteau » a ensuite continué à fondre dans le sol, de telle sorte que les minerais se trouvent maintenant injectés dans les roches non ignées sous-jacentes.

Dans le cas des minerais de nickel supergéants de la région de Norilsk en Sibérie, les roches qui ont fondu ont également fourni le soufre pour former les gisements.

En réalité, tant de soufre a été libéré par ce processus qu'une grande partie, avec de grandes quantités de nickel, a en fait éclaté dans l'atmosphère, contribuant à la plus grande extinction de masse de l'histoire de la Terre.

Aiguille dans les cibles de botte de foin

Ce type de travail nous aide à améliorer les modèles géologiques que l'industrie de l'exploration utilise pour explorer de nouveaux gisements.

Les minerais de sulfure de nickel sont des cibles notoirement difficiles « aiguilles dans une botte de foin », et nous devons apporter notre meilleure combinaison de techniques de détection géophysique et de modèles géologiques prédictifs.

Alors où ensuite ?

La recherche est en cours :à la fois sur les processus fondamentaux de la formation du minerai et sur les implications de cette compréhension pour savoir où et comment rechercher de nouveaux gisements.

Certains des minéraux qui se forment avec les minerais sulfurés peuvent être dispersés par l'érosion, et les rivières les transportent sur de longues distances depuis les gisements eux-mêmes.

Nous apprenons à reconnaître ces grains chimiquement distincts, de la même manière, les explorateurs de diamants utilisent des « minéraux indicateurs » pour trouver des kimberlites fertiles (la roche mère des diamants).

Nous faisons également plus de recherche fondamentale, comme l'utilisation de matériel analogique (l'eau salée et l'huile d'olive fonctionnent très bien, il s'avère) et des modèles numériques de dynamique des fluides sur des superordinateurs pour examiner la physique de l'apparence des minerais magmatiques.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.