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Une carte pour prédire la localisation des mines de diamants

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Une équipe de géophysiciens vient de publier dans le journal Nature une carte prédisant la localisation des régions où doivent se trouver des cheminées diamantifères. Dressée à l'aide de données jusque là tenues secrètes par les grandes compagnies minières concernant les gisements de diamants déjà connus, cette carte devrait leur être fort utile.

La frontière en rouge sur cette carte des anomalies de vitesses sismiques de cisaillement (Vs) correspond a des Plume Generation Zones (PGZs) en anglais, c'est à dire des Zones de Génération de Panaches mantelliques. Les points noirs correspondent à 80 % des gisements de kimberlites. En blanc les autres connues. Crédit : Nature

On sait que les diamants se sont formés il y a environ 2,5 milliards d'années dans le manteau terrestre et pendant une période à cheval sur l'archéen et le protérozoïque. Ce n'est que bien plus tard qu'ils seront ramenés en surface à l'occasion d'éruptions volcaniques créant ce qu'on appelle une cheminée diamantifère occupée par une roche ignée du nom de kimberlite. Il y a toutefois une exception qui a troublé pendant longtemps les chercheurs, les fameux diamants noirs. On sait aujourd'hui que les Carbonado viennent en fait de l'espace.

Echantillons de kimberlite d'Afrique du Sud. Crédit : Guilford College-collection Wards.

On ne comprend pas toujours aussi bien qu'on le voudrait la formation des diamants à partir d'une source riche en carbone dans le manteau de la Terre mais l'on sait pourquoi, bien que composés de carbone comme un vulgaire morceau de charbon ou la mine de nos crayons de papier, les diamants sont beaucoup plus durs et possèdent leurs célèbres caractéristiques esthétiques. Tout est une question d'arrangements atomiques comme on le voit sur le schéma ci-dessous.

Diamant (à gauche) et graphite (à droite) sont tous deux formés d'atomes de carbone. Leurs différences de propriétés physiques s'expliquent par des arrangements atomiques différents. Le graphite est en particulier formé d'empilement de feuillet de graphène comme on le voit en bas à gauche. Crédit : University of Illinois at Urbana-Champaign

On sait aussi que le diamant se forme dans des conditions de températures et de pressions particulières, si bien que l'on a pu fabriquer des diamants artificiels le 16 décembre 1954 dans les laboratoires de la General Electric. L'équipe de Francis Bundy et Tracy Hall qui a été à l'origine de cette prouesse est la première dont le succès a été attesté. Des tentatives à la fin du XIX ième au début du XX ième siècle, comme celle de Henri Moissan, qui semblaient avoir été couronnées de succès avaient par la suite été fortement mises en doute.

Le diamant, diamond en anglais, se forme dans des conditions de températures et de pressions bien particulières, par exemple à 3000 °C et 300 kbar comme le montre le diagramme de phase ci-dessus. Crédit : University of Illinois at Urbana-Champaign.

C'est grâce à ce genre de diagramme de phase thermodynamique que l'on sait que les diamants se sont formés à une profondeur dépassant les 150 km et qu'ils ont été ramenés en surface par des panaches mantelliques. Ces panaches mantelliques correspondent à ce que l'on appelle des points chauds et ils peuvent rester fixes pendant des dizaines de millions d'années alors que les continents bougent du fait de la tectonique des plaques.

Les diamants formés à grande profondeur sont ramenés en surface par une remonté de magma faisant éruption en surface et donnant une cheminée diamantifère occupée par une roche ignée, la kimberlite. Crédit : University of Illinois at Urbana-Champaign.
Une mine de diamant épuisée remplie d'eau en Afrique du Sud. Crédit : University of Illinois at Urbana-Champaign.

En utilisant les données concernant des milliers de gisements de kimberlites qui ont été prospectés par des compagnies minières comme la fameuse De Beers (la compagnie sud-africaine qui contrôle aujourd'hui entre 70 et 80 % de la production mondiale de diamant brut), Trond Torsvik, de l'Université d'Oslo, et des collègues d'autres institutions viennent de publier dans le journal Nature une carte montrant les kimberlites contenant des diamants.

Il en résulte que 80 % des cheminées diamantifères se retrouvent visiblement sur les bords de ce qu'on appelle des Large Low Shear Velocity Province (LLSVP), ou en français des Grandes Provinces d'Anomalies des Vitesses sismiques d'ondes de cisaillement, juste à l'interface noyau-manteau. C'est à la frontière de ces provinces que des panaches mantelliques profonds prendraient naissance. Ces régions sont stables depuis au moins 200 et peut-être 540 millions d'années et l'on voit que, remarquablement, elles correspondent bien à un arc bordant l'Afrique où l'on trouve des mines de diamants. 

On sait donc très probablement maintenant où concentrer les recherches pour trouver de nouveaux gisements.