Processus de Formation des Gisements : Le Retour Hydrothermal

Un adage dans les régions minières, souvent aperçu sur les pare-chocs des véhicules, affirme : « Si ça ne peut pas être cultivé, il faut l’extraire ». Avant que l’exploitation minière puisse commencer, il faut d’abord que du minerai soit présent dans le sol. Dans notre précédent article, nous avions défini le minerai comme un matériau économiquement exploitable et évoqué les processus magmatiques qui peuvent former ces gisements. Cependant, ces processus ne concernent qu’une minorité des mines actuelles. Ce sont les phénomènes dits « hydrothermaux » qui revêtent une importance économique bien plus cruciale.

Le terme « hydrothermal » évoque naturellement de l’eau chaude. En géologie, cela rappelle des paysages comme Yellowstone, avec ses geysers et ses sources chaudes fumantes. Pourtant, ces sources ne sont que la partie visible d’un phénomène bien plus intense : les fluides hydrothermaux auxquels s’intéressent les géologues sont souvent à des températures bien supérieures et se situent en profondeur.

À quelles conditions cesse-t-on d’appeler cela de l’eau ? Nous frôlons ici la zone des fluides supercritiques. Ces fluides atteignent plusieurs centaines de degrés Celsius et peuvent transporter des substances comme la silice (SiO2) ainsi que des métaux réputés pour leur insolubilité, tel l’or. C’est pourquoi on préfère parler de « fluides » plutôt que d’« eau » : leur comportement est radicalement différent à ces pressions et températures extrêmes.

Revenons dans une chambre magmatique, profondément enfouie sous terre. Le magma est bien plus qu’une roche fondue : il renferme aussi des quantités variables de gaz dissous, notamment de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone. Lors du refroidissement rapide du magma, l’eau se retrouve piégée dans la matrice rocheuse ou dans les cristaux formés. Si le refroidissement s’effectue lentement, un fluide hydrothermal peut alors se former dans la chambre magmatique.

Pegmatites : le grand œuvre du refroidissement lent

Cela donne naissance à ce que l’on appelle des dépôts de pegmatites. Ce terme désigne initialement une roche à texture particulière. En matière de minerai, il fait presque toujours référence à des pegmatites granitiques, c’est-à-dire des granites à gros cristaux, parfois de la taille de plusieurs centimètres. Ces cristaux énormes résultent à la fois de la lenteur du refroidissement et de l’action des fluides hydrothermaux expulsés.

Encore une fois, il s’agit de fluides à plusieurs centaines de degrés Celsius, riches en ions. Ces fluides circulent dans la chambre magmatique, alimentant les cristaux en ions métalliques nécessaires à leur croissance. Les cristaux peuvent devenir impressionnants, comme de larges grenats ou d’énormes feldspaths roses. Les ions proviennent certes du magma initial, mais aussi des roches environnantes que le fluide dissout.

Outre la beauté des plans de travail en granite ou des pierres semi-précieuses issues de ces pegmatites, on distingue deux types principaux : les pegmatites riches en lithium, et celles riches en terres rares. Les premières, appelées « LCT » (Lithium, Césium, Tantale), contiennent des métaux essentiels à la technologie actuelle, notamment pour l’électronique. Les terres rares sont tout aussi stratégiques. La prospection y est active, notamment en Amérique du Nord, où ces gisements sont considérés comme de plus en plus précieux.

Les pegmatites ont aussi été exploitées pour extraire du bore, du fluor, de l’étain et de l’uranium. Un minéral notable pour les amateurs d’électronique est la muscovite, un mica grossier fréquemment présent dans ces roches. Sa capacité diélectrique et sa facilité à se scinder en fines feuilles en font un excellent isolant dans les condensateurs et applications à haute tension, bien que les céramiques aient largement pris le relais dans la plupart des usages.

Il faut rappeler que ces dépôts ne sont pas un privilège exclusif à la Terre. Malgré leur nom, les processus hydrothermaux ne dépendent pas de l’eau de surface. L’eau contenue dans le manteau terrestre – et dans le manteau de toute autre planète rocheuse – alimente ces fluides. Récemment, la Lune, longtemps considérée comme sèche, a été réévaluée et pourrait bien abriter des pegmatites lunaires. Ceci laisse à penser que de tels mécanismes se déroulent probablement sur toutes les planètes rocheuses de notre système solaire. À la recherche de roche granitique, on pourrait donc dénicher des pegmatites fascinantes ailleurs que sur Terre.

Dépôts orogéniques : quand l’eau circule dans les failles

Lorsque le fluide hydrothermal quitte la chambre magmatique et circule librement dans les fissures et failles des roches environnantes, il forme un type de gisement tout différent. Ces dépôts, souvent appelés orogéniques, sont liés à la formation des montagnes – l’orogenèse – d’où leur nom.

Il ne faut pas pour autant chercher exclusivement près des montagnes actuelles. Les gisements d’or de Kirkland Lake, évoqués précédemment, sont des dépôts orogéniques situés au cœur du Bouclier canadien, loin de toute chaîne montagneuse moderne. Ces chaînes ont été érodées depuis longtemps, bien avant l’apparition des dinosaures. On y découvre de spectaculaires veines de quartz blanc traversant le granite, témoins de la circulation des fluides riches en silice, parsemées d’éclats d’or. La majorité de l’or extrait par l’humanité provient pourtant d’autres types de gisements, mais cela mérite une exploration à part.

Outre l’or, on trouve dans ces veines de quartz des métaux natifs comme l’argent ou le cuivre, ainsi que des éléments tels que le cobalt, le molybdène, l’étain ou le tungstène, parfois sous forme minérale. Le terme « natif » désigne ici un métal pur, non combiné chimiquement à d’autres éléments. Ces métaux sont particulièrement prisés car ils nécessitent peu de traitement après extraction. Cependant, à l’exception des régions nouvellement accessibles par la fonte des glaciers au Groenland ou en Antarctique, il est peu probable d’ouvrir de nouvelles mines de cuivre natif à l’avenir.

Les conditions d’oxydoréduction du fluide sont déterminantes : un fluide oxydant ne pourra pas déposer de métaux natifs. Les réactions redox en géochimie sont particulièrement complexes et variables, rendant difficile la prédiction des gisements. Cette imprévisibilité a causé bien des déconvenues aux prospecteurs.

Cependant, la présence de veines de quartz a longtemps été un indice remarquable pour orienter la recherche minière. Ces veines peuvent s’étendre sur des kilomètres sans renfermer de minerais, puis soudain récolter un gisement précieux. Parfois, elles contiennent aussi des carbonates comme la calcite. La concentration en métaux dépend de la composition initiale du magma et des minéraux arrachés lors de la circulation dans la roche hôte. La géologie, finalement, reste une affaire de hasard et de patience.

La complexité du cycle hydrothermal

Ce survol simplifie la réalité. En effet, les dépôts en veines hydrothermales ne proviennent pas uniquement des fluides issus du magma. Parfois, de l’eau de surface – appelée « eau météorique » par les géologues, sans rapport avec les météorites – peut s’infiltrer profondément dans les fractures et atteindre des zones chaudes où elle dissout les minéraux et s’enrichit en éléments.

Le mélange entre eaux météoriques et « eaux crustales » (issues de magma) varie avec le temps. Ces eaux peuvent créer un circuit convectif, descendant vers la zone chaude puis remontant, déposant leurs minerais dans des roches plus froides. Souvent plus fraîches que les fluides magmatiques, ces eaux dites « épithermales » (températures autour de 300 à 400 °C) forment des dépôts spécifiques. Ces températures restent comparables à celles que l’on observe dans des régions géothermiques comme Yellowstone, bien qu’il ne soit pas conseillé d’y creuser maintenant.

Ces dépôts épithermaux ou orogéniques peuvent apparaître sans eau de surface, mais jusqu’à présent aucun signe ne suggère leur présence sur la Lune. Mars, en revanche, semble réunir toutes les conditions nécessaires, ouvrant la possibilité à des gisements dorés sur la planète rouge. Même certains astéroïdes comme Vesta présentent des indices de quartz en veines, montrant que ce phénomène hydrothermal s’étend au-delà de notre Terre.

Il existe d’autres formes de dépôts hydrothermaux à haute température, sans compter plusieurs types à plus basse température probablement exclusifs à notre planète. Mais ce sujet mérite un développement futur, tant il est riche et complexe.