Pourquoi l'olivine et les diamants sont les meilleurs amis

Les diamants sont le meilleur ami des femmes, comme le chantait Marilyn Monroe il y a 70 ans - et un énorme casse-tête pour les personnes qui les recherchent. "Les producteurs de diamants aimeraient parfois pouvoir extraire de l'or, du cuivre ou une autre matière première, car rien n'est plus compliqué que de découvrir et d'extraire des diamants", souligne Andrea Giuliani, Senior Scientist à l'Institut de géochimie et de pétrologie de l'ETH Zurich. "Il n'existe aucune méthode qui garantisse de trouver des diamants".

Depuis 2015, Giuliani s'intéresse à la formation et à la présence de cette pierre précieuse. Pour cela, le géologue, alors à l'université de Melbourne, a analysé d'innombrables échantillons de kimberlite, une roche d'origine magmatique de couleur bleu?tre à noire. Car on ne trouve des diamants que là où il y a de la kimberlite. Et ceux-ci ne se trouvent à leur tour que sur de très anciens blocs continentaux qui sont restés géologiquement inchangés pendant des milliards d'années : principalement au Canada, en Amérique du Sud, en Afrique centrale et australe, en Australie et en Sibérie. "Rien que la recherche d'une kimberlite s'apparente à la recherche d'une aiguille dans une botte de foin", explique Giuliani. "Une fois que l'on a trouvé cette roche, la recherche complexe de diamants ne fait que commencer".

Beaucoup de fer, pas de diamants

Giuliani et ses collègues ont maintenant développé une méthode qui simplifiera à l'avenir la détection des gisements de diamants. Ils s'appuient pour cela sur la composition chimique des kimberlites. Giuliani avait déjà remarqué qu'il existait un lien entre la présence de diamants et d'olivine, un minéral qui constitue environ la moitié des roches kimberlitiques.

L'olivine est composée de différentes proportions de magnésium et de fer. Plus l'olivine contient de fer, moins le minéral contient de magnésium, et inversement. "Dans les échantillons de roches où l'olivine était très riche en fer, il n'y avait pas de diamants ou très peu", ont constaté les chercheurs. "Nous avons commencé à collecter d'autres échantillons et d'autres données, toujours avec le même résultat". Les recherches ont finalement confirmé que le rapport fer-magnésium de l'olivine était directement lié à la teneur en diamants de la roche kimberlite.

Fort de ces constatations, Giuliani s'est adressé au producteur et négociant en diamants De Beers, qui avait mis les échantillons de kimberlite à sa disposition. De Beers s'est montré intéressé, a soutenu financièrement les recherches scientifiques et a demandé aux chercheurs de ne pas publier les résultats pour le moment. En 2019, Giuliani est arrivé à l'ETH Zurich en tant qu'Ambizione Fellow et a commencé, avec le soutien du Fonds national suisse, à chercher des explications sur le lien entre la teneur en magnésium-fer de l'olivine et la présence de diamants.

Les diamants n'aiment pas le "stop-and-go

Pour ce faire, les chercheurs de l'ETH Zurich ont étudié l'impact de ce que l'on appelle la métasomatose, qui se produit à l'intérieur de la Terre, sur les diamants. Lors de la métasomatose, la roche est attaquée par des liquides chauds et de la fonte. Les minéraux présents dans la roche réagissent alors avec les substances dissoutes dans les fluides pour former d'autres minéraux.

Les géologues ont analysé des échantillons de kimberlite qui présentaient de l'olivine avec une forte teneur en fer - et donc pas de diamants. Ils ont découvert que l'olivine devient plus riche en fer là où la fonte pénètre dans le manteau lithosphérique et modifie fortement la composition des roches. Et c'est précisément dans cette couche, à environ 150 kilomètres de profondeur, que l'on trouve des diamants. L'infiltration de la masse fondue, qui fournit une olivine plus riche en fer, détruit les diamants. En revanche, si la fusion des couches sous-jacentes ne pénètre pas ou très peu dans le manteau lithosphérique et qu'il n'y a donc pas de métasomatose, l'olivine contient beaucoup de magnésium - et les diamants sont conservés.

"Notre étude montre que les diamants ne restent intacts que si les kimberlites n'emportent dans leur ascension que des fragments de manteau qui n'ont pas encore fortement interagi avec la fusion précédente", explique Giuliani. Il faut savoir que les kimberlites n'atteignent généralement pas la surface de la Terre en un seul passage. Elles commencent plut?t à s'élever sous forme de masse liquide, absorbent des fragments de manteau en cours de route, refroidissent et restent ensuite bloquées. Lors d'une impulsion suivante, une plus grande quantité de matière en fusion suit depuis les profondeurs, emporte des éléments du manteau terrestre refroidi, monte plus haut, se refroidit, reste bloquée. Ce processus peut se produire plusieurs fois. "C'est un véritable "stop-and-go" avec fusion, remontée, solidification. Et cela a un effet destructeur sur les diamants", explique Giuliani. En revanche, si les conditions qui permettent à la kimberlite de remonter directement à la surface sont réunies, cela est idéal pour la préservation des diamants, explique le chercheur.

De Beers applique déjà l'analyse de l'olivine

L'analyse de l'olivine est aussi fiable que les méthodes de prospection précédentes, qui s'appuient principalement sur les minéraux clinopyroxène et grenat. Mais la nouvelle méthode est moins complexe et plus rapide : il suffit de quelques analyses pour avoir une idée de la présence ou non d'un champ de kimberlite dans lequel on peut trouver des diamants.

L'analyse de l'olivine complète les mesures actuelles et contribue à une image plus complète. "Ce qui est formidable avec cette nouvelle méthode, ce n'est pas seulement la simplification, mais aussi le fait qu'elle nous permette enfin de comprendre pourquoi les méthodes précédentes ont fonctionné", explique le Senior Scientist. Et il ajoute : "De Beers applique déjà la nouvelle méthode".