[News] Migration rapide de microfluides riches en CO2 dans des matrices de calcite

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[News] Migration rapide de microfluides riches en CO2 dans des matrices de calcite

Message par Adrien » 08/11/2018 - 8:00:02

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 rapide de nano-fluides dans ces minéraux.

Image
Représentation schématique, hors l’échelle, de la section d’un cristal de calcite obtenue par sur position d'une image par microscopie à force atomique (AFM) (avec résolution nanométrique des verticales) sur une image obtenue par microscopie optique en lumière naturelle ayant une résolution de quelques fractions de millimètres.

On observe la formation des monticules (M) à la surface du cristal (image obtenue par AFM) qui ont été générés suite à la très faible pression exercée par la point de l'AFM. Ce stress d'une fréquence 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, 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 a été menée dans le cadre de la faisabilité de la séquestration géologique du CO2. Cette technologie 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 calcite, comme beaucoup d’autre minéraux, peut piéger des microscopiques quantités de fluide dans son intérieur en formant 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, inférieurs au module de rigidité des minéraux, suffit pour créer des nano-fractures et générer l’expulsion des fluides. Ces sont des observations réalisées à l’aide d’un Microscope à Force Atomique (AFM) qui ont permis d’observer la formation de monticules de taille nanométrique sur des terrasses de cristaux plats en quelques minutes seulement. Ces monticules correspondent à la précipitation de solutés lors de la décompression du fluide suite à son arrivé à la surface. Les auteurs ont estimé que la vitesse de déplacement de ces nano-fluides est de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle prédite par les modèles classiques de diffusion 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 - 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.

Source: CNRS-INSU

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