Les filons d’or enfin expliqués

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L'or est rare, mais sa concentration dans les gisements étonne les géologues. Une explication vient cependant d'être trouvée et repose sur une forme de soufre récemment découverte : l’ion trisulfure S3-, qui le transporte efficacement. De quoi mieux 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.

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.

 L'or (de symbole Au) est un métal précieux qui se présente sous forme de pépites. On estime que la quantité totale d'or extraite par l'humanité est de 166.000 tonnes. Photo or natif provenant de la mine Zapata, Santa Elena de Uairén, État de Bolívar au vénézuela.  CC by sa 4.0, Didier Descouens, Wikipédia

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-). Toutefois, les capacités de mise en solution de l’or par ces composés sont médiocres et la formation des gisements d'or ainsi que leur distribution sur Terre demeurent une énigme. 

Pour tenter de la résoudre, quatre équipes françaises (des géologues, chimistes et physiciens du CNRS, des universités de Toulouse III – Paul Sabatier 2, Pierre et Marie Curie, Grenoble Alpes et de Lorraine) ont mesuré les teneurs et l’état chimique de l’or dans des fluides modèles riches en soufre. Ils ont utilisé pour cela des réacteurs et cellules de haute température et pression et la spectroscopie d’absorption de rayons X sur synchrotron.

 Cliché en microscopie électronique à balayage de nano- et microparticules d’or (points brillants) qui se sont déposées, en laboratoire, avec des cristaux de pyrite de différentes tailles (ici de couleur grise), à partir d’une solution hydrothermale contenant du soufre et de l’or. De telles expériences simulent la formation des gisements naturels. 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. Maria Kokh et Tierry Aigouy

Ces fluides on été fabriqués en laboratoire aux compositions et conditions analogues à celles de la croûte terrestre : températures jusqu’à 500 °C, pressions jusqu’à 2 kbars (soit l'équivalent d'une profondeur de 7 km environ), teneurs en soufre jusqu’à 3 %, teneurs en sel jusqu’à 20 %. Ils 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 constaté que les composés se liant fortement à l'or ne sont ni les sulfures ni les chlorures mais les ions S3-. Il se forme 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 des chlorures.

Grâce à un modèle thermodynamique, les chercheurs ont démontré que ces espèces radicalaires de soufre, bien que moins abondantes que le sulfure et 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, publiés dans les Pnas, pourraient aussi aider à améliorer les procédés d’extraction des métaux de leurs minerais et la synthèse hydrothermale de nanomatériaux à base d’or.



Futura Sciences 14/10/2015