Le niobium (Nb) et le tantale (Ta) sont deux métaux présents en grande quantité dans le sous-sol québécois. Ces métaux ont de nombreuses applications, notamment dans la fabrication d’alliages et de composants électroniques. Mais pour mieux développer ces ressources locales, il est primordial de mieux comprendre leurs comportements dans les systèmes géologiques naturels. Le lauréat y contribue en s’intéressant au comportement naturel et expérimental du tantale et du niobium dans les systèmes hydrothermaux riches en fluorures. Il scrute ces métaux depuis janvier 2015, dans le cadre de son doctorat à l’Université McGill.
Le projet mené par le doctorant et son équipe vise à comprendre davantage le comportement du niobium et du tantale contenu dans des solutions naturelles composées de corps (gazeux ou liquide) dans lesquelles les molécules H2O sont prédominantes, et dont la température est supérieure à 100 °C. On appelle « fluides hydrothermaux » ces composés qui circulent dans des roches situées entre 4 et 5 km sous la surface de la Terre.
Le niobium et le tantale sont considérés comme immobiles dans la plupart des systèmes géologiques, mais leur comportement durant les processus d’altération des roches par les fluides restent peu compris.
Alexander Timofeev et ses collègues ont déjà examiné la solubilité et la spéciation du niobium, et ils ont publié leurs résultats en septembre 2014 dans les revues Geochimica et Cosmochimica Acta. Ils en ont conclu que plus il y avait de fluorure dans le fluide hydrothermal plus la quantité de niobium transporté était importante.
La deuxième phase d’analyse concerne le tantale. Elle permettra de comprendre plus en détail la genèse des gisements naturels et aidera à la découverte de nouveaux gisements. Cette étude portera sur l’évaluation de la solubilité du tantale dans les solutions hydrothermales riches en fluorures, à haute température. La méthode sera en majeure partie la même que celle utilisée pour le niobium. L’expérience est composée de quatre capsules de Teflon contenant du pentoxyde de tantale elles-mêmes placées dans des tubes de Teflon remplis d’une solution contenant du fluorure de sodium. Chacun de ces quatre tubes est placé dans un autoclave préchauffé à des températures fixes de 100, 150, 200 et 250 °C, l’expérience durera une semaine. Puis, le liquide contenu dans les tubes sera extrait et une électrode spécifique permettra de mesurer la concentration finale en fluorure. Ensuite la solution sera analysée pour son contenu en tantale et les données thermodynamiques seront déduites en reportant les concentrations en tantale en fonction de l’activité du fluor. En utilisant ces données Alexander Timofeev et son équipe pourront identifier les molécules responsables de la présence du tantale dans la solution.
Ces résultats leur permettront de comparer les solubilités et spéciations des deux métaux pour des conditions expérimentales similaires, en réalisant ces opérations :
- Évaluer le contenu en niobium et titane pour des minéraux ayant subi une altération hydrothermale;
- Évaluer avec certitude l’impact de l’altération hydrothermale sur les variations de rapport Ta/(Ta+Nb) qui est attribué le plus souvent à la cristallisation fractionnée;
- Tester les observations de l’équipe de Zaraisky, ils ont remarqué que la solubilité du tantale dans les solutions hydrothermales riches en fluorure est typiquement un ordre de magnitude moins importante que le niobium;
- Modéliser des scénarios pour lesquels la précipitation du niobium et du tantale peut avoir lieu.
Le lauréat, en plus d’être un étudiant brillant comme les bourses d’études qu’il a reçues le démontrent, s’investit dans de nombreuses activités connexes. Tout au long de sa formation que ce soit en maitrise ou bien en doctorat, il participe à la rédaction de publications et présente des communications lors de conférences internationales. Tout en endossant un rôle de leader scientifique dans son laboratoire et auprès de ses collègues, il accorde une part importante à la vie sociale de son département et de différentes associations, telle l’AGSEM (union des auxiliaires d’enseignement).