Formation des grands gisements de cuivre // Formation of major copper deposits

Un article paru sur le site de Futura Sciences nous apprend comment ce sont formés les grands gisements de cuivre dans le monde. Pour cela, il est fait référence à une nouvelle étude parue dans la revue Nature Communications Earth and Environment et qui nous explique les conditions nécessaires à la formation de tels gisements. On apprend qu’ils seraient associés à des éruptions ratées.

Le cuivre, en raison de ses propriétés thermiques et conductives, fait partie des métaux les plus utilisés de nos jours. Il n’est guère de semaine où la presse ne fait pas état de vols de dépôts de cuivre dont le prix ne cesse d’augmenter suite à l’importance de la demande. Cette hausse est loin d’être terminée car le cuivre représente un élément clé dans la transition énergétique voulue par de nombreux gouvernements. En effet, tous les systèmes électroniques et électriques présents dans les technologies « bas carbone » nécessitent, pour leur fabrication, de grandes quantités de cuivre.

Le secteur des transports est grand demandeur de 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.

Le cuivre se trouve à l’état naturel au sein des 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. L’étude précise que ce processus n’est pas instantané. Il faut des 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. Ces dépôts semblent généralement associés à la production de magmas calco-alcalins caractéristiques d’arcs volcaniques qui se développent dans la croûte continentale au niveau de certaines zones de subduction.

Dans ce contexte, il apparaît 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.

Dans la nouvelle étude mentionnée plus haut, des chercheurs se sont attelés à caractériser de manière plus précise les conditions permettant la formation de grands gisements de cuivre. Leurs résultats montrent que la formation des porphyres cuprifères est 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 donc l’injection de grands volumes de magma avec une vitesse de remontée assez rapide, à un débit supérieur à 0,001 km3 par an.

Ce type de comportement magmatique est caractéristique des grandes éruptions qui surviennent 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 expulsés dans l’atmosphère au lieu de rester au sein de la croûte continentale.

Les auteurs de l’étude 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, ce qui permet la genèse de porphyre cuprifère. Ces nouvelles données vont permettre de mieux cibler les lieux de prospection, avec l’espoir de découvrir les nouveaux et vastes gisements de cuivre qui seront nécessaires à notre industrie dans un futur proche.

Vous trouverez l’article dans son intégralité en cliquant sur ce lien:

https://www.futura-sciences.com/planete/actualites/geologie-eruptions-ratees-sont-origine-importants-gisements-cuivre-98531/

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An article published on the Futura Sciences website tells us how the large copper deposits in the world are formed. For this, reference is made to a new study published in the journal Nature Communications Earth and Environment and which explains the necessary conditions to the formation of such deposits. We learn that they are probably associated with failed eruptions.
Copper, due to its thermal and conductive properties, is one of the most widely used metals today. There is hardly a week when the press does not report thefts of copper materials whose price keeps rising due to the importance of demand. This rise is far from over because copper represents a key element in the energy transition advocated by many governments. Indeed, all the electronic and electrical systems present in « low carbon » technologies require, for their manufacture, large quantities of copper.
The transport sector is a major copper user, which raises fears of a shortage by 2050, if no secondary production from recycling is implemented on a large scale.
Copper is found naturally in copper-bearing porphyries. These deposits are formed by the circulation, within Earth’s crust, of hot fluids produced during the cooling of magmas. Copper precipitates from these fluids and is deposited in the form of porphyries between 1 and 6 km deep, near magmatic reservoirs. The study specifies that this process is not instantaneous. It takes tens of hundreds of thousands of years for these deposits to form.
Recent studies have made it possible to better define the mechanisms of the genesis of copper-bearing porphyries, but also the tectonic and magmatic environment in which they are set up. These deposits seem generally associated with the production of calco-alkaline magmas characteristic of volcanic arcs which develop in the continental crust at certain subduction zones.
In this context, it appears that the importance of the copper porphyry deposit mainly depends on the quantity of fluid exsolved by the magma which will, itself, depend on the volume of magma in the cooling process. However, the accumulation of large amounts of magma in the crust does not guarantee the formation of copper ores. Other parameters come into play.
In the new study mentioned above, researchers set out to characterize more precisely the conditions allowing the formation of large copper deposits. Their results show that the formation of copper-bearing porphyries largely depends on the volume of magma, but also on its speed of transfer to the upper crust and the magmatic reservoir. The formation of large deposits therefore requires the injection of large volumes of magma with a fairly rapid ascent rate, at a rate greater than 0.001 km3 per year.
This type of magmatic behaviour is characteristic of large eruptions that usually occur in rift, hotspot, or subduction environments. However, to guarantee the formation of large deposits, this magmatic system must not reach the stage of eruption. Indeed, when an eruption occurs, the fluids from the magma and from which the copper-bearing porphyries can form, will be expelled into the atmosphere instead of remaining within the continental crust.
The authors of the study therefore conclude that the most abundant copper deposits are formed when these large eruptions abort. Large volumes of magma and fluids thus remain stored within the upper crust, which allows the genesis of copper-bearing porphyry. These new data will make it possible to better target prospecting sites, with the hope to discover the new and vast copper deposits that will be necessary for our industry in the near future.
You can find the article in its entirety (in French) by clicking on this link:

https://www.futura-sciences.com/planete/actualites/geologie-eruptions-ratees-sont-origine-importants-gisements-cuivre-98531/

Vue panoramique de la mine de cuivre de Chuquicamata, à 2 850 mètres d’altitude au Chili. Située à proximité de Calama, c’est en volume extrait la plus grande mine de cuivre à ciel ouvert au monde. La cavité géante mesure 4,5 kilomètres de long, 3,5 kilomètres de large, avec une profondeur de 850 mètres. Par la taille, c’est la deuxième mine à ciel ouvert la plus profonde au monde, après celle de Bingham Canyon dans l’Utah aux États-Unis. J’ai été particulièrement impressionné par la taille des camions et celle de leurs roues. Tout est gigantesque dans cette mine. (Photo: Wikipedia).

Température de prismation des colonnes basaltiques // Prismation temperature of basalt columns

J’ai écrit plusieurs notes – le 24 mars 2015, par exemple – sur Devils Tower qui est un site touristique très populaire dans le Wyoming aux Etats Unis. Un certain nombre d’hypothèses ont été formulées pour expliquer l’apparition de ce monolithe vieux de 49 millions d’années. Les explications les plus fréquemment avancées font état d’une montée de magma qui se serait frayé un chemin dans les couches sédimentaires sous la surface ou à l’intérieur d’une cheminée dans les profondeurs d’un volcan.
Une nouvelle étude réalisée par des géologues de l’Université de Liverpool a identifié la température à laquelle le magma en cours de refroidissement se fissure pour former des colonnes géométriques telles que celles rencontrées à la Chaussée des Géants en Irlande du Nord et à Devils Tower aux États-Unis.


Les colonnes géométriques apparaissent dans de nombreux types de roches volcaniques et se forment au fur et à mesure que la roche se refroidit et se contracte, ce qui donne naissance à un ensemble régulier de prismes et de colonnes polygonaux Les géologues se sont longtemps demandé à quelle température le magma en cours de refroidissement forme ces prismes.
Les scientifiques de Liverpool ont entrepris une étude pour découvrir à quel niveau de température les roches s’ouvrent pour former ces entablements spectaculaires. Dans un article publié dans la revue Nature Communications, ils expliquent avoir mis sur pied un nouveau type d’expérience pour montrer comment, lorsque le magma se refroidit, il se contracte et accumule du stress, jusqu’au moment où il se fissure. L’étude a été réalisée sur des échantillons de colonnes basaltiques issues de l’Eyjafjallajökull, en Islande.
Les chercheurs ont conçu un nouvel appareil permettant à la lave en cours de refroidissement, saisie dans une presse, de se contracter et de se fissurer pour former une colonne. Cette expérience a permis de constater que les roches se fracturent lorsqu’elles refroidissent à environ 90 à 140 degrés Celsius en dessous de la température à laquelle le magma cristallise, soit environ 980 °C pour les basaltes. Cela signifie que les joints que l’on peut observer entre les colonnes basaltiques à la Chaussée des Géants et à Devils Tower, entre autres, se sont formés à une température d’environ 840-890°C.
Les auteurs de l’expérience explique qu’elle a été compliquée d’un point de vue technique, mais elle montre parfaitement le rôle joué par la contraction thermique sur l’évolution des roches en cours de refroidissement et sur le développement des fractures. Connaître le niveau de température auquel le magma en cours de refroidissement se fracture est essentiel, car il amorce la circulation de fluides dans le réseau de fractures. La circulation de fluides contrôle le transfert de chaleur dans les systèmes volcaniques. Ce phénomène peut être exploité pour la production d’énergie géothermique. Cette dernière découverte présente donc d’importantes applications en volcanologie et dans le domaine de la recherche géothermique.
Source : Université de Liverpool.

Loin de cette approche scientifique, une légende raconte qu’un groupe de sept jeunes filles jouaient dans la forêt quand arriva brusquement un ours géant. Elles s’enfuirent mais l’ours les poursuivit. La situation semblait perdue car l’ours gagnait du terrain. Les filles se précipitèrent vers un rocher quelles essayèrent d’escalader en priant le Grand Esprit de leur venir en aide. A ce moment-là, le rocher se mit à grandir, soulevant les enfants dans les airs. L’ours sauta sur le rocher mais ne réussit pas à atteindre les jeunes filles car ses griffes glissaient sur la pierre. On peut voir aujourd’hui la marque de ses griffes sur le rocher qui continua à croître, poussant les filles vers le ciel, où elles devinrent les sept étoiles de la Pléiade.

Photos: C. Grandpey

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I have written several posts – on March 24th, 2015, for instance – about Devils Tower which is a popular tourist spot in Wyoming. A number of hypotheses for the 49-million-year-old monolith have been put forward over the years. The most popular explanations today refer to some magma ascent squeezed in between subsurface layers of sediments, or within a conduit deep inside a volcano.

A new study by geoscientists at the University of Liverpool has identified the temperature at which cooling magma cracks to form geometric columns such as those found at the Giant’s Causeway in Northern Ireland and Devils Tower in the USA.
Geometric columns occur in many types of volcanic rocks and form as the rock cools and contracts, resulting in a regular array of polygonal prisms or columns. One of the most intriguing questions facing geologists is the temperature at which cooling magma forms these columnar joints.

Liverpool geoscientists undertook a research study to find out how hot the rocks were when they cracked open to form these spectacular stepping stones. In a paper published in Nature Communications, they explain that they designed a new type of experiment to show how as magma cools, it contracts and accumulates stress, until it cracks. The study was performed on basaltic columns from Eyjafjallajökull volcano, Iceland.
The researchers designed a novel apparatus to permit cooling lava, gripped in a press, to contract and crack to form a column. These new experiments demonstrated that the rocks fracture when they cool about 90 to 140 degrees Celsius below the temperature at which magma crystallises into a rock, which is about 980°C for basalts.
This means that columnar joints exposed in basaltic rocks, as observed at the Giant’s Causeway (Ireland) and Devils Tower (USA) amongst others, were formed around 840-890°C.
The authors of the experiments say that they were technically very challenging, but they clearly demonstrate the power and significance of thermal contraction on the evolution of cooling rocks and the development of fractures. Knowing the point at which cooling magma fractures is critical, as it initiates fluid circulation in the fracture network. Fluid flow controls heat transfer in volcanic systems, which can be harnessed for geothermal energy production. So the findings have tremendous applications for both volcanology and geothermal research.
Source: The University of Liverpool.

Far from this scientific approach, a legend says that a group of seven girls were playing in the forest when a giant bear abruptly arrived. They fled but the bear chased them. The situation seemed lost because the bear was gaining ground. The girls rushed to a rock that they tried to climb, begging the Great Spirit to help them. At that moment, the rock began to grow, raising the children in the air. The bear jumped on the rock but failed to reach the girls because his claws slipped on the stone. We can see today the mark of his claws on the rock that continued to grow, pushing the girls to the sky, where they became the seven stars of the Pleiades.

Virée dans les Alpes : souvenirs cyclo, géologie et glaciers – (2) La géologie!

La géologie.

D’un point de vue géologique, les Alpes présentent une belle richesse minérale. La réputation des cristaux de quartz des massifs du Mont Blanc et de la Meije n’est plus à faire. A noter que leur prélèvement est interdit dans le Parc National des Ecrins.

A proximité de Briançon, un site géologique mérite une attention particulière dans le massif du Chenaillet. On peut y accéder par le Col du Montgenèvre, à la frontière entre la France et l’Italie. Le départ de la balade, le long du télésiège des Chalmettes, est un peu raide, mais le relief s’adoucit par la suite avec de longues ondulations de terrain. Je ne suis pas casseur de cailloux (de toute façon, cette pratique est fortement déconseillée au Chenaillet) car je préfère la lave encore chaude aux vieilles pierres datant de plusieurs millions d’années qui me donnent l’impression d’observer un mort.

Quoi qu’il en soit, il faut bien reconnaître que l’on ne se trouve pas tous les quatre matins devant la relique d’un ancien océan qui s’est formé il y a 155 millions d’années, et qui a disparu lors de la formation des Alpes. Les roches les plus célèbres du Chenaillet sont sans aucun doute les pillow lavas, basaltes en coussins, qui cohabitent avec des gabbros et des serpentinites. Au cours de la montée vers le sentier géologique, on peut faire une halte au Lac des Anges où un « géodrome » présente quelques unes des roches que l’on rencontre au Chenaillet.

De nombreux écrits ont été publiés sur ce site géologique d’une grande richesse. Les adhérents de l’association L.A.V.E. se référeront au remarquable Hors Série intitulé « Les Ophiolites » réalisé par Désiré Corneloup.

Le « Géodrome » du Lac des Anges.

Bloc de péridotite serpentinisée.

Gabbro

Vue du départ du sentier géologique.

Photos: C. Grandpey

Stages de formation à Hawaii pour volcanologues du monde entier // Training periods in Hawaii for worldwide volcano experts

drapeau-francaisChaque année depuis 1990, l’Université d’Hawaii à Hilo, l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) et l’Agence pour le Développement International (USAID) – gérés par l’USGS – parrainent aux Etats Unis un programme de formation de 8 semaines qui s’adresse aux scientifiques du monde entier dont le travail est de surveiller les volcans actifs.
L’idée de ce stage de formation a germé en 1902 dans la tête de Thomas Jaggar – fondateur du HVO – quand il s’est rendu à la Martinique et a constaté les dégâts causés par l’éruption de la Montagne Pelée. Plus de 30 000 personnes avaient été tuées, et ses observations de la catastrophe ont contribué à ses efforts pour «protéger la vie et les biens sur la base de réalisations scientifiques solides ».
Aujourd’hui, plus de 800 millions de personnes vivent à moins de 100 km de volcans actifs particulièrement dangereux. Selon un rapport récent commandé par le bureau des Nations Unies pour la réduction des risques dus aux catastrophes naturelles, au cours des quatre derniers siècles, près de 280 000 personnes ont été tuées par l’activité volcanique.
Malgré cela, de nombreux pays à travers le monde manquent de ressources pour former correctement des équipes scientifiques en matière de surveillance volcanique, des mesures à prendre lors des éruptions et de l’ évaluation des risques, qui sont des compétences clés pour permettre aux populations de continuer à vivre dans les zones volcaniques actives.
En 2016, une douzaine de scientifiques en provenance de Chine, Corée du Sud, Indonésie, Philippines, Costa Rica, Nicaragua, Pérou et Chili ont participé à ces cours et à des travaux sur le terrain du Kilauea et ailleurs sur la Grande Ile d’Hawaii.
La formation va de la théorie à la pratique et comprend des méthodes spectroscopiques de mesure de gaz volcaniques, la télédétection par satellite, comment installer et maintenir des sismomètres et des panneaux solaires, et plus encore. Les étudiants et les enseignants ont passé leur temps en salle de classe pour les cours théoriques, dans le département informatique, dans les laboratoires et sur le terrain, en particulier sur et autour de la coulée de lave active qui s’échappe en ce moment du Kilauea.
Après avoir travaillé à Hawaii, les participants au stage de formation se dirigeront vers les volcans actifs du Pacifique Nord-Ouest, où ils seront hébergés par l’Observatoire Volcanologique des Cascades. Dans cette région, ils se rendront sur des stratovolcans explosifs comme le Mont St. Helens et le Mont Hood, dont l’activité ressemble à celle des volcans de leurs pays d’origine.
Source: USGS / HVO.

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drapeau-anglaisEvery year since 1990, the University of Hawaii at Hilo, the USGS Hawaiian Volcano Observatory, and the USGS/U.S. Agency for International Development (USAID) have sponsored an annual 8-week-long International Training Program in the United States to help scientists monitoring volcanoes around the world.

Actually, the idea started in 1902, when Thomas Jaggar – founder of the Hawaiian Volcano Observatory – traveed to the Caribbean Island of Martinique where he witnessed the aftermath of the deadly Mount Pelee eruption. More than 30,000 people had been killed by the eruption, and the devastation he observed contributed to Jaggar’s lifelong work to “protect life and property on the basis of sound scientific achievement.”

Today, more than 800 million people live within 100 km of active, potentially deadly volcanoes. In the last four centuries, nearly 280,000 people have been killed by volcanic activity, according to a recent book commissioned by the United Nations Office for Disaster Risk Reduction.

Despite this, many nations around the world lack resources to properly train and grow teams of experts in volcano monitoring, eruption response, and hazard assessment, which are key skills required to help societies develop in volcanically active areas.

This year, a dozen scientists from China, South Korea, Indonesia, the Philippines, Costa Rica, Nicaragua, Peru, and Chile participated in classes and fieldwork at Kilauea and elsewhere on the island.

The training goes from theory to practice, and includes spectroscopic methods of measuring volcanic gas, satellite remote sensing, how to install and maintain seismometers and solar panels, and more. Students and instructors spend time in the classroom, at computers, in labs, and in the field, including experience working on/around Kilauea’s active lava flow.

After their time in Hawaii, class participants move on to the Pacific Northwest, where they are hosted by the Cascades Volcano Observatory. Their focus of learning there turns to explosive stratovolcanoes, like Mount St. Helens and Mount Hood, which are similar to the volcanoes of most concern in their home countries.

Source: USGS / HVO.

Halemau-fevrier

St-Helens-blog

Volcans effusifs (Kilauea) et explosifs (Mt St Helens) sont au programme des stages organisés par l’USGS aux Etats Unis. (Photos: C. Grandpey)