Les gisements de minéraux critiques nécessaires pour la transition énergétique mondiale pourraient, de manière ironique, se trouver à proximité des dépôts de charbon, une ressource fossile largement utilisée dans le monde. Une nouvelle étude menée par l’Université de l’Utah (USA) révèle des concentrations élevées d’éléments de terres rares (ETR) dans les mines actives entourant la ceinture de charbon d’Uinta, située au Colorado et en Utah.
Des minéraux critiques découverts dans les mines de charbon
Les résultats de cette recherche ouvrent la possibilité que ces mines puissent exploiter une ressource secondaire sous forme de métaux utilisés dans les énergies renouvelables et diverses applications technologiques de pointe.
Selon Lauren Birgenheier, co-auteur de l’étude et professeur associé de géologie et de géophysique, « le modèle est le suivant : si vous déplacez déjà des roches, pourriez-vous en déplacer un peu plus pour obtenir des ressources pour la transition énergétique ? ».
Dans ces zones, les éléments de terres rares se concentrent dans des unités de schiste finement granulées, les schistes boueux situés au-dessus et en dessous des veines de charbon.
Un projet soutenu par des financements fédéraux
Les nouvelles découvertes serviront de base pour une demande de subvention supplémentaire de 9,4 millions de dollars afin de poursuivre les recherches. Ces métaux sont cruciaux pour la fabrication aux États-Unis, notamment dans les technologies de pointe, mais ils sont principalement importés de l’étranger.
Michael Free, professeur de génie métallurgique et investigateur principal de la subvention du DOE, explique : « Quand nous parlons de ‘minéraux critiques’, une grande partie de la criticité est liée à la chaîne d’approvisionnement et au traitement. Ce projet vise à explorer des sources domestiques alternatives et non conventionnelles pour ces matériaux. »
Des données prometteuses pour l’industrie minière
L’association entre le charbon et les dépôts d’ETR a été bien documentée ailleurs, mais peu de données avaient été recueillies ou analysées dans les champs de charbon de l’Utah et du Colorado. Michael Vanden Berg, co-auteur de l’étude et responsable du programme Énergie et Minéraux au Utah Geological Survey, précise : «L’objectif de cette première phase était de collecter des données supplémentaires pour comprendre si cela valait la peine d’être poursuivi à l’Ouest.»
Les chercheurs ont analysé 3 500 échantillons provenant de 10 mines, quatre tas de déchets miniers, sept carottes stratigraphiquement complètes et même des tas de cendres de charbon près des centrales électriques.
«Le charbon lui-même n’est pas enrichi en éléments de terres rares», note Vanden Berg. «Il n’y aura pas de sous-produit de l’extraction du charbon, mais pour une entreprise exploitant la veine de charbon, pourrait-elle extraire quelques pieds du sol en même temps ? Pourrait-elle extraire quelques pieds du plafond ? Y a-t-il un potentiel là-bas ? C’est la direction que les données nous ont indiquée.»
Des méthodes d’analyse avancées
L’équipe a utilisé deux méthodes différentes pour enregistrer les niveaux d’éléments de terres rares, exprimés en parties par million (ppm), dans les échantillons. L’une était un appareil portatif pour des lectures rapides sur le terrain, l’autre utilisait la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) dans un laboratoire universitaire.
Lauren Birgenheier explique : «Nous utilisons principalement cet appareil portable de fluorescence X, qui est un pistolet d’analyse que nous tenons contre la roche pendant deux minutes, et il ne nous donne que cinq ou six des 17 éléments de terres rares.»
Si les échantillons montraient des concentrations supérieures à 200 ppm, une analyse plus complète était réalisée à l’aide de l’équipement de spectrométrie de masse plus coûteux.
Perspectives économiques et environnementales
Le Département de l’Énergie a fixé à 300 ppm la concentration minimale pour que l’extraction des terres rares soit potentiellement économiquement viable. Cependant, pour l’étude, les chercheurs ont considéré les concentrations supérieures à 200 ppm comme «enrichies en ETR».
L’étude a trouvé la plus forte prévalence de telles concentrations dans les formations adjacentes au charbon de siltstone et de schiste, tandis que le grès et le charbon lui-même étaient principalement dépourvus de terres rares. À ce jour, l’équipe a analysé 11 000 échantillons, bien plus que ceux utilisés dans l’étude publiée.
Les prochaines étapes incluent la détermination de la quantité de minerai de terres rares présente, probablement en collaboration avec des collègues de l’Université du Wyoming et du New Mexico Institute of Mining and Technology.
Article : « Rare earth element enrichment in coal and coal-adjacent strata of the Uinta Region, Utah and Colorado » – DOI: 10.3389/feart.2024.1381152
Intitulée « Rare earth element enrichment in coal and coal-adjacent strata of the Uinta Region, Utah and Colorado« , l’étude a été publiée le 26 avril dans Frontiers of Earth Science.
