Alexander Gysi, École des mines du Colorado
Alex Gysi, professeur adjoint de lithogéochimie à l'Institut de géologie et de géotechnique du Colorado School of Mines, a récemment reçu le prix CAREER de la National Science Foundation pour l'avancement de ses travaux sur les terres rares.
Son projet "Séparation des terres rares (REE) entre minéraux et liquides aqueux dans les gisements de minéraux" sera financé par 577.485 USD sur une période de cinq ans.
Gysi a rejoint 2014 à la faculté de la Colorado School of Mines en août. Il est titulaire d'un doctorat en géochimie de l'Université d'Islande et d'une maîtrise en minéralogie et pétrologie de l'ETH Zurich.
Nous avons interrogé Gysi sur ses recherches et expliqué comment cela pourrait aider à mieux comprendre les interactions entre les roches et les minerais dans les systèmes géologiques.
La recherche porte sur les éléments des terres rares (REE) - les lanthanoïdes ainsi que l'yttrium et le scandium. Ces éléments sont intéressants car ils sont considérés comme des métaux critiques. Ils sont utilisés dans les industries de haute technologie et des technologies vertes, dans les aimants permanents, les éoliennes, les énergies renouvelables, les ordinateurs et les téléphones portables. J'essaie de comprendre comment ces gisements de terres rares se forment dans les systèmes géologiques. En même temps, nous essayons d'élargir les frontières de la recherche fondamentale dans ce domaine afin de pouvoir lire les signatures enregistrées dans les minéraux provenant de fluides hydrothermaux. La question cruciale est de savoir ce que la chimie des minéraux dit des processus géologiques. "
Q: Qu'est-ce qui vous attire le plus dans vos recherches?
R: «Cette recherche nécessite beaucoup de travail interdisciplinaire et a un grand potentiel pour de nouvelles découvertes. Les REE ont été mesurés dans les roches pendant de nombreuses décennies pour décrire le développement de la fonte du manteau terrestre jusqu'à la croûte terrestre. Tous ont supposé que des liquides étaient présents. Dans la croûte, ces signatures ne pouvaient pas être altérées, mais lorsque nous avons commencé à travailler sur les gisements de REE, nous avons constaté que les roches étaient fortement altérées et que les fluides jouaient en fait un rôle crucial dans la formation de ces dépôts. Un instantané de ces fluides crustaux et de leurs minéraux peut être utilisé pour lire ce qui s'est passé plus profondément dans la croûte dans le passé géologique avec une température et une pression élevées. Dans les zones minières historiques, ceux-ci sont principalement constitués de quartz, mais des minéraux tels que la calcite, l'apatite et la fluorite se trouvent dans les gisements de terres rares. Ces minéraux sont passionnants à étudier car ils se forment dans différents environnements géologiques. Même à la surface de la terre, dans l'océan, etc. Certains d'entre eux, comme B. apatite, se trouve dans nos os et nos dents, et leurs compositions REE sont étudiées en médecine, par exemple pour imager les tissus corporels.
«Nous cultivons ces minéraux en laboratoire et les dotons de REE pour voir comment ils se comportent. Ensuite, nous essayons de développer un nouveau modèle pour prédire l'importance de ces signatures REE dans les minéraux naturels. C'est ambitieux. »Nous n'avons toujours aucun moyen de quantifier la signification de ces signatures REE et, à ma connaissance, peu de gens cultivent ces minéraux à partir de solutions hydrothermales à> 100 ° C - ce n'est pas facile, mais c'est le cas Amusement!
«Mon doctorant vient tout juste d'obtenir son diplôme et j'ai deux nouveaux doctorants qui commencent tout juste ce projet. Nous écrivons le premier article sur la calcite dopée REE, synthétisée à 200 degrés Celsius, et nous sommes maintenant le premier groupe de recherche à pouvoir créer le modèle. Variations des éléments traces enregistrées avec un logiciel de modélisation géochimique dans la calcite hydrothermale. Ce travail est nouveau et le point de départ d'années de recherche. "
Q: Quel est l'impact potentiel de ce travail?
R: «Cela touche beaucoup de disciplines différentes - la science des matériaux, la chimie, les sciences de la terre, la géologie économique, la pétrologie, etc. Je suis donc très enthousiaste à ce sujet - nous essayons de rassembler différentes disciplines et de travailler à différents niveaux. Du comportement des atomes en laboratoire et dans les modèles à des centaines de mètres et de kilomètres dans des environnements géologiques de formation de minerai - c'est également intéressant pour les États-Unis car la Chine produit la majeure partie de l'approvisionnement mondial en ETR - la Chine en contrôle plus de 90 à 95% marché REE mondial. Récemment, en Amérique du Nord, y compris au Canada et aux États-Unis, nous avons davantage réfléchi à ces ressources naturelles. Aux États-Unis, nous avons actuellement une mine à Mountain Pass, en Californie, qui a ouvert puis fermé et rouvert d'autres mines potentielles comme Bear Lodge dans le Wyoming.
«Alors que nous commençons à exploiter et à explorer d'autres gisements aux États-Unis, nos recherches peuvent fournir le cadre de base pour comprendre où ces gisements se forment, comment les explorer et comment les caractériser. Pour vous donner une analogie, l'industrie de l'exploration et de l'exploitation minière de métaux comme le cuivre, le plomb, le zinc, l'argent et l'or se trouve actuellement à l'intérieur d'une voiture de Formule 1 et s'appuie sur des années de recherche dans le domaine par de nombreux groupes dans le monde au cours de la REE -L'industrie est assise dans un tricycle essayant de rattraper son retard parce qu'il y a une vague de marché. Nous ne savons pas comment le marché et la technologie évolueront au cours des prochaines décennies, mais en tant que scientifique, il est impératif de travailler de manière proactive avec l'industrie. "
Q: Comment ce programme de recherche affecte-t-il votre enseignement?
R: «Dans les géosciences, la thermodynamique est un outil très puissant pour interpréter les données de terrain et les hypothèses géologiques et comprendre comment et dans quelles conditions les roches et les minéraux se forment. Malheureusement, ces connaissances diminuent un peu aux USA et je vois une belle opportunité. Afin de combiner la géologie de terrain traditionnelle avec des modèles numériques et des technologies d'analyse de données, j'ai développé un nouveau cours de base «Thermodynamique pour les géoscientifiques». La clé est de rendre cette science pratique et facile à comprendre afin que les étudiants comprennent l'importance de la thermodynamique en géosciences.
«Je suis avec Mines depuis cinq ans maintenant et de cette expérience, je vois que les étudiants de premier cycle bénéficieraient d'une plus grande expérience de recherche pour apprendre les méthodes utilisées pour résoudre des problèmes en sciences de la terre et pour les aider à trouver un emploi ou pour les aider à poursuivre leur carrière scientifique. Ce que je prévois une université d'été sur les fluides et les minéraux où nous combinons le travail sur le terrain avec le travail en laboratoire et essayons de modéliser la formation d'un gisement de minerai. L'idée est de visiter un gisement de minerai sur le terrain et d'examiner les veines hydrothermales réelles dans lesquelles les liquides transportent les métaux qui seront plus tard minéralisés dans le gisement. Ensuite, nous ferons des activités pratiques dans le laboratoire où nous apprendrons à synthétiser et à mesurer les propriétés des minéraux et des liquides. La dernière partie consiste à combiner le tout, les observations et la partie analytique, afin que les élèves apprennent à créer un modèle conceptuel qui décrit les processus de formation du minerai et comment utiliser ces connaissances dans la pratique. "
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