Les nodules polymétalliques, aussi appelés nodules de manganèse, sont des concrétions minérales reposant sur le lit océanique ; ils sont formés de cercles concentriques d’hydroxydes de fer et de manganèse autour d’un noyau. vignette|Coupe transversale d'un nodule polymétallique (Pacifique central nord). Campagne Ifremer. vignette|Nodule polymétallique de de diamètre. vignette|Différents types et fragments de nodules. vignette|Nodules sur le fond marin.
Le noyau peut être microscopique et s’est parfois transformé en minerai de manganèse par cristallisation. Quand il est visible à l’œil nu, ce peut être une petite coquille de microfossile (radiolaire ou foraminifère), une dent de requin phosphatée, des débris de basalte ou même des morceaux de nodules plus anciens.
Ils sont aujourd’hui étudiés ou recherchés pour leur richesse en manganèse, cobalt, nickel et cuivre, comme les sulfures polymétalliques qui se trouvent quant à eux dans les zones d’activité volcanique, autour de sources hydrothermales, ou comme les encroûtements cobaltifères en Polynésie française.
Morphologie Les nodules varient en taille de la minuscule particule visible uniquement au microscope (on parle de micronodulesFriedrich G., Pluger W.L., Kunzendorf H (1988)., Chemical composition of manganese nodules, in The manganese nodule belt of the Pacific ocean, éd. Halbach P., Friedrich G., Stackelbert U. (von) (Stuttgart), pp. : 37-51) jusqu’à des échantillons de plus de . Cependant, la majorité des nodules fait entre de diamètreHalbach P. , Puteanus D. (1988), Morphology and composition of manganese nodules, in The manganese nodule belt of the Pacific ocean, éd. Halbach P., Friedrich G., Stackelbert U. (von) (Stuttgart), pp. : 17-20..
Morphologie externe Morphologie irrégulière : ce sont les nodules en plaque, ou des nodules coalescents – accolement de petits nodules, ou d'anciens nodules (fragment de nodule recouvert par le même processus de formation). Morphologie régulière : ce sont des nodules de forme ovoïde. Ils ont généralement un plan de symétrie équatorial qui permet d'imaginer une croissance différente entre la face supérieure (au contact de l'eau de mer) et la face inférieure (au contact avec le sédiment). Aspect de surface : Les nodules à bord équatorial mamelonné peuvent avoir une surface lisse ou grenue ou rugueuse.
Il n'est pas rare de trouver des organismes fixés à la surface supérieure comme des actinies ou des foraminifères benthiques agglutinants (encroûtants)Veillette J., et al. (2007), Ferromanganese nodule fauna in the Tropical North Pacific ocean : Species richness, faunal cover and spatial distribution. Deep Sea Research, part 1, , ..
Croissance et composition La croissance des nodules est un phénomène géologique extrêmement lent, de l’ordre du centimètre pour plusieurs millions d’années. Même si leur genèse est loin d’être résolue, quatre origines ont été retenues par Enrico BonattiBonatti E., Rammohanroy Nayudu Y. (1965), The origin of manganese nodules on the ocean floor, American Journal of Science, n : 263 : pp : 17-39 : la précipitation de métaux de l’eau de mer (processus en solution aqueuse) ; la remobilisation du manganèse dans la colonne sédimentaire (processus diagénétique) ; la dérivation de métaux des sources hydrothermales associées à une activité volcanique, la décomposition de débris basaltiques par l’eau de mer (processus halmyrolytique) ; la précipitation d’hydroxydes métalliques au travers de l’activité de micro-organismes (processus biosynthétique) ; on trouve des microbes dans les nodulesEhrlich, H. L., Ghiorse, W. C., & Johnson, G. L. (1972). Distribution of microbes in manganese nodules from the Atlantic and Pacific Oceans. Dev. Ind. Microbiol, 13, 57-65.. Plusieurs de ces processus peuvent opérer simultanément ou se succéder durant la formation d'un même nodule.
La composition chimique des nodules varie selon le type de minerai de manganèse et selon la taille et les caractéristiques du noyau. Les nodules de plus grand intérêt économique contiennent du manganèse (27-30 %), du nickel (1,25-1,5 %), du cuivre (1-1,4 %) et du cobalt (0,2-0,25 %). Les autres composants incluent le fer (6 %), le silicium (5 %) et l’aluminium (3 %), avec de plus faibles quantités de calcium, de sodium, de magnésium, de potassium, de titane, et de baryum, avec de l’hydrogène et de l’oxygène.
On trouve aussi des nodules polymétalliques dans le désert du Sahara..
Hypothèse d'une production d'oxygène dans les abysses
Une étude parue en 2024 dans Nature Geoscience menée sur la plaine abyssale de la zone de fracture géologique de Clarion-Clipperton, dans l'Océan Pacifique, a mis en évidence qu'une production primaire d'oxygène y a lieu sur le plancher océanique en dépit de l'absence totale de lumière à cette profondeur dans les abysses, écartant toute possibilité de photosynthèse. Pour cette raison, il a été nommé oxygène noir, ou dark oxygen en anglais. Les scientifiques de l'Association écossaise pour les sciences marines (SAMS) émettent l'hypothèse que l'oxygène pourrait être produit par un processus d'électrolyse de l'eau rendu possible par la présence des nodules polymétalliques....
Historique Les nodules se trouvent sur le sédiment au fond des océans, partiellement ou complètement enterrés. Ils varient grandement en abondance, parfois se touchant les uns les autres et recouvrant plus de 70 % du sédiment. C'est John Méro qui a réussi à transformer l'aspect scientifique des nodules en un nouvel eldorado minier. Dans un article de en 1960 Méro J.L. (1960). Mineral resources on the ocean floor, Mining congress journal, pp: 48-53 , il réussit à montrer au monde que les nodules polymétalliques avaient un intérêt économique et que le plancher océanique en était recouvert. Avec quelques analyses géochimiques, il identifie des zones à fort potentiel dans le Pacifique nord. En 1965, il publie la première carte de répartition des nodules et évalue la quantité de nodules à sur les fonds océaniques Méro J.L. (1965), The mineral resources of the sea, Elsevier oceanography series, Library of congress catalog card n°:64-18520, . ! En 1981, A.A. ArcherArcher A.A. (1981), Manganese nodules as a source of nickel, copper, cobalt and manganese, Transactions of the Institute of Mining and Metallurgy, pp: A1-A6 a, de son côté, estimé la quantité totale de nodules polymétalliques sur le plancher océanique à plus de de tonnes. On peut les trouver à n’importe quelle profondeur, même dans les lacs, mais les plus grandes concentrations ont été trouvées dans les plaines abyssales, entre de profondeur.
Les nodules polymétalliques ont été découverts en 1869 dans la mer de Kara, dans l’océan Arctique, à proximité de la Sibérie. Durant l'expédition du Challenger (1872-1876)Murray J., Renard A.F., (1891). Report on the scientific results of the voyage of H.M.S. Challenger during the years 1873-1876: deep sea deposits, éd. Johnson reprint corporation (New York), 525 p., ils ont été trouvés dans la plupart des océans de la planète. Les nodules ayant un intérêt économique ont été trouvés dans trois zones : la zone centrale de la partie nord de l’océan Pacifique, le bassin du Pérou dans le sud-est du Pacifique et dans la zone centrale du nord de l’océan Indien. Mais on en trouve aussi en Atlantique sur le Black Plateau, au large de la Caroline et de la Floride ou au sud de l'Afrique du Sud, sur l'. Parmi ces dépôts, le plus prometteur en termes d’abondance en nodules et de concentration en métal se situe dans la zone de fractures de Clarion-Clipperton, à l’est du Pacifique équatorial, entre Hawaï et l’Amérique centrale.
Jusqu'à la Seconde Guerre mondiale, l'exploration était surtout tournée vers la science et plus précisément sur la bathymétrie et l'échantillonnage des sédiments. Après la publication du livre de Méro en 1965, plusieurs pays se sont lancés dans des programmes d'exploration comme le Japon, l'Allemagne et la France dans le Pacifique Sud.
Alors que les 168 pays membres de l'Autorité internationale des fonds marins (AIFM) travaillent à l'élaboration d'un code minier pour les grands fonds marins, une petite société canadienne, The Metal Company, décide en de s'affranchir du droit international en s'appuyant sur le code minier américain. Le , Donald Trump signe un décret destiné à ouvrir l'extraction à grande échelle de minerais dans les grands fonds marins, y compris dans les eaux internationales. Le gouvernement Trump estime que l'extraction minière en eaux profondes pourrait créer 100.000 emplois et augmenter de 300 milliards de dollars le produit intérieur brut (PIB) des États-Unis sur 10 ansAnne Feitz et Etienne Goetz, Trump veut passer en force sur l'extraction minière des fonds marins, Les Échos, 25 avril 2025..
Histoire de l'exploration française L'exploration française. s'est déroulée en quatre phases : Elle a débuté dans les années 1970 dans le Pacifique Sud autour de la Polynésie Française par des campagnes océanologiques menées par le Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer (CNEXO) en partenariat avec la Société Le Nickel (SLN). Après de prospection autour de Tahiti avec des relevés bathymétriques et des prélèvements, il a été décidé de se lancer dans l'exploration systématique du Pacifique Nord, entre les fractures de Clarion et de Clipperton car les résultats n'étaient pas propices à des gisements économiquement rentables (faible densité de nodules sur le fond, bassins sédimentaires trop étroits...). Fin 1974, le Commissariat à l'énergie atomique (CEA), les Chantiers France-Dunkerque ont rejoint le CNEXO et SLN pour former une société en participation : l'Association française pour l'étude et la recherche des nodules océaniques (AFERNOD).. De 1974 à 1976, océanographiques ont mis en évidence certaines zones favorables en utilisant des techniques de statistiques. Un échantillonnage à une maille de marins (environ ) de côté a permis d'une part de réduire la superficie de la zone à prospecter et d'autre part d'améliorer l'estimation de l'abondance des nodules sur le fond, leur géochimie et leur morphologie. Les navires utilisés par le étaient alors N/O Le Noroît et N/O Le CoriolisTitans , juillet 1989, reportage Des minerais au fonds des mers, page 48.. De 1976 à 1978, l'exploration s'est focalisée sur la zone où les nodules sont les plus abondants et les plus riches. Trois campagnes de géophysique et magnétisme ont étudié le substrat pour une meilleure connaissance du fond océanique. À partir de 1979, les techniques d'exploration ont évolué. Afin de délimiter les sites miniers, il a été décidé d'utiliser le sondeur multifaisceaux pour une cartographie fine. L'observation de la couverture de nodules et d'obstacles (fractures, falaises, affleurements rocheux...) a été réalisée à l'aide de traits photographiques grâce à l'Épaulard (engin télécommandé) et le RAIE (engin tracté). vignette|RAIE 2 - Engin remorqué pour prises de vue utilisé sur le N/O Jean Charcot - mission SEANOD - Pacifique équatorial nord - Ifremer.|centré|300x300px|alt=vignette|Epaulard - Engin autonome pour prises de vue utilisé sur le N/O Jean Charcot - Mission NIXO 45 - Pacifique équatorial nord - Ifremer.|344x344px|alt=|centrévignette|342x342px|SAR - Système Acoustique Remorqué utilisé lors des missions NIXO - Pacifique équatorial nord - Ifremer.gauche|vignette|179x179px|Plages minières (simulation géostatistique)
Les travaux français ont permis de déterminer la morphologie des gisements potentiels grâce à l'utilisation combinée d'engins de photographie du fond (Raie, Épaulard), de sondeurs multifaisceaux et de sonar tracté à proximité du fond (SAR), donnant une topographie détaillée à l'échelle du 1/20 000 (résolution ) et d'observation directe par les plongées du Nautile.