Caractérisation des gîtes de terres rares d'intrusions alcalines: géologie, métallogénie et minéralurgie du complexe syénitique de Kipawa

Les éléments des terres rares (ETR) sont indispensables à la fabrication des technologies vertes notamment les voitures hybrides et électriques, les éoliennes, et les produits électroniques communs. Les ETR (lanthanides, yttrium, scandium) sont relativement abondants dans la croûte terrestre, mais les concentrations qui peuvent être exploitées sont peu fréquentes. Une combinaison de facteurs cruciaux est requise pour une mise en production d’un gîte d’ETR soit une bonne compréhension de la géologie du gîte qui ensuite permettent de développer un procédé de traitement de minerai adéquat. Les objectifs de ce projet de recherche centré sur le gîte de Kipawa étaient de : 1) caractériser la minéralogie ainsi que la distribution de la géochimie des ETR, du zirconium, de l’uranium et du thorium ; 2) comprendre, décrire et modéliser les processus métallogéniques qui gouvernent l’enrichissement local des ETR.

La majorité des lithologies sont des syénites, accompagnées de granite alcalin, d’amphibolite, et d’une faible quantité de roches calco-silicatées et de marbre. La méthode de datation U-Pb sur zircon a procuré 5 âges : 1039 ± 10 Ma, 1026 ± 14 Ma, 1007 ± 33 Ma et 2 âges qui se distinguent significativement, 1061 ± 12 Ma et 955 ± 21 Ma. Certaines textures observées sont d’origine magmatique sans déformation alors que d’autres ont été créées par des contraintes couplées à des événements métamorphiques. Une grande variété de minéraux porteurs d’ETR, Zr, Th, U ont été identifiés et analysés : eudialyte, mosandrite, britholite, parisite-Ce, zircon, polycrase, uraninite, pyrochlore, xénotime, thorite, thorogummite, brockite, monazite, allanite, zirconolite, baddeleyite, apatite, fluorite, bastnaesite-Ce, rinkite, ékanite, uranophane, pectolite, rosendbuschite, hiordhalite, vlasovite, gittinsite, misérite.

L’étude des carottes d’un forage représentatif ont permis de dégager 4 grandes tendances de comportements identiques d’éléments chimiques caractéristiques : les ETR, Zr et Hf, Th (+ U, Mn, Pb, Nb) et Co (+ Cu, Ni, Cr, Cs, Tl). La concentration des ETR et Zr est liée à la minéralogie atypique qui varie avec les lithologies (et par conséquent la profondeur). Les syénites de surface contiennent de l’eudialyte, tandis qu’en profondeur les marbres et leurs épontes contiennent de la britholite, du zircon et de la chondrodite. L’étude des cristaux d’eudialyte a montré un enrichissement en ETR lourdes par rapport aux cristaux d’eudialyte provenant de complexes hyperalcalins connus comme Saima (Chine) ou Khibiny (Russie).

Une observation importante est la corrélation observée entre l’abondance du fluor et des ETR qui indique que le processus d’enrichissement des ETR est peut-être la résultante de la métasomatose de la source magmatique ou des roches solidifiées du complexe par un fluide riche en fluor. De plus, les résultats isotopiques du néodyme et de l’hafnium indiquent une origine crustale du magma source des zircons, ou avec une faible proportion mantellique mélangée à une contamination crustale très importante.

De meilleures contraintes sur l’état des connaissances du gîte de Kipawa ont été obtenues grâce à la base de données des 18 500 analyses géochimiques des carottes de forages partagée par les partenaires (Matamec puis Corporation Métaux Précieux du Québec). Une nouvelle estimation des ressources minérales a été effectuée grâce à des simulations géostatistiques gaussiennes séquentielles (SGS) en facteurs spatialement décorrélés par la méthode MAF (Minimum/Maximum Autocorrelation Factors). Les résultats obtenus offrent l’avantage de procéder à l’estimation de ressources minérales d’ETR de façon multivariée, de limiter le lissage des résultats tout en fournissant une évaluation de leur incertitude.

En lien avec ce projet trois spécialistes complèteront bientôt leur cycle d’études supérieures dans les domaines des sciences de la Terre et du génie minier.