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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 (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) aux températures et pressions rencontrées dans la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre. C'est la partie supérieure de la lithosphère (qui constitue les plaques tectoniques).), 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.
Bien que l'or soit l'un des métaux les plus rares sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...), avec des teneurs moyennes de l'ordre d'un milligramme par tonne ( La tonne représente différentes unités de mesure ; Une tonne est un grand et large tonneau ; Une tonne-pompe est un fourgon...) de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de minéraux, comportant parfois...) seulement, il existe des endroits de la croûte terrestre où ce métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux alcalins. Les métaux sont un des...) se concentre jusqu'à parfois 1 kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse du Système international d'unités (SI).) 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 (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans certaines conditions...) restent encore mal compris. Jusqu'à présent, le sulfure (En chimie, un sulfure est un composé chimique ou la combinaison de soufre avec un degré d'oxydation de -2, avec un autre élément chimique ou un de ses radicaux. Certains composés covalents du soufre, tels le sulfure de...) (provenant du sulfure d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) 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 (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque voyelle se caractérise par son timbre...) 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 (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) et pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) et la spectroscopie d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique....) 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 (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes...), 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 (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...), se refroidissent ou rencontrent une roche de composition différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie...) (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 fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure ou...) 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 (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit à une absurdité, ou encore, une situation qui contredit l'intuition commune....) 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 (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.). D'autres métaux économiquement importants, comme le molybdène ou le platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.), 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 (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la 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.
par Redbran
techno-science . net
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 (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) 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 (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la...) et son dépôt très efficaces.Crédit: Maria Kokh et Tierry Aigouy.
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 (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la...) et son dépôt très efficaces.Crédit: Maria Kokh et Tierry Aigouy.
Cependant, les facteurs favorables à ce transfert de l'or depuis la roche source et l'état du métal dans le fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans certaines conditions...) restent encore mal compris. Jusqu'à présent, le sulfure (En chimie, un sulfure est un composé chimique ou la combinaison de soufre avec un degré d'oxydation de -2, avec un autre élément chimique ou un de ses radicaux. Certains composés covalents du soufre, tels le sulfure de...) (provenant du sulfure d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) 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 (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque voyelle se caractérise par son timbre...) 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 (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) et pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) et la spectroscopie d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique....) 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 (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes...), 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 (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...), se refroidissent ou rencontrent une roche de composition différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie...) (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 fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure ou...) 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 (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit à une absurdité, ou encore, une situation qui contredit l'intuition commune....) 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 (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.). D'autres métaux économiquement importants, comme le molybdène ou le platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.), 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 (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la 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.
par Redbran
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