Mine de cuivre au Nouveau Mexique. © Marshman, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0
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Les éruptions ratées sont à l’origine d’importants gisements de cuivre

ActualitéClassé sous :Géologie , croûte terrestre , cuivre

Le cuivre est en train de devenir de plus en plus rare et pourtant nos besoins en ce métal ne cessent d'augmenter, surtout dans la dynamique actuelle de transition énergétique. Une nouvelle étude vient caractériser de manière plus précise les conditions nécessaires à la formation de vastes gisements et montre qu'ils seraient associés à des éruptions ratées.

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Le cuivre, en raison de ses propriétés thermiques et conductives, fait partie des métaux les plus utilisés actuellement, et donc les plus exploités. Sa valeur ne devrait cesser d'augmenter dans le futur car il représente un élément clé dans la transition énergétique en cours. En effet, tous les systèmes électroniques et électriques présents dans les technologies dites « bas carbone » nécessitent, pour leur fabrication, de grandes quantités de cuivre dont les ressources diminuent à vue d'œil.

Le secteur des transports est tout particulièrement gourmand en cuivre, ce qui fait craindre une pénurie à l'horizon 2050, si aucune production secondaire issue du recyclage n'est mise en place à grande échelle. Il devient donc urgent de repenser l'économie du cuivre mais également de trouver de nouveaux gisements.

Les composants électroniques des voitures électriques nécessitent de grandes quantités de cuivre. © Sergii Chernov, Fotolia

La (très chaude) genèse des gisements de cuivre

Habituellement, le cuivre se trouve à l'état naturel au sein de dépôts minéraux appelés « porphyres cuprifères ». Ces dépôts sont formés par la circulation, au sein de la croûte terrestre, de fluides chauds produits lors du refroidissement des magmas. Le cuivre précipite à partir de ces fluides et se dépose sous la forme de porphyres entre 1 et 6 km de profondeur, à proximité des réservoirs magmatiques. Ce processus n'est cependant pas instantané. Il faut des dizaines de centaines de milliers d'années pour que ces dépôts se forment !

De récentes études ont permis de mieux définir les mécanismes de la genèse des porphyres cuprifères, mais également l'environnement tectonique et magmatique dans lequel ils se mettent en place. Il apparait que ces dépôts sont généralement associés à la production de magmas calc-alcalins, caractéristiques des arcs volcaniques se développant dans la croûte continentale au niveau de certaines zones de subduction.

Mine de cuivre en Arizona. © Stephanie Salisbury, Wikimedia Commons, CC by 2.0

Dans ce contexte, il apparait que l'importance du dépôt de porphyre cuprifère va principalement dépendre de la quantité de fluide exsolvé par le magma qui va, elle-même, dépendre du volume de magma en train de refroidir. Cependant, l'accumulation de grandes quantités de magma dans la croûte ne garantit pas la formation de minerais de cuivre. D'autres paramètres entrent en jeu.

Des éruptions avortées permettent la genèse d’importants dépôts de cuivre

Dans une nouvelle étude, des chercheurs se sont attelés à caractériser de manière plus précise les conditions permettant la formation de grands gisements de cuivre. Leurs résultats, publiés dans Nature Communications Earth and Environment montrent que la formation des porphyres cuprifères est en effet très dépendante du volume de magma, mais également de sa vitesse de transfert vers la croûte supérieure et le réservoir magmatique. La formation d'importants dépôts nécessite ainsi l'injection de grands volumes de magma avec une vitesse de remontée assez rapide, à un débit supérieur à 0,001 km3/an.

Ce type de comportement magmatique est caractéristique des grandes éruptions qui s'observent habituellement en environnement de rift, de point chaud ou de subduction. Or, pour garantir la formation d'importants dépôts, il ne faut pas que ce système magmatique arrive jusqu'au stade de l'éruption. En effet, lorsqu'une éruption se produit, les fluides issus du magma et à partir desquels les porphyres cuprifères peuvent se former, vont être rejetés dans l'atmosphère au lieu de rester au sein de la croûte continentale.

Les mécanismes de formation des dépôts de cuivre (a). © Chiaradia and Caricchi, 2022, Nature Communications, CC by 4.0

Les auteurs concluent donc que les plus abondants gisements de cuivre se forment lorsque ces grandes éruptions avortent. D'importants volumes de magma et de fluides restent ainsi stockés au sein de la croûte supérieure, permettant la genèse de porphyre cuprifère. Ces nouvelles données vont permettre de mieux cibler les lieux de prospection pour découvrir les nouveaux et vastes gisements de cuivre qui seront nécessaires à notre industrie dans un futur proche.

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