Migration rapide de microfluides riches en CO2 dans des matrices de calcite
Publié par Adrien le 08/11/2018 à 08:00
Source: CNRS-INSU
Une équipe internationale impliquant des chercheurs français de l'Institut des sciences de la terre de Paris (ISTeP, Sorbonne Université/CNRS) et du Laboratoire Géosciences environnement de Toulouse (GET/OMP, Université Toulouse III/CNRS/IRD/CNAP/CNES), explique un mécanisme fondamental de transformation des calcites et le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de...) rapide de nano-fluides dans ces minéraux.


Représentation schématique, hors l'échelle, de la section d'un cristal de calcite obtenue par sur position d'une image par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des...) à force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) atomique (AFM) (avec résolution nanométrique des verticales) sur une image obtenue par microscopie optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) naturelle ayant une résolution de quelques fractions de millimètres.

On observe la formation des monticules (M) à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et...) du cristal (image obtenue par AFM) qui ont été générés suite à la très faible pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) exercée par la point (Graphie) de l'AFM. Ce stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme...) d'une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie...) de balayage de 9 Hz ne produit pas de déformation visible à la surface du cristal mais il produit la remontée d'inclusions fluides de taille nanométrique à la surface du cristal (représenté sur le côté inférieur de l'image par des inclusions fluides micrométriques).

Les travaux des chercheurs partent du fait que la calcite, minéral fondamental pour la compréhension de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...), piège d'importantes quantités de fluides, souvent contenant du CO2 supercritique. Ces fluides piégés peuvent influencer les propriétés mécaniques des cristaux hôtes ainsi que les réactions de transformation dans les processus géologiques et environnementaux.

Cette recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) a été menée dans le cadre de la faisabilité de la séquestration géologique du CO2. Cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) consiste à introduire du CO2 dans des réservoirs fluides du sous-sol pour former une nouvelle matrice solide stable, le carbonate de calcium (CaCO3 ; calcite), après réaction avec les minéraux de la roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de minéraux,...). La calcite, comme beaucoup d'autre minéraux, peut piéger des microscopiques quantités de fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu...) dans son intérieur en formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et...) des inclusions fluides.

L'étude publiée dans Scientific Reports montre que, lorsque des inclusions fluides de taille nanométrique sont enfouies non loin de la surface du cristal, une faible contrainte mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un...), inférieurs au module de rigidité des minéraux, suffit pour créer des nano-fractures et générer l'expulsion des fluides. Ces sont des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) réalisées à l'aide d'un Microscope à Force Atomique (Le microscope à force atomique (ou AFM pour atomic force microscope) est un dérivé du microscope à effet tunnel (ou Scanning Tunneling Microscope, STM), qui peut servir à visualiser la topologie de la surface...) (AFM) qui ont permis d'observer la formation de monticules de taille nanométrique sur des terrasses de cristaux plats en quelques minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute...) seulement. Ces monticules correspondent à la précipitation (En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des gouttelettes d'eau qui, ayant été soumis à des processus de condensation et...) de solutés lors de la décompression du fluide suite à son arrivé à la surface. Les auteurs ont estimé que la vitesse (On distingue :) de déplacement de ces nano-fluides est de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle prédite par les modèles classiques de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire...) dans les cristaux.

Ces observations de nano-fluidique - la discipline qui observe l'effet des nano-domaines de fluides sur le comportement de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et possède...) - mettent en évidence un mécanisme fondamental des transformations de la calcite dans les processus géologiques. La migration rapide des nano-fluides, observé pour la première fois dans des minéraux naturels, pourrait expliquer aussi l'origine des séismes dans les régions calcaires et la présence de métaux natifs, tel que l'or, retrouvée à la surface des sulfures dans des gisements métallifères.
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