Notre capacité à fabriquer des minéraux pourrait transformer le marché des pierres précieuses, les industries médicales et même aider à aspirer le carbone de l'air

Sep 14, 2023

Chercheur principal en géométallurgie/géochimie appliquée, Université du Queensland

Chercheur principal, Université du Queensland

Les auteurs ne travaillent pas pour, ne consultent pas, ne possèdent pas d'actions ou ne reçoivent de financement d'aucune entreprise ou organisation qui bénéficierait de cet article, et n'ont divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de leur nomination universitaire.

L'Université du Queensland fournit un financement en tant que membre de The Conversation AU.

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Le mois dernier, des scientifiques ont découvert un minéral appelé Edscottite. Les minéraux sont des substances solides et naturelles qui ne sont pas vivantes, comme le quartz ou l'hématite. Ce nouveau minéral a été découvert après un examen de la météorite de Wedderburn, une roche d'aspect métallique trouvée dans le centre de Victoria en 1951.

L'edscottite est composée de fer et de carbone et s'est probablement formée au cœur d'une autre planète. C'est un "véritable" minéral, c'est-à-dire un minéral naturel et formé par des processus géologiques sur Terre ou dans l'espace.

Mais alors que la météorite de Wedderburn a été la première découverte connue d'Edscottite, d'autres nouvelles découvertes de minéraux ont été faites sur Terre, de substances formées à la suite d'activités humaines telles que l'exploitation minière et le traitement des minéraux. Ceux-ci sont appelés minéraux anthropiques.

Alors que les vrais minéraux constituent la majorité des quelque 5 200 minéraux connus, il existe environ 208 minéraux artificiels qui ont été approuvés comme minéraux par l'Association minéralogique internationale.

Certains sont fabriqués exprès et d'autres sont des sous-produits. Quoi qu'il en soit, la capacité de fabriquer des minéraux a de vastes implications pour l'avenir de notre population en croissance rapide.

Le changement climatique est l'un des plus grands défis auxquels nous sommes confrontés. Alors que les gouvernements débattent de l'avenir des centrales électriques au charbon, le dioxyde de carbone continue d'être rejeté dans l'atmosphère. Nous avons besoin de stratégies innovantes pour le capturer.

La fabrication active de minéraux tels que la nesquehonite est une approche possible. Il a des applications dans le bâtiment et la construction, et sa fabrication nécessite l'élimination du dioxyde de carbone de l'atmosphère.

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La nesquehonite se produit naturellement lorsque les roches magnésiennes se décomposent lentement. Il a été identifié à la mine Paddy's River dans le Territoire de la capitale australienne et dans des endroits de la Nouvelle-Galles du Sud.

Mais les scientifiques ont découvert qu'il pouvait également être fabriqué en faisant passer du dioxyde de carbone dans une solution alcaline et en le faisant réagir avec du chlorure de magnésium ou du carbonate/bicarbonate de sodium.

Il s'agit d'un domaine de recherche en plein essor.

D'autres minéraux synthétiques tels que l'hydrotalcite sont produits lorsque les résidus d'amiante absorbent passivement le dioxyde de carbone atmosphérique, comme l'ont découvert les scientifiques de la mine d'amiante Woodsreef en Nouvelle-Galles du Sud.

On pourrait dire qu'il s'agit d'une sorte "d'alchimie moderne" qui, si elle est exploitée, pourrait être un moyen efficace d'aspirer le dioxyde de carbone de l'air à grande échelle.

L'exploitation minière et le traitement des minéraux sont conçus pour récupérer les métaux du minerai, qui est une occurrence naturelle de roches ou de sédiments contenant suffisamment de minéraux avec des éléments économiquement importants. Mais grâce à l'exploitation minière et au traitement des minéraux, de nouveaux minéraux peuvent également être créés.

La fusion est utilisée pour produire une gamme de produits tels que le plomb, le zinc et le cuivre, en chauffant le minerai à des températures élevées pour produire des métaux purs.

Le processus produit également un déchet semblable à du verre appelé laitier, qui se dépose sous forme de liquide fondu, ressemblant à de la lave.

Une fois refroidi, les similitudes texturales et minéralogiques entre la lave et les scories sont limpides.

L'inspection à micro-échelle montre que les minéraux fabriqués par l'homme dans les scories ont une capacité unique à intégrer les métaux dans leur réseau cristallin qui ne serait pas possible dans la nature.

Cela signifie que la récupération des métaux à partir des déchets miniers (une ressource secondaire potentielle) pourrait être un moyen efficace de répondre aux besoins croissants en métaux de la société. Le défi réside dans le développement de processus rentables.

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Nos connaissances croissantes sur la façon de fabriquer des minéraux peuvent également avoir un impact majeur sur l'industrie croissante de la fabrication de pierres synthétiques.

En 2010, le monde a été émerveillé par la bague de fiançailles offerte à la duchesse de Cambridge Kate Middleton, d'une valeur d'environ 300 000 £ (558 429 AUD).

La bague a un saphir bleu de 12 carats, entouré de 14 diamants solitaires, avec une monture en or blanc 18 carats.

Des répliques de celui-ci ont été acquises par des personnes à travers le monde, mais pour seulement une fraction du prix. Comment?

En 1837, Marc Antoine Gardin a démontré que les saphirs (minéralogiquement appelés corindon ou oxyde d'aluminium) peuvent être reproduits en faisant réagir des métaux avec d'autres substances telles que le chrome ou l'acide borique. Cela produit une gamme de pierres de couleur apparemment identiques.

À y regarder de près, certaines propriétés peuvent varier comme la présence de défauts et de bulles d'air et la dureté de la pierre. Mais seul un gemmologue ou un passionné de pierres précieuses le remarquerait probablement.

Les diamants peuvent également être fabriqués synthétiquement, soit par un procédé de dépôt à haute pression, à haute température ou chimique en phase vapeur.

La création de gemmes synthétiques est de plus en plus importante car les pierres naturelles deviennent de plus en plus difficiles et coûteuses à trouver. Dans certains pays, les droits des mineurs sont également violés, ce qui pose des problèmes éthiques.

Les gemmes synthétiques ont aussi des applications industrielles. Ils peuvent être utilisés dans la fabrication de fenêtres, de circuits semi-conducteurs et d'outils de coupe.

Un exemple de minéral entièrement manufacturé est ce qu'on appelle le grenat d'yttrium et d'aluminium (ou YAG) qui peut être utilisé comme laser.

En médecine, ces lasers sont utilisés pour corriger le glaucome. En chirurgie dentaire, ils permettent de découper les gencives et les tissus mous.

La décision de développer de nouveaux minéraux soutiendra également les technologies permettant l'exploration de l'espace lointain grâce à la création de "matériaux quantiques".

Les matériaux quantiques ont des propriétés uniques et nous aideront à créer une nouvelle génération de produits électroniques, ce qui pourrait avoir un impact significatif sur les technologies de voyage spatial. Peut-être cela nous permettra-t-il un jour de visiter le berceau de l'Edscottite ?

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Dans les décennies à venir, le nombre de minéraux fabriqués par l'homme devrait augmenter. Et comme c'est le cas, il en va de même pour la possibilité de leur trouver de nouvelles utilisations.

En élargissant notre capacité à fabriquer des minéraux, nous pourrions réduire la pression sur les ressources existantes et trouver de nouvelles façons de relever les défis mondiaux.