UPThèses

En France, dans les centres de stockage des déchets radioactif, les matériaux cimentaires (les bétons) sont utilisés comme barrière et matrice de confinement retardant la migration des radionucléides ainsi que de matériau structurel. Cependant, le comportement à long terme (durabilité) de ces matériaux dépend des altérations physico-chimiques et mécaniques qu'ils vont subir au cours de leur vie. L'endommagement lié à ces altérations (génération de chemins préférentiels, sous la forme de fractures) peut conduire à des modifications plus ou moins marquées des propriétés de transport (coefficients de diffusion, perméabilité) et de rétention des radionucléides (RN) au sein de ces matériaux et ainsi potentiellement impacter leur transfert à la biosphère. Comprendre les conséquences de cette fracturation sur la migration des radionucléides et sur les propriétés de rétention des matériaux cimentaire est crucial afin de prévoir la migration des éléments radioactifs. Lors de ce travail, des réseaux de fractures ont été générés à l'intérieur d'éprouvettes de mortier, matériau analogue au béton, en utilisant une méthode de fracturation triaxiale. Les propriétés des mortiers sains ou fracturés ainsi que leur structure interne ont été caractérisées en utilisant plusieurs techniques de laboratoire (porosité et perméabilité à l'eau) ainsi que des techniques d'imagerie (microscopie optique ou électronique à balayage, micro-tomographie à rayon X, corrélation volumique numérique ou encore par imprégnation au polyméthacrylate de méthyle dopé au carbone 14). A partir d'échantillons de mortier, deux types d'essais de transports ont été menés : (i) des essais de type « diffusion transverse » (through diffusion), consistant à imposer un gradient de concentration de part et d'autre d'un échantillon de mortier (sain ou fracturé) d'une épaisseur donnée, et de mesurer le flux de solutés (traceurs traversant l'échantillon. A l'issue de ces expériences, des analyses par autoradiographie (post-mortem) ont été réalisées afin d'imager la distribution des répartitions des RN dans l'échantillon. (ii) des essais de transport par advection – dispersion, consistant à transporter des radionucléides à travers un échantillon de mortier fracturé, d'une épaisseur donnée, en instaurant un gradient de pression entre les deux côtés du matériau. La combinaison des résultats des expériences de transport ainsi que les caractérisations des matériaux, sains et fracturés, et les analyses par autoradiographie ont permis de caractériser l'effet de l'ouverture de la fracture sur le transport et la rétention de différents traceurs radioactifs (³H, ³⁶Cl, ⁷⁵Se et ¹³⁷Cs) présentant une interaction plus ou moins forte avec la matrice cimentaire.

L’une des problématiques environnementales majeure et actuelle conduisant à la dégradation des sols et à la perte des terres est l'érosion hydrique. Dans ce contexte, la formation de croûte de battance à la surface du sol jour un rôle clé dans le processus d’érosion hydrique car elle limite l'infiltration de l’eau et favorise le ruissellement en surface. Suite aux événements pluvieux, la formation de croute de battance résulte de la réorganisation en surface des particules du sol, notamment les particules les plus fines comme les minéraux argileux. Les différents stades de formation des croûtes de battance sont généralement observés par l’étude micromorphologique de leur structure interne. Si l’effet des conditions physico-chimiques des sols joue un rôle essentiel sur la structuration des croûtes de battance à travers leur impact sur les minéraux argileux, l’interprétation des mécanismes à l’œuvre reste limitée car l’identification des particules argileuses impliquées restent délicates. L’objectif de cette thèse est ainsi de caractériser la minéralogie et l'organisation des argiles pour améliorer notre compréhension sur les mécanismes de formation des croûtes de battance en fonction des conditions physico-chimiques du sol. Le panel d’échantillons de surface de sol étudié est issu du site expérimental longue durée des 42 parcelles de l’INRAE de Versailles. L’atout majeur de ce site est d’offrir la possibilité de comparer l’effet des conditions physico-chimiques grâce à l’apport de différents traitements chimiques appliqués depuis plus de 90 ans sur le même sol. Dans un premier temps, les échantillons de croûte de battance à structure conservée ont été analysés au microscope électronique à balayage à partir de mosaïque d’images en électrons rétrodiffusés à l’échelle centimétrique afin de proposer une description micromorphologique des différentes structures observées. Sur la base de ces observations, des zones d’intérêt représentatives ayant des surfaces pluri-millimétriques ont été sélectionnées pour être cartographiées en microdiffraction 2D de rayons X (µDRX 2D) au synchrotron SOLEIL sur la ligne CRISTAL. Les données spatialisées (résolution de 75 x 75 µm) de µDRX 2D ont ensuite étaient traitées pour cartographier la distribution spatiale des différents minéraux argileux (chlorite, illite, kaolinite) et leur organisation propre à travers le degré d’orientation préférentielle des particules. L’interprétation des données micromorphologiques et minéralogiques spatialisées a permis de mettre en évidence des différenciations faibles entre les zones d’érosion de départ des particules qui montrent au global des organisations isotropes appauvries en particules argileuses sans différenciation minéralogiques. En comparaison, les zones de dépôt montrent des signatures très contrastées entre les traitements physico-chimiques étudiés. Les anisotropies les plus marquées ont été observées sur des dépôts très fins (épaisseur <150 µm) pour le traitement au sodium (NaNO3) et pour le sol modérément acide sans traitement avec une différenciation minéralogique des argiles probablement liée à une ségrégation en taille des particules lors de leur sédimentation dans une micro-dépression. Les traitements basiques (CaCO3) et très acide ((NH4)2HPO4) présentent des séquences de dépôts quasi-isotropes à faiblement orientées sans variation minéralogiques notables, très probablement en lien avec le transport de micro-agrégats. Au final, les différentes signatures minéralogiques et organisationnelles des minéraux argileux au sein des différentes séquences de dépôt sont discutées afin d’améliorer notre compréhension des mécanismes conduisant à la formation des croutes de battance pour un contexte physico-chimique donné.

Les roches compactées riches en minéraux argileux sont souvent caractérisées par une conductivité hydraulique très faible et la présence de tout petits pores (nanopores). Ces caractéristiques les rendent idéales pour confiner notamment des déchets chimiques et radiologiques. Dans ces contextes de barrières ouvragées, il est important de comprendre/prédire les processus de diffusion dans ces systèmes car il s'agit du principal mécanisme de transport de l'eau/solutés vers les milieux environnants. Dans ces systèmes, les particules d'argile sont les principaux acteurs contrôlant (i) les mécanismes d'adsorption-désorption de l'eau et des ions en raison de leur taille souvent inférieure au micromètre, de leur grande surface spécifique et de leur réactivité élevée pour les processus d'échange d'ions, (ii) l'anisotropie spatiale de la diffusion des solutés dans les milieux poreux en raison de leur morphologie en plaquettes, qui conduit à une orientation préférentielle lorsqu'elles sont compactées et, (iii) la perméabilité de ces formations, en raison de leurs différents types de porosité (interfoliaire vs. interparticulaire) qui peuvent être totalement ou partiellement accessibles ou inaccessibles pour les ions et l'eau. Dans ce contexte, cette thèse étudie l'influence de (i) l'orientation préférentielle des particules d'argile, (ii) la présence de différents types de porosités accessibles à l'eau et aux ions (interfoliaire vs interparticulaire), et (iii) la présence d'une charge structurale négative de certaines particules d'argileuses, sur la diffusion d'eau/solutés dans des milieux argileux poreux compactés. La première partie de ce manuscrit reporte des résultats sur les propriétés minéralogiques et morphologiques d'échantillons d'illite du Puy (IDP) provenant de trois sources différentes. L'IDP est un matériau naturel utilisé après purification et saturation en Na dans plusieurs expériences présentées dans la littérature consacrées à la sorption/diffusion de cations/traceurs d'eau. Cependant, les propriétés de ce matériau (purifié ou non) reportées dans ces études sont assez variables. Pour cette raison, cette partie met en évidence les différences entre les différents matériaux IDP. Elle fournit également des données de référence grâce à des analyses détaillées du matériau; celui-ci étant également utilisé dans le projet EURAD (European Joint Programme on Radioactive Waste Management). La deuxième partie est consacrée aux résultats de la diffusion d’un traceur de l’eau (HDO) et d’ions (Na+ et Cl-) à travers des milieux poreux compactés constitués de particules de vermiculite Na, de Na-IDP et de Na-kaolinite sous différents gradients de salinité en utilisant un setup de through diffusion (TD). Ces minéraux argileux ont été soigneusement choisis pour construire des milieux poreux caractérisés par une simple porosité (i.e., interparticulaire ; IDP, kaolinite) ou une double-porosité (i.e., interfoliaire et interparticulaire ; vermiculite) et dans des conditions de saturation en eau. Un protocole développé dans ce travail nous a permis de fabriquer des milieux poreux caractérisés par des degrés variables d'anisotropie dans l'orientation préférentielle des particules tout en ayant une porosité interparticulaire similaire, et présentant une porosité interfoliaire accessible ou non à l'eau et aux ions. Cette approche a permis d'obtenir des informations quantitatives sur l'influence (i) de l'orientation préférentielle des particules et (ii) de la présence d'une porosité interfoliaire accessible (pour HDO), sur la diffusion de ces traceurs au sein des milieux poreux constitués de ces minéraux. Dans cette partie, toutes les données expérimentales obtenus pour HDO par TD ont été comparées à celles simulées par dynamique brownienne (BD) réalisée avec des milieux poreux virtuels représentatifs des échantillons expérimentaux utilisés afin d'évaluer la capacité de prédiction de cet outil (simulation en BD).

La perspective d'une augmentation de la population mondiale implique que la production alimentaire soit améliorée et mieux répartie dans le monde. Une alternative durable pour atteindre une production alimentaire élevée est une utilisation efficace des surfaces déjà cultivées. Le phosphore (P) est un élément nutritif essentiel à la production végétale dont les réserves naturelles sont menacées d'épuisement dans les prochaines décennies. L'utilisation adéquate de ce nutriment est donc nécessaire pour assurer la durabilité de l'agriculture et de l'environnement. Ainsi, ce travail s'inscrit dans le scénario d'augmentation de l'efficacité des engrais et de la production agricole et de maintien de l'équilibre dynamique des nutriments en visant la durabilité des systèmes agricoles, la sécurité alimentaire et la réduction du changement climatique. Par conséquent, l'objectif principal de ces travaux était d'établir une stratégie plus efficace de fertilisation au P pour augmenter la production de fourrage, le maintien de la communauté végétale et l'utilisation efficace du P. De même, nous avons testé l'effet des systèmes de gestion du sol sur la disponibilité et l'épuisement du P dans le sol et sa stœchiométrie avec le carbone et l'azote. Pour atteindre nos objectifs, nous avons analysé deux expériences de long terme. La première a été établie en 1997 dans une prairie naturelle du biome de la Pampa dans l’état du Rio Grande do Sul au Brésil. Le sol du site expérimental est un sol avec de faibles stocks de P total et disponible. Sur ce site, l’effet de différentes sources de P a été testé sur la production de matière sèche, l'efficacité de l'utilisation du P par les plantes et les changements botaniques. Le second site, établi en 2005, est situé sur le site expérimental de l’ORE ACBB de l’INRAe de Lusignan en France. Le sol du site expérimental présentait des stocks élevés de P total et disponible en raison d'une fertilisation historique avant l'expérience. Aucune fertilisation P n’a été réalisée depuis l’installation du site expérimental. Sur ce site, l'effet à long terme de deux systèmes de gestion (culture permanente et prairie permanente) a été mesuré par l'exportation de P, l'épuisement des stocks totaux de P, C et N du sol, le suivi de la disponibilité du P et les changements dans la stœchiométrie C:N:P du sol. La dynamique du P dans la biomasse microbienne du sol et les modifications du couplage P, C et N dans la taille des agrégats du sol ont également été suivies. Nous avons conclu que l'utilisation de sources de P soluble (comme le superphosphate simple et triple) associée au chaulage est une meilleure stratégie pour améliorer la production de matière sèche et l'efficacité d'utilisation du P dans les prairies de la Pampa. Ces engrais ont entraîné un léger changement dans la richesse des espèces ; cependant, il y a eu un plus grand renouvellement des espèces, principalement dans les groupes de graminées et de plantes fourragères et dans la contribution des légumineuses à la production de fourrage. Pour maintenir le rendement en matière sèche, un apport régulier de phosphore, ne dépassant pas trois ans, est nécessaire. L'utilisation de phosphates naturels (roches phosphatées) n'a pas permis d'améliorer la fertilité et la production de matière sèche de manière satisfaisante en raison de leur non-dissolution à long terme (plus de six ans). D'autre part, les prairies permanentes ont entraîné un plus grand épuisement des stocks totaux et P-labile en comparaison des cultures permanentes. De même, les prairies permanentes ont favorisé une transformation du P inorganique en P organique dans le pool le plus labile, accompagnant l'augmentation des stocks de C et de N dans le sol. La technique RMN 31P a permis d'observer que les prairies permanentes avaient un effet plus significatif sur la réduction de l'α-glycérophosphate et l'augmentation du myo-IHP et de l'adénosine monophosphate que les terres cultivées permanentes.

Cette étude visait à déterminer les caractéristiques d'altération comprenant la genèse et la formation de sols sur les pyroclastes de l'Île de Trindade (IT), Atlantique Sud, Brésil. Les échantillons ont été prélevés au Vulcão do Paredão de l'Holocène (profil P1) et dans la Formation Morro Vermelho du Quaternaire ancien (profils P2, P3 et P4). Les pyroclastes de P1 et P2 sont dépôts de brèches volcaniques, tandis que P3 est un dépôt de lapilli. P4 présente des fragments de roches avec une composition minéralogique différente des autres profils suggérant un autre événement de dépôt de bombes pyroclastiques. Les éruptions associées peuvent être considérées comme stromboliennes. Analyse au microscope optique soutenue par la diffraction des rayons X indiquent un mélange de biotite, de goethite, d'ilménite, d'anatase, de magnétite, d'hématite, de pyroxènes, de zéolites et d'olivine comme minéraux principaux. La microscopie optique montre un sidéromélane qui se transforme en palagonite, indiquant une éruption phréato-magmatique. La microscopie infrarouge dans les zones palagonitisées a identifié l’halloysite, probablement issue de l'altération du sideromélane. Les amygdales et les microfractures sont partiellement ou totalement remplies de zéolites, formées par la percolation de l'eau qui réagit avec la palagonite et la précipitation des éléments chimiques du fluide hydrothermal. Les magnétites-Ti et l’iddingsite sont observées dans les fractures et en bordure des olivines. La progression de l'altération dans le profil du sol, se manifeste par la présence de reliques d'olivine ou sa transformation totale dans les horizons supérieurs, et montre que l'altération est le processus principal de formation des iddingsites. Certaines magnétites-Ti sont zonées avec un enrichissement en Cr au centre, suggérant une origine mantellique. L'augite et le diopside expliquent les teneurs élevées en éléments traces. Les données géochimiques montrent que les pyroclastes sont ultrabasique et föiditique. Les sols de P1 et P2 comportent, respectivement, les horizons A, Bi, C et un A érodé, C, tandis que P3 et P4 sont constitués des horizons A et C. Les sols montrent une matrice argileuse rougeâtre et brunâtre et sont friables avec une consistance plastique. Leurs microstructures sont granulaires, simples microaggrégats de grains et d'intergrains et, les aggrégats sont indifférenciés. Les constituants minéralogiques de la roche sont la biotite, l'hématite, la magnétite, l'ilménite, les pyroxènes, l'olivine, l'halloysite, la goethite, l'anatase et le rutile. La fraction argileuse est marquée par la présence d'halloysite, de ferrihydrite et de petites quantités d'allophane. Tous les sols peuvent être classés comme Andosols non-allophaniques. La prédominance de l'halloysite suggère que l'allophane serait une phase intermédiaire issue de l’altération rapide du sidéromélane favorisée par les conditions climatiques de l’IT. La géochimie totale montre que dans tous les profils Al, Fe et Ti s'accumulent en raison de leur faible mobilité et que Ca, Na, K et Mg sont les plus intensément lixiviés. Les profils des altitudes inférieures présentent des valeurs en K et Mg plus élevées dans l'horizon A en raison de l'influence des projections salines et de dépôt d'éléments chimiques des niveaux supérieurs. Pour P1 et P3, les éléments Ti, Mn, Fe, Co, Cr, Ni, V, Zr, S ont été enrichis dans les sols et leurs concentrations relatives sont liées à perte d'éléments mobiles pendant le processus de formation du sol. Zn et Cu se concentrent sur un horizon A de profils P3 et P4 avec une concentration plus élevée de matière organique et des fragments de pyroclastes inaltérés. Le lixiviation des terres rares de haut vers la pente inférieure a conduit à l'enrichissement de ces éléments, en particulier des terres rares légers, dans un sol à basse altitude. Le profil de haute altitude a montré une anomalie positive en Ce due à une exposition plus longue aux intempéries.

Le Paléoprotérozoïque est une période cruciale de l’histoire de la Terre. Un des évènements importants enregistré à cette époque est celui connu sous le nom de Great Oxidation Event (GOE) de 2,45 à 2,32 Ga. Cet évènement va entrainer des changements globaux à l’échelle de la planète. Il va impacter les conditions physico-chimiques en favorisant une altération oxydante des continents. Cette dernière est à l’origine de l’explosion progressive des cyanobactéries photosynthétiques responsables d’une oxydation importante du milieu. Une vie multicellulaire complexe et organisée s’est développée suite à cet évènement. Le bassin paléoprotérozoïque (2,1 à 2,0 Ga) de Franceville, situé au Sud-est du Gabon montre des dépôts sédimentaires en très bonne état de conservation et constitue une archive exceptionnelle pour retracer les processus de dépôts de cette période. La série sédimentaire francevillienne est composée de quatre formations lithostratigraphiques de FA à FD. Les accumulations de manganèse sont spécifiquement visibles au niveau des zones de plateaux ou les plus importantes réserves sont situées dans les plateaux de Bangombé et d’Okouma. Ce travail accorde une attention particulière à la formation FB et plus particulièrement les sous-unités FB1b et FB1c situées sur le site Okouma où sont retrouvés des dépôts de fer, phosphore et de manganèse. Une étude pluridisciplinaire et multi-échelle s’est portée sur sept sondages d’Okouma, mis à disposition par la compagnie minière Eramet-Comilog. L’étude sédimentologique des différents échantillons a permis de diviser les sondages en trois unités : 1- inférieure constituée de faciès détritiques et notamment les pélites rubanées (FB1b), 2- une unité dite de transition qui marque le passage des formations FB1b à FB1c avec des faciès carbonatés riches en pyrite appelé dans ce travail black shales pyriteux et carbonates ferrifères et 3- une unité supérieure représentée par des blacks shales manganésifères ou s’intercale des grès fins à moyens. Ces faciès témoignent la mise en place d’un environnement marin d’une phase de transgression ayant débuté à la transition FA-FB. Les analyses pétrographiques et minéralogiques ont mis en évidence des minéraux argileux composés d’illite, chlorite et interstratifiés illite/ smectite. La réaction d’illitisation est quasiment achevée (90 % d’illite) comme en témoigne les interstratifiés ordonnés (R3). Les analyses géochimiques montrent que la formation FB1b est dominée par des matériaux détritiques tandis que ceux de la formation au-dessus FB1c par des processus chimiques. De même la plupart des éléments sensibles au redox (Mn, Zn, Ni, Co, Mo, Cd et Cu) montrent un changement redox passant d’un environnement oxique (FB1b) à anoxique (FB1c).

Les minéraux argileux sont omniprésents à la surface de la Terre. Leur forme plaquettaire et leur taille le plus souvent (sub)micrométrique en font des composants influençant, entre autres, la perméabilité et la capacité d’échange ionique des sols et des roches. L’étude des milieux poreux argileux est ainsi d’importance notamment pour l’exploitation et la préservation de ressources naturelles, le suivi de polluants ou encore le stockage de CO2. Si les propriétés physico-chimiques des surfaces argileuses contrôlent les processus d’adsorption-désorption de l’eau et des ions, la porosité et l’anisotropie du réseau poral gouvernent les processus de diffusion au sein des milieux poreux argileux. Dans ce contexte, le travail présenté dans ce mémoire de thèse se focalise sur la caractérisation de l’orientation des particules argileuses, et son influence sur l’anisotropie des propriétés de diffusion de l’eau dans le réseau poral. Une première partie de ce manuscrit regroupe des analyses systématiques de l’organisation des particules argileuses dans des milieux poreux modèles et naturels variés. Tout d’abord, une étude de milieux poreux modèles simulés et expérimentaux composés de disques sédimentés, monodisperses en taille, a mis en évidence une relation simple entre l’anisotropie d’orientation des particules et l’anisotropie de la phase porale. Puis, une étude de l’orientation préférentielle des particules argileuses dans des milieux poreux expérimentaux composés de minéraux argileux purs a été réalisée pour des compositions minéralogiques et des modes de dépôt variés. Une généralisation de la description des fonctions de distribution d’orientation des particules argileuses a été proposée et appliquée avec succès à trois milieux poreux naturels. Ces résultats visent ainsi à faciliter la prise en compte de l’orientation préférentielle des particules argileuses dans la description géométrique des milieux poreux argileux. La seconde partie de ce mémoire de thèse tente de faire le lien entre l’anisotropie de la phase solide, telle que décrite précédemment par l’orientation préférentielle des particules, et les prédictions de diffusion de l’eau dans ces milieux poreux argileux. Une première étude couplant des simulations numériques et des mesures expérimentales a été réalisée pour des milieux de kaolinite ayant des anisotropies contrastées, tout autre paramètre égal par ailleurs (porosité du milieu, taille et forme des particules). Les résultats montrent une évolution d’un facteur 2 du coefficient de diffusion de l’eau dans la direction longitudinale par rapport à l’axe de compaction et une évolution de l’anisotropie de diffusion d’une valeur de 1 (isotrope) à environ 5 (le plus anisotrope mesuré). Des mesures complémentaires ont ensuite permis d’établir une loi d’Archie modifiée prédisant le coefficient de diffusion de l’eau à partir du couple porosité/orientation des particules pour une gamme de porosité de 30 à 60%. Ces résultats visent à faciliter la prise en compte de l’orientation des particules argileuses dans les modèles de diffusion macroscopique de l’eau. En parallèle, l’influence d’un gradient de salinité et les rôles des porosités interfoliaire et interparticulaire sur la dynamique de l’eau et des ions Na+ et Cl- au sein de milieux de vermiculites (milieu chargé à double porosité) ont été analysés pour des organisations de particules connues.

Les réservoirs pétroliers argileux sont caractérisés par des systèmes de pores associés à une distribution spatiale hétérogène à plusieurs échelles des phases minérales et organiques. Cette hétérogénéité nécessite une approche multi-échelle et multi-outils pour caractériser le réseau de pores. Une telle approche a été développée grâce à la sélection rigoureuse de 7 carottes issues de la formation de Vaca Muerta (Argentine), avec différentes maturations d'hydrocarbures mais des compositions minérales comparables. La tomographie RX 3D et la cartographie de la porosité par autoradiographie ont révélé les hétérogénéités à l'échelle des carottes, et permis d'identifier des zones homogènes pour le prélèvement de sous-échantillons comparables et représentatifs. Le couplage corrélatif de différentes techniques a permis d'atteindre un bilan quantitatif de la porosité / tailles de pores et pour la première fois, sur des blocs non broyées, notamment pour les expériences d'adsorption d'azote. Les résultats d’autoradiographie sont en accord avec les autres méthodes, indiquant que tous les pores sont connectés et accessibles par la résine d’imprégnation. Une diminution de la porosité totale ainsi que des tailles de pores a également été observée avec la maturation de la matière organique. Une approche innovante pour l'acquisition et le traitement de mosaïques d’images MEB a fourni des cartographies de la distribution des phases minérales et organiques à l'échelle du cm. Le couplage corrélatif avec la carte de porosité par autoradiographie des mêmes zones, a révélé les corrélations spatiales entre variations minéralogiques et de porosité.

Les gisements de type roll-front du Kazakhstan représentent près de 13% des réserves mondiales en uranium en 2015. Les minéraux argileux, présents à chaque étape du cycle minier, ont récemment suscité l’intérêt des exploitants. L’étude de la distribution et des proportions de ces minéraux dans les sédiments à l’échelle d’un gisement permettraient d’améliorer à la fois l’exploration, l’exploitation et la réhabilitation de ce type de gisement. Différentes méthodes ont été développées pour identifier et quantifier les minéraux d’intérêt à partir de la spectrométrie infrarouge (IR), une technique instrumentale rapide, adaptée à une utilisation sur le terrain. Ces méthodes ont été calibrées à l’aide d’une large base de données de spectres IR et la préparation de sables artificiels. Il est possible d’obtenir, à partir d’une seule mesure spectrale, la teneur en argiles des sables et particulièrement celle en smectite afin d’identifier les zones les plus riches et adapter l’extraction de l’uranium. L’ensemble de ces méthodes permettent de réaliser des cartographies de la répartition des minéraux argileux à l’échelle du gisement pour comprendre sa géométrie et sa mise en place. La migration des corps minéralisés à l’échelle régionale a été mise en évidence par spectrométrie de résonance paramagnétique, avec l’étude des défauts structuraux engendrés par la proximité des minéraux argileux avec les minéraux uranifères.

L'exploitation des géodes d'améthyste dans la région d'Ametista do Sul, État du Rio Grande do Sul, dans le sud du Brésil, génère une grande quantité de déchets de basalte hydrotermalisé qui s'accumulent à côté des mines. Ce matériau contient une quantité considérable de minéraux argileux comme la smectite et la céladonite, ce qui le rend prometteur pour l'utilisation comme reminéralisant des sols agricoles. Afin de prospecter l'utilisation de ce matériel dans l'agriculture, les objectifs suivants ont été établis: i) évaluer la variabilité minéralogique et géochimique du basalte hydrothermalisé le long du profil horizontal du principale coulée d'exploitation des géodes dans la région d'Ametista do Sul; ii) déterminer la solubilité des éléments chimiques d'intérêt agricole à partir de la poudre de basalte hydrothermalisé, en utilisant différentes méthodes d'extraction; iii) évaluer les caractéristiques chimiques et minéralogiques d'un Argisol sous pâturages naturels après l'application de poudre de basalte hydrothermalisée, ainsi que la production de pâturage et l’exportation de nutriments par les plantes. Le basalte hydrothermalisé se compose de plagioclase, de pyroxènes, de minéraux opaques et d'apatite en tant que minéral accessoire, et il est fortement altéré et comporte des minéraux argileux dans la matrice ou en remplissage des vésicules. Le matériel recueilli dans les différentes mines a un assemblage minéralogique et une composition géochimique similaires. Cependant, le basalte situé près des géodes est légèrement plus altéré que le basalte qui compose le reste de la coulée. Les minéraux argileux identifiés sont principalement de type saponite, interstratifiés chlorite/saponite et céladonite. Parmi les différents réactifs employés pour estimer la solubilité des éléments contenus dans les minéraux de la poudre de basalte (fraction < 0,3 mm), l'acide citrique à 2% est le plus efficace pour le calcium, le magnésium et le phosphore. Pour ces éléments, avec des teneurs moyennes dans la poudre de basalte de 58, 33 et 3,8 g kg-1, respectivement 23, 47 et 56% de la teneur totale ont été solubilisés. Le potassium et le sodium, avec des teneurs moyennes de 14 et 26 g kg-1, ont été solubilisés à des taux inférieurs à 3%, même dans des conditions d'acidification du milieu. Pour les essais de fertilisation sur le terrain des doses correspondant à 0, 1 000, 2 000, 4 000 et 8 000 kg ha-1 de basalte hydrothermalisé ont été appliquées sur un Argisol cultivé avec des pâturages naturels. Les caractéristiques chimiques du sol semblent avoir été peu influencées par les apports de poudre de basalte. Cependant, l’exportation de nutriments par les pâturages naturels était plus élevée que les quantités potentiellement solubilisables estimées avec l'acide citrique à 2%. En conclusion, le basalte hydrothermalisé présente un potentiel de reminéralisation des sols, et son importance repose sur des caractéristiques minéralogiques, principalement en raison de la présence de minéraux solubilisables dans les sols et de minéraux argileux 2:1 qui peuvent retenir les nutriments, importants pour la fertilité des sols agricoles.