Exploration et développement du lithium au Québec : Perspectives, géologie et outils de découverte

Les pegmatites granitiques sont des roches ignées à grain très grossier. La plupart des pegmatites granitiques ne sont pas minéralisées, mais certaines sont très fractionnées et peuvent contenir des éléments rares et des minéraux exotiques. Un certain nombre de ces éléments rares ont été classés dans les listes de minéraux critiques du Canada, des États-Unis, de l’Union européenne et d’autres pays. L’une des divisions classiques des pegmatites granitiques utilise leur chimie et les sépare en deux groupes principaux : Lithium-Césium-Tantale (LCT) et Niobium-Yttrium-Fluor (NYF). Les pegmatites LCT peuvent concentrer de grandes quantités de lithium, de césium et de tantale, mais aussi d’autres éléments rares incompatibles tels que l’étain, le bore et le rubidium. Les pegmatites NYF peuvent être enrichies en niobium, en yttrium et en fluor, ainsi qu’en éléments de terres rares, en uranium et en thorium. Les pegmatites LCT sont la principale source de lithium en roche dure, le spodumène étant le minéral d’intérêt actuel. Le lithium est considéré comme un élément critique et fait l’objet d’une demande particulièrement élevée en raison de son utilisation dans les batteries. Les batteries au lithium sont considérées comme vitales pour la transition énergétique et la décarbonation de notre économie. Les estimations mondiales de l’United States Geological Survey (USGS) pour les marchés d’utilisation finale suggèrent que 80 % de la production totale de lithium est utilisée dans les batteries, dont la majeure partie provient des pegmatites LCT. Cependant, le lithium possède d’importantes propriétés physiques et chimiques qui conviennent parfaitement à un large éventail d’utilisations, notamment les produits pharmaceutiques, le verre et les céramiques, ainsi que les technologies aérospatiales. La demande et l’intérêt pour le lithium suscitent un intérêt considérable pour ce type de minéralisation, stimulant de nombreux projets de recherche universitaire et des efforts d’exploration non seulement au Canada, mais aussi au niveau mondial. Les pegmatites LCT sont des gisements de lithium en roche dure importants d’un point de vue économique, car elles sont réparties plus uniformément dans le monde et leur exploitation est plus facile et plus rapide à mettre en œuvre que pour les dépôts de saumure. La production de lithium à partir des pegmatites LCT est donc moins dépendante des changements politiques, plus adaptable et par conséquent moins sujette aux perturbations des chaînes d’approvisionnement mondiales. L’exploration pour ces minéralisations a connu un essor considérable grâce à de multiples nouvelles techniques, notamment l’imagerie hyperspectrale, la télédétection, l’utilisation d’outils d’intelligence artificielle et les données massives. Cependant, les méthodes géochimiques classiques jouent toujours le rôle principal dans le succès de l’exploration pour ces intrusions.

Le Manitoba Geological Survey réexamine le Domaine archéen de Bird River, une région dont le potentiel en minéraux critiques, notamment le lithium, le césium, le platine, le nickel et le chrome, est reconnu et qui abrite la pegmatite de Tanco, de renommée mondiale. Notre projet multidisciplinaire se concentre sur les aspects de la géologie structurale, de la chimie minérale, de la pétrochronologie et des minéraux indicateurs du till.

L’Orientation 1 du Plan québécois pour la valorisation des minéraux critiques et stratégiques (MCS) vise à approfondir nos connaissances sur ces ressources essentielles. Ce projet a pour but d’améliorer les méthodes d’exploration des MCS en vectorisant les pegmatites LCT (Li-Cs-Ta) à partir des plutons hyperalumineux associés.

Le modèle le plus connu pour la formation des pegmatites LCT propose qu’elles proviennent de liquides résiduels riches en volatiles et éléments rares issus de la cristallisation fractionnée de magma dérivé de la fusion partielle de roches sédimentaires. Ces dykes montrent donc un lien génétique et une zonation spatiale avec les granites hyperalumineux comme démontré dans plusieurs exemples de la Province du Supérieur dans l’ouest de l’Ontario et du sud-est du Manitoba. De plus, certains de ces granites montrent également une zonation minéralogique avec une augmentation de la présence de minéraux tels que le grenat, la tourmaline et le béryl dans les secteurs où les pegmatites à spodumène ont été identifiées. Ce projet se concentre sur l’analyse des zonations minéralogiques et chimiques au sein du Batholite de La Motte (BLM) dans le but d’identifier des vecteurs permettant de cibler les zones potentiellement riches en pegmatites LCT. Étant donné que ces zonations ne sont pas évidentes, l’utilisation de l’apprentissage machine sera mis de l’avant afin de les déceler.

Ce projet a débuté par la compilation des données chimiques et minéralogiques récentes (Rajhi, 2024) et historiques (SIGÉOM et Leduc [1980]) concernant le BLM. Par la suite une vérification des données a permis leur intégration dans une seule base de données en évaluant leur qualité et leur compatibilité dans le but d’effectuer des analyses plus poussées. Ce processus implique l’utilisation de méthodes statistiques avancées ainsi que l’apprentissage machine pour définir des indicateurs de vectorisation et d’évaluer leur efficacité. Étant donné la faible quantité de pegmatites lithinifères connues dans le secteur du BLM, le projet prévoit la validation des indicateurs identifiés en les testant dans le secteur du lac Simard qui présente un environnement géologique comparable à celui du BLM et où des données récentes ont été collectées. Cette validation permettra ainsi d’évaluer la robustesse et la polyvalence des indicateurs pour ces deux granites hyperalumineux. En combinant les données géologiques existantes et les techniques modernes, le projet vise à améliorer l’efficacité de l’exploration pour les pegmatites lithinifères tout en maximisant l’utilisation des bases de données existantes.

Le lithium se trouve principalement dans les saumures, les pegmatites et les argiles. Identifier les zones à forte concentration représente un défi, car les dépôts de lithium peuvent être dispersés et imprévisibles.

La géophysique est essentielle pour développer des stratégies et des techniques d’exploration efficaces pour la découverte des gisements de lithium. Elle implique la mesure et l’analyse des propriétés physiques du sous-sol afin d’inférer les structures géologiques et d’identifier les dépôts minéraux potentiels.

Lorsqu’elle est utilisée correctement, la géophysique aide à cibler les forages et à maximiser l’efficacité des dépenses d’exploration. L’application réussie de la géophysique combine la méthode utilisée à des spécifications techniques appropriées, des instruments, une mise en œuvre, un traitement, une modélisation et une interprétation adéquats. La meilleure méthode géophysique à utiliser dépend du type de dépôt et des conditions géologiques de la cible.

Explorer les pegmatites porteuses de lithium à l’aide de la géophysique représente un défi. Les contrastes des propriétés physiques (susceptibilité magnétique, densité, conductivité, etc.) entre les pegmatites et les roches hôtes sont souvent faibles et difficiles à distinguer à l’aide de méthodes géophysiques. Le lithium concentré dans les saumures peut ne pas se trouver dans les parties les plus profondes du bassin. Cette conférence présentera des études de cas où les méthodes magnétiques et gravimétriques ont été utilisées efficacement pour identifier des pegmatites, et d’autres où la gravité et la magnétotellurique (MT) ont été employées pour cartographier les saumures contenant du lithium.

En réponse à la demande croissante en lithium dans un monde en évolution vers un avenir électrique et pour aider l'Amérique du Nord à répondre à ces besoins, les compagnies d'exploration minière concentrent leurs efforts sur la région d’Eeyou Istchee Baie-James où les indices de cet élément abondent. Le gîte d’Adina renferme une pegmatite enrichie en spodumène et autres éléments rares qui représente une ressource lithinifère majeure, avec des ressources minérales estimées à 76,4 Mt à une teneur de 1,15 % Li₂O. Ressources Winsome mène actuellement une campagne de mise en valeur de ce gisement dans le but éventuell de produire de manière responsable les minéraux essentiels au monde moderne.

La zone minéralisée principale d’Adina s’étend sur une distance de 3200 m avec une épaisseur pouvant atteindre jusqu’à ~50 m. Les basaltes métamorphisés de la Formation de Trieste (Sous-province de La Grande), datés à 2,7 Ga, forment les épontes de cette zone. Notre étude a pour but de caractériser la pegmatite et d’évaluer la nature et l'étendue de l'altération métasomatique dans la roche encaissante causée par les fluides dérivés de la pegmatite. Pour ce faire, nos efforts ont été concentrés sur les sondages ayant recoupé les intersections les plus épaisses ainsi que sur les roches encaissantes. Les carottes de forage ont été soumises au ECORE, un instrument utilisant la spectrométrie d'émission atomique de plasma induit par laser (LIBS), pour déterminer la composition chimique des minéraux, tout en fournissant les analyses de roche totale correspondantes.

La pegmatite d'Adina est dominée par des structures d'intercroissance de spodumène- quartz ou de plagioclase-quartz qui apparaissent à quelques centimètres du contact avec la roche encaissante. Elle présente des niveaux riches en tourmaline ou présenatnt des changements abrupts de la taille des cristaux, lesquels peuvent être tracés sur toute l’étendue de l’affleurement, et est localement bordée d'aplite rubanée. L'auréole d’enrichissement de métaux rares dans la roche encaissante varie en concentration de 0,01 à 0,26 % Li₂O. Les teneurs élevées en lithium dans la roche hôte se distinguent par des associations minérales particulières et ne sont pas toujours directement adjacentes au dyke de pegmatite. La pegmatite d'Adina représente un gîte de lithium de classe mondiale qui pourrait éventuellement être exploité. Elle est caractérisé par de fortes teneurs lithinifères, contient peu d’éléments délétères et affleure en surface, ce qui lui confère le potentiel d'être une source majeure de lithium en Amérique du Nord.

Le gisement lithinifère de James Bay Lithium (JBL) est situé le long d’un segment NW-SE de la Zone de cisaillement de la Basse-Eastmain (ZCBE) formant un système de failles conjuguées avec des discontinuités NE-SW localisé entre les sous-provinces de Nemiscau, au sud, et de La Grande (ceinture de la Basse-Eastmain) au nord. Il compte plus d’une trentaine de dykes de pegmatite à spodumène de formes, de tailles et d’orientations variées qui recoupent des roches métasédimentaires, des filons de gabbro et des dykes de porphyre quartzofeldspathique orientés subparallèlement à la ZCBE dans la Sous-province de Nemiscau. Ces roches encaissantes sont variablement affectées par 3 phases de déformation (D1 à D3) qui sont responsables des structures S1, S2, P2, P3 et L2 visibles en affleurement. Les plis P2 et P3 coaxiaux d’échelle régionale, déjetés à déversés vers le NNW, possèdent des traces axiales WSW-ENE à plongement modéré (40° à 50°) vers le WSW. Le gisement de JBL est logé sur le flanc sud d’un grand pli P2 à foliation de plan axial subparallèle à la ZCBE.

Les dykes de pegmatite mesurent généralement 20 à 300 m de long et 5 à 50 m de large et sont espacés de 25 à 50 m l’un de l’autre. Des dykes ou des segments de dykes, orientés NW-SE, E-W et NE-SW, sont rectilignes et parallèles à S1 et/ou S2. Ceux orientés N-S à NNE-SSW sont rectilignes et subperpendiculaires à S1 et/ou S2. De rares lentilles de pegmatites subhorizontales sont également présentes par endroits. Il existe aussi des dykes sigmoïdaux associés aux plis asymétriques et ptygmatiques P2 et des dykes de forme complexe résultant de l’interconnexion entre différentes familles d’intrusions. Dans la plupart des cas, les cristaux de spodumène sont allongés perpendiculairement ou à faible angle par rapport aux épontes. Ils sont unidirectionnels, subhorizontaux et subparallèles aux charnières des plis P2 à vergence NNW. Ces cristaux orientés et la vergence des plis P2 suggèrent que les magmas à l’origine des pegmatites proviendraient d’une source située à l’WSW du gisement dans un secteur où l’on trouve les paragneiss migmatitiques du Nemiscau. Les différents indicateurs cinématiques et marqueurs de déformation indiquent que les dykes de pegmatites sont syn-D2 à tardi D2 et se sont mis en place dans un contexte d’aplatissement subvertical associé à un régime de transtension. Cet épisode semble être le résultat d’un fort contraste de compétence entre les roches métasédimentaires du Nemiscau, qui constituent l’encaissant de la minéralisation, et les roches mafiques voisines de la Sous-province de La Grande.