La modélisation analogique appliquée à la genèse des gîtes de minéraux nickel-cuivre-platinoïdes

La demande en métaux critiques et stratégiques tels le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le cobalt (Co) et les platinoïdes, tels le platine et le palladium, ne cesse d’augmenter, car ces ressources sont nécessaires pour supporter une transition vers une économie plus verte, ainsi que pour bâtir l’infrastructure de santé post-COVID-19. Une grande partie de ces ressources sont extraites de gîtes miniers qui furent formés dans des systèmes magmatiques intrusifs, où une phase de sulfure magmatique (sulfure liquide) a précipité à partir d’un magma silicaté, s’est enrichie en ces métaux et fut concentrée dans des pièges structuraux de conduits magmatiques tels des dykes ou des filons couches. Cependant, la physique et la géologie structurale de ce processus de concentration sont encore mal comprises. Un sulfure liquide a des propriétés physiques distinctes d’un magma silicaté « typique »: il est plus dense que le magma duquel il précipite, il est jusqu’à plusieurs ordres de magnitude moins visqueux, et il est immiscible par rapport au magma silicaté. Le problème en est donc un de dynamique de fluides : le sulfure liquide est transporté avec du magma silicaté, et des propriétés physiques du système, telles les viscosités, les densités, le taux de fluage magmatique et la géométrie du conduit, vont affecter les processus de concentration de sulfure liquide dans le conduit.

Il fut démontré qu’une accumulation de sulfure liquide dense pouvait être entraîné par un magma silicaté dans des systèmes intrusifs très dynamiques. Ici, il est question de documenter l’évolution d’une masse de sulfure liquide après son entraînement, une fois inclus dans un conduit magmatique. L’approche préconisée est celle de l’expérimentation analogique, un type de modélisation en laboratoire où le phénomène sera reproduit avec des liquides analogues immiscibles représentant le sulfure liquide et le magma silicaté, et des réservoirs et tubes aux géométries complexes représentant une chambre et le conduit magmatique, respectivement. En utilisant des liquides aux propriétés physiques différentes (viscosité, densité), en appliquant des vitesses différentes et en variant la géométrie du conduit magmatique analogique, ces variables pourront être isolées afin de déterminer leur importance respective sur la concentration du sulfure et la formation de gîtes en Ni-Cu. Ces résultats auront une incidence sur notre compréhension de ces systèmes géologiques naturels et contribueront à guider l’exploration minière sur ce type de gisement.

Cette demande de financement au FRQNT supportera l’établissement d’un laboratoire de modélisation analogique en émergence à l’UQAM; un tel laboratoire, dédié aux problèmes structuraux appliqués à la géologie économique, serait unique en son genre au Canada. Le projet en question forme la base d’un projet de recherche de deuxième cycle; la majorité des fonds demandés sont ainsi réservés aux fins du support financier de cet(te) étudiant(e) de maîtrise.