Cristaux de pyrite et de soufre précipités expérimentalement à partir de fluides hydrothermaux à haute température. © G. Pokrovski, F. Poitrasson

La durée de formation des gisements métalliques

Résultat scientifique Terre Solide

Combien de temps un gisement métallique met-il à se former dans la croûte terrestre ? Cette question est sujette à débat depuis la naissance de la métallogénie. Les méthodes de géochronologie traditionnelles utilisant des isotopes radiogéniques sont encore trop imprécises pour dater correctement la mise en place des gisements hydrothermaux dans la croûte terrestre. Leur marge d’erreur est rarement inférieure au million d’années, ce qui ne permet pas de bien distinguer les différentes étapes de la minéralisation.

Une équipe de recherche a développé une méthode permettant d’estimer la durée de formation des gisements métalliques en s’appuyant sur les isotopes stables du fer de la pyrite, minéral ubiquiste des minerais hydrothermaux. Pour cela, les chercheurs ont d’abord simulé en laboratoire la formation de la pyrite en mélangeant une solution aqueuse riche en soufre et une solution aqueuse riche en fer dans un autoclave, sorte de cocotte-minute recréant les conditions de température et de pression typiques de la formation des gisements hydrothermaux. Ils ont ensuite suivi l’évolution de la composition chimique et isotopique du fluide et de la pyrite précipitée au cours du temps en utilisant un spectromètre de masse dit « multicollection » de haute résolution à source plasma.

En couplant ces expériences à des modélisations moléculaires et en les comparant aux minéraux de gisements hydrothermaux, ils ont pu estimer pour la première fois les vitesses de précipitation et d’équilibration de la pyrite. Les durées d’événements minéralisateurs s’avèrent beaucoup plus courtes que ce que l’on pensait : elles peuvent être de quelques mois seulement aux températures hydrothermales typiques (300-500°C). Cette approche offre donc une résolution temporelle beaucoup plus fine que les méthodes de géochronologie traditionnelle. Elle ouvre la perspective d’une meilleure compréhension des différentes étapes de la formation des gisements de métaux et de l’évolution des systèmes géothermaux anciens sur Terre.

Vitesse d’équilibration des isotopes du fer de la pyrite avec le fluide hydrothermal et les mécanismes moléculaires mis en jeu, quantifiés dans cette étude. © G. Pokrovski, M. Blanchard, F. Poitrasson

En savoir plus

Mechanisms and rates of pyrite formation from hydrothermal fluid revealed by iron isotopes – Geochimica et Cosmochimica Acta (2021)

Gleb S. Pokrovski, Marc Blanchard, Gaëlle Saunier et Franck Poitrasson

https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.03.006

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Gleb Pokrovski
Géosciences Environnement Toulouse (GET)