Il s'agit de : 1- La séparation et la transmutation des radionucléides à vie longue dans les déchets (CEA). Déterminer l’origine de cette transition est également susceptible de limiter le potentiel évolutif de la séquence en question.
CONTEXTE GEOLOGIQUE
DESCRIPTION DU SITE DE L'EST 1. Situation géographique et géologique
- Données existantes
- Minéralogie
- Apport de la sédimentologie
- Matière organique
La minéralogie de la roche entière pour le forage EST 104 a été étudiée en détail par Bouchet et al. Les changements possibles dans la composition de la matière organique peuvent refléter une variation de l'apport de sédiments ou un changement dans l'environnement de dépôt.
L'ENRICHISSEMENT EN ILLITE DANS LES INTERSTRATIFIES
Des études ont montré que la matière organique est constituée d'apports continentaux et marins. Il existe cependant une ambiguïté entre les données de la sédimentologie et celles de la matière organique.
PHYLLOSILICATES MINERALOGIE ET STRUCTURE
LES PHYLLOSILICATES 2:1 DIOCTAEDRIQUES
- Proposition pour une classification pratique
Il s'agit de la pyrophyllite, dont la formule développée est la suivante : Si4Al2O10(OH)2. Le test de Greene Kelly permet classiquement de déterminer la localisation du déficit de charge (Greene-Kelly, 1953).
CARACTERISATION STRUCTURALE DES PHYLLOSILICATES
- Intensité diffractée par une espèce pure
- L'interstratification
- L'approche probabiliste
- Diffractogrammes calculés caractéristiques
- Homogénéité du cristal
- n composants
- Intérêt de la simulation
- Le modèle structural
Le domaine de ségrégation se situe entre l'empilement aléatoire (R = 0 ou PSS = WS) et le mélange physique (PSS = 1). Dans le cas du mélange physique, les pics d'illite et de smectite sont différenciés sur le diffractogramme (voir Figure 2.12).
CE QU'IL FAUT RETENIR
Dans notre cas, les modèles structurels sont validés en comparant les diffractogrammes calculés sur la base de ces modèles avec les profils expérimentaux. De manière générale, les traitements Ca-AD, Ca-EG et Na-AD ont été utilisés car ils permettent d'obtenir des diffractogrammes expérimentaux radicalement différents en termes de profils et de positions des raies pour un même échantillon et permettent par conséquent de distinguer efficacement les modèles structurels considérés.
PREPARATION DES
ECHANTILLONS ET METHODES D'INVESTIGATION
PREPARATION DES ECHANTILLONS POUR LA DRX
- Traitements préliminaires
- Fractionnement granulométrique
- Echange cationique
- Préparation des lames orientées
- Méthode pipette
- Méthode millipore
- Méthode employée
- Enregistrement des diffractogrammes de rayons X
- Alignement
- Contrôle de l'humidité lors de l'enregistrement
Dans le cadre de notre étude, nous nous sommes attachés à caractériser la minéralogie de la fraction argileuse. Pour favoriser un écoulement rapide de la suspension à travers le filtre et donc minimiser la ségrégation, la suspension est diluée.
METHODES EMPLOYEES LORS DE L'ETUDE EXPERIMENTALE
- Protocole de lavage
- Mesure du pH
- Mesure des différentes concentrations dans les fluides
- Mesure de la taille des colloïdes
- STXM
Grâce à un détecteur optique à résolution spatiale, le diamètre moyen des colloïdes peut être mesuré indépendamment de leur concentration (Bundschuh et al., 1999). Ces expériences ont été réalisées au National Synchrotron Light Source (NSLS - Brookhaven National Laboratory -BNL), sur la ligne de lumière X1-A coordonnée par l'Université de New York à Stony Brook (Jacobsen et al., 1991). Il est également possible d'extraire des spectres XANES (X-ray Absorption Structure Near Edge) à partir d'images basse résolution enregistrées en fonction de l'énergie après alignement précis de cette dernière (Jacobsen et al., 2000).
Ces valeurs sont décalées de 3 eV par rapport à celles rapportées par Henke et al. 1993) pour le potassium, car ce dernier se présente sous la forme K+.
ETUDE MINERALOGIQUE DE LA FRACTION ARGILEUSE FORAGE
EST 104
POSITION DU PROBLEME
- Choix des échantillons représentatifs
- Description minéralogique classique
La méthode de caractérisation structurale décrite au chapitre 2 et appliquée aux échantillons du forage EST 104 est très efficace, mais ne peut être appliquée qu'à un nombre limité d'échantillons en raison du temps nécessaire à son application. La kaolinite apparaît à une profondeur de 490 m, la chlorite, l'illite et le quartz sont présents dans tous les échantillons. Les échantillons les moins smectiques n'ont qu'un épaulement à 17 Å (échantillons 492). 3) lorsque le pourcentage d'illite est suffisant (> 50-60%), le stratification devient ordonnée (Bethke et Altaner, 1986), ceci s'applique aux échantillons les plus profonds.
Un renflement important et faible est alors observé pour les échantillons les plus illégaux.
MODELES ENVISAGES POUR LA SERIE
- Ségrégation
- Modèle polyphasique
- Description
- Evolution avec la profondeur
- Choix du modèle
- Pertinence du modèle
- Sensibilité des paramètres
- Difficulté d'obtenir des résultats quantitatifs
Le calcul de la phase Rand a été réalisé dans le domaine de la ségrégation (A) ou en introduisant de l'ordre dans la structure (B). Dans la figure 4.22, une comparaison de deux calculs pour la phase Rand (EG) est proposée. Le calcul de la phase Rand a été réalisé en introduisant Fe dans tous les feuillets.
La figure 4.29 propose une comparaison de deux calculs pour la phase III (EG).
CE QU'IL FAUT RETENIR
Cette condition est donc difficile à comprendre, et il apparaît à l’heure actuelle que notre perception de la réalité n’est pas totalement représentative de celle de l’échantillon. Il est donc probable que l’introduction de deux états d’hydratation (1 ou 2 couches d’eau) ne soit pas suffisante pour décrire cette hétérogénéité de comportement. L'introduction de feuilles contenant 0 ou 3 couches d'eau dans l'intercalaire et/ou une couche d'eau non entière doit absolument être envisagée.
ETUDE MINERALOGIQUE DE LA FRACTION ARGILEUSE D'UNE
SERIE DIAGENETIQUE
CHOIX ET LOCALISATION DE LA SERIE
Cependant, la description proposée pour le Bassin parisien (chapitre 4) ne rentre pas dans le cadre classiquement envisagé lors de la diagenèse, c'est-à-dire enrichissement de l'interstratifié en feuillets illitiques avec profondeur et changement du paramètre d'ordre R du bâtiment interstratifié. Ainsi, peu d'études avec une caractérisation structurale précise comme proposée dans la thèse sur certains échantillons du forage EST 104 ont été entreprises sur ces diffractogrammes. Velde et Vasseur (1992) ont déterminé le pourcentage de smectite présente dans les couches interstratifiées en fonction de la profondeur.
Leurs données, présentées sur la figure 5.2, montrent une très forte illitisation des séries avec la profondeur.
MODELES PROPOSES
- Modèle ségrégé
- Echantillon A
- Echantillons B
- Echantillon C
- Modèle polyphasique
- Echantillon A
- Echantillons B et C
- Différence entre A et B
- Différence entre les deux modèles
- Echantillons plus profonds
- Echantillon D
- Echantillon E
- Un ou deux interstratifiés?
En effet, une comparaison graphique entre la phase Rgulf calculée avec les paramètres déterminés pour les échantillons A et B est donnée sur la Figure 5.15. Cependant, cette petite augmentation du % d'illite est suffisante pour décaler le pic du diffractogramme calculé (pic à 10 Å) par rapport au pic expérimental (voir Figure 5.15). Pour le prouver, les montants des différentes paires de feuilles (II IS IV SI SS….) ont été comparés pour les deux hypothèses retenues (voir Figure 5.16).
Les contributions de ces deux matériaux interstratifiés à l'intensité de diffraction sont présentées sur la figure 5.17 pour l'état Ca + EG.
CE QU'IL FAUT RETENIR
DISCUSSION
- RAPPEL
- SERIE DU FORAGE EST 104
- Etat des lieux sur l'origine de la transition
- Apport de la minéralogie
- GULF COAST
- Description classique et mécanismes envisagés
- Implications d'une description minéralogique détaillée
- Confrontation de notre approche
- PROBLEMES NON RESOLUS
Enfin, une source « constante » serait nécessaire pour l’approvisionnement en minéraux interstratifiés R0, illite et chlorite. Si le modèle ségrégué est retenu, cela pose le problème de la transformation post-dépôt de ces minéraux, car ce modèle implique une illitisation des interstratifiés ségrégués. Dans le cas du modèle discret, la continuité de la réaction apparaît car il est impossible de décrire la série entière avec ce modèle.
Cette super-réflexion existe pour R1-MPDO interstratifié (Int1), mais les contributions des autres phases ont tendance à la masquer lors de la sommation (voir Fig. 6.5).
MODIFICATIONS STRUCTURALES DES MINERAUX ARGILEUX EN
MILIEU ALCALIN
CONTEXTE
La France, dans le cadre de la loi du 31 décembre 1991, mène des recherches sur la formation du Callovo-Oxfordien riche en minéraux argileux. Le premier laboratoire souterrain dans de telles formations sera bientôt opérationnel, permettant d'étudier les propriétés de confinement de la roche encaissante. Des expériences récentes réalisées sur des smectites montrent la transformation rapide de la montmorillonite en beidellite (Rassineux et al., 2001).
Selon toutes ces études, les minéraux argileux du Callovo-Oxfordien devraient probablement réagir au contact de ces solutions à pH élevé et riches en alcalis, même si la minéralogie de la formation offre un bon pouvoir tampon, grâce aux silicates comme le quartz, qui représentent environ 20 % en poids de minéraux présents.
EXPERIMENTATION
Les minéraux argileux tels que ceux rencontrés sur le site EST (smectite, illite et interstratifié I/S) peuvent réagir au contact de solutions à pH élevé et riches en alcalis. Des études réalisées sur des analogues naturels comme le site de Maqarin en Jordanie montrent une zone d'altération limitée à quelques mm le long des fractures. L'objectif de cette thèse est d'évaluer les modifications minéralogiques de l'argile pouvant survenir au contact d'une solution alcaline.
De la kaolinite et de la chlorite sont également présentes, ainsi qu'une quantité relativement importante de quartz microcristallin pour l'échantillon 447.
RESULTATS EXPERIMENTAUX
- Evolution du pH
- Evolution des diverses concentrations
- Evolution DOC et Sulphate
- Evolution Si, Al
- Evolution K, Na, Ca
- Diffraction des rayons X
- Echantillon 447
- Echantillon 490
- Echantillon 494
- Echantillon 516
- STXM
L'évolution de cette distribution de taille est la même pour les quatre échantillons, et la taille moyenne de la matière organique diminue avec le temps de réaction, quel que soit le rapport L/S (voir Figure 7.3). Les analyses spectroscopiques réalisées sur la suspension d'argile avant réaction ont révélé la coexistence systématique du potassium et du carbone (voir Figure 7.15). La comparaison entre les images de ratio montrant les distributions K (voir Figure 7.16_c) fournit des informations qualitatives sur l'abondance relative de ces deux éléments, les zones plus claires indiquant une forte concentration de ces deux éléments.
Certains remarqueront que pour cet échantillon (cf. Figure 7.16_e), le contraste de l'image ratio enregistrée pour le potassium est moins prononcé que celui obtenu pour l'échantillon avant réaction (cf.
DISCUSSION
- Evolution minéralogique
- Evolution de la chimie de la solution
- Influence de la matière organique
La matière organique semble être plus réactive que les minéraux argileux, comme en témoigne une augmentation de la concentration de COD au fil du temps. De plus, cette réactivité de la matière organique en milieu alcalin est largement utilisée expérimentalement pour éliminer la matière organique présente dans un échantillon d'argile (Moore et Reynolds, 1989). Du fait de la désorption préférentielle des matières organiques des surfaces basales, une partie importante de la surface des particules d'argile est accessible à la solution alcaline après plusieurs mois.
En effet, ces auteurs ont clairement montré que la présence en solution d'acide humique du sol (50 mg/l) inhibe la dissolution de la kaolinite.
CE QU'IL FAUT RETENIR
CONCLUSION
- Minéralogie du forage EST 104
- MINERALOGIE DU GULF COAST
- COMPARAISON DES MODELES
- IMPLICATION SUR LES PROCESSUS D'ILLITISATION
- REACTIVITE DES MINERAUX ARGILEUX DU FORAGE EST 104 EN MILIEU ALCALIN
- PERSPECTIVES
L'impossibilité de décrire l'ensemble de la série avec ce modèle, alors que le modèle utilisant le mélange d'une smectite et d'un R = 0 interstratifié le permet. Dans le cas de la série Gulf Coast, aucun élément ne permet de départager les deux modèles pour le moment. Dans le cas de la première hypothèse, notre description permet d'affiner le modèle à deux sources proposé par (Pellenard, 1998).
L'importance de la matière organique sur la faible réactivité des minéraux argileux a été démontrée à pH élevé.
BIBLIOGRAPHIE
34;The hydrothermal alteration of sodium and potassium smectite to mixed clays." Clays and Clay Minerals. 34;Diagenesis of Clay Minerals from Lower Cretaceous Shales of Northeastern British Columbia." Clay and clay minerals. 34; Practical Technique for Estimating Smectite Layer Percentage in Randomly Interstratified Illite/Smectite Minerals.” Clay and Clay Minerals.
34; Lorentz Polarization Factor and Preferred Orientation in Oriented Clay Aggregates.” Clay and Clay Minerals.
