Le Bushveld, la principale réserve de platine du monde

Source - © 2008 Pierre Thomas

Figure 1. Vue d'ensemble de la mine de platine Pp Rust (état de novembre 2008), Potgietersrus (Mokopane), Afrique du Sud

Cette mine à ciel ouvert est située dans la partie Nord du Complexe du Bushveld. Sur cette photo, la partie visible de la mine mesure 1800 m de longueur, 675 m de large et 230 m de profondeur.

Localisation par fichier kmz de la mine de platine Pp Rust, Potgietersrus (Afrique du Sud). 783-mine-platine-Potgietersrus

Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 2. Vue semi-détaillée de l'arrière-plan de la figure précédente, mine de platine Pp Rust, Potgietersrus, Afrique du Sud Des engins miniers (camions, foreuses…) donnent l'échelle. Un camion identique à celui qui monte la route est visible à la figure 4.	Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 3. Zoom sur des engins de forage dans la mine de platine Pp Rust, Potgietersrus, Afrique du Sud
Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 4. Détail d'un camion “bumper” semblable à celui qui monte la côte sur la figure 2, mine de platine Pp Rust, Potgietersrus, Afrique du Sud Le conducteur examinant la roue donne l'échelle.	Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 5.  Convoi de camions de chantier remontant du fond de la mine de platine Pp Rust, Potgietersrus, Afrique du Sud

Les cinq photographies qui précèdent ont été prises dans une des mines de platine du Bushveld, la mine (à ciel ouvert) de Pp Rust, Potgietersrus (Mokopane), Afrique du Sud. L'image de cette semaine (29 mai 2023) est la troisième (et dernière) d'un “photoreportage” sur le complexe magmatique du Bushveld, la plus importante intrusion basique et ultrabasique du monde en domaine continental. Ce photoreportage fait suite à une excursion géologique organisé par le CBGA en 2008 et dont l'encadrement géologique était assuré par Jean-François Moyen (actuellement professeur à l'Université de Saint-Étienne). Le but de ces trois articles n'est pas de retracer-interpréter l'histoire fort complexe de cette intrusion, intrusion multiple qui est un véritable “monstre géologique”, mais de montrer une galerie de photographies d'objets géologiques extraordinaires. Pour simplifier à outrance l'histoire du Bushveld, on peut dire qu'il s'agit d'un giga-sill complexe, fait de roches basiques et ultrabasiques, d'une épaisseur de 7 à 8 km et affleurant sur environ 300 km d'Est en Ouest et 200 km du Nord au Sud. Ce giga-sill complexe a été alimenté par une succession d'injections magmatiques, injections suivies de différenciations par cristallisation fractionnée, éventuellement suivies de contaminations par du matériel crustal, tout cela recommençant plusieurs fois pendant un temps géologiquement très bref (temps inférieur à la précision/incertitude des mesures radiochronologiques). Le lecteur intéressé par la géologie du Bushveld, voulant comprendre ce qu'on connait des mécanismes précis de sa formation, recherchant une bibliographie abondante… pourra se reporter à un article de J. F. Moyen disponible sur le web, Le complexe du Bushveld (2007).

La mine de Pp Rust exploite du platine et d'autres platinoïdes, métaux appartenant au groupe du platine dits MGP (PGM en anglais ou encore PGE pour Platinium Group Element). Ces éléments, rares, ont des propriétés physiques et chimiques communes intéressant beaucoup chimistes et industriels. Ce sont le ruthénium – ⁴⁴Ru, le rhodium – ⁴⁵Rh, le palladium – ⁴⁶Pd, le rhénium – ⁷⁵Re, l'osmium – ⁷⁶Os, l'iridium – ⁷⁷Ir, et le platine – ⁷⁸Pt. Ces métaux sont rares dans l'univers, dans les chondrites et dans la Terre. Et comme ils sont sidérophiles, la majorité du stock terrestre est maintenant dans le noyau. Le clarke du platine est de l'ordre de 0,005 ppm soit 0,005 g par tonne, le clarke d'un élément chimique étant sa teneur moyenne dans la croute continentale. La teneur moyenne en platine des “minerais” exploités dans la mine de Pp Rust est comprise entre 4 et 10 g/t (environ 1000 fois plus que le clarke).

Le platine est très peu réactif et a très peu d'affinité chimique. Les processus géologiques le concentrant sont rares. C'est un élément modérément sidérophile (qui aime le fer) et chalcophile (littéralement qui aime le cuivre, mais il serait plus judicieux de dire thiophile = qui aime le soufre). Le platine sera donc (modérément) présent dans les chromites (FeCr₃O₄) et dans les sulfures comme la pyrite (FeS₂), la pyrrhotite (FeS), la pentlandite ([Fe, Ni]₉S₈)…

Si un magma contient du soufre “dissout” et s'il contient des traces de platine, ce platine s'incorporera dans de la chromite ou dans des sulfures si les conditions permettent leur cristallisation. Nous avons vu la semaine dernière que des conditions entrainant la cristallisation de chromite ont existé lors des injections/cristallisations ayant engendré le sommet de la Zone Critique et la base de la Zone Principale (cf. Les niveaux de chromite et de magnétite du Bushveld (Afrique du Sud), conséquences atypiques de la différenciation magmatique). D'autre part, le magma du Bushveld était saturé en soufre (0,4 % en masse). Or la solubilité du soufre dans un magma baisse quand la température baisse et que le magma commence à cristalliser. Elle passe de 0,4 % à 0,1 % quand la température passe de 1300 à 1200°C, champ de température où cristallisent les orthopyroxènes (les clinopyroxènes et les plagioclases cristallisent postérieurement, à une température plus basse) et où le pourcentage de cristaux passe de 5 à 20 %. Les trois quarts du soufre du magma co-cristallisent (sous forme de sulfures) avec les orthopyroxènes, sulfures piégeant la quasi-totalité des traces du platine présent dans le magma. C'est donc les niveaux de chromitite et/ou d'orthopyroxénite qui pourront être considérablement enrichis en platine. C'est eux que recherchent les prospecteurs et qu'exploitent les compagnies minières. Dans le Bushveld, ces conditions produisant des niveaux riches en platine se sont reproduites trois fois, engendrant les trois principaux niveaux minéralisés ou reefs. (1) Le Merensky Reef est constitué de pyroxénites feldspathiques d'une épaisseur de 80 cm en moyenne, mais irrégulière, variant de quelques centimètres à près de 10 m. Il est bordé de part et d'autre de fines couches de chromitites, et se situe dans des norites. Ce reef s'étend sur plusieurs centaines de kilomètres sur les lobes Ouest et Est, plongeant de 10° vers le centre du complexe du Bushveld. Les sondages ont recoupé ce niveau à plus de 1 900 m de profondeur. Le Merensky Reef contient très peu de sulfures et ses teneurs en MGP sont généralement comprises entre 5 et 7 g/t avec Pt>Pd. (2) L'UG2 Reef est l'une des couches de chromitite submassive qui contient des sulfures et une teneur en platinoïdes comprise entre 4 et 8 g/t avec Pt>Pd. La puissance de cette couche varie de 0,45 à 1,25 m. (3) Le Platreef est chronologiquement le troisième niveau mis en exploitation ; il n'est présent qu'au Nord du complexe. Il s'agit d'un niveau de pyroxénites à la base du complexe dans le lobe Nord, relativement puissant (300 m) et nettement plus riche en métaux de base (nickel, cuivre) que les autres reefs. Il contient des platinoïdes sur une trentaine de mètres d'épaisseur sous forme de sulfures, tellurures et arséniures, avec une teneur de 1 à 4 g/t et Pt<Pd, contrairement aux deux autres niveaux (texte extrait de minéralinfo). Nous avons vu différents aspects de l'UG2 Reef la semaine dernière (cf. Les niveaux de chromite et de magnétite du Bushveld (Afrique du Sud), conséquences atypiques de la différenciation magmatique), la mine Pp Rust imagée cette semaine exploite, elle, le Platreef.

Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 6. Une paroi de la mine Pp Rust, très vraisemblablement constituée d'orthopyroxénite, recoupée par un filon clair (anorthosite ou roche acide du complexe de Lebowa ?), Potgietersrus (Afrique du Sud)	Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 7. Zoom sur une paroi de la mine Pp Rust, très vraisemblablement constituée d'orthopyroxénite, recoupée par un filon clair (anorthosite ou roche acide du complexe de Lebowa ?), Potgietersrus (Afrique du Sud)
Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 8. Tas de roches, sans doute des orthopyroxénites, en cours d'extraction dans la mine Pp Rust, Potgietersrus (Afrique du Sud)	Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 9. Roches, sans doute des orthopyroxénites, en cours d'extraction dans la mine Pp Rust, Potgietersrus (Afrique du Sud)
Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 10. Gros plan sur l'une des roches de la mine Pp Rust, Potgietersrus (Afrique du Sud) Cette roche est complexe, avec des parties claires et d'autres sombres, d'autres apparemment isotrope et d'autres non… Cela montre, s‘il en était besoin, la complexité des phénomènes magmatiques ayant eu lieu dans le complexe du Bushveld.	Source - © 2021 D'après Koreller – CC BY-SA 4.0, modifié Figure 11. Minerai de platine en provenance du Bushveld, exposé dans un musée nantais Pendant ma (trop brève) visite de la mine Pp Rust, je n'ai pas vu-reconnu-photographié des échantillons contenant de la chromite et/ou des sulfures identifiables. J'ai repéré ce bloc sur le web, bloc légendé « Minerai de platine, en provenance de Bushveldt (Afrique du Sud), au Muséum de Nantes », sans plus de précision sur sa provenance exacte. On croit reconnaitre un lit de chromite entre les deux faciès (à grains fins et à grains grossiers). Dans le faciès à gros grains, on voit des paillettes dorées, sans doute (peut-être ?) des sulfures. Le platine pourrait être contenu dans la chromite et/ou dans les sulfures.

Une fois sortis de la mine, les blocs de roches sont concassés, triés, traités physiquement (par densité) puis chimiquement… Blocs de stériles, résidus du traitement chimiques… sont entassés et stockés. Nous vous montrons trois installations où se font des étapes de ce passage de la roche au concentré de métal.

Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 12. Zone industrielle adjacente à la mine de platine Pp Rust (Afrique du Sud) où ont lieu toutes les opérations de traitement	Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 13. Partie de la zone industrielle adjacente à la mine de platine Pp Rust (Afrique du Sud) où ont lieu toutes les opérations de traitement
Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 14. Terril où sont stockés les stériles sortis de la mine de platine Pp Rust (Afrique du Sud) et les restes des tris mécaniques et physiques du “minerai” Les restes (solides et liquides) des traitements chimiques sont théoriquement stockés à part. Un camion montant sur le terril par la route qui le traverse donne l'échelle.

L'exploitation du platine, comme toutes les exploitations de mines ou de carrières, impacte plus ou moins l'environnement, au moins localement et même plus globalement quand cette exploitation entraine la pollution des fleuves… Ces impacts plus ou moins importants dépendent (1) des dépenses non immédiatement rentables que font ou ne font pas les compagnies minières pour minimiser ces dommages, et (2) du prix que les clients (nous, en bout de chaine) sont prêts à payer pour acheter le produit.

Entre 2008 (année de ma visite au Bushveld) et 2022, la surface de la mine et des installations annexes a plus que doublé. Pendant cette même période, à juste titre et pour des raisons sanitaires, les autorités compétentes de l'Europe, du Japon, des USA… ont voulu lutter contre les oxydes d'azote et les particules fines rejetés en ville par les automobiles. Pour cela, ces autorités compétentes ont rendu obligatoire l'usage des pots catalytiques. Or il y a du platine (et du palladium) dans les pots catalytiques. La production de platine a donc augmenté, ainsi que la taille et le nombre des mines, les dégâts occasionnés à l'environnement… Actuellement, le remplacement des voitures thermiques par des voitures électriques (équipées de batteries au lithium ou de piles à combustible est à l'ordre du jour pour des raisons climatiques (CO₂ et effet de serre) parfaitement justifiées. Et les voitures équipées d'une pile à combustible (fonctionnant à l'hydrogène “vert”) nécessitent l'emploi de platine. Développer l'usage de platine est d'un côté « bon pour l'environnement », mais « mauvais pour l’environnement » d'un autre côté, au moins sur les lieux d'extraction et le long des fleuves qui s'en échappent. Cette dualité (bon d'un côté, mais mauvais d'un autre) est le propre de toute activité humaine. Il faut (faudrait) toujours faire la part des choses, peser le pour et le contre… avant de prendre une décision « en connaissance de cause ». On peut se demander si les lobbyistes et les décideurs qui ont de facto fait augmenter l'usage du platine connaissaient toutes les conséquences de leurs décisions, en particulier. Ont-ils fait un choix en « connaissance de cause » ou en « méconnaissance de cause » ? Il est vrai que lobbyistes et décideurs habitent en général bien loin des sites d'exploitation et que « polluer les antipodes » n'est pas un souci pour beaucoup d’entre eux, même si certains se proclament « écologistes ». Plutôt que développer l'usage des pots catalytiques et des piles à combustible ne serait-il pas plus judicieux de limiter l'usage des automobiles ! Résultat garanti sans consommation de platine.

Source - © 2023 D’après Google Earth, modifié Figure 15. Image aérienne de la mine Pp Rust (Afrique du Sud) dans son état de 2008 La photo 1 a été prise depuis le point indiqué par une étoile rouge. Tout compris, la mine mesure 4 800 m entre les points A et B.

Source - © 2023 D’après Google Earth, modifié Figure 16. Image aérienne de la mine Pp Rust (Afrique du Sud) dans son état de 2022 La mine s'est agrandie vers le Nord-Ouest. Tout compris, la mine mesure 10 800 m entre les points A et C. Son emprise au sol a plus que doublé en 15 ans. L'alignement des différentes carrières à ciel ouvert (entre les points A, B et C) montre la direction de l'affleurement du Platreef.

Source - © 2007 Jean-François Moyen Figure 17. Mine de Marula, dans l'Est du Bushveld (Afrique du Sud) La mine de Pp Rust n'est pas la seule mine de platine du Bushveld. La mine de Marula est une exploitation souterraine, dans le niveau de chromitite UG2. Elle est implantée dans la Zone Critique, au pied d'une colline formée des norites (résistantes) de la zone principale. Les norites forment ici une cuesta au-dessus de l'assemblage cyclique de la Zone Critique.

Source - © 2009 Taylor et al. (figure 10H, p.237), modifié Figure 18. Carte géologique du complexe du Bushveld où sont indiquées les principales mines de platine (étoiles noires) et de chrome (hexagones jaunes) La mine Pp Rust est indiquée par la flèche rouge.

Source - © 2023 Bregeon et al., Les platinoïdes (p.9), modifié Figure 19. Répartition des différentes utilisations du platine en 2021 À l'avenir, la part de la catalyse automobile (pots catalytiques) est amenée à diminuer, alors que celle utilisée pour les piles à combustible des automobiles (ici sans doute classée dans divers) est amenée à augmenter.

Source - © 2018 Statista sur researchgate Figure 20. Le platine, production annuelle (196 tonnes en 2017) et réserves mondiales (67 000 tonnes prouvée en 2016) L'Afrique du Sud (grâce au Bushveld) domine actuellement le marché. Et, à moins de la découverte de nouveaux gisements ou de nouveaux procédés d'extraction, la part de l'Afrique du Sud dans le marché du platine ne pourra qu'augmenter. Cette production annuelle actuelle (≈ 200 t) est à comparer avec la production annuelle de chrome (≈ 7 000 000 t) ou d'acier (≈ 1 800 000 000 t). Rappelons que le platine est l'un des métaux le plus cher : en mai 2023, le platine s'échangeait à 33 185 €/kg.

Source - © 2020 BRGM sur minéralinfo Figure 21. Répartition de la production mondiale de 5 des métaux de la famille du platine (PGE) en 2019 On voit que l'Afrique du Sud, grâce au Bushveld, domine très largement le marché, à l'exception du palladium où elle partage cette domination avec la Russie.

Source - © 2008 Pierre Thomas Figure 22. Schéma montrant la petite taille de la production annuelle et des réserves mondiales de platine Comme le platine est un métal très dense (ρ= 21 450 kg/m3, à comparer au plomb, 11 350 kg/m3), la production annuelle ne correspond qu'à un cube d'un peu plus de 2 m de côté. Si la consommation se stabilise à son niveau actuel, et si on ne découvre pas de nouveaux gisements, les réserves permettent de “tenir” un peu moins de 350 ans.

Source - © 2023 Google Earth, modifié

Figure 23. Localisation du Bushveld (Afrique du Sud)