Volcans riches en fer pourraient être des endroits privilégiés pour trouver de fortes concentrations de éléments de terres rares. Des expériences récentes en laboratoire ont démontré que lorsque les magmas riches en fer subissent des pressions et des températures volcaniques, le gisement d’oxyde de fer-apatite (IOA) qui en résulte se sépare en deux masses fondues non mélangeables, dont l’une est hautement enrichie en éléments de terres rares (REE).
« La teneur en éléments de terres rares peut être près de 200 fois supérieure à celle des fontes riches en silicates », a déclaré Shengchao Yandoctorant à l’Institut de géologie et de géophysique de l’Académie chinoise des sciences et chercheur principal sur les nouvelles expériences.
La recherche, publiée dans Lettres de perspectives géochimiquessoutient l’idée selon laquelle les gisements d’oxyde de fer et d’apatite, un minéral de phosphate de fer exploité mondialement pour son fer, pourraient constituer de riches cibles pour l’exploration des ETR.
Pas rare, mais difficile à exploiter
Les éléments des terres rares, la série des lanthanides ainsi que l’yttrium et le scandium, sont essentiels à un transition énergétique verte car ils sont nécessaires à la production d’aimants pour véhicules électriques et éoliennes, de panneaux solaires et de batteries de stockage. Avec la nécessité croissante de répondre aux crise climatiqueles économies du monde entier sont confrontées à un demande croissante d’ÉTR.
Mais l’approvisionnement est difficile à trouver. Malgré le nom, Les ETR ne sont pas rares. Ces métaux exister dans le monde mais on les trouve souvent en petites concentrations ou sont enfermés dans d’autres minéraux. Cela rend l’extraction des ETR non durable sur les plans économique et environnemental pour la plupart des pays. Actuellement, 63 % de l’exploitation minière mondiale des ETR se produit en Chine.
Cependant, des roches enrichies en ETR ont été découvertes de manière inattendue dans des mines de fer en Kiruna, Suède; El Laco, Chili; et autre part. L’enrichissement rend ces ETR plus faciles à extraire.
Ces mines sont situées sur des volcans éteints riches en fer qui possèdent d’importants gisements d’IOA.
« Dans de nombreux cas, lorsque nous trouvons des éléments de terres rares ou des métaux en général, nous les trouvons par hasard », a expliqué Michael Anenbourgpétrologue expérimental à l’Université nationale australienne de Canberra et co-auteur de la nouvelle recherche. « Ces mines extraient de l’oxyde de fer. Elles extraient de la magnétite. Elles n’ont jamais regardé si elles contenaient des éléments de terres rares. »
La découverte d’ÉTR concentrés dans les gisements IOA a incité exploitation minière les experts et les géologues se demandent : « Est-ce juste par accident, ou y a-t-il quelque chose dans ces magmas qui les rend ainsi ? » dit Anenbourg.
Explorer les conditions possibles dans lesquelles ETR étant séparés et concentrés dans les gisements de l’IOA, les chercheurs ont soumis les mélanges magmatiques à des pressions et températures volcaniques en laboratoire. Ils ont observé que dans ces conditions, les magmas se séparaient en deux composants non miscibles ou non miscibles : une masse fondue de phosphate de fer (FeP) et une masse fondue de silicate.
Les ETR se sont concentrés plus fortement dans la fonte de phosphate de fer que dans la fonte riche en silicates, a déclaré Yan, et les ETR plus légers se sont concentrés plus fortement que les plus lourds. La masse fondue de FeP était enrichie en lanthane, le plus léger de la série des lanthanides, environ 200 fois plus que le silicate, et en lutécium, le lanthanide le plus lourd, était enrichi environ 100 fois plus. (L’yttrium et le scandium, les ETR non lanthanides les plus légers, n’ont inexplicablement pas suivi cette tendance.)
Potentiel inexploité
Bien que ces expériences soient pas le premier à montrer que les IOA sont riches en éléments de terres rares, elles peuvent aider les géologues à comprendre un mécanisme par lequel ces fontes s’enrichissent.
« Dans l’ensemble, je pense qu’il s’agit d’une contribution extrêmement utile et qu’elle apporte un éclairage important sur le processus débattu de la genèse de l’IOA et en particulier sur le processus et l’étendue de l’enrichissement en ETR dans cette classe énigmatique de gisements. » Tobias Kellerun géochimiste computationnel de l’Université de Glasgow en Écosse qui n’a pas participé à la recherche, a écrit dans un e-mail.
Ces expériences ajoutent du poids à l’hypothèse d’une origine volcanique pour les gisements d’IOA, a expliqué Keller, et fournissent « une confirmation importante que la répartition des ETR entre de telles paires de liquides non miscibles favorise fortement la fonte riche en FeP ». Cette recherche aide à expliquer la présence d’apatite enrichie en ETR à Kiruna, en Suède, a ajouté Keller. Mais la façon dont ces fusions distinctes forment des corps séparés de magnétite riche en fer et d’apatite riche en ETR reste un mystère, a-t-il écrit.
Les volcans riches en fer sur lesquels se trouvent les gisements d’IOA sont désormais éteints, a noté Yan. En modélisant les volcans riches en fer tout au long de leur évolution, il espère explorer comment l’enrichissement en ETR a pu changer au cours de l’histoire de la Terre.
« Nous pouvons essayer de trouver les conditions optimales de formation des gisements, afin que les gens puissent réduire ou affiner l’emplacement d’exploration de ces gisements », a déclaré Yan.
« Les éléments des terres rares sont des métaux critiques », a déclaré Anenburg. Un pays n’a peut-être pas besoin d’une offre importante à l’heure actuelle, mais la demande mondiale ne fera que croître. Savoir si une mine de fer en activité pourrait également constituer une source inexploitée d’ÉTR pourrait s’avérer payant à l’avenir.
« C’est gagnant-gagnant », a-t-il déclaré, « car l’entreprise tire de toute façon plus de valeur des produits qu’elle exploite. Et puis l’environnement gagne, car nous n’avons pas besoin de creuser un nouveau trou dans le sol. »
Cet article a été initialement publié sur Eos.org. Lire le article original.
