DS10 - Défi des autres savoirs

Les radicaux de soufre et leurs applications pour les ressources minérales, l’évolution des magmas et la géochimie isotopique – RADICALS

Résumé de soumission

Le soufre dans les fluides et silicates liquides est l’élément clé dans de nombreux processus naturels et procédés industriels qui concernent la formation et l’exploitation des ressources minérales, l’évolution et le dégazage des magmas, la géochimie isotopique, ou encore la catalyse chimique et la nanotechnologie. La connaissance de la spéciation du soufre est donc nécessaire dans une large gamme de températures (T) et pressions (P) et d’environnements physico-chimiques. Jusqu’à présent, seuls le sulfate, le sulfure et le dioxyde de soufre ont été considérés comme formes chimiques majeures de soufre dans ces systèmes. Or, nos découvertes des ions radicalaires S3- et S2- dans les fluides géologiques et technologiques peuvent révolutionner notre vision d’un grand nombre de processus dans lesquels le soufre est impliqué, car ces radicaux possèdent des propriétés uniques telles qu’une forte réactivité chimique et une affinité pour certains métaux, mises en évidence dans notre précèdent projet (SOUMET). Cependant, on ne connaît pas encore le véritable rôle de ces radicaux dans l’évolution et le dégazage des magmas, le transport des métaux, la formation des dépôts économiques, ou encore les réactions sulfate-sulfure et le fractionnement isotopique du soufre associé. Le but de ce projet est d’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.

Pour atteindre le but, nous combinerons outils expérimentaux originaux de haute T-P, techniques spectroscopique in situ, facilités analytiques de pointe pour mesurer les métaux, le soufre et ses isotopes, avec modélisations thermodynamique et dynamique moléculaire. La plupart de ces approches ont été déjà établies et validées dans notre programme antérieur ANR SOUMET. 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 le S3- possédant une structure moléculaire et électronique similaire à celle de l’ozone (O3), 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.

Coordinateur du projet

Monsieur Gleb Pokrovski (Centre National de la Recherche Scientifique / Géosciences Environnement Toulouse)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IPGP Institut de Physique du Globe de Paris
CNRS-CRPG CNRS / Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques
INEEL Institut Neel -CNRS
ENS Ecole Normale Supérieure
CNRS / GET Centre National de la Recherche Scientifique / Géosciences Environnement Toulouse

Aide de l'ANR 574 720 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2016 - 48 Mois

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