24 Juillet 2017  |  Géologie
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 04/2017

Un modèle pour définir la quantité de cuivre dans un gisement

Les gisements de cuivre économiquement les plus importants, nommés porphyres cuprifères, naissent du refroidissement du magma. Mais comment prévoir l’importance de ces gisements ? Quels sont les facteurs qui définissent la quantité de cuivre ? Des chercheurs de l’UNIGE ont étudié plus de 100’000 combinaisons afin de déterminer la profondeur et le nombre d’années nécessaires à un magma pour produire une quantité de cuivre donnée.

Des chercheurs de l’Université de Genève (UNIGE) ont créé un modèle qui détermine, par une simple analyse de facteurs, la quantité de cuivre présente dans un gisement. Cette recherche, à lire dans la revue Scientific Reports, permettra de prévoir, avant de débuter un forage, l’exploitation possible de ce métal. À n’en pas douter, ce modèle sera une aide précieuse apportée aux compagnies minières.
Les gisements de cuivre générés par le magma de type porphyres cuprifères représentent 75 % du cuivre présent dans la croûte terrestre. Ils sont formés par des chambres magmatiques, situées à 10 à 15 km de profondeur. À ce niveau, la température du magma est d’environ environ 900 °C, mais au contact des roches qui l’entourent, il se refroidit et se cristallise. L’eau présente dans le magma forme alors des bulles qui s’échappent vers la surface en emportant une grande partie du cuivre initialement contenu dans le magma. À environ 2 à 3 km de profondeur, ces bulles se refroidissent dans les porosités rocheuses, précipitent le cuivre qu’elles contiennent sous forme de sulfure et créent les gisements qui peuvent contenir de 1 à 200 millions de tonnes de cuivre. C’est pourquoi Massimo Chiaradia et Luca Caricchi, chercheurs au Département des sciences de la Terre de la Faculté des sciences de l’UNIGE, ont voulu découvrir ce qui détermine la quantité de cuivre d’un gisement et s’il était possible d’en prévoir la taille.
 
Chuquicamata, au Chili, l’une des plus grandes mines de cuivre au monde.
(©M. Chiaradia, UNIGE)
 
 
Plus il y a de magma, plus il y a de cuivre
Le volume de magma détermine la quantité de cuivre, mais sous quelles conditions se forme le volume de magma initial ? «Nous avons appliqué des modèles qui prennent en compte la profondeur à laquelle le magma s’accumule, la durée de cette accumulation qui forme le gisement, le contenu en eau du magma et la quantité de cuivre présente dans cette eau, puis nous avons fait varier ces paramètres entre un minimum et un maximum, fondés sur des mesures réelles», explique Massimo Chiaradia.
En variant ces paramètres, les chercheurs ont obtenu 100’000 simulations qu’ils ont comparées aux données réelles dont ils disposaient, ce qui leur a permis de définir les meilleures conditions pour la formation d’un gigantesque gisement. «Nous avons, en effet, découvert qu’une profondeur de plus de 20 km et un temps d’injection continue de magma en fusion de plus de 2 millions d’années seraient les conditions idéales pour former un système magmatique qui conduirait à la formation d’un gisement de 30 à 240 millions de tonnes de cuivre», ajoute Luca Caricchi.
 
À la recherche du gisement idéal
Le magma contient de l’eau, du cuivre et divers autres composants chimiques, dont le strontium (Sr) et l’yttrium (Y). Il est connu que lorsque le rapport Sr/Y se situe entre 50 et 150 dans un magma, il y a de fortes probabilités de trouver du cuivre dans le gisement associé.
Les chercheurs de l’UNIGE ont alors introduit ce rapport dans leur nouveau modèle, qui le combine avec la durée estimée de formation des gisements. En effet, d’autres minéraux associés au cuivre permettent aux scientifiques de les dater grâce à la désintégration naturelle de l’uranium en plomb et du rhénium en osmium. Ceci leur permet de déterminer l’âge, c’est-à-dire la date de naissance, mais aussi la durée, à savoir le nombre d’années de formation d’un gisement de cuivre. Cette valeur peut osciller entre plusieurs dizaines de milliers d’années et deux millions d’années.
«Ces deux données, le rapport Sr/Y et la durée de formation, nous ont permis de créer un tableau de probabilités qui détermine la quantité de cuivre présente dans le gisement analysé», confirme Massimo Chiaradia. Les compagnies minières peuvent dès lors recourir à ce modèle pour évaluer la taille d’un gisement de cuivre dès l’étape de recherche préliminaire, avant d’entamer tout travail de forage. «Notre modèle, que nous avons comparé aux données réelles, affiche un excellent taux de correspondance. Il peut ainsi permettre un énorme gain de temps et d’argent lors de l’exploration minière», conclut Luca Caricchi.
 
UNIGE
Massimo Chiaradia
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Massimo.Chiaradia@unige.ch


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