La pratique de l’exploration minière requiert une expertise qu’on retrouve rarement condensée dans un seul volume. Les techniques d’exploration minière ont considérablement évolué au cours des dernières décennies. Il peut même être périlleux, voire téméraire, de tenter de les résumer dans un seul document. Mais nous avons décidé de relever ce défi afin de produire un document simple, pratique et  relativement succinct qui devrait permettre à un non-initié de comprendre comment les gisements de métaux et de minéraux se sont formés, et surtout comment on les découvre.

Pour concevoir ce document, nous nous sommes un peu inspirés du «Guide de la prospection», un ouvrage publié en 1993 (maintenant épuisé) par le Groupe de communication PAT, la Corporation de formation et de développement en exploration minière et le Cégep de l’Abitibi-Témiscamingue et auquel avaient participé activement de nombreux membres de l’AEMQ. Certains tableaux et figures de ce document sont reproduits dans le texte. Mais à la différence du «Guide de la prospection», le Guide de l’exploration minière se veut un outil de vulgarisation destiné à un public non-initié. On pense par exemple aux investisseurs, aux intervenants du secteur financier, aux membres des médias ainsi qu’au public en général. 

L’objectif du guide n’est pas de permettre à son lecteur de faire lui-même des activités d’exploration minière, mais plutôt de comprendre ce qu’est l’exploration minière et comment on la fait. Après avoir pris connaissance du guide, le lecteur devrait être en mesure de mieux comprendre le contenu du site Internet, ou même être mieux outillé afin de comprendre un communiqué de presse d’une compagnie d’exploration minière. Il pourra faire la distinction entre la géophysique ou la géochimie, un granit ou une péridotite, un placement par notice d’offre ou par prospectus. Il pourra même se permettre de discuter de la valeur d’un projet d’exploration minière ou de ses résultats avec un intervenant de l’industrie.

     
LE CYCLE DE FORMATION DES ROCHES

  La géologie, du grec ancien (gê-, « terre ») et λογος (logos, « parole », « raison »), est la science qui traite de la composition, de la structure, de l'histoire et de l'évolution des couches internes et externes de la Terre et des processus qui la façonnent. La géologie est une discipline importante parmi les sciences de la Terre.

Les matériaux composant la croûte terrestre sont constitués de minéraux et de roches. Certains peuvent eux-mêmes être ou encore contenir des substances qui ont une valeur économique, c'est-à-dire pouvant être exploitées avec profits. Pour les découvrir, il faut savoir identifier les environnements et les structures géologiques favorables à ces concentrations de minéralisation. Les explorateurs miniers tentent de trouver ces gisements.

   
Il se forme continuellement de nouvelles roches sur, dans et sous la croûte terrestre. À la surface de la terre, les roches sont soumises aux conditions d’érosion et de météorisation qui les désagrègent. Les particules sont transportées vers un milieu de sédimentation où, après compaction et cimentation, elles deviendront roches sédimentaires. Des accumulations importantes amèneront éventuellement les roches sédimentaires en grande profondeur où elles deviendront des roches métamorphiques. À la base de l’écorce terrestre, les roches peuvent fondre, redevenir magma et ensuite migrer vers la surface formant les roches ignées plutoniques et volcaniques. Ce processus de formation répétitif constitue le cycle de formation des roches. Ce cycle est en relation directe avec le processus de formation et de déformation de la croûte terrestre engendré par la tectonique des plaques.
     
LA TECTONIQUE DES PLAQUES

  Une bonne compréhension du cycle de formation des roches ne peut se faire sans connaître et comprendre les mouvements des plaques tectoniques et les déformations des couches géologiques qui en résultent. La tectonique des plaques (aussi appelée la dérive des continents) est le modèle actuel du fonctionnement interne de la Terre. Elle est l'expression en surface de la convection qui se déroule dans le manteau terrestre. La lithosphère, couche externe du globe, est découpée en plaques rigides qui flottent et se déplacent sur l'asthénosphère qui est plus ductile.


Les plaques tectoniques sont portées par les mouvements du manteau asthénosphérique sous-jacent et subissent des interactions dont les trois principaux types sont :
     
La divergence : il s’agit d'un mouvement éloignant deux plaques l'une de l'autre, laissant le manteau remonter entre elles. Leur frontière divergente correspond à une ride océanique ou dorsale, lieu de création de lithosphère océanique. Le volcanisme au niveau des dorsales est généralement basaltique. C’est à travers ce mouvement que se crée la croûte lithosphérique (couche rigide située au dessus du manteau supérieur).

La convergence : le mouvement rapproche deux plaques l'une de l'autre, compensant ainsi l'expansion océanique en d'autres zones du globe. Trois types de frontière de plaques convergentes accommodent le rapprochement : une zone de subduction, là où une plaque (en général la plus dense) plonge sous une autre, moins dense. Le volcanisme au-dessus des zones de subduction est généralement andésitique, avec une  
 
géochimie calco-alcaline. Une zone de collision, là où deux plaques se confrontent. Enfin, une zone d'obduction, là où une lithosphère océanique est transportée sur un continent.

La transcurrence : se dit du glissement horizontal de deux plaques, l'une à côté et le long de l'autre. La côte ouest californienne est témoin de ce phénomène.

Lors de tous ces mouvements tectoniques, les roches subissent des contraintes suffisamment importantes pour causer des plissements et des failles majeures dans les formations rocheuses. Au Québec, la région des Appalaches est un exemple d’une zone fortement déformée. Les mesures de l’attitude des couches géologiques et l’étude des plis, des failles, des zones de cisaillement, des joints (des fractures) et des veines font partie des travaux effectués en exploration minière.

     
LES FAILLES ET LES PLIS

  Les failles sont des cassures de l’écorce terrestre le long desquelles il y a un déplacement relatif des deux blocs séparés. La longueur des failles est très variable ; de métrique à kilométrique. La faille de San Andréas en Californie, qui occupe une partie de la bordure ouest de l’Amérique du Nord, est célèbre pour les tremblements de terre qu’elle engendre. 
     
Les failles sont classées selon le pendage du plan de faille et la nature du déplacement relatif des deux compartiments. On distingue trois principaux types de failles : la faille normale, la faille inverse et la faille de décrochement. Dans certains cas, lorsque le plan de faille est presque horizontal, une faille alors inverse devient une faille de chevauchement et dans certains cas, le mouvement le long du plan peut atteindre des kilomètres de distance.

Les contraintes à l’origine d’une faille provoquent une fragmentation de la roche de part et d’autre des blocs pour former des brèches de faille. Si l’intensité de la déformation est suffisamment grande pour entraîner une recristallisation partielle de la roche, celle-ci deviendra une mylonite. Une zone de cisaillement est une bande de roches fortement fracturées pouvant être associées à une faille. Les failles et les zones de cisaillement sont des lieux favorables à l’infiltration des solutions hydrothermales minéralisantes. Celles-ci sont à l’origine de plusieurs filons de quartz et carbonates aurifères de la région de l’Abitibi. Les failles de Larder-Lake-Cadillac, de Porcupine-Destor, de Casa Berardi et du Lac Doré en Abitibi sont reconnues pour les gîtes minéraux qui leur sont associés.

     
Les plis représentent des ondulations des formations rocheuses. Leurs dimensions varient du millimètre au kilomètre. Il existe deux grandes familles de plis: l’anticlinal et le synclinal. L’anticlinal est un pli dont le centre est occupé par les roches les plus anciennes, alors que le centre du synclinal est occupé par les roches les plus jeunes.  
     
LES MINÉRAUX
La croûte terrestre est constituée d’une grande diversité de roches composées d’un assemblage hétérogène de minéraux ayant une composition chimique et une structure cristalline spécifiques. Un minéral est une substance normalement inorganique définie par sa composition chimique et l'agencement de ses atomes selon une périodicité et une symétrie précises qui se reflètent dans le groupe d’espace et dans le système cristallin du minéral. Les minéraux sont généralement solides dans les conditions normales de température et de pression et s'associent pour former les roches constituant la croûte terrestre et, d'une façon plus générale, la lithosphère.

Classification et propriétés des minéraux
Il existe au-delà de 4000 minéraux formant huit classes minéralogiques: les éléments natifs, les sulfures et sulfosels, les oxydes et hydroxydes, les haloïdes, les carbonates et nitrates, les sulfates, les phosphates et les silicates.

Les 
éléments natifs comme l’or (Au), l’argent (Ag), le graphite (C) ou le diamant (C), les sulfures comme la chalcopyrite (cuivre), la sphalérite (zinc), la pentlandite (nickel) ou la galène (plomb) et les oxydes tel l’hématite (fer), l’ilménite (titane) ou la chromite (chrome) sont les principaux minéraux pour lesquels on explore de façon intensive au Québec.

Les 
carbonates forment les constituants majeurs de certaines roches sédimentaires, dont les calcaires et les dolomies, et sont exploités pour la fabrication de la chaux et du ciment. Quant aux silicates, ils forment plus de 95% de la croûte. Les feldspaths et le quartz sont utilisés pour la fabrication de la céramique et du verre. L’amiante chrysotile (silicate de magnésium) était aussi un minéral industriel important dont la consommation a drastiquement diminuée depuis quelques décennies.

Les minéraux possèdent des propriétés physiques diagnostiques qui permettent de les identifier. En général, l’identification d’un minéral est basée sur plusieurs de ces caractéristiques. Les principales propriétés physiques facilement observables sur un minéral sont: l’éclat, la couleur du minéral ou de son trait, la forme, la dureté, le clivage et la densité. D’autres propriétés nécessitent une instrumentation plus sophistiquée pour être identifiées comme le magnétisme, la conductivité électrique ou la radioactivité.

LES ROCHES
Une roche est un matériau formé par un agrégat naturel de minéraux, de fossiles et/ou d'éléments d'autre(s) roche(s). On distingue trois grandes familles de roches : les roches ignées, sédimentaires et métamorphiques.

     
Les roches ignées
Les roches ignées ou magmatiques proviennent de roches en fusion appelées magma. Lorsque le magma se solidifie dans la croûte terrestre avant d’atteindre la surface, celui-ci forme des roches plutoniques ou intrusives. Ce type de roche atteint la surface par le truchement de déformations et de surrections de la croûte suivi d’une dénudation par l’érosion. Les roches plutoniques se composent de minéraux dont les grains sont visibles à l’oeil nu. Par contre, si le magma s’infiltre dans les fractures de la croûte jusqu’à la surface, il produit alors des coulées de laves à l’origine des roches volcaniques ou extrusives.
 
   
     
Le refroidissement rapide de ce type de roches forme du verre ou des roches à grains très fins et microscopiques. Des explosions volcaniques, expulsant des fragments de roches et de lave dans l’atmosphère, forment des roches fragmentaires de type pyroclastique. Ces roches se caractérisent par leur litage et par la diversité de leurs fragments. 
    
Les roches intrusives se présentent sous différentes formes qui se définissent par leur dimension et leur disposi¬tion à l’intérieur des roches encaissantes; on dis¬tingue le dyke, le filon-couche ou sill, le batholite (pluton) et le stock. Les dykes et les filons-couches sont des masses tabulaires et minces pouvant varier d’un mètre à quelques centaines de mètres de largeur par plusieurs kilomètres de longueur. Le dyke est discordant (oblique) aux couches géologiques alors que le filon-couche est concordant (parallèle). Le batholite, qui occupe une superficie supérieure à 100 km2, et le stock sont discordants par rapport aux couches environnantes.

La classification des roches ignées
La classification des roches ignées est basée sur la composition minéralogique et chimique, en fonction de la teneur en silice. 
 
     

     
Par contre, la nomenclature des roches pyroclastiques est basée sur la dimension des fragments qui les composent. Les principales classes sont la brèche (fragments de d>64 mm), le lapillistone (fragments de 64>d>2 mm) et le tuf (fragments de d<2mm).

L’altération et la minéralisation présentes dans les roches sont des éléments importants à identifier en exploration minière. Les solutions hydrothermales responsables de la minéralisation peuvent, en plus de déposer des minéraux économiques, provoquer une altération des roches hôtes. Cette altération se manifeste par des changements minéralogiques importants de la roche fraîche. Par exemple, les gîtes de sulfures massifs inclus dans les roches volcaniques sont souvent entourés d’une auréole riche en chlorite et en séricite. La présence de telles zones d’altération peut laisser croire à la présence de zones minéralisées à proximité.

     
LES ROCHES SÉDIMENTAIRES 

  Tous les types de roches se désintègrent en fragments, en particules et en ions dans l’eau ou l’air sous l’effet des agents atmosphériques. Ce processus commence par l’érosion et se poursuit par la météorisation. Ces particules d’origines très variées sont transportées par les cours d’eau pour être déposées et accumulées sur de grandes épaisseurs dans des bassins de sédimentation. Ensuite, la compaction et la cimentation, qui constituent la diagenèse, forment les roches sédimentaires. La majorité des roches sédimentaires se for¬ment en milieu marin. Par contre, certains types de roches comme les évaporites (gypse, halite et sylvite) se forment par précipitation en milieu continental ou en milieu marin peu profond.
     
Les roches sédimentaires sont composées de minéraux et de fragments de roches de natures différentes, variablement arrondis, liés ensemble par un ciment. On y rencontre fréquemment des fossiles qui sont des restes ou des empreintes d’animaux ou de végétaux. Les principaux constituants de ces roches sont le quartz, les feldspaths, les micas, les minéraux argileux et les carbonates. La plupart des roches sédimentaires ont un aspect stratifié ou laminé. La stratification résulte des variations de la composition, de la couleur, de la texture et de la porosité.

Classification des roches sédimentaires
On divise les roches sédimentaires en deux groupes: les roches détritiques, constituées de fragments de roches et de minéraux, et les roches chimiques, formées par la précipitation des ions dans l’eau, par voie chimique ou par activité biologique. La classification des roches sédimentaires détritiques est basée sur la dimension des particules, la nature et la diversité des constituants. Le conglomérat, le grès et le shale sont les principales roches détritiques.

Les roches sédimentaires détritiques présentent parfois un granoclassement. Cette structure est formée de strates au sein desquelles on remarque un classement graduel avec des gros grains à la base et des grains très fins au sommet. II existe plusieurs autres structures, entre autres les lits entrecroisés, les fractures de dessiccation (fractures de retrait dans les argiles) et les rides (ripple-marks) semblables à celles qu’on observe sur les plages.

Contrairement aux roches détritiques, les roches d’origine chimique ne sont pas formées à partir de roches préexistantes, mais plutôt par précipitation d’ions dans l’eau ou par accumulation de matières organiques (pétrole, charbon, etc.) dans l’océan ou dans les mers peu profondes. Les roches chimiques sont identifiées à partir des propriétés physiques des minéraux qui les composent. Ces roches présentent une porosité et une perméabilité variables, et elles possèdent des textures variant de grossièrement grenue à microscopique. Les principales roches d’origine chimique sont les roches carbonatées, siliceuses, carbonées, salines et ferrugineuses.

LES ROCHES MÉTAMORPHIQUES
Profondément sous la croûte terrestre, la température et la pression deviennent suffisamment élevées pour transformer les roches existantes en des roches appelées métamorphiques. Ces transformations se produisent à l’état solide, et elles entraînent des modifications minéralogiques et texturales (grosseur et disposition des grains) importantes de la roche originale. D’anciennes roches métamorphiques, ignées et sédimentaires peuvent aussi subir de nouveau du métamorphisme.

Le métamorphisme lié aux déformations continentales ou régionales de la croûte terrestre est du type régional, alors que le métamorphisme lié aux failles et aux intrusions est de type cataclastique ou de contact. Le métamorphisme de contact se produit en bordure de la chambre magmatique, alors que les roches encaissantes sont soumises à l’effet de la haute température de la roche en fusion, créant ainsi une auréole de métamorphisme. Dans les failles et les zones de cisaillement, le métamorphisme se traduit par des transformations minéralogiques mineures, accompagnées d’une fragmentation variable de la roche. Le métamorphisme est alors local et restreint à la zone déformée.

Les indicateurs de métamorphisme sont des minéraux formés à des températures et pressions spécifiques. Même s’ils sont présents en faible quantité, ces indicateurs de métamorphisme permettent d’évaluer l’intensité du métamorphisme subi par la roche.

Types de roches métamorphiques
Plusieurs types de roches métamorphiques sont caractérisés par un alignement des minéraux en feuillets ou en aiguilles; cette disposition des grains constitue les textures foliées et rubanées. D’autres roches métamorphiques sont compactes ou massives, sans orientation préférentielle des minéraux. Certaines roches possèdent une structure schisteuse, qui provoque un débitage de la roche en feuilles ou en dalles. Les principales roches métamorphiques sont le schiste ardoisier, le schiste micacé, le gneiss, l’amphibolite, le marbre, la métaquartzite, la serpentinite.