La composition chimique des nodules varie selon le genre de minerais de manganèse, 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.

Les nodules se trouvent sur le sédiment au fond des océans, partiellement ou complètement enterrés. Ils varient grandement en abondance, des fois se touchant les uns les autres et recouvrant plus de 70 % du sédiment. La quantité totale de nodules polymétalliques sur le plancher océanique a été estimée à plus de 500 milliards de tonnes par A.A. Archer en 1981. 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 -4000 et -6000 m de profondeur.

Le principal problème technique consiste à remonter des minerais se trouvant à plusieurs milliers de mètres de profondeur.

Au milieu des années 70, un consortium international réussit à collecter des quantités substantielles de nodules et à en extraire des métaux. Il s'agissait surtout de nickel, de cuivre et de cobalt.

Le Groupe de travail II a communiqué des prévisions des dépenses en capital et des dépenses d’exploitation pour une installation probable d’exploitation des nodules polymétalliques d’une capacité annuelle de 1,5 million de tonnes produisant du nickel, du cuivre, du cobalt et du manganèse. Pour faciliter la comparaison avec des installations de traitement du nickel latéritique, aussi bien les dépenses en capital que les dépenses d’exploitation communiquées ont été calculées sur la base d’un équivalent nickel2. Les estimations du Groupe de travail pour les dépenses en capital par kilogramme d’équivalent nickel se situent entre 10 et 14 dollars. Pour une installation de traitement des nodules polymétalliques d’une capacité de 1,5 million de tonnes, le Groupe a estimé les dépenses en capital à 750 millions de dollars, et le coût du traitement à 3,9 dollars par kilogramme d’équivalent nickel, ce qui donne des dépenses d’exploitation de 250 millions de dollars.

Plus récemment, à la fin des années 70, les chercheurs se sont aperçus que les grands fonds marins recelaient d’autres ressources minérales qui contiennent essentiellement les mêmes métaux que les nodules mais aussi de l’or et de l’argent. Il s’agit des sulfures polymétalliques qui se forment à proximité des sources chaudes situées dans les zones volcaniques actives et des agrégats riches en cobalt qui adhèrent à la roche mère en bordure des dorsales et des monts sous-marins des océans du monde entier.

Leurs minéralisations polymétalliques (à Fe, Cu, Pb, Zn, As, Ba, Au, Ag) varient suivant le contexte géologique et elles dépendent de la nature du substrat avec lequel vont réagir les fluides hydrothermaux : croûte océanique, sédiments, croûte continentale, manteau. Dans les bassins d'arrière-arc, la composition des roches volcaniques est intermédiaire entre celle de la croûte continentale et celle de la croûte océanique.

Les sulfures de ces centres d'arrière-arc ont des teneurs faibles en fer mais des teneurs moyennes élevées en zinc (17 %) et en baryum (14 %) ; ceux associés aux failles d'arrière-arc sont riches en zinc (20 %), en plomb (12 %) et en argent (1,1 %). Des teneurs élevées en or ont été reconnues : pour le bassin de Lau, une moyenne de 2,8 g/t avec un maximum à 29 g/t ; pour le bassin d'Okinawa, une moyenne de 3,1 g/t avec un maximum de 14 g/t. Le gisement le plus riche, le "Conical Seamount" se trouve à 10 km de Lihir, dans les eaux territoriales de la Papouasie-Nouvelle Guinée : il s'agit d'un volcan sous-marin (appelé aussi guyot) de 2,8 km de diamètre où la moyenne des teneurs est de 26 g/t avec un maximum de 230 g/t ; mais dans ce cas il s'agit d'un contexte d'avant-arc.

Ces gisements sous-marins sont économiquement intéressants à plusieurs titres : non seulement il s'agit de gisements polymétalliques à fortes teneurs où plusieurs éléments sont valorisables, mais la présence de métaux précieux à des teneurs élevées (or, argent) peut apporter une forte plus-value. A titre exemple, les sites hydrothermaux localisés sur les dorsales lentes pourraient contenir de 1 t à 100 t d'or. Ils n'ont pas subi de remaniement tectonique et de remobilisation et de ce fait, la minéralisation devrait être distribuée de manière plus homogène que dans les gisements fossiles exploités sur terre.

Leur exploitation

Elle ne nécessite pas de déplacement de volume important de matériaux stériles comme c'est le cas sur la terre ferme : les coûts sont donc moins élevés. De plus, elle entraîne beaucoup moins de désagréments environnementaux et sociaux. En l'absence de couverture sédimentaire, la mise en suspension de particules est faible et le risque de provoquer la formation de panaches chargés est quasiment nul.

L'exploitation de ces gisements n'a pas les inconvénients des autres types de dépôts sous-marins tels les encroûtements et les nodules qui se présentent de manière dispersée, en couches peu épaisses, et dont la récupération est fortement conditionnée par la topographie du plancher océanique. Qui plus est, ils sont situés dans des eaux relativement peu profondes - moins de 2 000 m et le plus souvent dans les eaux territoriales des États. Autre avantage, au moins pour les systèmes actifs, ces gisements sont renouvelables dans des délais très courts.

Mais s'agit-il réellement d'un avantage si leur exploitation doit porter atteinte à la vie sous-marine ? L'exploration scientifique qui s'était focalisée sur la recherche de systèmes hydrothermaux actifs s'oriente maintenant vers la recherche de systèmes inactifs dont l'exploitation devrait avoir un impact écologique bien moindre que pour des systèmes actifs. Nautilus aurait ainsi identifié, à moins de 2 000 mètres de profondeur, 13 ensembles minéralisés. Une reconnaissance du prospect "Roman Ruins" (bassin de Manus-Est proche de la Nouvelle Irlande) effectuée par l' "Institute of Marine Sciences" allemand et le "British Geological Survey" anglais, a donné, pour des échantillons, prélevés par carottage dans la lfar4e superficielle du dépôt (moins de 5 m), une moyenne de 13 g/t d'or, 167 g/t d'argent, 5 % de cuivre et 22 % de zinc.

En appui aux techniques géophysiques, l'utilisation d'engins télécommandés (Remote Operated Véhicule) équipés d'éclairage, de caméras, de bras manipulateurs et d'une sondeuse de 75 mm de diamètre, pouvant atteindre 15 m de profondeur devrait permettre de préciser la géométrie des gisements.

Le minerai peut être exploité directement sans découverte de stérile. Nautilus envisage une extraction du minerai à l'aide d'excavateurs (chenillards) télécommandés du type de ceux utilisés pour l'extraction du charbon. Les matériaux broyés à moins de 75 mm seront pompés dans un conduit de 300 mm de diamètre jusqu'à une plate-forme semi-submersible. Après déshydratation, le minerai sera transporté à terre vers une usine classique à circuit de récupération des métaux par flottation.

Le coût capitalistique d'une exploitation profonde serait moitié moindre que celui d'une exploitation classique terrestre où les coûts habituels des infrastructures sont beaucoup plus élevés ; ceci est essentiellement dû à la simplicité de l'extraction et à la grande flexibilité des équipements qui peuvent être aisément redéployés sur plusieurs sites de petites tailles. Par exemple, on pourra envisager l'exploitation d'une vingtaine de cibles de 2 à 3 Mt. Le coût opératoire est estimé à 0,39 $/lb de cuivre (prix du marché : entre 1,8 et 2 $/lb (5). L'objectif de Nautilus est d'identifier une ressource assurant une capacité annuelle de production de 90 000 t de cuivre et de 200 000 t de zinc.