Deux sources de soufre : le soufre natif et le soufre récupéré
En 2024, la production mondiale de soufre atteignait environ 85 millions de tonnes, toutes sources confondues [7]. Longtemps associé aux gisements naturels et aux cristaux jaunes extraits du sous-sol, le soufre provient aujourd’hui surtout de procédés industriels liés au raffinage pétrolier et au traitement du gaz naturel.
Cette évolution a transformé la manière dont cette ressource circule dans l’économie. D’un côté, le soufre natif se forme naturellement dans certains contextes géologiques, notamment volcaniques ou évaporitiques. De l’autre, le soufre récupéré est obtenu comme sous-produit industriel, avant d’être valorisé dans plusieurs usages. Dans les deux cas, il alimente principalement la production d’acide sulfurique, un composé clé pour les engrais phosphatés et de nombreux secteurs industriels [6].
Le soufre natif : une ressource géologique millénaire
Qu'est-ce que le soufre natif ?
Le soufre natif désigne le soufre présent dans la nature sous sa forme élémentaire, c’est-à-dire non combiné chimiquement à d’autres éléments. Il s’agit d’une forme minérale naturelle du soufre, qui cristallise dans le système orthorhombique et se présente généralement sous forme de masses, d’enduits ou de cristaux de couleur jaune vif à jaune-brun [1].
Cette forme de soufre peut être observée dans certains environnements géologiques où les conditions permettent son accumulation à l’état pur. On l’associe notamment à des contextes volcaniques, évaporitiques ou à l’altération de minéraux sulfurés. Sa présence naturelle en fait l’un des exemples d’éléments chimiques pouvant être trouvés directement sous forme native, sans transformation industrielle préalable [1].
Comment se forme-t-il ? Les trois grands contextes géologiques
La formation du soufre natif dépend des conditions chimiques, biologiques et géologiques présentes dans le milieu. Trois grands contextes sont généralement distingués :
Environnements volcaniques : Le soufre natif peut se former autour des fumerolles, des sources chaudes et des champs de solfatares, où il cristallise à partir de gaz volcaniques. Sur le volcan Mauna Loa, à Hawaï, des cristaux de soufre natif se forment notamment par réaction entre le dioxyde de soufre (SO₂) et le sulfure d’hydrogène (H₂S) émis par les fissures volcaniques [1].
Environnements sédimentaires et évaporitiques : Le soufre natif est aussi associé à des dépôts évaporitiques, c’est-à-dire des roches formées par l’évaporation d’eaux marines, ainsi qu’à des diapirs de sel. Dans ces milieux, il peut se former par réduction bactérienne de minéraux sulfatés en conditions anaérobies, soit en l’absence d’oxygène [1].
Altération de minéraux sulfurés : Le soufre natif peut également apparaître lorsque des minéraux sulfurés sont altérés au contact de l’eau et de l’air. Ces réactions peuvent libérer du soufre élémentaire dans certains contextes géologiques de surface ou proches de la surface [2].
À cela s'ajoute une précision que la microbiologie géochimique a apportée ces dernières années : la réduction bactérienne des sulfates peut générer de grandes accumulations de soufre élémentaire, même sans oxygène moléculaire, lorsque des hydrocarbures entrent en contact avec des minéraux sulfatés en présence d'eau liquide [3]. Cette observation montre que certains bassins sédimentaires associés aux hydrocarbures peuvent offrir des conditions favorables à la formation de soufre natif, même en dehors des environnements volcaniques plus visibles.
Cristaux de soufre natif formés par réaction entre SO₂ et H₂S sur le volcan Mauna Loa, Hawaï (USGS, 2017)
Les grands gisements natifs encore connus aujourd'hui
Ces mécanismes de formation ont produit, à l'échelle géologique, des gisements d'envergure qui existent encore aujourd'hui dans plusieurs régions du monde. Les gisements de soufre natif d'importance économique se trouvent principalement dans les bassins évaporitiques du Miocène et du Pliocène en Pologne et en Ukraine, au Moyen-Orient (Irak, Iran), au Mexique et dans certaines régions de l'ex-URSS. Ces dépôts sont généralement associés aux roches-couvertures au-dessus de dômes de sel ou à des réservoirs carbonatés contenant des hydrocarbures [9].
En Pologne, plusieurs gisements de l’avant-pays des Carpates, comme Osiek, Grzybów et Jeziorko, témoignent de cette association entre évaporites, activité bactérienne et accumulations de soufre natif. Ces ressources ont soutenu une production importante par le passé, même si seule une partie des volumes géologiques peut généralement être considérée comme récupérable sur le plan économique [9].
Au Mexique, des gisements associés aux dômes de sel ont aussi été exploités par la méthode Frasch, notamment dans les États de Veracruz et de Tabasco. Cette production demeure toutefois limitée à l’échelle mondiale, surtout en comparaison avec le soufre récupéré aujourd’hui dans les industries pétrolières et gazières [9].
La méthode Frasch : une innovation majeure dans l’exploitation du soufre natif
L’exploitation des gisements de soufre enfouis à grande profondeur a longtemps représenté un défi technique important. À la fin du XIXe siècle, le procédé Frasch a permis de contourner cette difficulté en extrayant le soufre directement sous forme liquide, sans excavation minière classique. Cette méthode a joué un rôle déterminant dans l’essor de la production de soufre natif au XXe siècle, particulièrement aux États-Unis et en Pologne [5].
Le principe du procédé Frasch
Mis au point par l’ingénieur Herman Frasch, le procédé repose sur une idée simple : faire fondre le soufre directement dans le gisement, puis le remonter à la surface. Pour y parvenir, on utilise un système de trois tuyaux concentriques. De l’eau surchauffée est injectée dans le sous-sol afin de liquéfier le soufre, puis de l’air comprimé permet de ramener le soufre fondu vers la surface [4].
Le soufre fond à basse température, autour de 115 °C, ce qui rend cette approche techniquement possible. L’eau injectée à plus de 160 °C suffit à le liquéfier dans le gisement [1][6]. Breveté en 1891, le procédé permettait d’atteindre des dépôts situés à plus de 150 mètres de profondeur [5]. Son efficacité était importante pour l’époque : selon les données disponibles, il pouvait récupérer entre 75 % et 92 % du soufre récupérable d’un dôme de sel, avec une pureté pouvant atteindre 99,5 % [5].
L'âge d'or et le déclin
Pendant une grande partie du XXe siècle, le procédé Frasch a occupé une place centrale dans l’approvisionnement en soufre, notamment dans les dômes de sel du Texas et de la Louisiane, ainsi qu’en Pologne [5]. Il a toutefois progressivement perdu sa compétitivité avec la montée du soufre récupéré, produit comme sous-produit du raffinage pétrolier et du traitement du gaz naturel [6].
Ce recul s’observe particulièrement aux États-Unis. Au Texas, la production de soufre Frasch atteignait 3,45 millions de long tons en 1954, puis 3,67 millions de long tons en 1965. Le marché a ensuite été fragilisé par l’arrivée de volumes importants de soufre récupéré à faible coût, notamment depuis le gaz acide de l’Ouest canadien. Dès les années 1970, plusieurs producteurs ont fermé leurs opérations Frasch au Texas. En 1990, la production texane de soufre Frasch s’établissait encore à 2,3 millions de tonnes métriques, mais elle était déjà en recul par rapport à l’année précédente [10].
Aux États-Unis, la dernière mine Frasch a fermé en Louisiane en 2000. Depuis, la production américaine de soufre élémentaire provient de sources récupérées, principalement liées aux industries pétrolières et gazières [6].
Le soufre récupéré : quand un déchet industriel devient une ressource mondiale
Le recul du procédé Frasch ne s’explique pas par une baisse de l’utilité du soufre, mais plutôt par l’essor d’une autre source d’approvisionnement : le soufre récupéré. Celui-ci est principalement obtenu comme sous-produit du raffinage pétrolier et du traitement du gaz naturel. Cette filière s’est progressivement imposée parce qu’elle permet de valoriser un composé qui doit de toute façon être retiré des combustibles fossiles avant leur utilisation.
Le procédé Claus : transformer un déchet en ressource
Le procédé Claus joue un rôle central dans cette filière. Il sert à convertir le sulfure d’hydrogène (H₂S), un gaz toxique présent notamment dans certains gaz naturels dits « acides » ou « aigres », en soufre élémentaire. Le retrait du H₂S répond à des exigences techniques, sanitaires et environnementales, car ce composé ne peut pas être laissé dans le gaz destiné au transport ou à l’utilisation.
Le principe repose sur une réaction en deux étapes. Une partie du H₂S est d’abord brûlée avec de l’air pour former du dioxyde de soufre (SO₂). Ce SO₂ réagit ensuite avec le H₂S restant sur un catalyseur, selon la réaction globale suivante : 2 H₂S + SO₂ → 3 S + 2 H₂O [6]. Le soufre élémentaire produit est ensuite condensé, récupéré et peut être dirigé vers différents usages industriels.
Dans les raffineries, un procédé complémentaire, l’hydrodésulfuration (HDS), permet aussi de retirer le soufre des carburants comme l’essence et le diesel afin de respecter les normes applicables aux produits pétroliers. Le soufre retiré est généralement converti en H₂S, puis traité dans des unités Claus pour produire du soufre élémentaire [6].
La place du soufre récupéré dans la production mondiale
Le développement de ces procédés a profondément modifié la géographie de l’approvisionnement en soufre. Aujourd’hui, la majeure partie de la production mondiale provient du traitement des combustibles fossiles, plutôt que de l’extraction directe de soufre natif. En 2024, la production mondiale de soufre, toutes sources confondues, était estimée à environ 85 millions de tonnes [7].
Cette production est donc fortement liée aux pays disposant d’importantes capacités de raffinage, de traitement du gaz naturel ou d’autres procédés industriels générant du soufre. Parmi les grands producteurs figurent notamment la Chine, les États-Unis, la Russie, l’Arabie saoudite, les Émirats arabes unis, le Kazakhstan et le Canada [7].
Pourquoi le soufre reste une ressource industrielle importante
Qu’il soit extrait sous forme native ou récupéré comme sous-produit industriel, le soufre alimente principalement les mêmes usages. Son rôle le plus important est lié à la production d’acide sulfurique, un composé de base utilisé dans plusieurs chaînes industrielles, notamment les engrais phosphatés, le traitement de certains minerais et diverses applications chimiques [6].
Un élément lié à la production agricole
L’acide sulfurique compte parmi les produits chimiques inorganiques les plus produits et consommés au monde. Il sert surtout à fabriquer des engrais phosphatés, dont le phosphate diammonique (DAP) et le phosphate monoammonique (MAP), largement utilisés dans les systèmes agricoles modernes [6]. Selon l’USGS, environ 90 % du soufre consommé l’est sous forme d’acide sulfurique [7].
Le soufre joue aussi un rôle direct dans la nutrition des plantes. Il est nécessaire à la synthèse de certains acides aminés, vitamines et enzymes. Lorsque les sols en manquent, les rendements et la qualité des cultures peuvent être affectés [8]. Cette double fonction, industrielle et agronomique, explique son importance dans la chaîne de production alimentaire.
Des usages au-delà des engrais
L’acide sulfurique ne se limite pas au secteur agricole. Il est aussi utilisé dans la transformation de matières premières minérales, la fabrication de produits chimiques, le raffinage et plusieurs procédés industriels. Le soufre élémentaire fait également l’objet d’applications plus spécialisées, comme certains polymères à base de soufre, le béton soufré ou les batteries lithium-soufre.
Conclusion : Une ressource au cœur de plusieurs chaînes industrielles
Le soufre natif et le soufre récupéré correspondent à deux sources distinctes d’une même ressource. Le premier se forme naturellement dans certains contextes géologiques, tandis que le second est obtenu comme sous-produit industriel, principalement lors du raffinage pétrolier et du traitement du gaz naturel [6][7].
Cette distinction aide à mieux comprendre la place du soufre dans les chaînes industrielles modernes. Moins visible que d’autres matières premières, il demeure pourtant essentiel à la production d’acide sulfurique, un composé utilisé dans les engrais phosphatés, la transformation de certains minerais et plusieurs procédés chimiques.
En retraçant l’origine du soufre et ses principaux usages, on voit qu’il s’agit d’une ressource à la fois géologique, industrielle et agricole. Son importance tient surtout à la diversité de ses applications et à son rôle dans plusieurs secteurs fondamentaux de l’économie.
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Références
[1] Keller, Tomáš. "Native Sulphur – Mineral Properties, Photos and Occurrence." MineralExpert, 2017, mineralexpert.org/article/native-sulphur-mineral-overview.
[2] Wisconsin Geological and Natural History Survey. "Sulfur." Minerals of Wisconsin, University of Wisconsin–Madison, 2014, home.wgnhs.wisc.edu/minerals/sulfur/.
[3] Amrani, Alian, et al. "Formation of Large Native Sulfur Deposits Does Not Require Molecular Oxygen." Frontiers in Microbiology, vol. 10, 2019, article 24, doi:10.3389/fmicb.2019.00024.
[4] United States Geological Survey. "Sulfur — A Potential Resource with a Volatile History." USGS Educational Resources, U.S. Department of the Interior, 2013, pubs.usgs.gov/gip/2002/sulfur/.
[5] Georgia Gulf Sulfur Corporation. "Sulfur History." Georgia Gulf Sulfur Corporation, 2010, www.georgiagulfsulfur.com/sulfur/history.
[6] Ober, Joyce A. "Materials Flow of Sulfur." U.S. Geological Survey Open-File Report 02–298, U.S. Geological Survey, 2002, pubs.usgs.gov/of/2002/of02-298/of02-298.pdf.
[7] Lori E. Apodaca "Sulfur." Mineral Commodity Summaries 2025, U.S. Geological Survey, 2025, pp. 172–173, https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2025/mcs2025-sulfur.pdf.
[8] Narayan OP, Kumar P, Yadav B, Dua M, Johri AK. Sulfur nutrition and its role in plant growth and development. Plant Signal Behav. 2023, doi: 10.1080/15592324.2022.2030082. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10730164/
[9] Kotarba, Maciej J. "Native Sulphur Deposits in Miocene and Pliocene Evaporites of Central Europe and the Middle East." Geological Quarterly, vol. 56, no. 2, 2012, pp. 231–248, geoquarterly.org.
[10] Kleiner, Diana J. “Sulfur Industry.” Handbook of Texas Online, Texas State Historical Association, 1976, updated 27 Apr. 2019, www.tshaonline.org/handbook/entries/sulfur-industry.
