Responsables
Julien MERCADIER (CR2013-HDR, CNRS)
Antonin RICHARD (MCF2013, UL)
Composition
Anne-Sylvie ANDRÉ-MAYER (PR2011, UL)
Marie-Christine BOIRON (CR1991, CNRS)
Michel CATHELINEAU (DR1993, CNRS)
Jean CAUZID (MCF2007, UL, DUAdjoint GeoRessources)
Michel CUNEY (DR Emérite, CNRS)
Aurélien EGLINGER (MCF2016, UL)
Cécile FABRE (MCF2003-HDR, UL)
Aude GÉBELIN (PR2022, UL)
Christian MARIGNAC (PR Emérite, UL)
Julien MERCADIER (CR2013-HDR, CNRS)
Antonin RICHARD (MCF2013, UL)
Alexandre TARANTOLA (MCF2009-HDR)
Objectifs et positionnement
L’équipe GEM est résolument interdisciplinaire dans son approche, avec la « Géologie » comme socle
disciplinaire et de compétences communes, et les « Ressources Minérales » comme cadre général du
questionnement scientifique.
L’équipe GEM porte les compétences « Géologiques » au sein du thème « Cycle des Ressources Minérales » qu’elle forme avec l’équipe « Valorisation des Ressources et des Résidus ».
L’approche scientifique de l’équipe GEM consiste à tracer, quantifier, reproduire et modéliser les processus
naturels de transfert et concentration des métaux dans la lithosphère, via l’étude de leurs vecteurs et porteurs
(roches sources, magmas, fluides, minéraux, minerais, gisements), en s’appuyant sur la caractérisation de leurs contextes géodynamique, géochronologique et pétrostructural, à toutes les échelles d’espace et de temps. Le cadre conceptuel des « systèmes métallogéniques » permet d’appréhender l’ensemble des processus
impliqués dans les transferts lithosphériques de métaux et la formation de ressources minérales, qui sont le
cœur d’activité de l’équipe GEM.
Les processus géologiques d’enrichississement en métaux dans la lithosphère sont des marqueurs essentiels
des transferts de matière à toutes les échelles et sont impliqués dans la formation de ressources minérales. La
formation des gisements métallifères requiert quatre étapes fondamentales résumées dans le quadriptique
source-transport-dépôt-préservation : (i) la formation des roches sources et le lessivage des métaux par des
fluides hydrothermaux ou des magmas, (ii) le transport et la concentration des métaux au sein des vecteurs
(fluides / magmas), (iii) la précipitation des minéraux porteurs de métaux dans les gisements et (iv) l’exhumation
des gisements à proximité de la surface, sans érosion de ces derniers.
L’équipe GEM a pour ambition de travailler sur ces problématiques propres aux gisements de métaux selon une
approche centrée sur la géologie, en y développant une approche interdisciplinaire grâce aux compétences
d’excellence de ses membres en géochimie, géodynamique, minéralogie, spectroscopie, géologie structurale,
métallogénie, géologie de terrain, et sur des savoir-faire reconnus en analyse, traitement des données,
expérimentation et modélisation, en lien avec les plateformes du laboratoire.
Cette spécificité interdisciplinaire de l’équipe GEM lui permet d’aborder de nombreuses cibles d’étude, depuis les gisements magmatiques formés à plusieurs centaines de degrés et plusieurs kilomètres au sein de la croûte terrestre jusqu’aux gisements supergènes formés à la surface. Leur compréhension passe nécessairement par leur intégration dans les contextes géologiques les plus favorables à leur formation et donc à la considération des évolutions à grande échelle qui ont façonné la Terre. Ces processus s’effectuent de plus à des échelles
de temps variables qu’il est nécessaire de définir afin d’intégrer ces objets complexes dans leurs cadres
géologique et géodynamique général de formation. L’objectif est donc de corréler les informations propres aux
gisements de métaux et de leur environnement aux échelles de temps et d’espace afin de positionner de façon
la plus précise et compréhensive possible les gisements de métaux dans leur cadre de formation, la lithosphère,
et de son évolution globale depuis la formation de la Terre.
Le déploiement global et massif des technologies numériques, de l’éléctromobilité et des énergies nouvelles
dans un monde en croissance de population imposent une augmentation spectaculaire des besoins en métaux
ainsi qu’une grande diversification des métaux utilisés. Plusieurs dizaines de métaux sont en effet le cœur de
ces nouveaux développements technologiques et d’électrification, tant aux points de vue de la production
d’électricité, de son transport, de son stockage et de son utilisation. Par ailleurs, les besoins en métaux dits « de
base » (cuivre, zinc…) et « précieux » (or…) demeurent présents avec de nouveaux challenges pour l’exploration et
l’exploitation, liés à une raréfaction des gisements de forte teneur et peu profonds. Comprendre les processus
naturels de formation des ressources métalliques est donc une étape indispensable à leur découverte ainsi qu’à
la minimisation de l’impact des activités d’exploration et d’extraction qui y sont rattachées.
Les travaux de l’équipe GEM ciblent prioritairement (i) les gisements abritant les métaux au cœur des transitions
en cours, tels que les métaux pour la production d’électricité (uranium, terres rares, indium, germanium ou gallium), son transport(cuivre), son stockage (lithium, cobalt, nickel) et son utilisation dans les technologies et (ii) les gisements de métaux de base et précieux. Il faut noter que des métaux de tous types sont fréquemment présents et co-valorisés dans les mêmes gisements, et qu’il convient de raisonner prioritairement par groupes de métaux de même affinité géochimique.
Problématiques scientifiques
L’approche interdisciplinaire de l’équipe GEM est centrée sur plusieurs problématiques scientifiques qui sont au
cœur de l’approche « systèmes métallogéniques » (Figure 25). Il peut ainsi être cités quelques exemples :
– L’identification des roches sources des métaux et la détermination des processus responsables de leur
préconcentration.
– Les transferts de métaux au sein de la lithosphère et les interactions fluide-roche-déformation multi-échelles
associées.
– Les mécanismes de précipitation des minéraux porteurs de métaux dans les gisements, liés aux interactions
des fluides-magmas-roches.
– La datation des épisodes géologiques critiques pour la formation des gisements, ainsi que de la définition de
la durée des processus