Cumulative index to NASA Tech Briefs, 1986-1990, volumes 10-14

Tech Briefs are short announcements of new technology derived from the R&D activities of the National Aeronautics and Space Administration. These briefs emphasize information considered likely to be transferrable across industrial, regional, or disciplinary lines and are issued to encourage commercial application. This cumulative index of Tech Briefs contains abstracts and four indexes (subject, personal author, originating center, and Tech Brief number) and covers the period 1986 to 1990. The abstract section is organized by the following subject categories: electronic components and circuits, electronic systems, physical sciences, materials, computer programs, life sciences, mechanics, machinery, fabrication technology, and mathematics and information sciences

Caractérisation minéralogique quantitative automatisée en microscopie optique et applications à l’étude de minerais dans le cadre d’une approche géométallurgique.

La caractérisation minéralogique est essentielle pour la caractérisation des différents produits d’un gisement (lithologie, minerai, stérile, résidu, etc.). Elle peut procurer énormément d’informations pertinentes pour les différents aspects de la mine (exploration, traitement minéral, gestion environnementale des rejets miniers). Cependant, la caractérisation minéralogique souffre aujourd’hui d’une réputation à la fois longue, fastidieuse et couteuse de la part de l’industrie minière. Cette industrie s’est ainsi vue progressivement abandonner l’approche minéralogique pour la caractérisation de leurs gisements. Avec les nouveaux défis technico-économiques apparaissant au sein des gisements (teneurs de plus en plus faibles, extraction de plus en plus profonde, gestion intégrée des rejets miniers et valorisation de nouveaux types de gisement), une nouvelle approche géométallurgique s’est alors développée dans l’industrie. Cette nouvelle vision de la mine consiste à intégrer les variabilités, notamment minéralogiques, des gisements afin de l’intégrer le plus en amont possible dans le développement du projet minier. Le but est de quitter l’approche en silo qu’effectue l’industrie pour permettre plus de communication entre les différents départements d’une mine (exploration, ingénierie, production, environnement) et ainsi permettre une optimisation technico-économique de l’exploitation tout en réduisant les risques techniques et opérationnels. Il s’avère que la caractérisation minéralogique est redevenue une caractérisation indispensable pour cette nouvelle vision géométallurgique de la mine, notamment parce qu’elle peut constituer un langage commun entre les différents départements de la mine. La caractérisation minéralogique permet effectivement de fournir des quantifications de paramètres, notamment de texture (comprenant la granulo-minéralogie, degré de libération/d’exposition et association), sur les différents produits de la mine qui constituent très souvent les variables critiques régissant la modélisation géométallurgique d’un gisement. La géométallurgie met ainsi en avant la pertinence des outils de caractérisations minéralogiques automatisées de type microscope électronique à balayage associé à la spectroscopie en énergie dispersive (MEB-EDS), comme le système QEMSCAN®. Cependant, ces outils, bien que récemment démocratisés, restent encore très dispendieux et contraignants pour l’industrie minière. De plus, ils nécessitent une expertise poussée pour leur utilisation au quotidien au sein de la mine. Par conséquent, la caractérisation minéralogique automatisée reste encore relativement anecdotique au sein des différentes opérations de développement d’une exploitation minière, alors qu’elle reste très souvent indispensable pour l’approche géométallurgique de la mine. Le microscope optique automatisée (MOA) représente quant à lui un outil alternatif plus accessible financièrement que les systèmes types MEB-EDS et permet une caractérisation des minéraux opaques très souvent valorisables (sulfures, oxydes, éléments natifs, alliages) moins contraignante, nécessitant une expertise moins poussée que son homologue électronique. C’est dans ce contexte que les travaux de cette présente thèse se sont développés. L’objectif général a ainsi été de développer et d’améliorer des approches et techniques de caractérisation minéralogique abordables, fiables et précises via l’outil de MOA. Le but était de proposer une caractérisation minéralogique automatisée plus accessible pour l’industrie minière, selon une approche géométallurgique. Cette présente thèse s’est ainsi construite autour de trois axes de recherche : le développement de protocoles de préparations de section polie représentatifs, l’amélioration de techniques d’imagerie optique sous MOA et l’étude comparative et cas d’applications en contexte géométallurgique de l’outil afin de prouver sa fiabilité et sa pertinence. Une nouvelle méthode d’échantillonnage a ainsi été développée afin de décider du nombre approprié de sections polies qui doivent être préparées en fonction de la classe granulométrique considérée. Le but est d’obtenir une représentativité suffisante pour les analyses de minéralogie automatisée. Pour illustrer cette méthode, deux protocoles d'échantillonnage (sous forme de grain à des fins de caractérisation texturales et sous forme de poudre) d'un minerai sulfuré typique théorique, incluant une préparation granulométrique (sizing), sont présentés. Une nouvelle méthode de calcul de la variance de l'erreur fondamentale liée à l'échantillonnage a ainsi été proposée. Ces protocoles d'échantillonnage sont une adaptation de la ligne de sécurité dérivée de la théorie d'échantillonnage de Pierre Gy et sont à ajuster en fonction de la connaissance des propriétés intrinsèques du matériau considéré. La méthode peut être très utile pour mieux anticiper le manque de représentativité des données minéralogiques fournies par les outils de minéralogie automatisé liées à la préparation d’échantillonnage. Au cours de ces travaux de doctorat, une nouvelle résine a été aussi découverte pour la préparation de section polie : la résine acrylique. Cette nouvelle résine a été comparée aux autres résines communément utilisées pour la préparation de section polie : la résine époxy et la résine dite carbon black (assimilé à la résine époxy mélangé avec du graphite). Cette comparaison a compris des mesures rhéologiques ainsi que des analyses par MOA. L’objectif a été de vérifier si une composition minéralogique fiable et sans biais est possible sous MOA avec cette nouvelle résine, attestant que les particules minérales n’ont pas subi une ségrégation préférentielle au sein de la section polie. Pour ce faire, des mélanges de poudres minérales standard ont été préparées en utilisant différents minéraux opaques purs à une fraction granulométrique calibrée entre 25 et 75 μm. Les résultats indiquent que le comportement rhéologique de la résine acrylique à durcissement rapide permet d'obtenir une composition minérale précise tout en évitant toute sédimentation préférentielle des particules par rapport aux autres résines étudiées. La caractérisation minéralogique automatisée nécessite d’obtenir des résultats de quantification non biaisés. Cependant, le MOA ne permet pas de détecter les minéraux transparents (ou de gangue) lors d'une analyse par microscopie optique en lumière réfléchie, car les réflectances de la résine et des minéraux de gangue sont très proches. De nouveaux travaux se sont alors concentrés à proposer une nouvelle méthode innovante pour détecter automatiquement toutes les particules minérales (y compris les particules transparentes) sur une section polie en résine acrylique par imagerie optique réfléchie en utilisant un algorithme d'apprentissage profond (deep learning). Pour ce faire, plusieurs poudres de minerai et de mélanges de standards de minéraux ont été montées en sections polies avec résine acrylique à deux tailles de particules différentes : < 1mm et P80~75 μm. Un maximum d'images optiques a été acquis avec un MOA sur ces sections polies pour entraîner et tester l'algorithme d'apprentissage profond à détecter les particules minérales. Les résultats montrent que l'algorithme d'apprentissage profond détecte facilement toutes les particules minérales dans le motif bullé caractéristique de la matrice de la résine acrylique, ce qui permet de bien différencier les minéraux de gangue sous microscopie optique réfléchie pour la détermination de la composition modale fiable des échantillons étudiés. De plus, les travaux ont pu permettre le développement de l’imagerie hyperspectrale optique afin de permettre une identification minéralogique plus efficace en MOA comparé à ce que proposent les systèmes actuels utilisant l’analyse multispectrale. La synchronisation entre une caméra hyperspectrale et un système de MOA a pu permettre l’acquisition linéaire de cubes hyperspectraux sur différents minéraux opaques. À l’aide de ces mesures brutes hyperspectrales, une base de données de réflectances hyperspectrales a pu être établie. À partir de cette base de données, une procédure supervisée de classification a été exécutée sur différents cubes hyperspectraux issus de l’analyse sur différents échantillons de minerais et standards minéralogiques (mise en section polie) par le dispositif expérimental. La procédure consistait à extraire des images monochromatiques à des longueurs d’onde judicieusement choisies sur ces cubes hyperspectraux bruts afin d’y exécuter des analyses d’images basiques associées à une méthode de classification booléenne pour obtenir des images classifiées minéralogiquement. Les résultats indiquent que cette procédure basique permet une classification minéralogique des images optiques propres et efficaces à partir de mesures hyperspectrales optiques. Les travaux de ce présent doctorat se sont ensuite focalisés sur différentes études comparatives et études de cas d’applications en contexte géométallurgique de la MOA, des études encore manquantes dans le domaine. Le projet Dumont Nickel a ainsi été particulièrement étudié, notamment parce que le gisement nécessite une approche géométallurgique du fait de sa métallogénie particulière. Le défi de développement d’un projet tel que Dumont Nickel consiste à pouvoir quantifier le nickel dit métallurgiquement récupérable à l’aide d’une méthode de quantification minéralogique abordable. Ces travaux proposent de pouvoir quantifier la minéralogie des minerais du gisement pour les futures opérations minières en utilisant le MOA. L’objectif a été de caractériser quatre échantillons de minerais représentatifs des quatre domaines géométallurgiques du gisement par MOA. Ces résultats ont été comparés aux données de quantification minéralogique existantes pour les mêmes échantillons acquis par QEMSCAN®. Les résultats de quantifications minéralogiques obtenus avec les deux techniques ont été comparés en mettant l'accent sur la distribution minéralogique du nickel dans les minéraux opaques. Cette étude comparative prouve l'efficacité de la MOA à des fins de quantification minéralogique telle qu'appliquée aux échantillons étudiés du projet Dumont Nickel. Cette procédure de quantification minéralogique des minéraux opaques a été ensuite poursuivie sur 12 autres échantillons du gisement. Le but a été de vérifier si le MOA attribue les mêmes domaines géométallurgiques que les analyses QEMSCAN® sur ces mêmes échantillons, selon la quantification des minéraux opaques qu’il permet. Les résultats montrent que le MOA est une alternative fiable au QEMSCAN® et peut être utilisé pour l'attribution de domaine pour le projet Dumont Nickel. Néanmoins, ces études comparatives en contexte géométallurgique ont permis de mettre en exergue les limites du système de MOA utilisé au cours du doctorat. Ces limites sont l’impossibilité pour le système de pouvoir détecter les particules transparentes (limite qui a fait l’objet de travaux au cours du doctorat) et de pouvoir les identifier, mais aussi d’autres limites de l’analyse multispectrale optique que propose le système (aberration chromatique). Une troisième étude comparative sur les différents concentrés de flottations du concentrateur LaRonde a aussi pu prouver que le système de MOA utilisé donne des résultats de quantification minéralogique proche du système QEMSCAN®. Cette dernière étude a aussi mis un avant une des limites de l’analyse multispectrale du système : le phénomène d’effet de bordure, expliquant les différences de quantification obtenue entre les deux techniques homologues. Enfin, afin de répondre aux manques d’études de cas d’applications de la MOA, le doctorat a recommandé plusieurs méthodologies d’intégration de la MOA à des fins géométallurgiques dans un contexte général d'un gisement de sulfure polymétallique/aurifère. Les principales étapes des projets miniers (exploration/géologie, faisabilité/programme géométallurgique, exploitation/production et gestion des rejets miniers) ont été utilisées pour illustrer les différentes méthodes proposées. La MOA permet ainsi d'obtenir des données minéralogiques pertinentes dès les premières étapes d'un projet minier et d'intégrer la minéralogie opérationnelle dans les processus de développement d’un circuit de traitement. De nombreux exemples illustrant la quantification minéralogique par MOA ont ainsi été fournis pour chaque étape du cycle minier, ce qui permet d'étayer la définition de différents domaines géométallurgique et géoenvironnementale d'un gisement

EVOLUTION OF THE SUBCONTINENTAL LITHOSPHERE DURING MESOZOIC TETHYAN RIFTING: CONSTRAINTS FROM THE EXTERNAL LIGURIAN MANTLE SECTION (NORTHERN APENNINE, ITALY)

Our study is focussed on mantle bodies from the External Ligurian ophiolites, within the Monte Gavi and Monte Sant'Agostino areas. Here, two distinct pyroxenite-bearing mantle sections were recognized, mainly based on their plagioclase-facies evolution. The Monte Gavi mantle section is nearly undeformed and records reactive melt infiltration under plagioclase-facies conditions. This process involved both peridotites (clinopyroxene-poor lherzolites) and enclosed spinel pyroxenite layers, and occurred at 0.7–0.8 GPa. In the Monte Gavi peridotites and pyroxenites, the spinel-facies clinopyroxene was replaced by Ca-rich plagioclase and new orthopyroxene, typically associated with secondary clinopyroxene. The reactive melt migration caused increase of TiO2 contents in relict clinopyroxene and spinel, with the latter also recording a Cr2O3 increase. In the Monte Gavi peridotites and pyroxenites, geothermometers based on slowly diffusing elements (REE and Y) record high temperature conditions (1200-1250 °C) related to the melt infiltration event, followed by subsolidus cooling until ca. 900°C. The Monte Sant'Agostino mantle section is characterized by widespread ductile shearing with no evidence of melt infiltration. The deformation recorded by the Monte Sant'Agostino peridotites (clinopyroxene-rich lherzolites) occurred at 750–800 °C and 0.3–0.6 GPa, leading to protomylonitic to ultramylonitic textures with extreme grain size reduction (10–50 μm). Compared to the peridotites, the enclosed pyroxenite layers gave higher temperature-pressure estimates for the plagioclase-facies re-equilibration (870–930 °C and 0.8–0.9 GPa). We propose that the earlier plagioclase crystallization in the pyroxenites enhanced strain localization and formation of mylonite shear zones in the entire mantle section. We subdivide the subcontinental mantle section from the External Ligurian ophiolites into three distinct domains, developed in response to the rifting evolution that ultimately formed a Middle Jurassic ocean-continent transition: (1) a spinel tectonite domain, characterized by subsolidus static formation of plagioclase, i.e. the Suvero mantle section (Hidas et al., 2020), (2) a plagioclase mylonite domain experiencing melt-absent deformation and (3) a nearly undeformed domain that underwent reactive melt infiltration under plagioclase-facies conditions, exemplified by the the Monte Sant'Agostino and the Monte Gavi mantle sections, respectively. We relate mantle domains (1) and (2) to a rifting-driven uplift in the late Triassic accommodated by large-scale shear zones consisting of anhydrous plagioclase mylonites. Hidas K., Borghini G., Tommasi A., Zanetti A. &amp; Rampone E. 2021. Interplay between melt infiltration and deformation in the deep lithospheric mantle (External Liguride ophiolite, North Italy). Lithos 380-381, 105855

Impact of geogenic degassing on C-isotopic composition of dissolved carbon in karst systems of Greece

The Earth C-cycle is complex, where endogenic and exogenic sources are interconnected, operating in a multiple spatial and temporal scale (Lee et al., 2019). Non-volcanic CO2 degassing from active tectonic structures is one of the less defined components of this cycle (Frondini et al., 2019). Carbon mass-balance (Chiodini et al., 2000) is a useful tool to quantify the geogenic carbon output from regional karst hydrosystems. This approach has been demonstrated for central Italy and may be valid also for Greece, due to the similar geodynamic settings. Deep degassing in Greece has been ascertained mainly at hydrothermal and volcanic areas, but the impact of geogenic CO2 released by active tectonic areas has not yet been quantified. The main aim of this research is to investigate the possible deep degassing through the big karst aquifers of Greece. Since 2016, 156 karst springs were sampled along most of the Greek territory. To discriminate the sources of carbon, the analysis of the isotopic composition of carbon was carried out. δ13CTDIC values vary from -16.61 to -0.91‰ and can be subdivided into two groups characterized by (a) low δ13CTDIC, and (b) intermediate to high δ13CTDIC with a threshold value of -6.55‰. The composition of the first group can be related to the mixing of organic-derived CO2 and the dissolution of marine carbonates. Springs of the second group, mostly located close to Quaternary volcanic areas, are linked to possible carbon input from deep sources

Impact of Etna’s volcanic emission on major ions and trace elements composition of the atmospheric deposition

Mt. Etna, on the eastern coast of Sicily (Italy), is one of the most active volcanoes on the planet and it is widely recognized as a big source of volcanic gases (e.g., CO2 and SO2), halogens, and a lot of trace elements, to the atmosphere in the Mediterranean region. Especially during eruptive periods, Etna’s emissions can be dispersed over long distances and cover wide areas. A group of trace elements has been recently brought to attention for their possible environmental and human health impacts, the Technology-critical elements. The current knowledge about their geochemical cycles is still scarce, nevertheless, recent studies (Brugnone et al., 2020) evidenced a contribution from the volcanic activity for some of them (Te, Tl, and REE). In 2021, in the framework of the research project “Pianeta Dinamico”, by INGV, a network of 10 bulk collectors was implemented to collect, monthly, atmospheric deposition samples. Four of these collectors are located on the flanks of Mt. Etna, other two are in the urban area of Catania and three are in the industrial area of Priolo, all most of the time downwind of the main craters. The last one, close to Cesarò (Nebrodi Regional Park), represents the regional background. The research aims to produce a database on major ions and trace element compositions of the bulk deposition and here we report the values of the main physical-chemical parameters and the deposition fluxes of major ions and trace elements from the first year of research. The pH ranged from 3.1 to 7.7, with a mean value of 5.6, in samples from the Etna area, while it ranged between 5.2 and 7.6, with a mean value of 6.4, in samples from the other study areas. The EC showed values ranging from 5 to 1032 μS cm-1, with a mean value of 65 μS cm-1. The most abundant ions were Cl- and SO42- for anions, Na+ and Ca+ for cations, whose mean deposition fluxes, considering all sampling sites, were 16.6, 6.8, 8.4, and 6.0 mg m-2 d, respectively. The highest deposition fluxes of volcanic refractory elements, such as Al, Fe, and Ti, were measured in the Etna’s sites, with mean values of 948, 464, and 34.3 μg m-2 d-1, respectively, higher than those detected in the other sampling sites, further away from the volcanic source (26.2, 12.4, 0.5 μg m-2 d-1, respectively). The same trend was also observed for volatile elements of prevailing volcanic origin, such as Tl (0.49 μg m-2 d-1), Te (0.07 μg m-2 d-1), As (0.95 μg m-2 d-1), Se (1.92 μg m-2 d-1), and Cd (0.39 μg m-2 d-1). Our preliminary results show that, close to a volcanic area, volcanic emissions must be considered among the major contributors of ions and trace elements to the atmosphere. Their deposition may significantly impact the pedosphere, hydrosphere, and biosphere and directly or indirectly human health

ESSE 2017. Proceedings of the International Conference on Environmental Science and Sustainable Energy

Environmental science is an interdisciplinary academic field that integrates physical-, biological-, and information sciences to study and solve environmental problems. ESSE - The International Conference on Environmental Science and Sustainable Energy provides a platform for experts, professionals, and researchers to share updated information and stimulate the communication with each other. In 2017 it was held in Suzhou, China June 23-25, 2017

Proceedings of the 2018 Canadian Society for Mechanical Engineering (CSME) International Congress

Published proceedings of the 2018 Canadian Society for Mechanical Engineering (CSME) International Congress, hosted by York University, 27-30 May 2018