Le big data permet de prédire les minéraux encore inconnus de la science

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Les mégadonnées, ou big data, sont des données massives qui représentent environ 2,5 trillions d’octets de données tous les jours.

Ces informations proviennent de partout : messages que nous nous envoyons, vidéos que nous publions, informations climatiques, signaux GPS, achats en ligne etc.

Les géants du Web, au premier rang desquels Yahoo,  Facebook, Google etc.  ont été les tous premiers à déployer ce type de technologie qui leur permet d’anticiper les moyens à utiliser pour développer leurs entreprises en fonction des besoins à venir.

L‘application des mégadonnées à la minéralogie offre un moyen de prédire les minéraux inconnus de la science, mais également comment les trouver et où trouver de nouveaux gisements de minéraux précieux tels que l’or et le cuivre.
C’est-à-dire que cette technologie permet de savoir que telle ou telle pierre sera découverte dans un endroit précis et que sa composition chimique lui donne une certaine valeur : diamant, émeraude etc.

Les mégadonnées, ces nouvelles technologies au service de la minéralogie

Jusqu’à récemment, la découverte de nouveaux minéraux ou gisements était une question de chance plutôt qu’une prédiction scientifique mais tout cela peut changer grâce aux mégadonnées.

Grâce aux millions de minéraux provenant de centaines de milliers de localités à travers le monde décrits et catalogués, nous possédons une grande quantité d’informations sur plus de 5 200 espèces minérales connues de la Terre.

Les bases de données enregistrent également des informations essentielles sur les compositions chimiques et les propriétés physiques des pierres, notamment la dureté, la couleur, la structure atomique, etc.

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Pierre Abellaite découverte dans la mine Eureka en Espagne – Crédit : J. Soldevilla

Les mégadonnées fournissent une image détaillée sur la manière dont les minéraux coexistent ainsi que les caractéristiques biologiques, physiques, chimiques qui sont nécessaires à leur apparition.

À partir de ces critères, c’est assez simple de prédire les minéraux encore inconnus de la science ainsi que l’endroit où on va trouver de nouveaux gisements.

La technique a déjà été utilisée pour prédire 145 minéraux carbonés manquants et où les trouver. Sur les 145 nouveaux minéraux, on en a déjà trouvé 10.

Des minéraux prédits avant leur découverte

megadonnees nouveaux mineraux

Des gisements de pierres comme la Skorpionite, Lanthanite, Malachite, Calcite ont été prédits grâce à l’usage des métadonnées.

Ces mêmes types de techniques permettent de prédire au moins 1 500 minéraux inconnus avec leurs caractéristiques et les endroits où on pourrait les trouver.

Les entreprises minières pourraient utiliser la technologie pour prédire l’emplacement des gisements minéraux inconnus en fonction des données existantes. Les chercheurs pourraient utiliser ces outils pour expliquer comment les minéraux terrestres ont changé avec le temps et incorporer des données à partir de molécules de biomarqueurs pour montrer l’interaction entre des cellules et des minéraux et les géologues espèrent utiliser l’analyse des données pour découvrir de nouveaux gisements de pierres précieuses.

Les scientifiques espèrent pouvoir analyser les données pour révéler l’histoire géologique d’autres planètes.

Les minéraux fournissent la base de toute notre richesse matérielle, on a l’or et les pierres précieuses, mais également la brique de nos maisons et l’acier des voitures et des avions. Les minéraux forment les sols dans lesquels nous développons nos récoltes et ils fournissent le gravier avec lequel nous couvrons nos routes et ils filtrent l’eau que nous buvons.

Ce nouvel outil de compréhension des minéraux représente un progrès important dans une discipline scientifique qui est l’un des piliers de notre société moderne.

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Les mégadonnées pour découvrir de nouveaux minéraux
La Parisite-(La) est un des nouveaux minéraux carbonés qu'on avait prédit avec les mégadonnées avant sa découverte - Crédit : rruff.info par Dr. Luiz Menezes

L‘application des mégadonnées à la minéralogie offre un moyen de prédire les minéraux inconnus de la science, mais également comment les trouver et où trouver de nouveaux gisements de minéraux précieux tels que l’or et le cuivre selon une étude. Dans un papier publié dans American Mineralogist, les scientifiques rapportent la première application de la Théorie des réseaux à la minéralogie (Cette théorie est réputée pour l’analyse de la propagation d’une maladie, des réseaux terroristes ou les connexions Facebook).

Les résultats, selon les chercheurs, constituent un moyen de révéler la diversité et la distribution des minéraux dans le monde entier, l’évolution des minéraux sur le long terme, les nouvelles tendances et les nouveaux gisements.

Les mégadonnées sur la minéralogie

Dirigés par Shaunna Morrison de l’Observatoire Deep Carbon et le directeur exécutif du DCO, Robert Hazen, les 12 auteurs du papier incluent les collègues de DCO, Peter Fox et Ahmed Eleish de la Fondation Keck. La quête de nouveaux gisements de minéraux n’a pas de fin, mais jusqu’à récemment, la découverte de nouveaux minéraux ou gisements était une question de chance plutôt qu’une prédiction scientifique selon la Dre Morrison. Mais tout cela peut changer grâce aux mégadonnées.

Nous possédons une grande quantité d’informations sur plus de 5 200 espèces minérales connues de la Terre (chacune ayant une combinaison unique de composition chimique et de structure atomique). Des millions de minéraux provenant de centaines de milliers de localités à travers le monde ont été décrits et catalogués. Des bases de données contenant des détails sur la découverte de chaque minerai, toutes ses occurrences connues et l’âge de ces gisements continuent de se développer chaque semaine.

Les bases de données enregistrent également des informations essentielles sur les compositions chimiques et les propriétés physiques, notamment la dureté, la couleur, la structure atomique, etc. Associés à des données sur la géographie environnante, le contexte géologique et les minéraux coexistants, les scientifiques ont désormais accès à des mégadonnées susceptibles d’être analysées. Jusqu’à récemment, les scientifiques n’avaient pas les outils de modélisation et de visualisation nécessaires pour exploiter ces grandes quantités d’informations.

L'Abellaite découvert dans la mine Eureka en Espagne - Crédit : J. Soldevilla
L’Abellaite découvert dans la mine Eureka en Espagne – Crédit : J. Soldevilla

L’analyse de réseau offre une nouvelle vision des minéraux tout comme les ensembles de données complexes offrent une compréhension importante sur les connexions des réseaux sociaux, les modèles de trafic urbain et les voies métaboliques pour ne citer que quelques exemples. Les mégadonnées sont la principale tendance actuelle explique le Dr Hazen. Vous l’entendez dans tous les domaines : la médecine, le commerce, mais jusqu’à présent, personne n’avait appliqué les mégadonnées à la minéralogie et à la pétrologie.

Je pense que cela va développer le taux de découverte minière d’une manière sans précédent. La technique d’analyse du réseau permet aux scientifiques de représenter des données provenant de multiples variables sur des milliers de minéraux échantillonnés à partir de centaines de milliers d’emplacements dans un seul graphique. Ces visualisations peuvent révéler des motifs d’occurrence et de distribution qui passeraient inaperçus.

En d’autres termes, les mégadonnées fournissent une image détaillée sur la manière dont les minéraux coexistent ainsi que les caractéristiques biologiques, physiques, chimiques qui sont nécessaires à leur apparition. À partir de ces critères, c’est assez simple de prédire les minéraux encore inconnus de la science ainsi que l’endroit où on va trouver de nouveaux gisements. Selon le Dr Hazen : L’analyse de réseau peut fournir des indices visuels aux minéralogistes sur l’endroit et ce qu’il faut rechercher. Je pense que cette hypothèse ouvrira une nouvelle voie en minéralogie.

La technique a déjà été utilisée pour prédire 145 minéraux carbonés manquants et où les trouver. Cela a mené à la création du Deep Carbon Observatory’s Carbon Mineral Challenge. Sur les 145 nouveaux minéraux, on en a déjà trouvé 10. L’estimation provient d’une analyse statistique des minéraux carbonés connus et leur extrapolation sur la quantité de minéraux manquants.

Des minéraux prédits avant leur découverte

Un diagramme de réseau de 406 minéraux carbonés révèlent des patterns cachés dans leur diversité et leur distribution. Chaque cercle coloré représente un minérai carbonné différent. La taille et la couleur des cercles indique leur rareté ou non sur Terre - Crédit : Keck DTDI Project
Un diagramme de réseau de 406 minéraux carbonés révèlent des patterns cachés dans leur diversité et leur distribution. Chaque cercle coloré représente un minérai carbonné différent. La taille et la couleur des cercles indique leur rareté ou non sur Terre – Crédit : Keck DTDI Project

Nous avons utilisé les mêmes types de techniques pour prédire au moins 1 500 minéraux inconnus avec leurs caractéristiques et les endroits où on pourrait les trouver. Selon la Dre Morrison : Ces nouvelles approches axées sur les données nous permettent de prédire à la fois les minéraux inconnus de la science et l’emplacement des nouveaux gisements.

De plus, la compréhension de l’évolution des minéraux au fil du temps géologique, combiné à notre connaissance de la biologie aboutit à de nouvelles hypothèses concernant la coévolution de la géosphère et de la biosphère. Dans un cas de test, les chercheurs ont exploré des minéraux contenant du cuivre, qui jouent un rôle critique dans la société moderne (par exemple, les tuyaux, les fils), ainsi que des rôles essentiels dans l’évolution biologique. L’élément est extrêmement sensible à l’oxygène de sorte que la nature du cuivre dans un minéral offre un indice du niveau d’oxygène dans l’atmosphère au moment de la formation du minerai.

Les chercheurs ont également effectué une analyse des minéraux communs dans les roches ignées. Ces dernières se forment à partir d’un état fondu. Les réseaux de minéraux de roches ignées, découvertes dans les mégadonnées, ont recréé la Série de réactions de Bowen. Cette série de réactions montre comment une séquence de minéraux caractéristiques apparaît à mesure que le magma refroidit. L’analyse a montré exactement la même séquence de minéraux incorporés dans les réseaux de minéraux.

Les chercheurs espèrent que ces techniques conduiront à une compréhension des relations minérales précédemment non reconnues dans des gisements. Les réseaux de minéraux serviront également comme des outils visuels pour en apprendre plus sur la minéralogie et la pétrologie. L’analyse de réseau a de nombreuses applications potentielles en géologie à la fois pour la recherche et l’exploration minérale.

Les entreprises minières pourraient utiliser la technologie pour prédire l’emplacement des gisements minéraux inconnus en fonction des données existantes. Les chercheurs pourraient utiliser ces outils pour expliquer comment les minéraux terrestres ont changé avec le temps et incorporer des données à partir de molécules de biomarqueurs pour montrer l’interaction entre des cellules et des minéraux. Et les géologues espèrent utiliser l’analyse du réseau pour découvrir de nouveaux gisements précieux.

Un réseau de 664 minéraux de cuivre triés par leur composition. Chaque cercle coloré représente un minérai différent de cuivre. La distribution des couleurs avec les cercles bleus, rouges et oranges, combinés ensemble, révèlent des patterns cachés de la distribution du cuivre et pourrait permettre de découvrir de nouveaux gisements - Morrison et al., courtesy American Mineralogist

Un réseau de 664 minéraux de cuivre triés par leur composition. Chaque cercle coloré représente un minérai différent de cuivre. La distribution des couleurs avec les cercles bleus, rouges et oranges, combinés ensemble, révèlent des patterns cachés de la distribution du cuivre et pourrait permettre de découvrir de nouveaux gisements – Crédit : Morrison et al., courtesy American Mineralogist

La Dre Morrison espère également utiliser une analyse de réseau pour révéler l’histoire géologique d’autres planètes. Elle est membre de l’équipe de Mars Curiosity pour identifier les minéraux martiens grâce à des données de diffraction des rayons X. En appliquant ces outils pour analyser les environnements sédimentaires sur Terre, elle estime que les scientifiques peuvent aussi commencer à répondre à des questions similaires à propos de Mars.

Les minéraux fournissent la base de toute notre richesse matérielle selon cette chercheuse. On a l’or et les pierres précieuses, mais également la brique de nos maisons et l’acier des voitures et des avions. Les minéraux forment les sols dans lesquels nous développons nos récoltes et ils fournissent le gravier avec lequel nous couvrons nos routes et ils filtrent l’eau que nous buvons. Ce nouvel outil de compréhension des minéraux représente un progrès important dans une discipline scientifique qui est l’un des piliers de notre société modernes.

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