Propriétés thermochimiques et relations de phase des minéraux de terres rares : stabilité dans le milieu naturel et application au stockage des actinides en contexte géologique

par Emilie Janots

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace. Sciences de la terre

Sous la direction de Bruno Goffé.


  • Résumé

    La comprehension de la stabilite et des relations de phases des mineraux de terres rares est devenue indispensable dans des domaines comme le stockage des dechets nucleaires ou la datation du metamorphisme. Pour evaluer de la stabilite de ces mineraux a des temperatures inferieures a 500 °c, nous avons combine des etudes analogiques et experimentales, et l'acquisition de proprietes calorimetriques. Les occurrences naturelles ont ete etudiees dans des roches metamorphiques. Les mineraux, ont ete identifies a l’echelle micrometrique par une petrologie fine combinant microscopie a balayage, microsonde electronique et datation u-th-pb. Les proprietes thermodynamiques ont ete acquises pour les mineraux lanthanes suivants : les poles fuores et hydroxyles de la britholite, la monazite et la dissakisite. Les enthalpies de formation ont ete obtenues par calorimetrie de dissolution a 973 k. La chaleur specifique (cp) a basses temperatures a ete mesuree par calorimetrie adiabatique tandis que les cp entre 143 et 723 k ont ete determinees par dsc. Les resultats calorimetriques ont permis d'etudier la solubilite des mineraux proposes comme matrice de confinement des actinides : la britholite et la monazite. Pour valider ces resultats, la resistance de ces mineraux a ete evaluee dans un dispositif experimental en presence de reactifs simulant le champ proche du concept de stockage. Cette these montre que la monazite peut cristalliser a des temperatures inferieures a 350 °c et presente d’excellentes qualites de matrice en terme de durabilite chimique. La florencite apparait comme un bon candidat d’alteration des mineraux de terres rares en conditions supergenes.

  • Titre traduit

    Thermochemical properties and phases relations of rare earth-bearing minerals : stability in nature and application to the actinide storage in geological formations


  • Résumé

    The understanding of the stability and phase relations of the main rare earth minerals (ree) is required in nuclear waste storage or datation of metamorphic events. We propose here to address the stability of these minerals at temperatures below 500 °c. Ree paragenesis have been identified in metamorphic samples. Minerals were characterised at the micrometer scale with the scanning electron microscope and microprobe analyses. Thermochemical properties have been determined on phases of the la2o3-cao-mgo-al2o3-sio2-p2o5-h2o system : monazite, britholite and dissakisite. Formation enthalpies were derived from high-temperature drop-solution calorimetry using lead borate at 975 k as solvent. Third-law entropy value was retrieved from low-temperature heat capacities measured on monazite with an adiabatic calorimeter. Heat capacities (cp) in the 143 - 723 k ranges were determined from dsc. Calorimetric results were combined to thermochemical data of ree aqueous species and minerals to study the solubility of monazite and silicate apatite. To complete these results, resistance to alteration tests were undertaken by hydrothermal experiments in presence of clays and concrete simulating the near field. This study shows that monazite could crystallise for temperature as low as 350 °c and appears as an excellent ceramic for actinides in term of chemical durability. Florencite is a good candidate as host for ree in aluminous rocks in supergene conditions.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (264 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 213-225

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  • Cote : 0g ORSAY(2004)333

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  • Cote : 04 PA11 2333
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