210 - Les minéraux : témoins des processus géologiques

Connaitre la composition chimique des minéraux à l’échelle submillimétrique permet d’étudier divers processus de genèse géologique dont l’expression peux s’étendre à l’échelle kilométrique. L’étude approfondie des processus de cristallisation, d’altération, de métamorphisme, etc. implique de connaître la composition chimique détaillée des minéraux concernés. Parmi ces techniques d’analyse « in-situ », l’ablation laser couplée à la spectrométrie de masse (LA-ICP-MS) est la plus sollicitée. Les principes fondamentaux de la technique d’analyse par LA-ICP-MS seront survolés et différents résultats, dont des profils et des cartographies chimiques obtenus sur divers types de minéraux, seront notamment présentés. Le LabMaTer sera sous peu équipé d’une toute nouvelle technologie LA-ICP-MS, combinant un laser femtosecondes équipé d’un détecteur à spectroscopie sur plasma induit au laser (LIBS). Ce laser sera couplé à un spectromètre de masse à temps de vol (« time-of-flight » TOF-MS). Cette combinaison instrumentale (fs-LA-LIBS-ICP-TOF-MS) sera unique au monde et permettra d’ouvrir de nouvelles avenues analytiques dans le domaine des sciences de la Terre. Par cette acquisition, le LabMaTer renforce sa position de reconnaissance au rang mondial pour l’analyse par LA-ICP-MS des matériaux géologiques. Quelques avantages de ce système de pointe seront présentés.

Le socle rocheux étant peu exposé pour de grands segments du Québec, la découverte de nouveaux gisements aurifères requiert des méthodes d’exploration indirectes telles que le comptage de grains d’or dans les sédiments glaciaires. Cependant, il n’existe actuellement aucun matériau de référence permettant de certifier l’efficacité des laboratoires lors du comptage de grains d’or. Le contrôle de la qualité étant une obligation règlementaire dans tout projet d’exploration, la lacune doit être corrigée pour permettre la quantification de l’incertitude des mesures de la méthode de comptage des grains d’or. Il a été estimé que le matériau de référence idéal devrait contenir environ 50 grains d’or rigoureusement comptés et identifiés, d’une taille de 30-250 micromètres, de façon à générer un signal significativement plus élevé que le bruit de fond canadien. Ceci permettrait d’atteindre une incertitude raisonnable de 10 à 20 %. Les résultats démontrent que: 1) l’évaluation minéralogique visuelle n’identifie pas tous les grains d’or présent dans le matériau de référence; 2) la méthode utilisée de séparation des sous-échantillons semble peu reproductible; 3) la microtomographie aux rayons X ne donne pas une réponse aussi claire que celle envisagée. Bien que l’incertitude des sous-échantillons soit supérieure à celle visée (10-20 %), ce matériau de référence s’avère un premier jalon dans la quantification de l’incertitude du comptage de grains d’or.

La minéralogie quantitative est une méthode de plus en plus répandue afin de caractériser des échantillons de toute sorte. Cette méthode a été popularisée à partir des années 1990 par des techniques de type MLA/QEMSCAN. La puissance de calcul étant, à cette époque, limitée, les algorithmes de classification sont principalement basés sur la forme des spectres des énergies dispersives (EDS). Les récentes percées technologiques permettent désormais l’obtention d’une analyse chimique semi-quantitative sur chacune des particules en effectuant une déconvolution complète des spectres EDS. La présente routine utilise la plateforme Aztec (Oxford Instruments) pour l’acquisition des spectres sur chacune des particules. Les analyses chimiques déconvoluées sont alors traitées dans ARTMin, un logiciel permettant de comparer l’analyse sur une base cationique à une librairie de plus de 1 000 espèces minérales différentes. La classification se base sur le calcul de la distance euclidienne minimale dans l’espace stœchiométrique afin d’identifier la phase minérale correspondante tout en procurant le degré d’incertitude. Comparativement aux autres logiciels du marché, ARTMin utilise une librairie théorique, et non empirique, pouvant facilement être adaptée aux spécificités des projets. Les performances du système actuel permettent l’analyse et la classification de plus de 18 000 particules à l’heure, sur la base de 12 000 comptes par analyse.

Il est reconnu que l’étude morphologique des grains d’or libérés dans les tills permet d’interpréter le déplacement glaciaire. Le principe de base propose que les grains d’or soient intacts lorsqu’ils sont libérés de leur matrice et que leur géométrie se modifie rapidement par les impacts et le cisaillement lors du transport. La morphologie des grains d’or s’est longtemps faite par l’identification visuelle au binoculaire, mais cette méthode est limitée par trois facteurs : (1) la résolution optique pour les grains fins (> 50 µm); (2) le choix subjectif du technicien effectuant la classification et (3) le processus est chronophage. Pour contrer ces limitations, une routine automatisée au microscope électronique à balayage (MEB) a été développée pour détecter, acquérir une image à haute résolution et une analyse chimique pour chacun des grains d’or. Les détails morphologiques sont ainsi plus clairs, permettant de construire une classification morphologique plus exhaustive (cristallin, mutuel, intergranulaire, remobilisé), en plus de corroborer la chimie de l’or avec son environnement. De plus, un logiciel d’apprentissage utilisant les réseaux neuronaux a été développé et a été entrainé sur plus de 5000 grains d’or dans l’optique de classifier automatiquement les grains d’or selon leur morphologie. Les résultats sont ensuite confirmés par un professionnel. L’apprentissage est en continu, mais à l’instant, plus de 90% des grains d’or sont présentement classifiés correctement!

L’accumulation des métaux dans les sols est un phénomène complexe qui nécessite la compréhension de leur spéciation en regard de l’environnement récepteur. Les métaux peuvent se retrouver sous différentes formes, tels que des particules détritiques, de cations adsorbés sur des particules organiques ou argileuses chargées ou sous forme de précipités. La caractérisation de la spéciation des métaux permet de mieux déduire le processus de formation des anomalies dans le cadre des campagnes de géochimie d’exploration. Similairement, dans l’industrie de l’environnement, la caractérisation de l’espèce porteuse du métal contaminant permet un meilleur ciblage des processus de décontamination des sols contaminés. Cette finalité est possible par l’entremise d’un détecteur des énergies dispersives (EDS) couplé à un microscope électronique à balayage automatisé permettant une limite de détection de 0,05% pour la plupart des métaux sur des substratums délicats, telle la matière organique. Plusieurs exemples vous seront présentés, notamment la précipitation de sulfures de cuivres, d’hydroxydes de cobalt et de carbonates de nickel suite à la saturation des métaux. Un second exemple concerne la concentration de métaux provenant des poussières de silicates de zinc et de dioxyde de titane dans le sol. Finalement, il sera question de contamination en milieu industriel sous forme de gouttelettes de plomb ou des résidus métalliques.

Le projet Metal Earth, piloté par l’université Laurentienne, est financé à hauteur de $104 million principalement par les Fonds Apogée du Canada. Ce programme vise à améliorer notre compréhension de la distribution de l’or et autres métaux dans la croûte. Le projet Metal Earth s’intéresse à plusieurs ceintures de roches vertes des cratons nord-américains (p.ex. la Sousprovince de l’Abitibi), et vise à documenter les phénomènes géologiques à grande échelle. Le projet tente d’apporter des réponses aux questions suivantes : (1) Pourquoi deux régions qui sont géologiquement semblables peuvent contenir des quantités d’or très différentes? (2) Quels sont les processus qui régissent la formation des gisements aurifères? (3) Quelle est la géodynamique archéenne et son influence sur les processus minéralisateurs? Le principal objectif du projet Metal Earth est d’identifier les facteurs favorables à la formation de quantités importantes de gisements d’or à l’échelle des ceintures de roches vertes. Cette contribution présentera les gisements aurifères, afin d’aborder les questions posées par le projet Metal Earth, avant de présenter les volets du projet, qui sont les suivants : (1) comprendre l’architecture des ceintures de roches vertes et des districts aurifères ; (2) imager la structure 3D de la croûte (profils séismiques, etc.); (3) identifier les processus minéralisateurs ; et (4) développer de nouveaux outils afin d’évaluer le potentiel minéral des cratons nord-américains.

Un nouveau levé géologique a été effectué par le Ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles à la jonction de trois sous-provinces archéennes : le La Grande (LG) au nord, le Nemiscau (N) au centre, et l’Opatica (O) au sud. L’ensemble des unités métasédimentaires (faciès des amphibolites et des granulites) du N montre une géométrie en dômes et bassins. Son cœur présente un domaine granulitique qui se superpose à une forte anomalie magnétique. Le contact N - LG au nord et N - O au sud, sont caractérisés par des ceintures de roches volcaniques et volcanoclastiques, qui encaissent des intrusions mafiques et ultramafiques. Au sud, la Ceinture Colomb-Chaboullié est injectée par des intrusions mafiques et ultramafiques connues pour leur potentiel en Ni-Cu-EGP magmatique (ex. gîte Horden). Au contact N - LG, nos travaux ont aussi mis au jour des zones minéralisées présentant des similitudes avec des gîtes épithermaux, dans une séquence métasédimentaire. La Cible Pontax couvre une zone kilométrique montrant des altérations hydrothermales comprenant 1) des zones altérées en cordiérite-grenat; 2) d’abondantes veines et de concrétions métasomatiques à grenat-tourmaline; 3) des altérations à quartz-tourmaline-sulfures, proximales aux zones minéralisées; et 4) des horizons de conglomérats polygéniques, altérés et minéralisés. Ces altérations sont comparables aux zones métasomatiques observées dans le toit des zones aurifères du gisement aurifère Roberto, propriété Éléonore.

Les dépôts de Ni, éléments du groupe de platine (EGP), Cr, V, Ti et P, sont associés aux roches mafiques et ultramafiques, notamment les komatiites et les tholéiites. La ceinture volcanosédimentaire de Colomb-Chaboullié (CC) renferme des unités mafiques et ultramafiques. Cette étude vise à classifier ces roches selon des critères pétrographiques, géochimiques et économiques dans un système géodynamique métamorphisé au faciès schiste vert supérieur à amphibolite inférieur. Une des unités mafiques contenues dans la portion SO de la ceinture est un basalte riche en MgO d’affinité tholéiitique dont les diagrammes multiéléments sont typiques de ceux des ceintures de roches vertes archéennes. Les intrusions de gabbro et de pyroxénite, qui sont les autres unités mafiques et ultramafiques de la portion SO, sont dérivées de la cristallisation du basalte riche en MgO. Les indices de Ni-Cu (≤0,33% Ni et ≤1,4% Cu) et d’EGP (470≤Pt + Pd ≤1375 ppb), qui sont aussi associés à ces intrusions, mériteraient une exploration approfondie. Deux séries magmatiques sont présentes dans la portion NE de la ceinture de CC; les komatiites et les gabbros riches en Fe d’affinité tholéiitique. L’unité de gabbro a une teneur maximale en V de 400 ppm, ce qui en fait une cible pour l’exploration de V. L’unité de komatiite est une cible pour un dépôt de Ni. Cependant, la teneur en métaux de ces roches (valeurs mantelliques) indique qu’ils n’ont pas atteint la saturation en sulfure diminuant leur potentiel.