Processus de carbonatation de basaltes et de roches ultrabasiques en conditions de subsurface

Carbonation processes of basalts and ultrabasic rocks at subsurface conditions

• Auteur / Autrice : Damien Daval
• Direction : Bruno Goffé, Isabelle Martinez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicates

Captage et stockage géologique du dioxyde de carbone

Roches -- Déformation

Interaction eau-roche

Résumé

Le piégeage minéral du CO₂ par carbonatation est un procédé potentiellement pérenne dont les cinétiques et mécanismes réactionnels sont peu connus. Ce travail a eu pour but d'identifier les principaux facteurs affectant les vitesses d'altération et de carbonatation de silicates modelés de roches (ultra)basiques. L'influence des phases secondaires sur la cinétique d'altération des silicates a été étudiée. Si la formation d'une couche épaisse et poreuse de silice amorphe en surface de wollastonite ne constitue pas un obstacle à sa dissolution, l'altération de forstérite est en revanche inhibée par une couche de silice passivante. La réaction continue alors par diffusion a l'état solide, un processus 100000 fois plus lent que celui de dissolution. Un autre paramètre contrôlant la vitesse d'altération des silicates (r) est l'écart à l'équilibre (∆G) auquel elle se déroule. Nous avons montré que la loi liant r a ∆G implémentée dans les codes géochimiques surestime la vitesse de dissolution du diopside d'un ordre de grandeur sur une vaste gamme de ∆G. Cet écart est à l'origine d'une erreur substantielle du taux de carbonatation de diopside modélisé, que nous avons calculée et corrigée. Un 3eme facteur affectant la cinétique d'altération des minéraux provient du CO₂ lui-même : son effet (distinct du PH) sur la dissolution de lizardite est intrinsèquement accélérateur, surement en raison de la complexation en surface de ligands HCO₃. Enfin, les interactions eau- CO₂-silicates ferreux peuvent conduire à la réduction du CO₂, un flux entrant en compétition avec celui de carbonatation. L'acquisition préliminaire de données originales de dissolution de fayalite aidera à traiter cet aspect

Mineral trapping of CO₂ by carbonation is possibly a way to store CO₂ permanently. However, little is known aboutthe reaction kinetics and mechanisms of this process. Our work aimed at identifying the main parameters/dontrolling the weathering and carbonation rates of model silicates of (ultra)basic rocks. The influence of secondary phases on silicate weathering rates received detailed attention. Whereas the formation of thick and mesoporous coatings of amorphous silica onto the surface of wollastonite weakly affects wollastonite dissolution, forsterite dissolution is inhibited by a passivating silica layer. In this latter case, the reaction continues through solid-state diffusion, a process which is ~ 5 orders of magnitude slower than an interfacial dissolution mechanism. Another parameter which controls the weathering rate of silicates (r) is the distance from equilibrium (∆G) at which it takes place. We showed that the law implemented into geochemical codes and which links r to ∆G overestimates diopside dissolution rate by one order of magnitude on a wide range of δgr. This difference is responsible for a substantial error on the modeling of carbonation rate of diopside, which we calculated and corrected. A third factor which affects the weathering rate of minerals is due to the CO₂ itself: its effect (apart from that of ph) intrinsically promûtes lizardite dissolution kinetics, presumably because of the formation of surface complexes involving hco3'' species. Finally, CO₂-H₂O-Fe-silicates interactions can lead to the reduction of CO₂, a flux which could compete with that of carbonation. Preliminary experiments of fayalite dissolution will help to resolve this question