Le mystère du parcours de l’or dans les fluides magmatiques

Lorsqu’une plaque tectonique s’enfonce sous une autre, elle génère des magmas riches en substances volatiles telles que l’eau, le soufre et le chlore. Le long de leur trajectoire vers la surface, ces magmas libèrent des fluides magmatiques dans lesquels le soufre et le chlore se lient à des métaux, comme l’or et le cuivre, et transportent ces métaux vers la surface de la Terre. Les conditions extrêmes des magmas naturels étant très difficiles à reproduire en laboratoire, le rôle précis des différentes formes de soufre dans le transport des métaux reste très discuté. Une approche innovante d’une équipe de l’Université de Genève (UNIGE) démontre que le soufre, sous sa forme bisulfurée (HS^-), est crucial pour le transport de l’or dans les fluides magmatiques. Ces résultats sont à découvrir dans Nature Geoscience.

Lorsque deux plaques tectoniques convergent, la plaque subductée plonge dans le manteau terrestre, se réchauffe et libère une grande quantité d’eau. Cette eau abaisse la température de fusion du manteau, qui fond sous haute pression et à des températures supérieures à mille degrés Celsius pour générer des magmas. Le magma liquide étant moins dense que le reste du manteau, il migre alors vers la surface terrestre.

«En raison de la baisse de pression, les magmas remontant vers la surface de la Terre se retrouvent saturés d’un fluide riche en eau, qui est ensuite libéré sous forme de bulles de fluide magmatique», détaille Stefan Farsang, postdoctorant au Département des sciences de la Terre de la Faculté des sciences de l’UNIGE, et premier auteur de l’étude. Les fluides magmatiques sont donc composés en partie d’eau, mais aussi d’éléments volatils dissous tels que le soufre et le chlore. Ces deux éléments sont cruciaux, car ils extraient l’or, le cuivre et d’autres métaux du liquide silicaté vers le fluide magmatique, et facilitent ainsi leur migration vers la surface.

Plusieurs formes de soufre

Le soufre peut facilement se réduire ou s’oxyder, c’est-à-dire perdre ou gagner des électrons, un processus appelé «oxydoréduction» ou «redox». Les états redox du soufre sont importants, car ils influent sur sa capacité à se lier aux autres éléments, comme les métaux. Or, un débat divise la communauté scientifique depuis plus d’une dizaine d’années: quel est l’état redox du soufre présent dans le fluide magmatique qui mobilise et transporte les métaux?

Zoltán Zajacz, professeur associé au Département des sciences de la Terre de la Faculté des sciences de l’UNIGE et principal coauteur de l’étude raconte: «Un papier séminal en 2011 avait avancé que les radicaux de soufre S3- tenaient ce rôle. Toutefois, les méthodes expérimentales et analytiques présentaient plusieurs limitations, en particulier lorsqu’il s’agissait de reproduire les conditions de pression-température et d’oxydoréduction magmatiques pertinentes, que nous avons maintenant surmontées.»

Révolution méthodologique

L’équipe de l’UNIGE a placé un cylindre de quartz et un liquide de composition similaire au fluide magmatique dans une capsule en or fermée hermétiquement. La capsule a ensuite été placée dans un récipient sous pression, qui a été amené à des conditions de pression et de température caractéristiques des magmas mis en place dans la croûte supérieure de la Terre. «Avant tout, notre installation permet un contrôle flexible des conditions d’oxydoréduction dans le système, ce qui n’était pas possible auparavant», ajoute Stefan Farsang.