La fusion mantellique hydratée multi‑étagée contrôle l’enrichissement en or des magmas mafiques de l’arc des Kermadec

Pourquoi les volcans enfouis comptent pour l’or

Certains des gisements d’or les plus riches connus ne se trouvent pas sur la terre ferme, mais sur le plancher océanique profond au‑dessus des zones de subduction, là où une plaque tectonique plonge sous une autre. Le long de l’arc des Kermadec, des volcans sous‑marins hébergent des gisements minéraux exceptionnellement riches en or, mais il était difficile de comprendre pourquoi les magmas alimentant ces volcans contiennent autant d’or. Cette étude s’attaque à ce mystère en échantillonnant du verre volcanique récent à travers l’arc et en montrant que la clé se situe en profondeur dans le manteau, où des épisodes répétés de fusion riches en eau concentrent l’or avant qu’il n’atteigne le plancher océanique.

Tapis roulant caché sous la mer

L’arc des Kermadec s’étend sur environ 1 300 kilomètres entre la Nouvelle‑Zélande et Tonga. Ici, la plaque Pacifique plonge sous la plaque Australienne, stimulant la production de magma et le volcanisme du plancher océanique. Nombre de ces volcans sous‑marins rejettent des fluides chauds chargés en métaux et certains hébergent des gisements massifs de sulfures particulièrement riches en or comparés à ceux des dorsales médio‑océaniques. Les auteurs ont recueilli 66 échantillons de verre volcanique frais — du magma refroidi rapidement — provenant de 17 volcans de l’arc et du bassin arrière‑arc adjacent, le Havre Trough. Parce que ces verres se sont formés directement à partir des magmas en éruption, leur chimie préserve un enregistrement détaillé de la façon dont le manteau a fondu et de la manière dont des métaux comme l’or, le cuivre, l’argent et le sélénium se sont comportés en chemin vers la surface.

La lutte de l’or avec le soufre

L’or préfère se lier au soufre et se cache souvent dans de minuscules gouttes de sulfure profondément dans le manteau. Lorsque ces sulfures sont présents, ils ont tendance à enfermer l’or, le cuivre et l’argent ; lorsqu’ils sont épuisés ou absents, l’or se comporte davantage comme un élément incompatible, se concentrant dans le verre magmatique. En comparant l’or avec d’autres éléments aimant le soufre dans les verres, les auteurs montrent que la plupart des magmas des Kermadec ont commencé comme des fondues chaudes et hydratées produites à des températures supérieures au point de fusion des gouttes de sulfure. Dans ces conditions, de faibles quantités de liquide sulfure sont rapidement consommées lors de degrés élevés de fusion, libérant l’or et le cuivre dans le magma. À mesure que le magma refroidit et cristallise plus près de la surface, de nouveaux sulfures et des minéraux fer‑titane se forment, piégeant le cuivre plus efficacement que l’or et l’argent et prédisposant ainsi certains magmas à alimenter des systèmes hydrothermaux riches en métaux.

Fondre le manteau plus d’une fois

Les verres des Kermadec contiennent jusqu’à environ six nanogrammes d’or par gramme de magma et présentent des rapports or/cuivre significativement plus élevés que dans les basaltes typiques des dorsales médio‑océaniques ou le manteau fertile. Une simple fusion unique d’une source mantellique ordinaire ne permet pas aisément d’atteindre de telles valeurs. Au contraire, les motifs chimiques indiquent un manteau qui a été fondu, laissé appauvri en sulfure et en cuivre, puis refondu dans des conditions hydratées et oxydées. Lors du premier épisode de fusion, le liquide sulfure élimine préférentiellement le cuivre par rapport à l’or du manteau résiduel. Quand ce manteau partiellement appauvri est refondu, les magmas résultants héritent de rapports or/cuivre plus élevés même si leur contenu global en métaux reste compatible avec ce que la fusion mantellique peut produire. L’enrichissement en or le plus marqué se produit dans le segment nord des Kermadec, où les données géophysiques et géochimiques indiquent également un manteau particulièrement appauvri sous le front de l’arc.

Rôle limité de la plaque plongeante

Étant donné que les fluides libérés par la plaque subductée peuvent transporter des métaux, une possibilité évidente était que l’or soit directement apporté par le slab dans le coin du manteau. L’équipe a testé cela en comparant l’or avec des éléments connus pour être très mobiles dans les fluides dérivés du slab, tels que le chlore, le baryum, l’uranium et le plomb. L’or montre seulement des liens faibles ou incohérents avec ces traceurs mobiles par les fluides, et les segments de l’arc reposant sur un plateau océanique épais et apparemment plus riche en or ne produisent pas systématiquement des magmas plus aurifères. Ensemble, ces observations suggèrent que les fluides du slab fournissent surtout de l’eau et contribuent à l’oxydation du manteau — des conditions qui favorisent une fusion extensive et une grande solubilité du soufre — plutôt que d’apporter de fortes quantités supplémentaires d’or eux‑mêmes.

De la fusion profonde au trésor du plancher océanique

L’étude conclut que la remarquable fertilité aurifère des magmas des Kermadec est surtout contrôlée par l’état et l’histoire du manteau sous l’arc. Une fusion multi‑étagée, hydratée et à haute température d’un coin mantellique déjà appauvri et oxydé peut générer des magmas avec des concentrations en or et des rapports or/cuivre suffisamment élevés pour alimenter des gisements exceptionnels du plancher océanique, sans nécessiter des apports substantiels d’or directement depuis la plaque subductée ou des sulfures crustaux recyclés. En termes simples, le manteau sous l’arc des Kermadec a été « rôti » plus d’une fois par des fusions hydratées, éliminant les sulfures riches en cuivre et laissant une source qui produit naturellement des magmas enrichis en or — matière première de certains des gisements cachés les plus riches de l’océan.

Citation: Timm, C., Portnyagin, M., de Ronde, C.E.J. et al. Hydrous multi-stage mantle melting controls gold enrichment in mafic Kermadec arc magmas. Commun Earth Environ 7, 281 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03338-w

Mots-clés: zone de subduction, fusion du manteau, gisements aurifères, arc des Kermadec, volcanisme sous‑marin