Recherche expérimentale pour les ressources stratégiques

Bienvenue sur le wiki : Les métaux stratégiques - Les ressources du XXIème siècle

Espace dédié à un travail pédagogique Ce wiki a été crée par Quentin Lespagnol et Alix Marchal dans le cadre d'un stage de communication scientifique affilié au laboratoire OTELo Observatoire Terre et Environnement de Lorraine et au projet Ressources21. Ce sont des étudiants en deuxième année à l'Ecole Nationale Supérieure de Géologie à Nancy . Ce document est actuellement en cours de réalisation et des modifications tant sur le fond que la forme vont y être apportées.

Le secteur des matières premières est un sujet récurrent d'intérêt en raison de la très forte demande des économies chinoises et indiennes ou dans la perspective programmée d'une raréfaction des matières énergétiques. Les travaux de la commission européenne, évoqués dans le contexte économique, politique et social lié aux métaux stratégiques, montre qu'un arrêt des approvisionnements est possible. C'est pourquoi il est notamment nécessaire de savoir où trouver de nouveaux gisements, quels sont les mécanismes de concentration des minéraux, et quelles sont leurs interactions avec l'environnement au sens large. Les réponses à ces questions sont au cœur des missions confiées à la recherche expérimentale pour les ressources stratégiques.

La recherche dans le cadre du projet Ressources21

Présentation générale du projet

Le projet Ressources21 porte sur les ressources stratégiques en métaux pour l’énergie et les produits de haute technologie et concerne l’approvisionnement de la France et de l’Europe.

La stratégie scientifique est de métisser les savoir-faire en géosciences et en environnement pour révéler le cycle naturel et anthropomorphique des métaux et stimuler l’innovation pour le développement et la maîtrise des gisements du futur en métaux stratégiques. Les enjeux sont résumés dans le tableau ci-contre :

Le but est de produire la meilleure science possible et innover dans le domaine des cycles des métaux qu’ils soient naturels ou anthropiques (cycle de vie Schéma lien vers l’exploitation) et contribuer au rayonnement des équipes lorraines et donc françaises dans ce domaine, et devenir un pôle de référence dans le domaine des « raw materials » (matières premières).

Les objectifs scientifiques :

• Les cycles des métaux stratégiques.
• La valorisation innovante et éco-responsable des minerais.
• La prévision et le suivi du comportement des éléments métalliques dans l’environnement.

Axes de recherches

La genèse des concentrations minérales

Pour découvrir de nouvelles ressources minérales, il est important de savoir comment se forme les gisements, c'est à dire de comprendre par quel phénomène un minéral se concentre dans l'écorce terrestre. Il s'agit d'étudier la genèse des concentrations minérales. Le but des travaux est de comprendre le cycle des métaux (schéma+définition faire un encadré) et les facteurs régulant leur concentration que ce soit en trace dans les minéraux majeurs ou leur répartition à l'échelle d'un gisement. La compréhension des cycles de vie des métaux est primordiale pour fournir les données de base pour découvrir de nouvelles ressources.

Les métaux qui ont été étudié par Ressource21 sont les métaux de la transition énergétique, ce sont les métaux qui permettent de produire les outils des énergies renouvelables :

• Les métaux de la filière photovoltaïque (Ga, Ge, In)
• Les métaux rares (Nb,Ta) associés au magmatisme peralumineux (Sn, W, Li)
• Les concentrations en métaux des roches basiques latéritiques (Ni, Co, Sc)
• Les terres rares (magmas carbonatitiques) et leur comportement comme marqueur des processus minéralisateurs.

Le fonctionnement des systèmes métallogéniques et les processus de concentration avec un accent particulier sur les métaux dit « stratégiques ».

Méthode de recherche

Pour comprendre dans quelles conditions en métal se concentre dans une zone de l'écorce, on analyse la présence de métaux en faible concentration dans les minéraux et on mesure les isotopes stables de métaux (les isotopes d'un même élément ont le même numéro atomique, i.e. même nombre de proton; mais un nombre de masse différent, i.e. un nombre de neutron différent.). La mesure d'isotopes permet de tracer les processus lithosphériques Cette méthode permet suivre dans l'espace et le temps, la répartition du métal en terme de concentration et donc de comprendre comment il se déplace (fractionnement élémentaire en présence d'une phase fluide), comment il se concentre (caractérisation des roches sources), avec quels éléments il s'associe préférentiellement et comment il se régénère dans la croute (recyclage crustal), il s'agit de la compréhension de leurs cycles géochimiques.

Le but de cette étude est aussi d'améliorer les techniques de traçages de plusieurs éléments, le traçage multiple. L'ensemble des données seront ensuite utilisées dans des modèles 3D intégrant les processus de transfert de masse et de chaleur, ce qui permet l'interprétation à l'échelle régionale. (Cf la partie Modélisation)

Résultats

• La distribution et les processus de concentration des métaux d'intérêt économique (Ni, Mn, Co, Cr) au sein du profil d'altération sur l'exemple de la Nouvelle-Calédonie.

La recherche a été accentué sur la compréhension de la mobilité du Scandium. L'objectif est de mieux comprendre les processus de transport et de piègeage de ces métaux dans les altérites en lien avec les connaissances acquises sur le Nickel et le Cobalt.

• Le cycle des métaux stratégiques dans les concentrations métalliques.

• Fluides et métallogénie des létaux de base (Plomb, Zinc, Cuivre, Argent, Or) autour des plutons syntectoniques du domaine égéen.

• Les métaux associés au magmatisme felsique.
  • Le magmatisme et métaux rares Tungstène, Étain, Lithium, Niobium, Tantale.
  • La genèse et l'évolution des principaux gisements de Terres rares : les carbonatites.
  • L'origine de l'horizon B1 des komatiites : approche expérimentale, application aux platinoïdes

Le traitement des minerais, L’impact environnemental, Les frontières analytiques : nouvelles approches de traçage des fluides et des métaux et de géochronologie, Modéliser la géométrie, le transport et le processus physico-chimiques en 3D aux échelles régionales, les capteurs biogéochimiques, Avancées scientifiques

La recherche en France

La recherche en France pour les ressources premières est effectuée par le BRGM principalement bien qu'il fasse appelle à de nombreux laboratoires pour des demandes spécifiques.

La recherche en Europe et dans le monde

Il n'existe aujourd'hui par de projet de recherches communs en Europe ou dans le monde. Cependant, la recherche effectuée dans le secteur public est publiée et consultable librement sur internet. A ce jour, il n'existe pas de politique commune en Europe ou dans le monde concernant les matières premières et leurs accès mise à part la mise en commun des données et avancées scientifiques et la mise en place d'une base de données mondiales.