Une étude suggère que les pépites d’or se forment par le biais des tremblements de terre, qui compriment suffisamment le quartz pour générer des champs électriques — un effet dit « piézoélectrique ». L’hypothèse de formation conventionnelle impliquant un processus hydrothermal ne suffirait notamment pas à expliquer la richesse des gisements aurifères et les tailles imposantes qu’atteignent certaines pépites. La nouvelle théorie exposée pourrait aussi expliquer pourquoi les veines d’or se trouvent majoritairement à l’intérieur de filons de quartz.
L’or peut se former naturellement dans la croûte terrestre par le biais de processus hydrothermaux au cours desquels les fluides chauds et riches en minéraux s’infiltrent à travers les fissures. Le métal précieux se précipite à mesure que les fluides refroidissent et subissent des modifications chimiques. Il se sépare du reste des solutés pour être piégé dans des veines de quartz. Des processus géologiques tels que l’érosion et les mouvements tectoniques font ensuite remonter le minerai vers la surface.
Cependant, « bien que cette théorie soit largement acceptée, elle n’explique pas entièrement la formation de grosses pépites d’or, d’autant plus que la concentration d’or dans ces fluides est extrêmement faible », indique dans un communiqué de l’Université Monash (en Australie) Christopher Voisey, auteur principal de la nouvelle étude.
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En effet, selon le World Gold Council, environ 3 000 tonnes d’or sont extraites chaque année, la plupart provenant de filons de quartz. Certaines pépites peuvent atteindre des tailles gigantesques et un poids allant jusqu’à plusieurs dizaines de kilogrammes. Or, les fluides s’infiltrant dans les veines de quartz ont une concentration d’or d’environ une partie par million, au maximum. Si l’or se formait uniquement par le biais d’un processus hydrothermal, il faudrait l’équivalent en volume de 5 piscines olympiques de fluides pour en former 10 kilogrammes.
Voisey et ses collègues proposent une explication à ce mystère dans une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Geoscience. Ils suggèrent entre autres que la formation des pépites géantes pourrait davantage être liée aux propriétés électriques inhabituelles du quartz. « Notre découverte fournit une explication plausible à la formation de grosses pépites d’or dans les veines de quartz », explique Voisey.
Des propriétés électriques permettant d’accumuler l’or
Le quartz figure parmi les matériaux les plus piézoélectriques que l’on trouve dans la nature. « Il n’existe pas beaucoup de minéraux de ce type sur Terre, et le quartz est de loin le plus abondant », indique Voisey. Ce type de matériaux génère instantanément une charge électrique en étant soumis à une contrainte mécanique. La charge est plus élevée à mesure que la contrainte est importante. Ce phénomène peut par exemple être observé avec la force de friction permettant de générer l’étincelle pour allumer un briquet ou avec le mécanisme permettant aux montres à quartz de fonctionner.
Les mouvements générés par les séismes peuvent soumettre le quartz présent dans le sol à de fortes contraintes mécaniques, permettant ainsi de produire une accumulation importante de charge électrique. Il a d’ailleurs été suggéré que ce phénomène pourrait être à l’origine des « lumières sismiques », d’étranges lueurs ou flashs parfois observés dans le ciel pendant un séisme. Les chercheurs de la nouvelle étude suggèrent que cela pourrait également être à l’origine de la formation des gisements et des pépites d’or géantes.
En effet, bien que la fréquence des ondes sismiques varie en fonction de la magnitude du séisme et de la composition de la roche concernée, elle peut aller de 1 à 20 hertz. Cela est suffisamment élevé pour déformer le quartz et créer une tension piézoélectrique. D’autre part, bien que le quartz soit un matériau isolant, l’or est un excellent conducteur. La présence de noyaux de formation d’or dans le minéral pourrait servir de catalyseur pour précipiter davantage d’or et ainsi accélérer la formation des pépites.
Pour tester leur hypothèse, les chercheurs ont réalisé une expérience au cours de laquelle une douzaine de morceaux de quartz naturels purs ont été immergés dans un fluide riche en particules d’or. À l’aide d’un moteur spécialement conçu, ils y ont ensuite appliqué 20 secousses par seconde pendant une heure, ce qui a produit une tension piézoélectrique de 0,4 à 1,4 volt. L’objectif était de reproduire les conditions naturellement subies par le quartz lors d’un tremblement de terre.
En évaluant le taux de précipitation de l’or au microscope électronique à balayage (MEB), les experts ont constaté que des grains d’or d’environ un micromètre s’étaient formés au niveau des tuiles de quartz soumises aux secousses sismiques, tandis qu’aucune précipitation n’a été observée pour les lots témoins. « Les résultats ont été stupéfiants », a déclaré Andy Tomkins de l’Université Monash, coauteur de l’étude. « Le quartz stressé a non seulement déposé électrochimiquement de l’or sur sa surface, mais il a également formé et accumulé des nanoparticules d’or », explique-t-il.
Quartz : « une batterie naturelle avec l’or comme électrode »
La seconde étape de l’expérience consistait à reproduire le même protocole, mais cette fois-ci sur des tuiles de quartz déjà incrustées de particules d’or. Après stimulation, les particules d’or se sont encore davantage précipitées que lors de la première expérience et se sont principalement rassemblées au niveau des grains incrustés. Cela confirme l’hypothèse selon laquelle l’or présent dans le quartz sert de catalyseur pour la formation de grosses pépites, en raison de son excellente conductivité. « Essentiellement, le quartz agit comme une batterie naturelle, avec l’or comme électrode, accumulant lentement plus d’or à chaque événement sismique », explique Voisey.
Selon les experts, ces résultats pourraient expliquer pourquoi les grosses pépites ont principalement été trouvées au niveau de veines de quartz formées dans des gisements avec des antécédents de séismes. Toutefois, les conditions des expériences suggèrent qu’il faudrait énormément de temps pour former des pépites faisant des dizaines de kilogrammes. Néanmoins, le processus est tout de même relativement rapide si l’on considère l’échelle de temps géologique.