Démixage lithologique et minéralogique par modélisation du transfert radiatif dans un contexte de mine à ciel ouvert.

La fosse en cours d’exploitation de la mine Canadian Malartic est considérée, dans cette thèse, comme étant un régolithe d’origine anthropique. Les explosions utilisées pour briser la roche conduisent à la formation d’un manteau rocheux non consolidé couvert de poussières, un médium particulaire. Les observations de blocs et de poussières faites directement sur le site confirment que le sol de la fosse rentre dans la définition de régolithe. Le modèle de transfert radiatif de Hapke, habituellement réservé à la planétologie, peut donc être utilisé pour le démixage spectral dans une mine. Une cartographie, réalisée à partir de données spectroscopiques et du modèle de Hapke, apporterait une information spatialement continue en quasi-temps réel aux géologues. Cela les aiderait à prévenir d’éventuels problèmes de drainage minier acide et à mieux discriminer le minerai du stérile. Cependant, les conditions rencontrées dans un contexte de mine à ciel ouvert ne permettent pas d’utiliser le modèle comme habituellement fait en planétologie. En effet, pour le démixage spectral des régolithes planétaires, une valeur de taille de grain générique est entrée dans le modèle et la porosité est souvent ignorée. Ces simplifications permettent de limiter le nombre de solutions possibles lors de l’utilisation du modèle, mais ne peuvent pas être généralisées aux mines à ciel ouvert. La variabilité de la taille de grain et de la porosité rencontrées empêche cette généralisation. Les travaux réalisés dans cette étude montrent que l’inversion du modèle de Hapke est un problème mal posé qui ne peut, sans diverses contraintes a priori, donner une solution unique. Trois lithologies ont été collectées dans la fosse de la mine Canadian Malartic. Les résultats de fluorescence des rayons X montrent qu’une ségrégation chimique significative a lieu durant la fracturation. Cela conduit à une minéralogie différente entre la poussière et la roche mère. Les différentes méthodes d’épandage de poudres de roches broyées, testées dans cette étude, mettent en exergue les incertitudes qui peuvent apparaître si une méthodologie rigoureuse n’est pas suivie. Une méthode qui optimise la répétabilité des mesures spectrales est décrite. Les démixages minéralogiques ont été réalisés à l’aide de pôles purs tirés de la bibliothèque spectrale du « United States Geological Survey ». Ces travaux ont mis en évidence la difficulté de quantifier l’abondance relative des minéraux à cause de la forte quantité de tectosilicates, semi-transparents dans les longueurs d’onde étudiées. Par exemple, un constituant majeur des échantillons, le quartz, peut varier de 20 % à 80 % en abondance sans que cela affecte significativement la modélisation. De plus, l’utilisation de pôles purs minéralogiques pris dans les bibliothèques est délicate tant la variabilité morphologique des spectres est grande pour un même minéral. Le modèle de Hapke utilisant de nombreux paramètres, les solutions permettant un bon accord entre mesures et modélisations peuvent être très différentes de la réalité. Afin de réduire le nombre de variables en entrée du modèle, des pôles lithologiques sont utilisés. De plus, la plupart des particules constituant le médium étant des assemblages minéralogiques, il semble raisonnable de penser le problème en termes de lithologies. Des mélanges binaires de différentes proportions sont utilisés pour contraindre l’inversion du modèle lors du calcul de la partie imaginaire des indices optiques. Cela permet le calcul sur deux pôles à la fois sans nécessiter les spectres de réflectance sur plusieurs granulométries. Les erreurs moyennes d’abondances retrouvées par le modèle dans le cas où les mélanges binaires sont de mêmes tailles de grain n’excèdent jamais 5 %. Les expérimentations en laboratoire de mélanges entre des grains fins et grossiers montrent un comportement spectral qui ne semble pas correspondre aux prédictions faites par le modèle. Une fonction de « taille de grains partagée » est introduite pour rendre compte des observations. Cette fonction permet une amélioration générale des démixages lithologiques en quantifiant plus précisément les abondances relatives massiques des particules fines et grossières. Dans le cas d’un mélange biotite / olivine, cette amélioration atteint 16,5 %. Les tailles de grain calculées, sans être précises, sont suffisamment bonnes pour être classées en fines ou grossières. Enfin, cette étude prouve que les roches, entités constituées de différents minéraux, peuvent être utilisées comme pôles purs d’un mélange constitué de différentes lithologies. Ces travaux ouvrent donc la voie à des cartographies lithologiques qui pourraient être utilisées par les géologues dans un contexte de mine à ciel ouvert.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.