L’état du thallium et sa relation avec l’or et les métaux
critiques dans la pyrite hydrothermale

Encadrants: Gleb Pokrovski (DR CNRS), GET, Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.; tél.: 0561332618;
co-encadrant externe: Kalin Kouzmanov (PR Univ. de Genève), Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.

Laboratoire ou entreprise d’accueil : GET

Descriptif du projet (préciser les objectifs et les méthodes utilisées)
La croissance exponentielle de la demande économique et sociétale pour les métaux critiques
indispensable pour les technologies modernes et la transition énergétique a généré un besoin pour des
approches plus efficaces d’exploration de nouvelles géoressources métalliques et. En même temps,
cette croissance a soulevé une grande préoccupation environnementale due à la libération de métaux
hautement toxiques dans la biosphère causée par les activités minières et le traitement des minerais
en expansion. Parmi ces métaux, le thallium (Tl) a récemment émergé comme traceur géochimique
potentiel de l’or et avec lequel le Tl est étroitement associé dans les minerais riches en pyrite qui est
le minéral majeur de la plupart des minéralisations hydrothermales (e.g., D’Orazio et al., 2017; George
et al., 2019). En parallèle, les activités minières mènent inévitablement à une accumulation croissante
de pyrite, dans les déchets miniers générés par le traitement des minerais (e.g., Li et al., 2017; Liu et
al., 2019). Cette pyrite, qui est souvent enrichie en Tl (e.g., Deditius and Reich, 2016), peut présenter
une menace pour la biosphère due à son altération et la libération du thallium qui est l’un des métaux
en traces les plus toxiques (e.g., Tl a une limite de concentration permissible dans l’eau potable parmi
les plus basses (2 ppb), similaire à Hg (2 ppb) et bien devant Cd (5 ppb), As (10 ppb), Pb (15 ppb) ou
encore Se (50 ppb), d’apres l’Environmental Protection Agency, EPA). Pour prédire l’incorporation du
thallium dans la pyrite lors des processus de formation des gisements hydrothermaux et estimer son
impact post-mine, nous avons besoin de connaitre l’état redox et structural du Tl dans la pyrite et
les mécanismes physico-chimiques menant à son incorporation et sa libération.
Le présent sujet M2 a pour but d’obtenir les premières données sur la spéciation du Tl dans la
pyrite et les processus de son échange avec le fluide hydrothermal, via une étude combinée
expérimentale, analytique et de modélisation. Ce sujet fait partie d’un plus grand projet en cours de
montage en coll. avec l’Université de Genève (Dr. K. Kouzmanov) sur le thallium et les éléments
associés critiques dans la pyrite hydrothermale, en combinant des approches naturalistes et
expérimentales avec des méthodes de pointe micro-analytiques et de spectroscopie sur synchrotron.
L’équipe toulousaine se chargera, à l’aide de l’étudiant, de simuler expérimentalement en
laboratoire, aux conditions contrôlées, les processus de formation de pyrites thallifères et de les
caractériser par diverses méthodes de micro-analyse (SEM, EPMA, LA-ICPMS, ICP-AES). En parallèle,
nous déterminerons, pour la première fois, les coefficients de partage de Tl entre fluide et pyrite en
conditions hydrothermales. L’équipe suisse sera en charge de la caractérisation de pyrites naturelles
porteuses de Tl, issues de divers gisements hydrothermaux. L’ensemble des échantillons naturels et
expérimentaux ainsi étudiés sera analysé par spectroscopie d’absorption X haute résolution sur
synchrotron (ESRF, Grenoble) qui est la méthode la plus directe permettant de connaitre l’état redox
et structural du Tl dans la pyrite. Les deux équipes (étudiants inclus) participeront à ces expériences.
L’ensemble de données de spéciation sera traité en utilisant des modèles thermodynamiques dans le
système fluide hydrothermale-phases solides. A l’issu de ce projet interdisciplinaire, nous espérons
répondre aux questions fondamentales suivantes:
 Quel est la véritable nature géochimique du thallium dans la pyrite, sa concentration et sa
distribution, son état redox et structural, son partage pyrite-fluide et la nature et ses
associations avec d’autres métaux (As, Au)?
 Ses signatures dans la pyrite peuvent-elles aider à tracer les processus hydrothermaux qui
contrôlent la concentration et distribution de l’or et d’autres métaux associés au sein du
minerais et à l’échelle du gisement et celle d’une province métallogénique?
 Comment le thallium et d’autres éléments toxiques sont libérés de la pyrite lors de son
évolution hypogène et son altération/oxydation supergène et quel est l’impact post-mine
potentiel de ses métaux sur l’environnement?
Références à consulter:
D’Orazio et al., Miner Deposita, 52:687–707 (2017).
George et al., Ore Geol Rev, 107:364–380 (2019).
Li et al., Environ Sci Pollut Res, 24:12212–12219 (2017).
Liu et al., Environ Pollut, 248:906–915 (2019).
Deditius and Reich, Amer Miner, 101:1451–1459 (2016).
Pokrovski et al., PNAS, 112:13484–13489 (2015); PNAS, 118(34): e2109768118 (2021).
Pokrovski et al., Ore Geol Rev, 109:545–563 (2019).
Pokrovski et al., Geochem Persp Let, 17:39–44 (2021).

Compétences requises
Ce stage s’adresse à des candidats ayant un très bon background en chimie analytique et
minérale et qui sont intéressés par les problématiques lies aux géoressources, les matériaux et les
processus hydrothermaux, et le recyclage de métaux en général, et possèdent des bases de
l’expérimentation en laboratoire.
Les candidats intéressés doivent envoyer, à <Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.> avant le 1
décembre 2022, les documents suivants: une lettre de motivation argumentant votre choix pour
ce stage, un CV détaillé, des révèles de notes L3 et M1 et le mémoire de stade de M1 complet en
pdf.
Financement et partenaires
Ce stage fait partie d’un projet en cours de montage entre le GET et l’Université de Genève qui,
dans un premier temps, inclura des échanges d’étudiants et de chercheurs entre la France et la Suisse
et une expérience commune au synchrotron. Les moyens expérimentaux, analytiques et théoriques
nécessaires pour l’étude des métaux traces dans les phases minérales majeures pour ce projet ont été
récemment mises en oeuvre (e.g., Pokrovski et al., 2019, 2021) dans le cadre de programmes ANR et
Institut Carnot (en cours).