RadicalS : un voyage dans le monde d’espèces chimiques étranges habitant les fluides géologiques
Projet ANR Blanc (2017-2022), référence: ANR-16-CE31-0017
Coordinateur : Gleb Pokrovski
Participants de l’équipe toulousaine: Gleb Pokrovski (coordinateur), Anastassia Borisova, Sophie Gouy, Stéphanie Mounic, Aurélia Colin, Maria Kokh, Frédéric Candaudap, Pascal Gisquet, Alain Castillo, Marc Blanchard; Mike Toplis (IRAP), Frédéric Béjina (IRAP)
Equipes-partenaires: IRAP (Toulouse), INEEL/FAME (Grenoble), ENS/IMPMC (Paris), IPG (Paris), CRPG (Nancy)
Les radicaux de soufre et leurs applications pour les ressources minérales, l’évolution des magmas et la géochimie isotopique
Le but de ce projet est d’explorer et de mettre en application pour les Géosciences les propriétés uniques des radicaux de soufre – les ions radicalaires S3– et S2–, découverts récemment par nos équipes. Le projet vise à apporter des contraintes quantitatives sur les teneurs, la stabilité et les réactions des radicaux de soufre dans les phases fluides et silicates liquides, dans la large gamme de T-P de la lithosphère.
Spécifiquement, nous visons les objectives majeurs suivants: 1) quantifier la stabilité et la teneur des radicaux dans les silicates liquides et les fluides aqueux et mixtes (H2O-CO2-sel) aux T-P de la lithosphère, 2) élucider l’effet des radicaux sur le transport des métaux par les fluides et magmas et la formation de dépôts économiques, 3) investiguer, dans les systèmes fluide-minéraux hydrothermaux, l’impact des radicaux de soufre sur le fractionnement des isotopes de soufre, y compris le fractionnement indépendant de la masse qui pourrait être induit par ces ions radicalaires possédant un moment magnétique, et 4) établir, à base des données obtenues, des modèles physico-chimiques robustes permettant une prédiction des teneurs des ions radicalaires, de la stabilité et solubilité de leurs complexes avec les métaux et des facteurs de fractionnement isotopiques, afin d’appréhender, pour la première fois de manière quantitative, le rôle de ces espèces fascinantes dans différents processus opérant dans les profondeurs et impliquant magmas, fluides et minéraux, mais inaccessibles à l’observation directe.
Nous sommes persuadés que les résultats de ce projet auront un impact majeur sur la recherche en géochimie, pétrologie et ressources minérales, avec de larges applications pour le traitement des minerais, la catalyse ou la nanotechnologie. Le programme implique 5 équipes françaises – leaders en géochimie et pétrologie expérimentale, méthodes synchrotron, physico-chimie des fluides et magmas, microanalyse in situ, géochimie isotopique, volcanologie et métallogénie. Il est attendu que ce consortium interdisciplinaire, à l’interface ‘géochimie/pétrologie-métallogénie-chimie-physique’, renforcera la position de France dans ces domaines de recherche et permettra, dans un future proche, d’appliquer les résultats de cette recherche fondamentale à divers environnements naturels et industriels.
Publications associées:
Pokrovski G.S., Kokh M.A., Proux O., Hazemann J.-L., Bazarkina E.F., Testemale D., Escoda C., Boiron M.-C., Blanchard M., Aigouy T., Gouy S., de Parseval P., Thibaut M. (2019) The nature and partitioning of invisible gold in the pyrite-fluid system. Ore Geology Reviews 109, 545-563. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2019.04.024.
Colin A., Schmidt C., Pokrovski G.S., Wilke M., Borisova A.Y., Toplis M. (2020) In situ determination of sulfur speciation and partitioning in aqueous fluid-silicate melt systems. Geochemical Perspectives Letters 14, 1-5. https://doi.org/10.7185/geochemlet.2020
Kokh M.A., Assayag N., Mounic S., Cartigny P., Gurenko A., Pokrovski G.S. (2020) Multiple sulfur isotope fractionation in hydrothermal systems in the presence of sulfur radical ions and molecular sulfur. Geochimica et Cosmochimica Acta 285, 100-128. https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.06.016
Pokrovski G.S., Escoda C., Blanchard M., Testemale D., Hazemann J-L., Gouy S., Kokh M.A., Boiron M-C., de Parseval F., Aigouy T., Menjot L., de Parseval P., Proux O., Rovezzi M., Béziat D., Salvi S., Kouzmanov K., Bartsch T., Pöttgen R., Doert T. (2021) An arsenic-driven pump for invisible gold in hydrothermal systems. Geochemical Perspectives Letters 17, 39-44. https://doi.org/10.7185/geochemlet.2112
Pokrovski G.S., Blanchard M., Poitrasson F., Saunier G. (2021) Mechanisms and rates of pyrite precipitation from hydrothermal fluids revealed by iron isotopes. Geochimica et Cosmochimica Acta (in press). https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.03.006
Pokrovski G.S., Desmaele E., Laskar C., Bazarkina E.F., Testemale D., Hazemann J.-L., Vuilleumier R., Seitsonen A.P., Ferlat G., Saitta A.M. Gold speciation in hydrothermal fluids revealed by in situ high energy resolution X-ray absorption spectroscopy. American Mineralogist (in press). https://doi.org/10.2138/am-2022-8008
Borisova A.Y., Zagrtdenov N.R., Toplis M.J., Bohrson W.A., Nédélec A., Safonov O.G., Pokrovski G.S., Ceuleneer G. Bindeman I.N., Melnik O.E., Jochum P.K., Stoll B., Weis U., Bychkov A.Y., Gurenko A.A., Shcheka S., Terehin A., Polukeev V.M., Varlamov D.A., Chariteiro K., Gouy S., de Parseval P. (2021) Hydrated peridotite – basaltic melt interaction. Part I: Planetary felsic crust formation at shallow depth. Frontiers in Earth Sciences 9, article 640464. https://doi.org/10.3389/feart.2021.640464
Borisova A.Y., Zagrtdenov N.R., Toplis M.J., Ceuleneer G., Safonov O.G., Pokrovski G.S., Jochum P.K., Stoll B., Weis U., Shcheka S., Bychkov A.Y. (2020) Hydrated peridotite – basaltic melt interaction. Part II: Fast assimilation of serpentinized mantle by basaltic magma. Frontiers in Earth Sciences 8, article 84. https://doi.org/10.3389/feart.2020.00084
Simakin A., Salova T., Borisova A.Y., Pokrovski G.S., Shaposhnikova O., Tyutyunnik O., Bondarenko G., Nekrasov A., Isaenko S.I. (2021) Experimental study of Pt solubility in the CO-CO2 fluid at low fO2 and subsolidus conditions of the ultramafic-mafic intrusions. Minerals 11, 225. https://doi.org/10.3390/min11020225
Pokrovski G.S., Kokh M.A., Desmaele E., Laskar C., Bazarkina E.F., Borisova A.Y., Testemale D., Hazemann J.L., Vuilleumier R., Ferlat G., Saitta A.M. (2021) The trisulfur radical ion S3•− controls platinum transport by hydrothermal fluids. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA – PNAS, 118 (34), e2109768118. https://doi.org/10.1073/pnas.2109768118