Pourquoi les grands gisements des métaux stratégiques sont-ils associés à des zones de subduction ?

Il est supposé que l’eau, les métaux et les composés volatils (SO₂, SO₃, CO₂) sont libérés par déshydratation de la plaque océanique subduite en grande profondeur (entre 80 et 120 km), puis s'infiltrent dans le manteau sus-jacent (voir Fig.). Cependant, les mécanismes de transfert des métaux restent énigmatiques. Traverser un manteau pour un fluide porteur de métaux et de soufre n’est pas une chose simple car, dès le premier contact, la réaction des minéraux riches en Fe(II) du manteau avec le fluide devrait réduire tout ce soufre en sulfure S(–II) et précipiter le sulfure de fer (FeS) - la phase qui est connue pour concentrer l’or.

Un consortium international de chercheurs de 5 pays (Chine, Australie, Etats-Unis, Suisse et France) impliquant un laboratoire du CNRS Terre & Univers (voir encadré), a développé un modèle thermodynamique qui explique, pour la première fois de manière quantitative, ce phénomène de transfert, en prenant en compte l’ion trisulfure, [S₃^•]^–, une forme de soufre récemment découverte dans les fluides, mais négligée dans les scénarios existants. Le nouveau modèle démontre que [S₃^•]^– est l'agent responsable de l'enrichissement en or dans le fluide lors de sa réaction avec le manteau, en formant un complexe très soluble, [Au(HS)S₃]^–.

Ce complexe concentre jusqu'à 1000 fois plus d'or dans le fluide par rapport à son abondance moyenne dans le manteau, et parvient ainsi à contrer l'action des phases de sulfures de fer qui tentent de séquestrer l’or. Cet enrichissement en or dans le fluide est la condition nécessaire à la génération d’une source d’or dans le manteau des zones de subduction, puis au transfert ultérieur du métal par les fluides et les magmas vers la croûte supérieure afin de former les dépôts économiques (voir Fig.). 

Le modèle développé dans cette étude permet de mieux comprendre et prédire les concentrations économiques des métaux stratégiques sur notre planète.