Section 18 Terre et planètes telluriques : structure, histoire, modèles

6. La métallogénie des ressources minérales

6.1. Les enjeux scientifiques

Du point de vue académique, l'origine des métaux, leurs sources et leurs mécanismes de transport dans la croûte, reste la question scientifique de 1o ordre en métallogénie. Or l'établissement de modèles conceptuels repose d'abord sur l'observation et l'analyse des gisements accessibles dont l'exploitation est encore active ou arrêtée récemment, ainsi que sur l'approche expérimentale et la modélisation géochimique. Connaître les modalités de formation d'un gisement constitue la première étape pour développer des concepts et méthodes qui permettent de comprendre la genèse et l'évolution des gîtes minéraux. Un des buts de cette recherche fondamentale est de contribuer à la découverte d'autres gisements.

L'amélioration des modèles métallogéniques repose sur plusieurs approches :

L'approche gîtologique : la connaissance détaillée des gisements : l'architecture des corps minéralisés replacés dans leur(s) contexte(s) géologique(s), sédimentaire (p. ex. géométrie des bassins, discordances), magmatique (structure des plutons, architecture des appareils volcaniques), tectonique depuis l'échelle métrique (filon), régionale (district et province métallogénique), et géodynamique (lithosphère).L'approche minéralogique et pétrologique : le développement de l'analyse des paragenèses des minerais, de leurs gangues et de leurs encaissants, la caractérisation des relations de phase, l'identification et la description de nouvelles espèces, l'étude des altérations et des marqueurs minéralogiques/géochimiques autour des minéralisations qui peuvent en outre permettre de développer des outils de prospection.L'approche géochimique : le traçage des sources des métaux, des ligants (ex : soufre, chlore), des fluides ; l'origine des salinités ; les mécanismes de dépôt des métaux (mélange ; dilution, redox). Les progrès dans cette approche de la métallogénie reposent sur des développements analytiques spectaculaires.L'approche géochronologique : la datation de la mise en place des minéralisations (U-Pb, Ar-Ar, Re-Os), la caractérisation du poly-phasage des gisements, la comparaison de l'âge des gisements avec les événements sédimentaires, magmatiques et tectoniques régionaux.L'approche expérimentale : elle consiste à identifier les paramètres physico-chimiques qui contrôlent la formation des gisements par l'étude des interactions.

En particulier, plusieurs pistes de recherche plus spécifiques peuvent être évoquées :

La comparaison des minéralisations primaires de sulfures (ou VMS – Volcanogenic Massive Sulfides) VMS actuels et fossiles et des relations entre la typologie du magmatisme et celle du dépôt est pertinente, mais passe par une meilleure coordination entre les travaux menés à terre et en mer.La compréhension des grandes provinces métallogéniques ne peut être abordée que par une meilleure connaissance des processus géodynamiques (convection mantellique, subduction océanique et continentale au voisinage des gisements considérés.L'étude des gisements péri-batholitiques doit associer analyses structurales, pétrologiques, géochimiques (fluides à W, Sn, Zn) et géochronologiques.L'approfondissement du modèle de la « shear zone » crustale (assez bien adaptée au cas des gisements aurifères filoniens d'Au) requiert une meilleure compréhension des propriétés pétro-physiques des roches encaissantes. Le cas des gisements IOCG (Iron Oxyde Copper Gold) constitue un cas d'étude emblématique car ce type de gisement, défini relativement récemment, est un ensemble disparate et mal compris en termes de processus. Les équipes françaises sont très bien positionnées pour contribuer à préciser leurs mécanismes de formation.

L'accent est souvent mis sur les « gisements géants », mais ils correspondent à une petite fraction de la totalité des exploitations actuelles et probablement de ce qui sera peut-être découvert dans les prochaines décennies. Dans le cadre du développement durable, les « petites mines artisanales » sont probablement appelées à se multiplier. Sans oublier le territoire national d'outre-mer, où les activités minières représentent une part essentielle de l'économie et des emplois locaux, le territoire national métropolitain mériterait une attention renouvelée, tant pour les métaux précieux (Au, Ag) que pour les « petits métaux » d'importance stratégique (Li, Ge), et même pour les métaux de base (Fe, Cu, Pb, Zn), ou les gisements U/Th ou de terres rares.

6.2. Les enjeux méthodologiques

Les progrès conceptuels mentionnés ci-dessus reposent sur le perfectionnement et la mise en œuvre de méthodes nouvelles. Sans être exhaustif, plusieurs voies de développement apparaissent prometteuses. On mentionnera : 1) la géophysique aéroportée haute résolution sur laquelle les équipes de recherche françaises doivent absolument s'investir ; 2) la modélisation 3D géologie-géophysique des ensembles géologiques (corps minéralisés et encaissants) en intégrant les propriétés pétro-physiques des roches et les informations géophysiques. Dans ce domaine, le développement des plate-formes Gocad et GeoModeller doit être poursuivie ; 3) la prospection hydrogéochimique car les interactions profondes des eaux avec des minéralisations peuvent être potentiellement conservées ; 3) l'analyse des marqueurs distaux des objets minéralisés : altérations, systèmes filoniens éloignés ; 4) les systèmes portables d'analyses in situ (rayons X et LIBS par exemple) ; 5) l'utilisation des SIG pour la prédictibilité et le traitement géostatistique des données ; 6) les mesures géophysiques en sondage et les techniques semi-automatiques de logging ; 7) les études expérimentales centrées sur la spéciation des métaux dans les fluides et sur la cinétique des réactions de dissolution-précipitation des phases contenant les éléments d'intérêt économique ; 8) les méthodes de datation précises.

6.3. Forces et faiblesses de la communauté française

La perspective de découvertes de nouveaux gisements représente in fine la principale motivation pour initier des recherches fondamentales dans le domaine de la métallogénie. La France possède indiscutablement des forces internationalement reconnues distribuées dans le milieu académique (CNRS/INSU et Universités) et dans des organismes de recherche (BRGM, IRD, IFREMER). Nos points forts sont (1) l'existence d'équipes pluridisciplinaires s'intéressant à cette problématique, (2) l'existence de centres de formation spécialisés à Toulouse, Orléans, Nancy, Montpellier, (3) notre présence historique sur quelques grands terrains emblématiques dans le domaine des matières premières tels que le Canada, l'Afrique de l'Ouest, le Maroc, l'Europe centrale et occidentale, la Roumanie, l'Espagne, la Russie ou l'Afrique du Sud, (4) l'existence d'un domaine d'expertise dans la micro-analyse ponctuelle des fluides et de leurs constituants (LA-ICP-MS, microsonde nucléaire, micro spectrométrie Raman, synchrotron, etc.) et dans le développement d'expérimentations sur les interactions fluides-roches et la modélisation numérique de ces fluides et (6) une expertise dans la datation précise des minéralisations.

La communauté nationale souffre cependant de plusieurs problèmes structurels responsables d'une faible lisibilité internationale. Une politique de recherche « en amont » dans le domaine des matières premières et centrée sur la compréhension des mécanismes de formation des gisements doit nécessairement être couplée à un réseau associant partenaires industriels et académiques qui favoriserait la constitution de groupements d'intérêts partagés, de programmes nationaux, ou de structures R&D à finalité commerciale. Le dynamisme de la recherche en ressources minérales passe par la formation par la recherche grâce à l'accroissement d'allocations de recherche aussi bien purement académiques que de type BDI, CIFRE etc. Quelques partenaires français ou internationaux sont impliqués dans ces actions de recherche (ex : AREVA pour les ressources en uranium) mais leur faible nombre fait que la promotion de la recherche en métallogénie est encore en devenir. Dans cette perspective, la nouvelle Compagnie des Mines Française (CMF) pourrait jouer le rôle fédérateur attendu.

Enfin, cette communauté présente des effectifs réduits et dispersés dans une dizaine d'universités. Malgré des efforts notables (recrutements récents de CR1 et CR2 dans le domaine), le renouvellement des ressources humaines en métallogénie apparaît aujourd'hui comme un élément incontournable d'une politique cohérente dans le domaine des matières premières.