Ce mécanisme déclenché par les tremblements de terre forme des pépites d’or géantes en quelques secondes, révélé par des chercheurs australiens en 2024

Sous nos pieds, dans les fractures profondes du quartz, des couches d’or peuvent se former en un éclair. Pourtant, pendant des années, la naissance de ces pépites d’or massives a laissé les géologues perplexes, car les fluides qui traversent ces roches ne contiennent qu’une infime quantité de métal précieux. Une nouvelle étude menée en Australie montre qu’un tremblement de terre suffit à déclencher un processus ultra-rapide, capable de transformer l’or dissous en métal solide en quelques secondes seulement, sans que rien ne soit visible à l’œil nu. Et ce mécanisme expliquerait les plus gros gisements aurifères de la planète.

Les chercheurs de l’Université Monash, avec le CSIRO et l’ANSTO, ont reproduit en laboratoire ce qui se passe dans une veine de quartz lorsque la roche est brutalement comprimée par un séisme. Leur travail, publié début septembre 2024 dans la revue Nature Geoscience, propose une réponse à ce que les spécialistes appellent le paradoxe de la pépite d’or : comment des tonnes d’or très pur peuvent-elles se concentrer à partir de solutions où le métal n’est présent qu’à l’état de traces. Pour saisir l’enjeu, il faut d’abord replacer ces pépites dans l’histoire de l’or, depuis l’espace jusqu’aux grandes failles de la croûte terrestre.

Pépites d’or dans le quartz : un paradoxe que les séismes éclairent

Aujourd’hui, entre 2 500 et 3 000 tonnes d’or sont extraites chaque année dans le monde, et environ les trois quarts proviennent de filons de quartz, selon le World Gold Council cité par les géologues. Les plus grosses pépites d’or issues de ces veines peuvent peser plusieurs dizaines de kilos, de véritables monstres métalliques pourtant nés de fluides hydrothermaux où la concentration en or ne dépasse souvent que quelques parties par million. Sur des échelles de temps beaucoup plus longues, la plupart des modèles actuels considèrent que l’or lui-même a une origine cosmique : des collisions d’étoiles à neutrons auraient propulsé dans l’espace « l’équivalent de dix lunes d’or massif dans l’Univers », précise un article du Nouvel Obs, cité par Science et Vie. Une partie de ce métal serait ensuite retombée dans la proto-Terre, avant d’être remobilisée par les mouvements internes de la planète.

Sur Terre, l’explication classique de la formation des gisements aurifères repose sur la circulation de fluides chauds qui dissolvent l’or en profondeur, puis le déposent lorsqu’ils refroidissent en remontant le long des fractures. Des pépites d’or se forment alors à partir de filons de quartz enfouis, « le long de lignes de fracture qui traversent le quartz », écrit The Guardian, mais cela ne suffit pas à expliquer pourquoi on observe parfois de véritables réseaux d’or massif, hautement interconnectés. C’est ce décalage entre la pauvreté des fluides en or et la richesse incroyable de certains gisements que les géologues ont baptisé paradoxe de la pépite d’or. Pour le résoudre, les auteurs de la nouvelle étude avancent un processus électrochimique inédit à l’échelle géologique : « Ce mécanisme peut aider à expliquer la création de grosses pépites et les réseaux d’or hautement interconnectés couramment observés dans les fractures des veines de quartz », écrivent les chercheurs dans leur article de Nature Geoscience.

Quand un tremblement de terre transforme le quartz en batterie naturelle

Au cœur de ce scénario, on trouve une propriété du quartz bien connue en physique mais rarement évoquée en géologie de terrain : la piézoélectricité, c’est-à-dire la capacité d’un cristal à générer une tension électrique lorsqu’il est comprimé ou étiré. Dans les zones de faille actives, où les plaques tectoniques frottent et cassent la roche, chaque tremblement de terre déforme brutalement les veines de quartz, déclenchant des champs électriques intenses mais fugaces. Les chercheurs ont montré que ces tensions transforment la veine en véritable cellule électrochimique naturelle, comparable à une batterie, dans laquelle les ions d’or présents dans les fluides hydrothermaux gagnent des électrons et se déposent sous forme de métal solide à la surface du quartz. Ce dépôt ne se fait pas n’importe où : il est concentré autour des minuscules grains d’or déjà présents, qui jouent le rôle d’électrodes et attirent encore plus de métal, un mécanisme résumé par l’expression « les riches s’enrichissent », selon les chercheurs cités par le site BDOR. Autrement dit, chaque secousse épaissit un peu plus les structures existantes, jusqu’à former avec le temps des pépites de plusieurs kilos, un résultat interressant pour les géologues qui cartographient les gisements dits orogéniques.

Pour tester ce modèle, l’équipe menée par le Dr Christopher Voisey, à l’Université Monash de Melbourne, a plongé des morceaux de quartz dans de l’eau chargée en or dissous, puis a simulé en laboratoire les contraintes d’un tremblement de terre. Sous microscope, les scientifiques ont vu apparaître à la surface du quartz des nanoparticules d’or qui s’agglutinaient en amas brillants, signe d’un véritable processus d’électrodéposition : « Cela produisait des nanoparticules d’or à la surface du quartz, et de l’or se formait à nouveau sur le dessus », rapporte l’équipe de chercheurs. Selon eux, ces décharges piézoélectriques sont si brèves qu’elles ne laissent aucune trace évidente dans la roche, ce qui correspond bien aux observations de terrain ; « Les tensions piézoélectriques étant instantanées et ne laissant aucun traceur visible, cela peut expliquer pourquoi les pépites d’or semblent souvent « flotter » dans des veines de quartz sans piège chimique ou physique évident », ont conclu les chercheurs. Ce rôle central du quartz dans la concentration de l’or permet aussi de mieux comprendre pourquoi les premières veines apparaissant dans une zone de faille sont souvent stériles, comme ils le résument ainsi : « La théorie piézoélectrique est intéressante car elle permettrait de concentrer davantage les nanoparticules, mais aussi d’expliquer pourquoi les premières veines de quartz dans les zones de faille sont généralement stériles : il faut que les veines de quartz soient là avant de pouvoir induire l’effet piézoélectrique », explique l’équipe de chercheurs. À l’échelle d’un seul séisme, le plaquage d’or ne dure qu’une fraction de seconde et ne représente qu’une fine pellicule, mais répété des milliers de fois au fil de millions d’années, ce véritable électro-placage géologique suffit à construire certaines des plus grandes pépites connues.

Pourquoi ces pépites d’or nées des séismes valent-elles bien plus que leur poids ?

Ces blocs d’or natif, nés dans les profondeurs au rythme des secousses tectoniques, deviennent à la surface des témoins précieux de l’histoire de la Terre, si précieux que les musées les protègent comme des œuvres d’art. Au Muséum national d’histoire naturelle, à Paris, un vol spectaculaire de pépites d’or l’a rappelé en septembre 2024 : « Alerté par une employée de ménage de la présence de débris, un conservateur a constaté la disparition de pépites d’or habituellement exposées », relate la procureure de la République de Paris, Laure Beccuau, dans un communiqué cité par Europe 1. Ce communiqué décrit des pièces d’exception, « des pépites originaires de Bolivie léguée à l’Académie des sciences au 18e siècle; de l’Oural, offerte par le tsar Nicolas 1er de Russie en 1833 au muséum ; de Californie découverte au moment de la ruée vers l’or dans la seconde moitié du 19e siècle » et « une pépite d’or de plus de 5 kg originaire d’Australie découverte en 1990 ». Selon la magistrate, « Le poids total de ces pièces était estimé à près de 6 kg » et le « préjudice financier a été évalué à 1,5 million d’euros », même si, dans ses mots, « la valeur historique et scientifique de ces pièces a quant à elle été jugée inestimable ». Ces spécimens, dont la valeur historique et scientifique est jugée « inestimable », intéressent justement les géologues car leur structure interne conserve la mémoire des multiples séismes qui ont fait croître peu à peu l’or autour des premiers grains.

L’enquête de police racontée par la procureure montre aussi à quel point ces objets attisent les convoitises, bien au-delà de leur contenu en métal : une jeune femme de 24 ans, née en Chine, a été identifiée par les caméras, « l’exploitation des vidéosurveillances a montré qu’une personne seule était entrée par effraction dans le musée peu après 1 heure du matin, pour en ressortir vers 4 heures après avoir longuement surveillé les alentours », écrit Laure Beccuau. La suspecte avait quitté la France le jour même du cambriolage et avait été « remise le jour même par les autorités espagnoles, qui l’avaient interpellée à Barcelone le 30 septembre en exécution d’un mandat d’arrêt européen », précise encore la procureure. Lors de son arrestation, la jeune femme « a tenté de se débarrasser de morceaux d’or fondu, pour un poids total de près d’1 kg », ces fragments devant encore être analysés pour déterminer s’ils proviennent des pépites volées. Comme le rappelle le parquet, « L’enquête se poursuit, notamment pour analyser cet or et rechercher ce qu’il est avenu des objets volés, ainsi que sur d’éventuels complices », et les faits sont passibles de lourdes peines de prison, jusqu’à quinze ans de réclusion pour vol en bande organisée. Dans les vitrines des musées comme dans les galeries minières, ces pépites forgées par les tremblements de terre restent donc au croisement de la science, de l’économie et des passions humaines, témoins solides de minuscules décharges électriques qui, en quelques secondes, ont changé le visage des gisements d’or.