605 - Les ressources minérales de demain : comment les découvrir

Tandis que l'on vit la fin des énergies fossiles à bon marché, les conséquences économiques désastreuses de leur combustion nous contraignent à trouver sans tarder des alternatives. La transition écologique qui s'impose à nous offre de nouvelles opportunités que les géosciences doivent saisir et anticiper. La difficulté est que nous venons d'une période paradoxale, avec des cours très bas sur une période longue. 

Nous devons préparer une génération qui devra: 

-Disposer de bases de connaissances en géologie, géochimie, géophysique, métallogénie, modélisation 3D et savoir s'entourer des conseils d'experts.

-Allier les connaissances précédentes et celles de l'ingénierie minière, pour assurer l'optimisation des tâches aux stades de la faisabilité et du développement.

-Disponibilité à travailler dans des environnements inhabituels, étrangers, en dehors des réseaux de communication.

-Capacité à mettre en œuvre sur le terrain des connaissances et des technologies acquises dans un environnement très différent, et aptitude à l'adaptation et l'innovation.

-Sociabilité permettant de mener à bien des projets impliquant de faire travailler ensemble – et de travailler avec – des personnes de formations et de cultures très diverses.

-Connaissance de base en matière de qualité des milieux, de biodiversité et les conditions environnementales et sociales.

-Conscience aigüe des problèmes de gouvernance, et de perception sociale des parties prenantes du projet, à l'intérieur et à l'extérieur.

Quoique la Chine jouisse d'un quasi-monopole sur l'approvisionnement mondial en terres rares (REE), le Québec laisse entrevoir un avenir intéressant. Les gîtes syngénétiques de REE se retrouvent généralement dans: (1) Les carbonatites (p. ex., Montviel); (2) les systèmes alcalins et peralcalins (p. ex., Strange Lake); et (3) les systèmes à oxydes de fer de type Olympic Dam (p. ex., Kwyjibo). En général, les carbonatites sont préférentiellement enrichies en terres rares légères (LREE), plus abondantes et moins coûteuses, alors que les roches silicatées sont relativement enrichies en terres rares lourdes (HREE), plus rares et plus coûteuses. Quoique de nombreuse études aient considéré les REE comme des éléments immobiles, certains travaux démontrent clairement que les REE sont mobiles dans les fluides hydrothermaux, dans des conditions acides, de haute température et enrichis en chlore (des fluides magmatiques). La plupart des gisements primaires de REE ont d'ailleurs deux composantes : magmatique et hydrothermale. Les magmas associés aux gisements de REE sont enrichis en fluor et/ou phosphore et/ou carbone, de sorte que des magmas fluorés (systèmes alcalins), phosphatés (oxydes de fer) et carbonatés (carbonatites) semblent se séparer du magma silicaté par immiscibilité et ainsi contribuer à la pétro-métallogenèse. Des travaux en cours au sein de notre groupe de recherche investiguent le rôle des fluides dans ces magmas pour développer un nouveau modèle d'exploration.

Un client explore une propriété pour son potentiel fer-vanadium mais les données disponibles sont limitées et biaisées par un échantillonnage sélectif. Les observations géologiques, les teneurs de fer et les données magnétiques ne concordent pas. Trop de fer est mesuré pour justifier la réponse magnétique des roches. Est-ce que l'excès de fer est récupérable et sous quelle forme minéralogique se présente-t-il?

Le CoreMapper (CM) a permit un nouvel éclairage sur le projet. Il utilise l'imagerie hyperspectrale de 400nm à 1000nm. Le CM a analysé 50km de carottes en 60 jours de travail avec une résolution spatiale de 1mm² filtrées en fonction des phases minérales récupérées lors de tests métallurgiques. Les résultats ont identifié un potentiel titanifère en addition au potentiel fer-vanadium. La présence d'ilménite disséminée dans les zones d'oxydes de fer et dans de nouveaux secteurs du projet a suscité de l'intérêt. Le CM a permis de rapidement constater et mesurer la portée du potentiel économique liée à l'ilménite. Une stratégie de validation conjointe avec le client a confirmé le potentiel titanifère. Mieux encore, ces résultats ont permis de cartographier les zones de silicates et d'oxydes de fer, permettant ainsi une conciliation des données produites historiquement. Ces données représentent actuellement un nouveau modèle dans l'analyse métallogénique et l'estimation des ressources minérales.

La Sous-province de Minto a été jusqu'ici peu explorée. Plusieurs types de minéralisations ont été découverts par Exploration Azimut dans un corridor nommé REX. Ce corridor de 330 km de long est orienté N-S et se situe à 140 km à l'est de la Baie d'Hudson. Il chevauche la ceinture de Qalluviartuuq – Payne et le domaine du Lac Minto.

Les types de minéralisations dans la région sont:

-Des minéralisations probablement pré- à syn-orogéniques composées de: 1.Au-Ag-Cu dans des roches essentiellement méta-volcaniques; 2.Au dans des formations de fer; 3. Cu-Mo au sein d'intrusions granodioritique. Les indices minéralisés s'alignent le long d'un corridor NNW-SSE;

-Des minéralisations probablement post-orogéniques composées de: 4.Ag-Au-Bi-Cu, W-Sn et Rb-Cs-Li-(Ta). Les minéralisations sont reliées à une intrusion monzogranitique; 5.Nb-REE-Y-P au sein decalciopyrochlore. Les minéralisations sont reliées à du magmatisme alcalin; 6.Cu-(Co) dans des gîtes de type IOCG. Les minéralisations sont exprimées sous forme de stockworks et de brèches à quartz-chlorite-magnétite. Elles sont associées à des failles essentiellement NNW-SSE. Ces systèmes présentent un contrôle structural et révèlent l'existence d'évènements hydrothermaux sécants sur la foliation régionale.

Une telle diversité de minéralisations ouvre un vaste champ d'investigation pour tenter d'établir les relations possibles entre leurs formations et l'évolution magmatique et tectono-métamorphique de la Sous-province de Minto.

Situé dans le nord de l'Abitibi, le camp minier de Matagami est un producteur historique de métaux de base. Depuis 50 ans, le district a produit 4.5 Mt de Zn et 0.4 Mt de Cu grâce à 11 sulfures massifs volcanogènes archéens. La mine Persévérance contient 5.1 Mt à 15.82%Zn, 1.24%Cu, 29.37g/t Ag et 0.38g/t Au. Les modèles d'exploration dans le camp sont basés sur les descriptions détaillées des mines. En 1995 sur le gisement d'Isle-Dieu, Lavallière a décrit la minéralisation comme étant contrôlée par des processus volcaniques et hydrothermaux. Le modèle classique de dépôt sur fond marin est encore utilisé aujourd'hui sans intégrer un quelconque contrôle structural.

Les descriptions effectuées à Persévérance révèlent une complexité structurale en relation avec au moins deux épisodes de déformation. De la déformation synsédimentaire a été enregistrée dans les roches encaissantes, suggérant un environnement hydrothermal synvolcanique actif. Le gisement montre aussi de nombreuses évidences d'un évènement post-volcanique lié à la déformation régionale. Les lentilles de sulfure massif à Persévérance sont caractérisées par un rubanement vertical atypique, perpendiculaire à la stratification. Ce rubanement de sulfures recristallisés a la même direction que la schistosité régionale et peut être interprété comme témoignant de l'épisode de déformation postvolcanique. Ces observations apportent de nouveaux éléments au modèle d'exploration dans le secteur de Matagami.

Dans le cadre du programme GEM (géocartographie de l'énergie et des minéraux) l'analyse des données lithogéochimiques (n= 1143 échantillons) et de la géochimie de la fraction fine (< 2 et < 63 µm) des tills (111 échantillons) acquises au cours du projet IOCG-Great Bear permet d'évaluer la transmission de la signature géochimique de gîtes polymétalliques IOCG caractérisés par des altérations hydrothermales sodique, calcique, potassique et ferrifère. À l'échelle régionale, une analyse par composante principale (ACP) regroupe les échantillons de tills recueillis en amont et en aval glaciaire de systèmes hydrothermaux IOCG par type d'altérations prédominantes selon leur signature multivariée (K, Na, Ca, Ba). À l'échelle locale, cette approche est limitée par la superposition et juxtaposition d'altérations diverses près des gîtes. Une ACP, basée sur la signature lithogéochimique d'altérations et d'éléments indicateurs d'enrichissement des IOCG (Cu, Bi, Co, Mo), imposée sur les tills permet la discrimination rapide d'anomalies associées aux gîtes NICO (Au-Co-Bi-Cu) et Sue Dianne (Cu-Ag-Au). Cette approche novatrice permet d'éliminer les effets d'affaiblissement du signal suite à la communition glaciaire et contourne l'influence de certains échantillons affectés par des processus secondaires.?

L'approche conventionnelle de l'interprétation des résultats de géochimie d'exploration implique généralement des méthodes statistiques variablement sophistiquées. La faible capacité prédictive de la méthode est notoire. Le problème semble que la compréhension des processus menant à la dispersion des métaux est généralement considérée que subalterne. La formation d'un enrichissement métallique dans l'environnement secondaire est attribuable à l'effet combiné de trois processus : la libération du métal à la source, le mode de transport et le processus de fixation. La capacité de relier un enrichissement secondaire à sa source, donc de l'anomalie vers l'occurrence minéralisée, nécessite la déconvolution des processus géochimiques ayant agit. La compréhension de ces processus est essentielle pour mettre en lumière les causes de l'enrichissement. Divers exemples seront discutés, traitant de la géochimie des sédiments de lac, de la pédogéochimie, de la chimie des minéraux lourds, etc. L'effet de la dissociation des différents métaux au cours des processus sera démontré, mettant l'emphase sur les différences entre les signatures géochimiques secondaires versus l'association métallogénique à la source.

L'amélioration de la compréhension des processus sous-jacents aux dispersions métalliques dans l'environnement secondaire représente une des avenues pour accroitre la performance de l'exploration minérale en terrain couvert. La présente étude vise à comprendre la dynamique des éléments traces métalliques (ETM) bioaccumulés dans les aiguilles d'épinette noire (EPN) et adsorbée à l'humus des sols pour la détection d'occurrence métallique sous couvert de dépôt glaciaire. La Partie I permet de vérifier l'effet de l'environnement d'échantillonnage sur l'enrichissement en ETM à l'aide d'une grille d'échantillonnage systématique de 1082 échantillons d'humus, espacés de 25 m. Une ANOVA suivie d'un test de Tukey montre des différences significatives en enrichissement en ETM entre trois sites d'échantillonnages : tourbière, forestier et bordure de rivière. La Partie II permet de valider l'utilisation des EPN et de l'humus comme indicateur d'occurrence métallique. Le dispositif en deux transects de 270m compte une station d'échantillonnage aux 10m avec un duplicata d'échantillon d'humus et d'EPN à chaque station. Le profil A recoupe perpendiculairement une occurrence minéralisée et le profil B ne recoupe aucune anomalie métallique ou géophysique. Les résultats des teneurs en ETM dans l'humus et dans les EPN indiquent distinctement la signature de la minéralisation. L'ensemble des connaissances acquises permet d'intégrer l'effet de l'environnement en géochimie d'exploration.

L'accumulation des métaux présents sous forme cationique dans un environnement est strictement dépendante de leur disponibilité, mais aussi de la capacité de l'environnement à fixer ces métaux. La capacité de fixation des cations à valences multiples, soit la majorité des métaux de transition, semble contrôlée par les conditions d'oxydoréduction prévalant dans le milieu récepteur. Bien que les conditions d'oxydoréduction soient conditionnées par les apports en oxygène et matière organique, elles sont, pour la majorité des environnements, tamponnée par la réaction entre les fers ferreux et ferrique. Le fer est typiquement 2 à 3 ordres de magnitude plus abondant que les autres cations polyvalents, expliquant son effet prépondérant. Cette réaction est en relation avec l'acidité du milieu, rendant ces deux variables, pH et Eh, dépendantes et limitées par le tampon du fer. L'acidité des milieux récepteurs tamponnés est ainsi limitée entre des pH de 3.5 et 7.0 approximativement, et le potentiel d'oxydoréduction entre 100 et 700 mv. Ces conditions sont trop acides pour permettre l'hydrolyse de la majorité des cations, lesquels ne peuvent ainsi pas s'accumuler sous forme de précipité orthochimique. Leur accumulation ne peut ainsi être que l'adsorption ou la chelation, et alors contrôlée par le potentiel ionique ou l'électronégativité. La détermination si le milieu récepteur est tamponné est ainsi cruciale à l'interprétation des signaux géochimiques.

Le gîte Turgeon, localisé dans le Camp Minier de Bathurst, est un sulfure massif volcanogène (SMV) d'âge Ordovicien qui partage plusieurs caractéristiques avec les gîtes de SMVs de type mafique. La minéralisation se présente surtout sous forme de textures de remplacement (pyrite) et de veines (chalcopyrite). Les roches encaissantes (basaltes andésitiques + gabbros) ont subi une spilitisation pervasive. Les lentilles de sulfures, constituées de pyrite, pyrrhotite, sphalérite et chalcopyrite, sont bordées de hyaloclastites au-dessus et de zones silicifiées en-dessous, tandis que les zones à stockwerk sous-jacentes sont chloritisées. Les zones minéralisées sont déformées par des failles de cisaillement tardive.

Rivière Camie est considéré comme un gîte d'uranium de type discordant localisé dans le Bassin paléoprotérozoïque des Otish (~250 km au NE de Chibougamau). La minéralisation uranifère est constituée de pechblende disséminée ou en veines, à proximité de la discordance entre les grès et conglomérats de la formation Matoush et les unités métavolcaniques et métasédimentaires du groupe archéen de Tichégami. Cette étude consiste essentiellement à construire une séquence paragénétique. Ainsi les unités du socle montrent des veines précoces à carbonates ± hématite rouge-brique ± chlorite recoupées par des veines à quartz ± pyrite. Les roches sédimentaires sus-jacentes montrent une altération pervasive à albite-hématite/feldspaths-K remplacée par une altération pervasive à muscovite-illite. Ces roches présentent généralement des profils en terres rares semblables : fractionnés en LREE avec une faible anomalie négative en Ce, une anomalie négative en Eu et un plateau en HREE.  Les zones fracturées sont caractérisées par une paragenèse à hématite rouge-brique ± chlorite sous forme de veines ou de remplacement. L'ensemble est recoupé par des veines à quartz ± carbonates ± feldspaths-K ± sulfures. La limonite remplace et recoupe ponctuellement l'ensemble. La minéralisation uranifère, principalement localisée dans les unités graphitiques du socle, est associée à des veines à carbonates. Dans le bassin elle est associée à de la chlorite de remplacement et des veines à carbonates ± sulfures.

Le gisement de Gakara, situé sur le flanc abrupt du graben du rift est-africain à l'ouest du Burundi, consiste en une multitude d'indices minéralisés en éléments de terres rares. Les principales roches encaissantes de la minéralisation sont des gneiss granitiques avec intercalations de micaschistes et de quartzites, constituant un socle archéen. La minéralisation en terres rares forme des veines de quartz-baryte qui recoupent toutes les roches encaissantes. Cette minéralisation est de type stockwerk ainsi que des filons discontinus de plusieurs dizaines de mètres de long et d'épaisseur centimétrique, parfois décimétrique. La minéralisation est associée à  une zone de failles normales, orientées NE-SW,  qui forment des linéaments structuraux à l'échelle régionale.

Une étude en lames minces indique que la minéralisation en terres rares de Gakara se caractérise par l'existence d'un minerai bréchiforme avec remplacement secondaire de la bastnaésite (Ce, La) CO₃F par la monazite (Ce, La, Th) PO₄ et de la baryte par du quartz. Plusieurs autres minéraux secondaires de remplacement de la bastnaésite sont observés en lames minces tels que la cérianite (Ce, Th) O₂, la fluocérite (Ce, La, Y) F₃ et la rhabdophane (Ce, La) PO₄.H₂O.  Le processus de formation de la minéralisation en terres rares est caractérisé par les phases suivantes : formation des fissures; minéralisation en bastnaésite; bréchification; remplacement de la bastnaésite par les minéraux secondaires et transformations supergènes.

L'économie moderne a besoin de trouver des sources stable d'éléments de terres rares (TR) (Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb et Lu) qui sont grandement utilisées dans l'industrie automobile, les sources énergies renouvelables, la production d'électricité verte et le domaine des télécommunications. Le Québec est une source de TR depuis les années 60 avec l'exploitation du complexe de carbonatite d'Oka pour le Niobium. Une dizaine de gisement ont été découverts dans les années 60 et 70 mais ces derniers n'ont pas été explorés ou exploités depuis. Avec la demande accrue qui accompagne les nouvelles technologies vertes et le désir unanime d'acquérir une certaine indépendance vis-à-vis des nombreuses sources de terres rares en Chine, les gisements de TR au Québec intéressent à nouveau.?

Trois gisements Montviel, Kipawa et Strange Lake sont désormais à des stades avancés, mais il existe aussi une dizaine de gisements en cours d'exploration ainsi qu'une trentaine d'évidences connues et répertoriées. Plusieurs de ces gisements affleurent ou sont proches de la surface et il y aussi un énorme potentiel d'exploration et d'exploitation de TR sous le couvert glaciaire et dans les régions difficilement accessible. Les gisements de TR ne sont pas encore bien compris et leur minéralogie est extrêmement complexe, mais les équipes de recherche en géologie des universités québécoises sont à l'avant-garde aussi bien sur le plan de leur connaissance que de leur compréhension.