Les cinétiques de dissolution et précipitation de la magnésite aux conditions hydrothermales

par Giuseppe Saldi

Thèse de doctorat en Géochimie expérimentale

Sous la direction de Eric H. Oelkers.

Soutenue en 2009

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La magnésite (MgCO3) est la forme anhydre la plus stable d'une série de carbonates de magnésium qui présentent différents degrés d'hydratation. Malgré sa rareté dans les environnements naturels, elle constitue une phase minérale fondamentale pour le piégeage minéral permanent du CO2. La détermination expérimentale des vitesses de précipitation et de dissolution de la magnésite dans des conditions représentatives de la séquestration géologique est donc fondamentale pour l'estimation du potentiel de séquestration de CO2 par cette phase dans les basaltes et dans les roches ultrabasiques et pour l'optimisation des procéde��s de stockage du CO2. Nous avons mesuré les vitesses de précipitation de la magnésite en utilisant des réacteurs à circulation et des réacteurs fermés, en fonction de la température (100 = T = 200 °C), de la composition de la solution aqueuse et de la pression partielle de CO2 (de 0 à 30 bar). Les vitesses mésurées sont indépendantes de la force ionique de la solution pour 0. 1 M < I < 1. 1 M, mais elles diminuent significativement avec l'augmentation de l'activité des ions CO32- pour des pH supérieures à 8. Les vitesses mesurées dans les réacteurs à circulation sont cohérentes avec le modèle de coordination chimique surfacique de Pokrovsky et al. (1999) selon lequel les vitesses de précipitation de la magnésite sont proportionnelles à la concentration des sites surfaciques >MgOH2+. L'étude des vitesses de cristallisation conduite par microscopie à force atomique hydrothermale (HAFM) a montré un bon accord entre les vitesses déduites de mesures microscopiques et les vitesses macroscopiques et a aussi démontré que la précipitation de la magnésite s'effectue selon un mécanisme de croissance spirale. Suivant les observations effectuées par AFM, ce mécanisme contrôle la vitesse de croissance de la magnésite dans un grand intervalle de température et d'indice de saturation (15= O = 200 pour 80 = T < 120 °C). . . .

  • Titre traduit

    Magnesite dissolution and precipitation rates at hydrothermal conditions


  • Résumé

    Magnesite (MgCO3) is the stable anhydrous member of a series of Mg-carbonates with different degrees of hydration. Despite its relative scarcity in the natural environments, it constitutes an important mineral phase for the permanent sequestration of CO2 as carbonate minerals. Experimental determination of magnesite precipitation and dissolution rates at conditions representative of the storage sites is therefore fundamental for the assessment of magnesite sequestration potential in basaltic and ultramafic rocks and the optimization of the techniques of CO2 storage. Magnesite precipitation rates have been measured using mixed-flow and batch reactors as a function of temperature (100 = T = 200 °C), solution composition and CO2 partial pressure (up to 30 bar). Rates were found to be independent of aqueous solution ionic strength at 0. 1 M < I < 1. 1 M but decrease significantly with increasing aqueous CO32- activity at pH > 8. All rates obtained from mixed flow reactor experiments were found to be consistent with the model of Pokrovsky et al. (1999) where magnesite precipitation rates are proportional to the concentration of the >MgOH2+ surface species. The study of magnesite crystallization using hydrothermal atomic force microscopy (HAFM) demonstrated the consistency of the rates derived from microscopic measurements with those obtained from bulk experiments and showed that these rates are also consistent with a spiral growth mechanism. According to AFM observations this mechanism controls magnesite growth over a wide range of temperatures and saturation states (15= O = 200 for 80 = T < 120 °C). . . .

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  • Détails : 1 vol. (225 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 193-212

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  • Cote : 2009TOU30088
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