Pourquoi l'olivine et les diamants sont les meilleurs amis du monde

Les diamants sont les meilleurs amis des filles, comme le chantait Marilyn Monroe il y a 70 ans, mais ils sont extrêmement difficiles à trouver. «Les producteurs de diamants souhaiteraient parfois extraire de l'or, du cuivre ou une autre matière première, car rien n'est aussi compliqué que de trouver et d'extraire des diamants», déclare Andrea Giuliani, scientifique principal à l'Institut de géochimie et de pétrologie de l'ETH Zurich. «Il n'existe aucune méthode qui garantisse de trouver des diamants».

Andrea Giuliani étudie la formation et la présence de la pierre précieuse depuis 2015. Lorsqu'il était encore à l'Université de Melbourne, il a analysé d'innombrables échantillons de kimberlite, une roche noire bleutée d'origine magmatique. Les diamants ne se trouvent que là où il y a de la kimberlite, laquelle ne se trouve que sur des blocs continentaux très anciens qui sont restés géologiquement inchangés pendant des milliards d'années : principalement au Canada, en Amérique du Sud, en Afrique centrale et méridionale, en Australie et en Sibérie. «Chercher une kimberlite, c'est comme chercher une aiguille dans une botte de foin», explique Andrea Giuliani. «Une fois qu'on l'a trouvée, la recherche ardue des diamants commence vraiment».

Beaucoup de fer, pas de diamants

Andrea Giuliani et ses collègues ont maintenant mis au point une méthode qui simplifiera la détection des gisements de diamants. Leur procédé repose sur la composition chimique des kimberlites. Andrea Giuliani s'est rapidement rendu compte qu'il existait un lien entre la présence de diamants et l'olivine, un minéral qui constitue environ la moitié de la roche kimberlitique.

L'olivine est constituée de proportions variables de magnésium et de fer. Plus l'olivine contient de fer, moins elle contient de magnésium et vice versa. «Dans les échantillons de roche où l'olivine était très riche en fer, il n'y avait pas de diamants ou très peu», explique Andrea Giuliani. «Nous avons commencé à collecter davantage d'échantillons et de données, et nous avons toujours obtenu le même résultat.» Leurs recherches ont finalement confirmé que le rapport fer/magnésium de l'olivine est directement lié à la teneur en diamants de la kimberlite.

Andrea Giuliani a rapporté ces résultats au grand producteur et négociant de diamants De Beers, qui lui avait fourni les échantillons de kimberlite. De Beers s'est montré intéressé, a soutenu financièrement l'étude scientifique et a demandé aux chercheuses et chercheurs de ne pas publier les résultats pour le moment. En 2019, Andrea Giuliani est venu à l'ETH Zurich en tant que boursier Ambizione et, avec le soutien du Fonds national suisse de la recherche scientifique, a commencé à chercher des explications au lien entre la teneur en magnésium et en fer de l'olivine et la présence de diamants.

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

À cette fin, les scientifiques de l'ETH Zurich ont examiné comment le processus de métasomatisme, qui se déroule à l'intérieur de la Terre, affecte les diamants. Lors du métasomatisme, des liquides chauds et de la fonte attaquent la roche. Les minéraux présents dans la roche réagissent avec les substances dissoutes dans les liquides pour former d'autres minéraux.

Les géologues ont analysé des échantillons de kimberlite contenant des olivines à forte teneur en fer - et donc pas de diamants. Ils et elles ont découvert que l'olivine devient plus riche en fer là où la fonte pénètre dans le manteau lithosphérique et modifie considérablement la composition des roches du manteau. Et c'est précisément dans cette couche, à une profondeur d'environ 150 kilomètres, que l'on trouve des diamants. L'infiltration de la matière fondue qui rend l'olivine plus riche en fer détruit les diamants. En revanche, si aucune ou peu de matière fondue provenant des couches sous-jacentes pénètre dans le manteau lithosphérique et qu'il n'y a donc pas de métasomatisme, l'olivine contient plus de magnésium - et les diamants sont préservés.

«Notre étude montre que les diamants restent intacts uniquement lorsque les kimberlites entraînent sur leur chemin des fragments de manteau qui n'ont pas beaucoup interagi avec la matière fondue précédente», explique Andrea Giuliani. Il est important de noter que les kimberlites n'atteignent généralement pas la surface de la Terre en une seule fois. Elles commencent par s'élever sous la forme d'une masse liquide, ramassent des fragments du manteau en chemin, se refroidissent et se bloquent. Lors de la vague suivante, d'autres masses fondues remontent des profondeurs, entraînent des composants du manteau refroidi, s'élèvent plus haut, se refroidissent et restent bloquées. Ce processus peut se répéter plusieurs fois. «Il s'agit d'un véritable processus de fonte, d'ascension et de solidification en dents de scie. Et cela a un effet destructeur sur les diamants», explique Andrea Giuliani. En revanche, si les conditions permettent aux kimberlites de remonter directement à la surface, c'est l'idéal pour la préservation des diamants.

De Beers utilise déjà l'analyse de l'olivine

L'analyse de l'olivine est aussi fiable que les méthodes de prospection précédentes, qui sont principalement basées sur les minéraux clinopyroxène et grenat. La nouvelle méthode est toutefois plus simple et plus rapide : il suffit de quelques analyses pour savoir si un champ de kimberlite donné contient ou non des diamants.

L'analyse de l'olivine complète les mesures précédentes et permet d'obtenir une image plus complète. «L'intérêt de cette nouvelle méthode n'est pas seulement qu'elle est plus simple, mais aussi qu'elle nous permet enfin de comprendre pourquoi les méthodes précédentes fonctionnaient», explique Andrea Giuliani. Il ajoute : «De Beers utilise déjà cette nouvelle méthode.»