Une étude, dont les résultats intitulés «Metal (copper) segregation in magmas» ont été publiés dans la revue Lithos, a permis de montrer, par une méthode située à la rencontre de la chimie et de la géologie et potentiellement applicable à tous les métaux, qu'un gisement de cuivre se forme dans la phase gazeuse à haute température en contexte magmatique.

Comme «la formation des gisements de cuivre, d’or et de certains métaux stratégiques, notamment, n’est pas encore totalement comprise», il souhaitable, pour améliorer l’exploration et l’exploitation de ces ressources, d'avoir une meilleure compréhension de la genèse de ces gisements.

Rappelons tout d'abord que «pour qu’un gisement métallique se forme, il faut que la teneur en métal soit multipliée au moins mille fois par rapport à la teneur initiale du magma dont il peut être issu».

Cet enrichissement en métal était attribué, jusqu’à présent, «aux circulations d’eau (400-500 °C) qui concentrent les métaux par lessivage à la fin de la mise en place et du refroidissement du magma».

Cette explication pose cependant un problème, car «des analyses d’inclusions fluides et magmatiques (ces petites cavités présentes dans les minéraux qui ont piégé les fluides et/ou magmas lors de leur cristallisation), ainsi que des fumerolles volcaniques, montrent que des quantités importantes de métaux sont déjà présentes lors du stade magmatique (T > 500 °C)».

Afin de comprendre «pourquoi les fluides volcaniques pouvaient s’enrichir en métaux», l'étude ici présentée a eu recourt à la chimie théorique, «en prenant le cuivre comme cas d’école».

La méthode (Density Functional Theory) DFT permet «d’identifier les affinités des différents composants (le cuivre par exemple), et donc de prévoir les tendances d’évolution des réactions» en décrivant l’environnement électronique des éléments chimiques pour déterminer des paramètres caractérisant leur réactivité.

Ces paramètres ont ainsi été calculés par cette méthode pour des assemblages complexes d’éléments: les oxydes composant les magmas silicatés, les espèces présentes dans une phase vapeur magmatique riche en eau et un certain nombre de composés du cuivre existant dans la nature.

Ensuite, ces paramètres ont été cartographiés «dans un repère [dureté-électrophilicité-polarisabilité] pour en tracer des cartes de domaines de stabilité des magmas, de la phase vapeur magmatique et des composés cuivrés».

On peut alors prévoir, à partir de la superposition de ces cartes «où les composés cuivrés vont préférentiellement aller, dans le magma ou dans la phase gazeuse».

Il est alors apparu que c'est dans la phase gazeuse à haute température en contexte magmatique («si elle est un tant soit peu enrichie en soufre»), que «le cuivre sera piégé puis transporté sous forme de sulfure, d’oxyde ou de chlorure».