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Perez Fernandez, Andrea. Etude expérimentale sur l'échange isotopique dans le système eau-roches carbonatées

Perez Fernandez, Andrea (2017). Etude expérimentale sur l'échange isotopique dans le système eau-roches carbonatées.

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Résumé en francais

Les signatures isotopiques des minéraux carbonatés sont utilisées pour caractériser de nombreux processus géochimiques. Cette thèse a pour but de déterminer les vitesses auxquelles ces signatures isotopiques peuvent être altérées lors des interactions entre les fluides et les minéraux. A cette fin, une série d'études expérimentales a été conduite avec la dolomite (CaMg(CO3)2), la magnésite (MgCO3) et la calcite (CaCO3). On a mesuré l'évolution temporelle des compositions isotopiques de Ca et Mg pendant une série d'expériences de dissolution en réacteur fermé de la dolomite à des températures de 50°C à 126°C. A T < 120°C la composition isotopique du calcium dans la phase fluide est identique à celle de la dolomite initiale, mais au-delà de cette température, la signature isotopique du calcium dans le fluide (delta(44/42)Ca fluid) après 4 semaines était 0.6±0.1‰ plus lourde que l'originale. En revanche, le rapport delta(26/24)Mg du fluide reste égal à celui de la dolomite à toutes les températures étudiées. Ces résultats indiquent un double transfert de calcium vers et depuis la structure de la dolomite à T > 120°C. En outre, ces résultats suggèrent que la difficulté de la dolomite à précipiter à température ambiante doit être la conséquence de l'incapacité de Mg à s'incorporer dans la structure du minéral. Dans une autre étude on a conduit des expériences de dissolution de la magnésite à 25°C en solution aqueuses pour différents pH et pression de CO2. On a trouvé que la composition isotopique du fluide à proximité de l'équilibre chimique était différente de celle du solide, ce qui reflète un double transfert de Mg en direction et hors du minéral à température ambiante. Cependant, un seul mécanisme de fractionnement ne peut expliquer le comportement isotopique de Mg observé. La dernière partie de ce travail, consacrée au fractionnement isotopique du carbone dans le système calcite-eau, montre une évolution du fractionnement isotopique de cet élément vers le fractionnement isotopique à l'équilibre d'une durée d'une année après l'atteinte de l'équilibre chimique entre la calcite et l'eau. Les vitesses de rééquilibrage des isotopes de carbone sont ainsi quatre ordres de grandeurs plus lentes que la vitesse d'équilibrage de la calcite avec la solution. Ceci suggère que l'étape limitante dans le processus de rééquilibrage des isotopes du carbone est le transport de cet élément dans le cristal après l'échange isotopique à la surface de ce dernier. Les résultats de cette thèse indiquent que la signature isotopique de Mg, Ca et C des carbonates n'est pas invariante à l'échelle des temps géologiques et qu'elle peut être altérée durant l'interaction de ces minéraux avec l'eau. Ainsi, la préservation des signatures isotopiques des carbonates requiert d'une faible perméabilité des roches ou bien quelque mécanisme inhibant les échanges des métaux et du carbone à la surface des cristaux.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Oelkers, Eric H.
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Géosciences Environnement Toulouse (GET), UMR 5563
Mots-clés libres :Dissolution - Précipitation - Isotopes de Mg - Isotopes de Ca - Fractionnement isotopique - Isotopes de C - Magnésite - Dolomite - Calcite
Sujets :Sciences de la terre
Déposé le :29 Jan 2021 09:38