La géologie du soufre à haute et basse température

La grande majorité du soufre exploité dans le monde (production totale d'environ 35 millions de tonnes/an) est d'origine sédimentaire. Ce soufre sédimentaire est associé soit à des calcaires, soit à des sulfates (gypses), soit à de la matière organique (hydrocarbures , lignites...), et le plus souvent à 2 ou 3 de ces roches.

Source - © 2001 Pierre Thomas / ENS de Lyon

Figure 1. Calcite et soufre cristallisés (Sicile)

Ce soufre sédimentaire est évidement une forme de basse température, et peut former de magnifiques cristaux orthorhombiques (généralement associés à de la calcite) qu'on trouve souvent dans les collections minéralogiques.

La Sicile a longtemps été le principal producteur de soufre. Il venait d'exploitation de soufre sédimentaire mio-pliocène, et n'avait rien à voir avec l'Etna. Pourtant de nombreux peplum montrent des mines romaines de soufre, avec esclaves… Très souvent, on voit un volcan en arrière plan ; souvent même une éruption volcanique se déclenche dans ces mines. C'est la traduction de l'association soufre/volcan dans l'inconscient collectif, ce qui est une erreur géologique, bien qu'un lieu commun hollywoodien !

L'association du soufre avec le gypse, le calcaire et la matière organique s'explique par son origine. En effet ce soufre provient la plus part du temps de la réduction des sulfates par de la matière organique.

2 CaSO₄ + 3 C* ---> 2 S + 2 CaCO₃ + CO₂ (C* étant le carbone organique)

Cette réduction peut avoir lieu de façon "minérale" pendant la diagenèse, mais surtout de façon biologique à l'intérieur du sédiment (avant la diagenèse, ou pendant sa phase précoce), sous l'action de bactéries (bactéries sulfato-réductrices).

Source - © 2001 Pierre Thomas / ENS de Lyon Figure 2. Gypse et soufre (Narbonne)

Source - © 2001 Pierre Thomas / ENS de Lyon Figure 3. Marne et soufre (Narbonne)

Dans un milieu riche en matière organique, pauvre en O₂, mais riche en un autre oxydant (le sulfate), les bactéries "préfèrent" respirer que fermenter, mais c'est une respiration où O₂ est remplacé par un autre oxydant (ici le sulfate) ; c'est une respiration anaérobie. Cela se passe au fond de toutes les lagunes marines (l'eau de mer contient des sulfates) en voie d'eutrophisation.

Les USA sont le principal producteur actuel de soufre. La France se procure du soufre à partir d'hydrocarbures (le gaz de Lacq contient H₂S qu'il suffit d'oxyder incomplètement). Quelques gisements de calcaire et de gypse soufrés ont été exploités dans les bassins oligocènes d'Apt-Manosque (Vaucluse), de Narbonne (Aude) et de Marseille. Des échantillons forts démonstratifs peuvent encore y être trouvés, au moins dans les deux premiers bassins. D'autre part, on peut aussi extraire le soufre d'une réduction modérée des sulfures. Notez que les mines de pyrite (FeS₂) n'exploitaient pas le fer, mais le soufre.

Le soufre haute température est évidement associé aux volcans ; c'est lui qui forme de magnifiques aiguilles à la sortie des fumeroles.

Source - © 2001 Pierre Thomas Figure 4. Cratère du Vulcano (vue générale)	Source - © 2001 Pierre Thomas Figure 5. Détail du flanc Nord Est du cratère du Vulcano (en jaune les solfatares)
Source - © 2001 Pierre Thomas Figure 6. Une solfatare active (Vulcano)	Source - © 2001 Pierre Thomas Figure 7. Détail des cristaux de soufre β (Vulcano)

Il a pour origine l'oxydation superficielle de H₂S, constituant minoritaire mais très fréquent des gaz volcaniques.

2 H₂S + O₂ → 2 S + 2 H₂O

Quand la fumerole cesse de fonctionner, qu'elle se refroidit, ou si l'on échantillonne ces dépôts, les belles aiguilles de soufre haute température deviennent lentement des agrégats pulvérulents de soufre basse température. D'où la déception de nombreux minéralogistes amateurs qui ramassent près d'un volcan de superbes cristaux, et qui ne retrouvent à l'arrivée, en déballant leurs bagages, qu'une simple poudre jaunâtre sans intérêt ! Une telle mésaventure a dû arriver à de nombreux collègues de retour du volcan Vulcano (îles Éoliennes). Ce soufre volcanique est connu de tous, souvent exploité dans des conditions très artisanales (en Indonésie par exemple), mais ne représente qu'une très faible fraction du soufre exploité dans le monde.