Cette découverte est basée sur des analyses spectroscopiques et microscopiques avancées qui révèlent également l'immobilisation sous forme d'atomes uniques ou de petits amas polynucléaires à la surface des nanoparticules de magnétite du Rhénium. Le Rhenium est un métal critique utilisé dans les turbines à haute température mais aussi dans les sédiments pour la reconstruction des dynamiques paléo-environnementales.

Les recherches ont été menées à ISTerre Grenoble, ESRF Grenoble, ALS Berkeley, IMMM Le Mans et LPS Orsay dans le cadre des projets CNRS-MITI et METSA. Les résultats de cette étude seront publiés dans la revue Science Advances le 16 mai 2025.

Les résultats indiquent une voie de transformation abiotique du Rhénium dans laquelle le Fe2+ aqueux en présence de magnétite (Fe3O4) pure ou pré-oxydée sert de source d'électrons pour réduire l'anion monovalent Re(VII) très mobile en atome Re(IV) isolé ou assemblés en petites espèces polynucléaires à la surface de la particule de magnétite. En outre, ces analyses apportent une compréhension fondamentale des processus redox régissant le devenir tant des électrons dans les piles naturelles que du Re et son transport dans l'environnement.

Les nouveaux résultats de cette étude permettent de mieux comprendre les processus de décharge et de recharge des batteries naturelles qui contrôlent le devenir des éléments critiques ou radioactifs redox actifs - mais aussi potentiellement du carbone – dans les (paléo)environnements terrestres, et aujourd'hui dans les processus de recyclage de métaux critiques indispensables à l'économie circulaire. Cette découverte, qui se concentre sur les analyses géochimiques de la nano-magnétite réalisées par les scientifiques d'ISTerre, a été complétée par des techniques spectro-microscopiques menées au niveau national et international.

Les nouvelles découvertes démontrent comment des éléments critiques (ou très toxiques) - présents sous forme d'entités si mobiles qu’elles peuvent rester dans l'océan pendant des dizaines de milliers d'années - peuvent se retrouvées piégés de manière très dynamique au contact de batteries rechargées naturellement. Ces batteries sont alors progressivement déchargée par des électrons qui se déplacent du cœur de la nano-batterie vers sa périphérie. Cette découverte est importante car une grande partie de la communauté scientifique pense que la décharge de la magnétite se produit selon un mode centripète, l'oxydation du fer se produisant d'abord à la surface avant de se propager vers l'intérieur, un processus qui arrêterait le transfert d'électrons en créant une couche isolante.

Ces nouveaux résultats montrent que les nanoparticules de magnétite pré-oxydées puis rechargées par du Fe2+ aqueux, présentent un noyau de maghémite (Fe2O3) et une coquille de magnétite, ce qui remet en question le modèle traditionnel noyau-coquille de magnétite-maghémite. Les électrons traversent ainsi la partie conductrice non déchargée de la batterie de magnétite jusqu'à sa partie interne, déchargée. Ce type de dynamique des électrons pourrait être également plus propice à l'émergence de la vie sur Terre que la configuration "rouille verte" précédemment imaginée.