Une nouvelle frontière pour une industrie ancestrale

L’exploitation minière et l’exploration des ressources minérales comptent parmi les plus anciennes activités de l’humanité, et pourtant elles se heurtent aujourd’hui à des défis résolument contemporains. Les gisements facilement accessibles près de la surface terrestre s’épuisent peu à peu. Les ressources dont le monde a besoin pour fabriquer véhicules électriques, éoliennes et panneaux solaires – cuivre, lithium, cobalt, nickel et terres rares – se trouvent désormais plus en profondeur, enfouies sous des couches sédimentaires qui résistent aux méthodes de détection conventionnelles. À peine un projet d’exploration sur 500 à 1 000 aboutit à une mine rentable¹.

Dans le même temps, l’industrie minière subit une pression croissante pour réduire son empreinte environnementale et sociale : moins de forages, moins de perturbations en surface, moins d’énergie consommée. Le défi consiste donc à découvrir davantage avec moins de moyens, et plus rapidement. Les technologies quantiques apparaissent comme l’une des réponses les plus prometteuses à ce défi. Dans trois grands domaines – la détection quantique, la navigation quantique et le calcul quantique –, elles offrent des capacités que les instruments classiques ne peuvent tout simplement pas égaler.

Détection quantique : voir au-delà de la surface

Les capteurs quantiques exploitent l’extrême sensibilité des systèmes quantiques (atomes, électrons et circuits supraconducteurs) pour mesurer, avec une précision supérieure à celle des capteurs classiques, des grandeurs physiques telles que les champs magnétiques, la gravité et l’accélération. Il ne s’agit pas d’une ambition futuriste. Les entreprises minières utilisent des capteurs quantiques dans l’exploration minière depuis plus de 25 ans¹.

Le système LANDTEM du CSIRO, développé en collaboration avec BHP Billiton au début des années 1990, a été le premier système électromagnétique terrestre dans le domaine temporel fondé sur un dispositif supraconducteur à interférence quantique à haute température (SQUID, Superconducting Quantum Interference Device). Les essais sur le terrain ont montré que ce système permettait de détecter les gisements avec une sensibilité bien supérieure à celle des systèmes conventionnels à bobine d’induction². Cette technologie a contribué à la découverte de la mine d’argent de Cannington, dans le Queensland, qui figurait alors parmi les plus grands gisements d’argent au monde³.

Aujourd’hui, une nouvelle génération d’instruments quantiques – magnétomètres, gravimètres et gradiomètres gravitationnels – est en passe d’être déployée sur le terrain. Ces instruments peuvent détecter des gisements situés entre 500 mètres et 2 kilomètres de profondeur, bien au-delà de la portée de la plupart des outils d’exploration actuels. Lors de l’atelier Quantum Meets Resources en février 2024, les représentants des grandes entreprises minières ont souligné la nécessité, pour l’industrie, de passer d’une approche “drill to define” (forer d’abord, analyser ensuite) à un modèle “drill to verify”, dans lequel les données issues de la détection quantique guident des forages ciblés et précis¹.

Les spectromètres quantiques ajoutent une nouvelle dimension. En permettant une analyse chimique rapide et non destructive des carottes de forage comme du minerai en transit sur convoyeur, ils peuvent aider les exploitations à distinguer en temps réel le minerai riche du minerai pauvre, réduisant ainsi la consommation d’énergie et les coûts liés au traitement des roches non valorisables¹.

Navigation quantique : s’orienter sous terre

Le GPS ne passe pas sous terre : mines souterraines, forages profonds et zones d’exploration sous-marine en sont totalement dépourvus. Ce manque de repères pose des défis majeurs pour le positionnement des équipements, le guidage des véhicules autonomes et la sécurité des travailleurs.

Les accéléromètres et gyroscopes quantiques offrent une navigation indépendante du GPS en mesurant les mouvements avec une précision exceptionnelle. Fondés sur les propriétés quantiques des atomes plutôt que sur des signaux externes, ils accumulent bien moins de dérive que les unités de mesure inertielle conventionnelles. Associés à des gravimètres quantiques capables de cartographier les subtiles variations du champ gravitationnel causées par la géologie souterraine, ils rendent possible ce que les chercheurs commencent à appeler le “PNT quantique” (quantum-assured positioning, navigation and timing : positionnement, navigation et synchronisation garantis par le quantique)¹.

L’entreprise australienne Nomad Atomics a développé un gravimètre quantique portable suffisamment sensible pour surveiller les nappes phréatiques, tandis que Q-CTRL applique des techniques de contrôle quantique afin de rejeter le bruit de fond qui dégrade les performances des capteurs quantiques sur le terrain. Ces avancées contribuent à combler l’écart entre les résultats obtenus en laboratoire et les performances réelles sur le terrain.

Informatique quantique : résoudre le problème inverse

L’application la plus stimulante des technologies quantiques à l’industrie minière réside peut-être dans le calcul, et plus précisément dans une catégorie de défis que l’on nomme “les problèmes inverses.”

En exploration géophysique, un problème inverse consiste à déduire ce qui se trouve sous terre à partir de mesures effectuées à la surface. Un gravimètre ou un magnétomètre cartographie des signaux en des milliers de points. La question est alors la suivante : quelle distribution de types de roches, de densités et de propriétés magnétiques pourrait produire exactement ces signaux ? La difficulté mathématique est considérable : le problème fait intervenir des millions de paramètres, les solutions ne sont pas uniques, et le coût de calcul pour obtenir ne serait-ce que des solutions approximatives sur des ordinateurs classiques est colossal¹.

Un article de recherche publié en 2025 par Ilmavirta et ses collaborateurs pose une base théorique rigoureuse pour l’application de l’informatique quantique à un analogue discret de ce problème – c’est-à-dire formulé sur un réseau fini plutôt que dans un espace continu. Dans ce cadre, il s’agit de déterminer la structure d’un réseau à partir de mesures de distance entre un sous-ensemble de ses nœuds – approche mathématiquement analogue au défi géophysique consistant à reconstituer la structure du sous-sol à partir de mesures de surface. Ils démontrent un résultat de rigidité aux frontières pour les arbres – des graphes sans boucle dont les nœuds terminaux sont appelés feuilles – montrant qu’un tel réseau peut être reconstruit de manière unique à partir des seules distances entre ces feuilles, et développent un algorithme quantique fondé sur l’algorithme de Grover, capable de trouver des solutions avec une accélération quadratique par rapport à une recherche exhaustive classique, en n’utilisant que O(n²) qubits pour un graphe de n sommets.

L’algorithme de Grover, technique de recherche quantique utilisée par les auteurs, figure parmi les résultats les plus emblématiques de l’informatique quantique : il réduit le nombre de requêtes pour trouver une solution dans un espace non trié de N éléments – de O(N) en calcul classique à O(N¹ᐟ²) en calcul quantique –, offrant ainsi un véritable avantage quadratique. L’article établit également qu’une version restreinte du problème inverse des temps de parcours est NP-complète, ce qui signifie que les accélérations quantiques, même sous-exponentielles, pourraient néanmoins apporter des bénéfices concrets pour des cas réels⁴.

Les implications pratiques sont considérables. L’exploration minière repose couramment sur l’inversion de données électromagnétiques, gravimétriques et sismiques afin de construire des modèles géologiques. Ces inversions sont aujourd’hui réalisées sur des calculateurs haute performance et demeurent lentes, approximatives et fortement dépendantes des hypothèses initiales. En gagnant en maturité, les algorithmes quantiques pourraient permettre aux géophysiciens de l’exploration minière de parcourir un espace considérablement plus vaste de modèles géologiques possibles, améliorant ainsi la précision de l’imagerie du sous-sol tout en réduisant le nombre de forages exploratoires nécessaires.

Les ordinateurs quantiques sont également prometteurs pour les problèmes d’optimisation qui jalonnent les opérations minières : gestion des itinéraires de flottes de camions autonomes, planification des opérations de dynamitage et de traitement, ou encore organisation des chaînes d’approvisionnement. Q-CTRL a réalisé des démonstrations d’optimisation quantique sur plus de 120 qubits⁵, et Deloitte a estimé que l’optimisation d’une seule opération de forage et de dynamitage dans une mine de minerai de fer d’Australie-Occidentale avait généré un gain financier annuel supérieur à 450 millions de dollars, grâce à une amélioration de 5,5 % du rendement de l’usine¹.

Innovation responsable et perspectives d’avenir

Aucune de ces avancées ne portera tous ses fruits si elle est menée sans souci de durabilité ni de responsabilité sociale. Lors du panel sur l’innovation responsable de l’atelier Quantum Meets Resources, les intervenants ont souligné que les technologies quantiques devaient être développées en tenant explicitement compte de leurs impacts éthiques, environnementaux et sociaux¹.

Plusieurs perspectives apparaissent particulièrement prometteuses. La détection quantique appliquée à une extraction ciblée pourrait réduire le volume de roche à déplacer pour accéder aux gisements, diminuant directement la consommation énergétique – le concassage des roches absorbant à lui seul 11 % de l’énergie mondiale1. Des capteurs quantiques intégrés aux infrastructures minières pourraient également détecter précocement des fractures ou des fuites de gaz toxiques, améliorant ainsi la sécurité des travailleurs. Par ailleurs, l’informatique quantique appliquée à la traçabilité des chaînes d’approvisionnement pourrait permettre un suivi transparent et vérifiable des minerais critiques, depuis le gisement jusqu’à leur utilisation finale – une exigence désormais incontournable pour les industries du véhicule électrique et des batteries.

Le marché mondial des capteurs quantiques était estimé à environ 270 millions de dollars américains en 2022 et devrait enregistrer un taux de croissance annuel composé supérieur à 15 % jusqu’en 2032, le segment des atomes neutres représentant à lui seul plus de 30 % du marché⁶. L’industrie minière figure parmi les principaux secteurs industriels appelés à les adopter.

L’urgence d’agir dès maintenant

L’Australie est exceptionnellement bien positionnée pour prendre la tête de cette convergence. Le pays dispose d’institutions de recherche quantique de rang mondial – l’UNSW, l’Université de Sydney, l’Australian National University, l’Université de Melbourne et le CSIRO –, tout en abritant l’un des secteurs miniers les plus vastes et les plus avancés au monde. La Stratégie nationale australienne pour le quantique identifie d’ailleurs cette convergence comme un axe prioritaire de compétitivité⁷. Le message des dirigeants de l’industrie est sans équivoque. Lors de l’atelier Quantum Meets Resources, Tania Constable, directrice générale du Minerals Council of Australia, a appelé le secteur à innover, expérimenter et collaborer, affirmant que les technologies quantiques ne sont pas simplement nécessaires : elles constituent un impératif¹.

Toutes les technologies quantiques ne nécessitent pas d’attendre les ordinateurs quantiques du futur, tolérants aux pannes et dotés de systèmes de correction des erreurs. Les capteurs quantiques peuvent être déployés dès aujourd’hui. Les systèmes de navigation quantique approchent du stade opérationnel sur le terrain. Les algorithmes d’optimisation quantique fonctionnent déjà sur des infrastructures existantes, générant des améliorations progressives qui se traduisent, par effet cumulatif, par une valeur économique considérable. Comme l’a souligné le professeur André Luiten de l’Université d’Adélaïde lors de l’atelier, le défi pour l’industrie consiste à imaginer le champ des possibles et à se lancer¹. L’opportunité est bien réelle. La convergence entre les technologies quantiques et l’industrie minière a le potentiel de transformer en profondeur la manière dont le monde découvre, extrait et utilise les matériaux indispensables à la vie moderne – avec davantage de précision et de sécurité, et une empreinte environnementale réduite. Pour la communauté des ingénieurs, l’invitation est lancée.