Des scientifiques cartographient des roches au potentiel d’éléments de terres rares

Un nouvel atlas cartographie la distribution mondiale de roches ignées inhabituelles contenant des métaux critiques, révélant qu’elles se forment souvent près des noyaux épais et anciens des principaux continents.

Des chercheurs du Département des sciences de la Terre de Cambridge ont cartographié les occurrences de roches ignées riches en CO₂ – la principale source mondiale d’éléments de terres rares – et ont découvert que leur distribution est fortement liée aux variations de la couche externe rigide de la Terre, la lithosphère.

Une lithosphère plus épaisse est essentielle pour créer les roches propices à l’enrichissement, expliquent les chercheurs, permettant à des poches de roche en fusion de rester piégées en profondeur où elles infusent lentement pour concentrer les métaux.

Les résultats, publiés dans la revue Nature Geoscience, pourraient être utilisés pour guider la recherche de nouveaux gisements de terres rares, a déclaré la Dre Emilie Bowman, auteure principale de l’étude du Département des sciences de la Terre de Cambridge. « Notre recherche commence à fournir une sorte de pouvoir prédictif quant à l’endroit où nous pouvons nous attendre à ce que ces roches, et par extension leurs gisements d’éléments de terres rares associés, se forment. »

Les éléments de terres rares sont utilisés dans la production de nombreuses technologies courantes et avancées, notamment les smartphones et les solutions d’énergie propre telles que les éoliennes et les véhicules électriques.

Une grande partie du monde dépend des importations d’éléments de terres rares en provenance de Chine, mais les pays ressentent un besoin croissant de se tourner vers des sources nationales offrant une plus grande sécurité et durabilité d’approvisionnement.

« Il existe un intérêt scientifique significatif pour comprendre pourquoi les gisements de terres rares se forment là où ils le font, » a déclaré la professeure Sally Gibson, auteure principale de l’étude du Département des sciences de la Terre de Cambridge, qui dirige actuellement un projet d’un million de livres sterling pour étudier cela.

Les investigations précédentes avaient tendance à se concentrer sur la formation des terres rares sur un site spécifique ou dans une région donnée, a déclaré Gibson, « mais nous montons en échelle et explorons la question à l’échelle mondiale, tout en cherchant des indices plus profonds qui pourraient expliquer la géologie de surface. »

Bowman a rassemblé des données chimiques sur 9 000 échantillons de roches ignées du monde entier, tous enrichis en CO₂ dissous – un ingrédient clé qui améliore le potentiel de concentration des éléments de terres rares.

« Jusqu’à récemment, ce sous-ensemble de roches ignées n’était que de simples curiosités, » a déclaré Gibson. « Les géologues les collectionnaient avidement ; les étudiants étaient perplexes face à elles dans les travaux pratiques. Mais ces dernières années, elles sont devenues très pertinentes. »

Se présentant sous une variété de formes étranges et merveilleuses, nombre de ces roches ont été classifiées pour la première fois au 19^e siècle et au début du 20e siècle – tirant leurs noms des lieux où elles ont été collectées ou des minéraux inhabituels qu’elles contiennent.

« La terminologie est si étendue qu’on pourrait presque créer une nouvelle langue à partir de ces noms de roches, » a déclaré Gibson. « Cela, ajouté à leur complexité scientifique, a ajouté de la confusion, et les gens ont eu tendance à les éviter. »

L’équipe, comprenant les co-responsables du projet, le professeur Sergei Lebedev et le Dr Siyuan Sui, tous deux géophysiciens au Département des sciences de la Terre de Cambridge, a reporté les données sur les roches sur une carte accompagnée d’informations détaillées sur l’intérieur de la Terre.

« En utilisant les ondes sismiques provenant des tremblements de terre, nous pouvons créer une image en coupe de la lithosphère, un peu comme un sonar peut identifier des caractéristiques sur le fond marin, » a déclaré Lebedev. « Grâce à cette cartographie, nous pouvons voir que l’épaisseur lithosphérique joue un rôle directeur dans l’endroit où nous trouvons ces gisements. »

« Nous devions assembler ces deux pièces du puzzle, la chimie des roches et les données sismiques, pour établir le lien, » a déclaré Gibson. « Les roches ayant la chimie appropriée pour l’enrichissement n’apparaissent que dans des endroits très spécifiques, principalement le long des bords abrupts de la lithosphère la plus épaisse et la plus ancienne de la Terre, » a-t-elle expliqué.

Les parties plus épaisses de la lithosphère maintiennent les roches du manteau sous-jacent à des pressions élevées et relativement fraîches, supprimant la fusion, a expliqué Gibson. Seules de minuscules quantités du manteau peuvent fondre dans ces conditions, produisant de petites poches de magma qui restent souvent coincées à la base de la lithosphère où elles se solidifient en roches ignées riches en CO₂. Mais c’est seulement lorsque ces roches sont refondues plus tard que les métaux subissent une deuxième infusion – devenant suffisamment concentrés pour former un gisement de minerai utile.

Désormais, l’équipe prévoit d’étendre sa carte pour inclure les roches âgées de plus de 200 millions d’années, qui abritent la plupart des gisements économiques d’éléments de terres rares et des mines dans le monde.

« Pour ce travail, nous nous sommes d’abord concentrés sur les gisements qui se sont formés après les principales phases de rupture des grands continents de la Terre, » a déclaré Gibson. Elle a expliqué que les processus tectoniques tels que la formation de montagnes et le rifting avaient remué les roches plus anciennes, les rendant plus difficiles à étudier. « Maintenant que nous avons établi que ce comportement systématique existe, nous pouvons remonter plus loin dans le temps. Ce sera plus difficile, mais j’espère que cela constituera une étape clé pour prédire les occurrences minérales. »

Article : The global distribution of CO2-rich magmas is determined by lithospheric thickness. – Journal : Nature Geoscience – DOI : Lien vers l’étude

Source : Cambridge U.