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Comment remobiliser le germanium ? Focus sur les minéralisations à zinc des Pyrénées

Le germanium est un métal rare considéré comme critique par l’Union Européenne et le Service Géologique Américain (USGS) du fait de son haut risque d’approvisionnement et de son importance économique notamment dans les nouvelles technologies optiques (fibres optiques, infra-rouge).
Il est principalement extrait à partir de gisements de zinc où il apparait comme impureté dans le réseau cristallin du sulfure de zinc, appelé sphalérite (ZnS). Les plus gros gisements de zinc se trouvent essentiellement dans des zones orogéniques où la tectonique a pu impacter le minerai. Pourtant, le germanium est principalement extrait dans des gisements peu déformés, où il est peu concentré (concentration inférieure à 0.3 % du poids) et son extraction est ainsi rendue plus compliquée. Mais dans le cœur de la zone orogénique des Pyrénées (la Zone Axiale), le germanium peut se trouver concentré sous forme de petits minéraux germanifères (concentrations jusqu’à 70 % du poids). Dès lors, l’étude de ces concentrations représente un intérêt tout particulier pour l’exploration de futurs gisements riches en germanium et connaître les processus naturels responsables de cette "hyperconcentration".
L’étude géologique pluridisciplinaire (études de terrain, minéralogique et chimique) a permis de localiser les concentrations en germanium dans les Pyrénées, qui se trouvent uniquement présentes dans des minéralisations en veines verticales sur le terrain1. A l’intérieur de ces veines, les cristaux de sphalérite sont déformés mais à l’œil nu ou au microscope il est difficile de repérer la texture des cristaux de sphalérite (Figure 1). Dès lors, l’utilisation d’un outil non conventionnel d’imagerie des cristaux, l’EBSD (Electron BackScattered Diffraction), a été réalisé et pour la première fois sur de la sphalérite déformée. Cette technique montre la présence de bandes fines de petits cristaux recristallisés suite à la déformation naturelle de la sphalérite (Figure 2). Suite à l’observation de la texture et de la déformation interne du minerai de zinc, des analyses chimiques in situ et cartographiques ont été réalisées afin de repérer la distribution du germanium sur lames minces. La cartographie LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) met en évidence une exceptionnelle hétérogénéité en germanium dans la sphalérite primaire mais aussi la présence de minéraux germanifères néo-cristallisés dans la matrice fine, déformée (Figure 2). Ceci a permis de montrer pour la première fois la remobilisation de métaux critiques (sans perte) assistée par la déformation et la recristallisation naturelle du minerai de zinc2, ce qui a d’importantes implications dans l’exploration des métaux rares : on ne doit plus se contenter de les chercher dans les zones peu déformées. Des métaux critiques comme le germanium mais aussi le gallium ou l’indium peuvent aussi se trouver dans des minerais déformés.
Cette étude fait partie intégrante de la thèse d’Alexandre Cugerone supervisée par Bénédicte Cenki-Tok et avec des collaborateurs à Géosciences Montpellier, à Géosciences Environnement Toulouse, à l’Université de Genève et au BRGM. Cette thèse a été financée dans le cadre du projet RGF-Pyrénées du BRGM.

1 Cugerone A., Oliot E., Chauvet A., Gavaldà Bordes J., Laurent A., Le Goff E., Cenki-Tok B., 2018, Structural Control on the Formation of Pb-Zn Deposits : An Example from the Pyrenean Axial Zone, Minerals, 8(11), 489 ; DOI : 10.3390/min8110489.
2 Cugerone A., Cenki-Tok B., Oliot E., Munoz M., Barou F., Motto-Ros V., Le Goff E., 2020, Redistribution of germanium during dynamic recrystallization of sphalerite, Geology, v. 48, in press.
doi.org/10.1130/G46791.1