Le lithium minéral critique – le plus léger de tous les métaux – avait longtemps échappé aux géologues en glissant à travers les fissures de l'analyse traditionnelle.
Son faible poids atomique, le trait même qui le rend idéal pour alimenter les véhicules électriques ou le stockage d'énergie renouvelable, a rendu difficile la détection dans les échantillons de forage. Cela a changé lorsque la spectroscopie de dégradation induite par le laser (LIBS) est devenue disponible pour la première fois comme un outil dans les années 1960.
Maintenant, grâce aux progrès de la portabilité et de la vitesse, les LIB peuvent être utilisées sur le terrain pour créer des cartes minérales de lithium ainsi que d'autres métaux légers.
LIBS est un outil puissant et complémentaire pour l'exploration des champs vertes jusqu'au traitement en aval. Et bien qu'il y ait un intérêt croissant à utiliser les LIB pour la caractérisation du lithium, ses avantages vont au-delà.
La technologie innove plus largement dans l'exploitation minière en permettant une analyse rapide de plus d'échantillons de forage à travers les produits, sans compromettre la qualité des données élémentaires. De l'or et du cuivre au nickel et au graphite – les Libs peuvent être utilisés sur n'importe quel système minéral et sur n'importe quelle forage ou puce.
Données en temps réel pour le traitement des usines
Selon Geoscience Australia, environ 10 millions de mètres de forage ont été collectés pour l'exploration des champs verts et bruns en Australie en 2024. Mais seule une fraction de ceux-ci continue pour une analyse détaillée. Les avantages ont été principalement réalisés en amont à ce jour. Les coûts et le temps pour obtenir les résultats du test sont généralement incompatibles avec les pressions quotidiennes des opérations de mines continues.
Traditionnellement, les géologues ont entraîné leur œil pour rechercher certaines caractéristiques dans les roches, soit analysant le trou de forage, soit en sélectionnant un échantillon de base environ tous les 20 mètres à couper et à envoyer aux laboratoires pour analyse. Mais il peut alors prendre deux à trois mois pour recevoir les résultats du test.
LIBS est le seul outil portable sur le terrain qui peut analyser directement le lithium. Les résultats de l'analyse instantanée peuvent aider à fermer rapidement les boucles de prise de décision. Une exploration plus rapide et plus ciblée signifie moins de forage inutile et une utilisation plus efficace des ressources.
Le scientifique des systèmes des minéraux de CSIRO, le Dr Adam Bath, a déclaré que les résultats instantanés pourraient également bénéficier aux processeurs en aval entre les matières premières.
« En Australie, il est possible d'extraire des minéraux équivalents à la taille d'une balle de golf à partir d'un camion entier de roche », a déclaré le Dr Bath. « Mais il peut y avoir d'autres éléments ou minéraux délétères dans les roches qui peuvent causer d'énormes problèmes dans le traitement en aval.
« En cartographiant les minéraux, les métallurgistes peuvent savoir exactement quels rochers sont écrasés et envoyés de l'usine afin qu'ils puissent adapter leurs processus en conséquence. »
Les LIB fourniraient des données en temps réel pour éclairer la prise de décision, aider les processeurs à planifier à l'avance et à réduire les risques d'erreurs et d'inefficacités.
Le génie rayonnant de l'analyse laser
Les principaux avantages de Libs par rapport aux autres outils d'analyse sont la vitesse, la portabilité et le temps de préparation minimal.
Le physicien du CSIRO, le Dr Jamie Laird, a déclaré que Libs utilise un laser d'énergie à faible impulsion pour ablater un échantillon de forage.
« Le processus d'ablation décompose de minuscules particules de la surface de la roche en un gaz ou une vapeur connue sous le nom de plasma.
« Alors que le plasma se refroidit, il émet de la lumière avec des longueurs d'onde – également connues sous le nom d'empreintes digitales spectrales – qui indiquent les éléments contenus. »
C'est plus rapide que la technologie traditionnelle, comme la microscopie électronique à balayage (SEM). Les LIB produisent des résultats immédiats contre des temps de retard de plusieurs mois. Et il fonctionne sur des surfaces assez plates, donc les coûts de 1 000 $ peuvent être économisés uniquement sur la préparation.
Résultats rapides sur le terrain
LIBS est livré en dispositifs portables à des machines de taille photocopieuse plus puissantes, ce qui la rend facilement évolutive.
Cependant, il y a des inconvénients comme l'a expliqué le géologue du CSIRO, le Dr Nick Farmer.
« Lorsque nous examinons les outils analytiques, il existe des compromis entre la vitesse, l'échelle et la précision, en particulier au niveau du micron », a déclaré le Dr Farmer.
« Les LIB n'atteignent pas la même précision détaillée que le SEM, et les données sont beaucoup plus difficiles à interpréter que la fluorescence aux rayons X (XRF).
« Les LIB peuvent être utilisés pour créer des cartes minérales sur des échantillons considérablement plus que SEM, et il peut voir des éléments légers comme le lithium qui sont invisibles pour XRF. Mais il est mieux utilisé en conjonction avec eux sur des systèmes minéraux complexes. »
CSIRO propose un éventail d'outils analytiques via son laboratoire Geoscience Drill Core.
Dans le cadre de cette suite, le Dr Farmer et le Dr Laird travaillent sur le développement de systèmes LIBS avec des lasers plus intenses.
« Nous développons un système de LIB de nouvelle génération en interne avec des impulsions laser beaucoup plus intenses pour améliorer les détails de la composition élémentaire. Ce sera un instrument en laboratoire que nous espérons s'adapter aux sites miniers sur la piste. »
Assurer les résultats est solide
CSIRO travaille également sur une bibliothèque de données de formation qui utilise l'apprentissage automatique pour améliorer la technique des LIB. La bibliothèque rassemble des données de forage des champs d'or de Yilgarn, ainsi que des dépôts de lithium.
« Nous numérisons une grande suite représentative de montures à partir de la vaste collection de CSIRO – qui comprend plus de 25 000 échantillons – pour construire une bibliothèque de référence complète pour valider les résultats des LIB », a déclaré le Dr Bath.
« En fin de compte, cette base de données peut nous aider à évoluer la technologie des LIB dans l'industrie. Nous espérons construire des bases de données similaires avec des sites miniers en Australie. »
De l'espace au sous-sol
LIBS est utilisé à travers la science des matériaux, des minéraux aux produits pharmaceutiques, à l'archéologie et à l'exploration spatiale. Plus célèbre, Mars Rover de la NASA a déployé la technologie Libs dans l'espace pour identifier différents minéraux sur Mars.
Compte tenu de sa robustesse et de sa pertinence pour différentes atmosphères, nos scientifiques le testeront ensuite dans de nouvelles frontières sous terre. En collaboration avec CRC Ore, CSIRO mène des recherches révolutionnaires pour envoyer un appareil LIBS dans un trou de forage.
C'est un travail nouveau et difficile en raison des incertitudes inhérentes à aller sous terre. Par exemple, la rencontre des eaux souterraines aurait potentiellement un impact sur l'efficacité des Libs. La recherche vise à surmonter ces obstacles et à démontrer comment l'industrie pourrait accéder à des données à temps proche réel directement à partir de la source.
Pour l'instant, il y a des plans plus immédiats pour intégrer les LIB dans des laboratoires de mines.
Et cela ne pouvait pas arriver à un moment plus critique. En tant que producteur de minéraux de premier plan, l'Australie peut récolter une efficacité majeure des LIB à travers la chaîne de valeur.
