Les projets OrPet (2016) et AsCOCrit (2021) portés par Gleb Pokrovski (Directeur de Recherche CNRS – GET Géosciences Environnement Toulouse) et ressourcés l’un comme l’autre par le Carnot ISIFoR se sont attaqués à une importante question persistante depuis l’aube de la métallogénie : l’association de l’or (et des métaux critiques) avec la matière organique et l’arsenic.
À la frontière de plusieurs disciplines, impliquant des partenaires académiques et industriels nombreux, ils devraient conduire à l’élaboration d’un nouveau modèle conceptuel des systèmes métallifères pétroliers. Nous faisons aujourd’hui le point sur la succession de ces projets liés l’un à l’autre et leurs premières conclusions.
DES QUESTIONNEMENTS TRÈS ANCIENS
Figure 1. Gisements d’or Shahuindo et Algamarca associés aux roches sédimentaires riches en carbone organique de la chaine les écailles du Marañón (Pérou, Amérique du Sud).
Cette suite de projets soutenus par ISIFoR (2017-2024) vise à étudier le potentiel métallifère des bassins sédimentaires ‒ anciens réservoirs pétroliers ‒ et, notamment, le rôle de la matière organique et l’arsenic dans l’accumulation des métaux. Ces deux ingrédients clés de ces systèmes représentent l’une des plus vielles énigmes en métallogénie. En effet, la majorité des gisements d’or, mais aussi des métaux stratégiques (e.g. Mo, Re, Co, U…), dans le monde sont étroitement associés avec des formations riches en matière organique ou ses produits de métamorphisme (shales, bitumes, graphite). Des exemples de cette association entre les métaux et le carbone sont très nombreux, à savoir les gisements d’or de type Carlin de l’Amérique du Nord, les grands gisements de type orogénique en Asie et Afrique ou encore le célèbre Witwatersrand en Afrique du Sud. Dans la plupart de ces gisements, la grosse part de l’or est sous la forme dite « invisible » (i.e., indétectable par les méthodes de microscopie), dissous dans la structure des minéraux majeurs comme la pyrite et l’arsénopyrite. Ce sont des véritables pompes à or qui peuvent encaisser jusqu’à 1000 mg/kg d’or ‒ une concentration un million de fois supérieure à la teneur fructueuse moyenne d’or dans la croûte terrestre. Cet or invisible est étroitement associé à l’arsenic dans la pyrite. Ainsi, depuis l’aube de la métallogénie, géologues miniers, pétroliers et géochimistes se posent les mêmes questions : Quelle est la véritable nature des associations or-matière organique-arsenic : hasard ou symbiose ? Les roches sédimentaires des systèmes pétroliers peuvent-elles servir de source ou de piège pour l’or et d’autres métaux critiques ? Quelle est la source de l’or et comment est-il transporté et déposé dans ces systèmes ?
LE LIEU DE NAISSANCE DU PROJET
Les mêmes questions se posent pour les gisements beaucoup plus jeunes, de quelques dizaines de millions d’année d’âge, comme ceux au Pérou qui sont associés à des réservoirs sédimentaires appartenant à d’anciens bassins pétroliers dans la chaine appelée les Écailles du Marañón au Pérou. Cette chaine extraordinaire contient de nombreux gisements d’or comme Shahiundo et Algamarca ‒ notre principal site d’étude (figure 1) . Les mécanismes contrôlant sa formation et son évolution restent inconnus et, notamment, le rôle de la matière organique dans la concentration de l’or.
UNE RECHERCHE MULTIDISCIPLINAIRE, DES ACTEURS ACADÉMIQUES ET INDUSTRIELS NOMBREUX
La compréhension de ces systèmes complexes à très fort potentiel de valorisation, dû à la présence, en parallèle avec l’or, d’autres métaux critiques, nécessite une approche intégrée, expérimentale, analytique, de modélisation et de terrain. D’où est né le projet OrPet qui à réunit, pour la première fois, les membres de l’équipe au GET ayant des expertises très différentes allant de la chimie moléculaire à la géodynamique des grands bassins et chaines de montagne, avec des partenaires sud-américains, académiques (Univ. de Lima et de Brasilia) et industriels (Ingemmet et PeruPetro) tout en y associant des étudiants en doctorat et master (figure 2). En outre, au cours du projet, nouvelles collaborations se sont rajoutées, telles que celles avec l’ESRF, l’université de Genève et l’université Laval au Québec. Fort de cette synergie de collaborations et d’approches, les chercheurs ont pu mener une étude combinée interdisciplinaire, multi-échelles et qui est indispensable de nos jours pour l’étude des géoressources.
Figure 2. Structure, partenaires et approches du projet ORPET-AsCOCrit (Institut Carnot, 2017-2024).
Tout d’abord, plusieurs campagnes de terrain ont été effectuées afin d’identifier la position du minerai à l’échelle du gisement et du bassin sédimentaire. Contrairement aux modèles traditionnels plaçant le minerai dans les roches riches en MO, il se trouve bien au-dessus de ces roches, nécessitant des chemins des fluides traversant les couches de MO. Les chercheurs ont conduit une modélisation structurale à l’échelle du bassin qui a permis de reconstituer l’histoire thermique du bassin et d’identifier les chemins potentiels de migration des fluides qui étaient d’abord des fluides pétroliers, puis des fluides aqueux métallifères qui ont suivi les mêmes chemins. Cette modélisation a bénéficié des modèles numériques très utilisés par les pétroliers, mais quasiment inconnus en métallogénie. Des campagnes analytiques systématiques ont été effectuées sur les échantillons collectés. Elles ont permis d’identifier, à l’échelle du minéral, les différentes étapes de minéralisation, d’établir des corrélations entre éléments, d’étudier les inclusions fluides, qui permettent de remonter à l’origine du fluide métallifère. L’or « invisible » se concentre avec l’arsenic dans la pyrite et l’arsénopyrite, pas d’or dans la matière organique et les roches sédimentaires encaissantes. La plupart des métaux, y compris l’or, sont d’origine magmatique. Bien que ces résultats précieux nous fournissent des pistes pour reconstituer le processus de formation, elles ne permettent pas, à elles toutes seules, de répondre à la question fondamentale : quel est le rapport entre l’or, la matière organique et l’arsenic. On atteint ici les limites des méthodes de la métallogénie traditionnelle. D’autres approches sont nécessaires et l’une de ces approches peut être la modélisation des interactions fluide-roche ; c’est ce que nous verrons dans la suite et fin de Or et pétrole : un hasard ou une symbiose ?