Des éruptions ratées à l'origine des gisements de cuivre

Matériau essentiel à la conduction électrique, le cuivre est aujourd'hui l'un des métaux les plus utilisés de la planète. Les plus grandes ressources naturelles de ce métal sont les gisements dits "porphyriques" issus de magmas provenant des profondeurs de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...).

Dans une récente recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...), des scientifiques de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) (UNIGE) démontrent que ces précieux gisements sont en grande partie issus de mécanismes similaires à ceux provoquant les grandes éruptions volcaniques. Alors que les ressources actuelles en cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...) s'amenuisent, et que ce métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...) joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) un rôle clé dans la transition énergétique, cette découverte ouvre de nouvelles pistes pour le développement d'outils visant à mettre au jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) de nouveaux gisements. Ces résultats sont à lire dans la revue Nature - Communications Earth & Environment.


Le cuivre est l'une des ressources naturelles les plus exploitées de la planète. Excellent conducteur et très résistant à la corrosion (La corrosion désigne l'altération d'un matériau par réaction chimique avec un...), ce métal est utilisé pour produire tous types de fils et connexions électriques. Il permet également la réalisation de nombreux alliages, tels que le bronze (Le bronze est le nom générique des alliages de cuivre et d'étain. Le terme airain...) et le laiton. Considéré comme un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) essentiel à la transition énergétique – il est massivement utilisé pour équiper les voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...) électriques - sa demande dépassera les ressources disponibles connues d'ici quelques décennies. Découvrir de nouveaux gisements et acquérir de nouvelles connaissances sur leur formation constitue donc un enjeu crucial.

Une étude dirigée par Massimo Chiaradia, maître d'enseignement (L'enseignement (du latin "insignis", remarquable, marqué d'un signe, distingué) est une...) et de recherche au Département des sciences de la Terre et de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) de la Faculté des sciences de l'UNIGE, a fait une découverte importante dans ce domaine. Elle met en évidence le fait que les gisements dits "porphyriques" – du nom d'une roche magmatique (Les roches magmatiques, également désignées sous le vocable de roches ignées,...) qui renferme le cuivre – sont issus de mécanismes très proches de ceux provoquant les grandes éruptions volcaniques. "Nous avons découvert que les grandes réserves de cuivre naissent d'éruptions ratées", explique le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...).

Tout vient du magma

Le cuivre provient en effet de fluides chauds, majoritairement composés d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), libérés par des magmas en cours de refroidissement. Ces magmas, qui sont aussi à la base des éruptions, proviennent de la couche intermédiaire entre le noyau et la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre....), dite "manteau", et remontent ensuite vers la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la Terre où ils forment une "chambre magmatique". Celle-ci se situe généralement entre 5km et 15km de profondeur. "Si le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) et la vitesse (On distingue :) d'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) du magma dans ce réservoir sont très importants, une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de fluides peut être émise catastrophiquement dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) avec le magmas lors d'une éruption volcanique", explique Massimo Chiaradia, premier auteur de la recherche. Mais ces fluides peuvent aussi se développer de manière plus silencieuse sous la surface terrestre et donner naissance à un gisement, à une profondeur variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...) de 1km à 6km.

Ce phénomène est cependant beaucoup moins fréquent, ce qui explique en partie la rareté des gisements. "Il faut des dizaines voire des centaines de milliers d'années pour voir un gisement de cuivre se former alors que les éruptions volcaniques sont plus fréquentes. Une éruption ratée dépend de la conjugaison de plusieurs paramètres: la vitesse d'injection du magma, la vitesse de son refroidissement et la rigidité de la croûte terrestre qui entoure la chambre magmatique. Il faut que celle-ci soit souple pour absorber la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) exercée par les nouvelles arrivées de magma, pour que l'éruption n'ait pas lieu", explique Luca Caricchi, deuxième auteur et professeur associé au Département des sciences de la Terre et de l'environnement.

Faciliter l'exploration des futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) gisements

"La mise en évidence des similarités entre grandes éruptions et gisements va permettre d'utiliser un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de connaissances acquises par les vulcanologues pour progresser dans la compréhension de la formation des gisements porphyriques", se réjouit Massimo Chiaradia. Pour parvenir à ses résultats, l'équipe de l'UNIGE s'est appuyée d'une part sur les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) et chiffres fournis par les compagnies minières et d'autre part sur celles collectées sur le terrain et en laboratoire par des nombreux/-euses chercheurs/-euses - combinées à des modèles pétrologiques et géochimiques.

Ces découvertes ouvrent de nouvelles voies pour le développement d'outils géologiques, minéralogiques et géochimiques pour une exploration plus efficace des plus grands gisements porphyriques de cuivre sur Terre. "La prochaine étape sera de travailler sur un modèle permettant de quantifier de la manière la plus précise possible le contenu total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) en cuivre et donc la qualité d'un gisement potentiellement exploitable", conclut Massimo Chiaradia.

Publication:
Cette recherche est publiée dans Communications Earth & Environment - DOI: 10.1038/s43247-022-00440-7

Contacts:
- Massimo Chiaradia - Maître d'enseignement et de recherche Département des sciences de la Terre et de l'environnement -
Faculté des sciences - Massimo.Chiaradia at unige.ch
- Luca Caricchi - Professeur associé - Département des sciences de la Terre et de l'environnement - Faculté des sciences - Luca.Caricchi at unige.ch