La formation des gisements d’or enfin expliquée

Mardi, 13 octobre 2015

Des géologues, chimistes et physiciens du CNRS, des universités de Toulouse III – Paul Sabatier 2, Pierre et Marie Curie, Grenoble Alpes et de Lorraine viennent de montrer qu’une forme de soufre récemment découverte et présente en faible quantité dans les fluides géologiques, l’ion trisulfure S3-, transporte et dépose efficacement l’or, ce qui pourrait élucider la formation de ses gisements. Ces résultats ont été obtenus grâce à des mesures en laboratoire et sur synchrotron aux températures et pressions rencontrées dans la croûte terrestre, combinées à des modélisations informatiques. Cette découverte pourrait permettre de localiser de nouvelles ressources de métaux précieux (l’or, mais aussi peut-être le molybdène et le platine) et d’améliorer le traitement de leurs minerais.


Cliché en microscopie électronique à balayage de nano- et microparticules d’or (points brillants) qui se sont déposées, avec des cristaux de pyrite de différentes tailles (gris), à partir d’une solution hydrothermale contenant du soufre et de l’or dans une expérience en laboratoire. De telles expériences simulent la formation des gisements d’or dans la nature. Couplées avec des méthodes spectroscopiques in situ et des simulations numériques, elles montrent que l’or dans ces fluides se lie aux ions S3- qui rendent son transport et son dépôt très efficaces. Crédit : Maria Kokh et Tierry Aigouy.

Bien que l’or soit l’un des métaux les plus rares sur Terre, avec des teneurs moyennes de l’ordre d’un milligramme par tonne de roche seulement, il existe des endroits de la croûte terrestre où ce métal se concentre jusqu’à parfois 1 kilogramme par tonne dans des roches et filons, permettant ainsi une extraction économiquement rentable. Ces gisements, se forment à partir de fluides aqueux enrichis en sel, soufre, et parfois CO2, qui circulent dans la croûte terrestre, extraient le métal des roches et des magmas, puis le transportent et le déposent au bon endroit et au bon moment.

Cependant, les facteurs favorables à ce transfert de l’or depuis la roche source et l’état du métal dans le fluide restent encore mal compris. Jusqu’à présent, le sulfure (provenant du sulfure d’hydrogène H2S) et le chlorure (provenant de sels, comme NaCl ou KCl) étaient considérés comme les seuls composés capables de faciliter le transport de l’or (Au) en se liant au métal et en formant des complexes solubles dans le fluide (par exemple, AuCl2-, Au(HS)2-). Toute fois, les capacités de mise en solution de l’or par ces composés sont médiocres et la formation des gisements d'or et leur distribution sur Terre demeure une enigme.

Pour tenter de la résoudre, quatre équipes françaises* ont mesuré les teneurs et l’état chimique de l’or dans des fluides modèles riches en soufre. Ils ont utilisés pour cela des réacteurs et cellules de haute température et pression et la spectroscopie d’absorption de rayons X sur synchrotron. Ces fluides on été fabriqués en laboratoire aux compositions et conditions analogues à celles dans la croûte terrestre (températures jusqu’à 500 °C, pressions jusqu’à 2 kbar équivalent à une profondeur de 7 km environ, teneurs en soufre jusqu’à 3 %, teneurs en sel jusqu’à 20 %). Ces fluides contiennent majoritairement du sulfure et du chlorure et, en plus faibles quantités, d’autres formes de soufre comme les ions radicalaires S3- (et S2-) découverts récemment. Contre toute attente les chercheurs ont constatés que ce ne sont pas les sulfures ou chlorures mais les ions S3- qui se lient très fortement à l’or en formant des complexes très stables (de type Au(HS)S3-), capables de transporter des teneurs en or 10 à 100 fois supérieures à celles des sulfures ou chlorures à eux tous seuls.

Grâce à un modèle thermodynamique, les chercheurs ont démontré que ces espèces radicalaires de soufre, bien que moins abondantes que le sulfure ou le chlorure dans la plupart des fluides naturels, sont capables d’extraire de grandes quantités d’or du magma lors de son dégazage, ou des roches sédimentaires subissant de fortes pressions et températures (métamorphisme), puis de les transporter à travers la croûte terrestre.

Lorsque ces fluides chauds remontent à la surface, se refroidissent ou rencontrent une roche de composition différente (par exemple un calcaire), les radicaux de soufre se décomposent alors, laissant leur butin d’or se déposer dans des veines et cavités avec des minéraux majeurs (comme la pyrite - le sulfure de fer le plus abondant auquel l’or est souvent associé).

La découverte de ces complexes stables et mobiles entre Au et S3- aide à expliquer le paradoxe de la formation des gisements d’or et permet un plus vaste choix des sites où de nouveaux gisements pourraient être découverts, offrant ainsi plus de potentiel pour l’exploration. D’autres métaux économiquement importants, comme le molybdène ou le platine, également considérés comme très peu mobiles, pourraient aussi se lier à S3-, augmentant ainsi fortement leur mobilité et leur dépôt par les fluides. Les résultats de cette recherche pourraient aussi aider à améliorer les procédés d’extraction des métaux de leurs minerais et la synthèse hydrothermale de nanomatériaux à base d’or.

Note(s): 

Laboratoires impliqués
Le laboratoire Géosciences environnement Toulouse (CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier/IRD) ;
L’Institut Néel (CNRS) ;
L’Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (CNRS/UPMC/IRD/MNHN) et le laboratoire PASTEUR (CNRS/ENS/UPMC) ;
Le laboratoire Géoressources (CNRS/Université de Lorraine/CREGU).

Source(s): 

Sulfur radical species form gold deposits on Earth, Gleb S. Pokrovski, Maria A. Kokh, Damien Guillaume, Anastassia Y. Borisova, Pascal Gisquet, Jean-Louis Hazemann, Eric Lahera, William Del Net, Olivier Proux, Denis Testemale, Volker Haigis, Romain Jonchière, Ari Seitsonen, Guillaume Ferlat, Rodolphe Vuilleumier, Antonio Marco Saitta, Marie-Christine Boiron, and Jean Dubessy. Proceedings of National Academy of Science (PNAS), 12 octobre 2015. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1506378112

Contact(s):
  • Gleb Prokrovski, Géosciences Environnement Toulouse (CNRS-INSU, Univ Paul Sabatier/IRD)
    gleb [dot] pokrovski [at] get [dot] obs-mip [dot] fr, 05 61 33 26 18

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