Dans un site géologique soumis à un flux thermique induisant le développement d’un gradient de température (dorsale océanique, intrusion magmatique …), l’eau peut être animée de mouvements cycliques au sein de cellules de convection (cellules de Bernard). La forme et les dimensions de ces cellules sont fonction de la perméabilité et de la porosité des terrains traversés. Cette convection, conséquence hydrodynamique du gradient géothermique, met en mouvement vers le haut les parties les plus chaudes des fluides et vers le bas les parties plus froides selon un circuit convectif.
Ce circuit joue un rôle important en métallogénie des gîtes hydrothermaux. Les eaux descendantes s’échauffent, lessivent les terrains traversés et s’enrichissent en éléments métalliques (se minéralisent), puis elles remontent perpendiculairement au gradient de température. En arrivant vers le haut les filets liquides s’évasent vers l’extérieur en se refroidissant. Avec le retour à l’équilibre thermique avec l’environnement, le fluide recommence un nouveau cycle par lessivage descendant, tout en continuant à utiliser le même itinéraire (même réseau fissural). L’origine des eaux impliquer dans les circuits convectifs est variable : - magmatique « juvénile » : eau séparée du magma au cours de son refroidissement ; - métamorphique : eau libérée au cours des stades métamorphiques (déshydratation, …) ; - atmosphérique ; - marine (océanique).
Quelque soit le schéma envisagé dans la genèse des gîtes hydrothermaux, les solutions ayant données naissance à un grand nombre de gîtes avait, dans la majorité des cas, une origine mixte et, il est rare de trouver des gîtes formés exclusivement à partir d’un seul type d’eau. Le plus souvent, les gîtes hydrothermaux sont des produits de mélange des différentes eaux. Généralement, les eaux magmatiques se mélangent en profondeur avec les eaux atmosphériques et ou marines, entraînant aussi bien les substances d’origine juvénile que les produits arrachés aux roches traversées. Le transport s’effectue sous forme de complexes chlorurés, sulfurés ou organiques. La précipitation se fait par plusieurs mécanismes qui peuvent jouer seul ou en combinaisons diverses : baisse de température, de pression, changement de pH, d’état d’oxydoréduction, ébullition, immiscibilité d’une phase gazeuse, réaction avec les roches encaissantes et mélange de fluides qui peut provoquer une saturation, un changement de température, de pH ou de Eh.
Les gisements hydrothermaux peuvent être classés en fonction de la température de formation ou en fonction de la profondeur du foyer magmatique générateur. D’après la température on distingue : - gîtes hypothermaux 500 – 300°c ; - gîtes mésothermaux 300- 200°c ; - gîtes épithermaux < 200°c. En fonction de la profondeur du foyer magmatique on distingue : - gîtes plutoniques ; - gîtes volcaniques.
Dans un environnement magmatique, la répartition des métaux s'inscrit le plus souvent au sein d’une zonalité régionale qui fossilise l'évolution en T°C, Eh, pH et/ou la composition chimique des circulations hydrothermales Les métaux sont plus ou moins mobilisés selon la température. On distingue ainsi :
- des métaux de HT (>300°C) : Sn, W, Mo ; Gts Hypothermaux
- des métaux de MT (200-300°C) : Cu, Zn, Ni, Co ; Gts mésothermaux
- des métaux de BT (100-200°C) : Pb, Hg, Ag, U, Ba, F. Gts épithermaux.
- certains métaux, tels Au et Sb, paraissent mobiles à des températures variées.
La nature des minéraux peut également dessiner une zonalité pour un même élément, avec par exemple pour l'Sn, cassitérite à HT et stannite à BT, ou l'évolution des espèces du fer (magnétite / pyrrhotine / pyrite /marcasite).
D’une manière générale, le contenu en Soufre des minéraux augmente avec la baisse de la température. Dans ces schémas de zonalité, des perturbations peuvent apparaître, en particulier par télescopage entre différentes pulsations hydrothermales.
