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OSUG - Terre Univers Environnement

Thèmes de recherche

L’activité scientifique de l’équipe Minéralogie et Environnements s’articule autour de la réactivité des minéraux, et plus spécifiquement celle des minéraux hydratés nano- à micro-cristallins que sont les phyllosilicates et les oxy-hydroxydes, et de leur utilisation comme marqueurs de leurs conditions de formation. De par leur très forte réactivité chimique, ces matériaux-minéraux jouent en effet un rôle essentiel dans nombre de contextes géologiques et environnementaux qui constituent autant d’axes de recherche aussi bien fondamentale qu’appliquée. Ces axes couvrent un champ thématique large qui fédère les compétences théoriques, expérimentales et analytiques d’ISTerre dans les domaines de la minéralogie physique, des interactions entre minéraux et fluides (CO2/H2O/H2) sous conditions de pression et température et des méthodes physiques de caractérisation du solide. La création de l’équipe a également permis de mutualiser et d’enrichir le parc analytique et instrumental existant, d’en rationaliser le développement et d’optimiser le soutien technique lié à son fonctionnement.

Un des atouts majeurs de l’équipe réside dans la complémentarité des expertises expérimentales, analytiques et modélisatrices qu’elle regroupe : maîtrise combinée des méthodes diffractométriques, spectroscopiques et d’analyse chimique du solide ; capacité à préparer et faire réagir des échantillons en conditions contrôlées, aussi bien atmosphériques qu’hydrothermales ; modélisation thermodynamique micro- et macroscopique. Cet ensemble d’expertises complémentaires permet d’appréhender la réactivité des minéraux dans des environnements variés et d’établir des modèles transposables à de nombreux contextes (sols, sédiments, formations superficielles, roches métamorphiques, objets extra-terrestres, confinement de “déchets” - incluant le CO2 - en formations géologiques profondes, production de gaz à fort potentiel énergétique, …)

Le développement de techniques d’imagerie chimique et structurale 2D et 3D constitue un autre axe fort de cette équipe. Au travers des instruments dont ils ont assuré ou assurent les évolutions (lignes de lumière 10.3.2 à l’ALS, Berkeley – Alain Manceau, ID24 à l’ESRF, Grenoble – Manuel Muñoz, et ID21 / ID22 à l’ESRF, Grenoble – Alexandre Simionovici), les chercheurs de l’équipe ont en effet joué un rôle moteur dans l’essor de méthodes non-invasives d’imagerie structurale utilisant le rayonnement synchrotron. Ces développements ont, par exemple, permis l’émergence des études sur la spéciation des éléments trace dans les formations superficielles et, dans une perspective d’évaluation et de gestion du risque pour les êtres vivants, la différenciation des effets toxiques liés à la concentration des polluants de ceux conditionnés par leur forme chimique. Des méthodes complémentaires de cartographie chimique quantitative ont également été développées en utilisant la microsonde électronique ou le microscope à fluorescence X. Le traitement couplé de ces images chimiques et des contraintes thermodynamiques permet par exemple d’obtenir des contraintes inédites sur l’histoire de la déformation des roches ou sur l’histoire T-f(O2) d’objets extra-terrestres.

Structure cristallochimique et réactivité de surface des minéraux crypto-cristallins

L’intérêt soutenu pour les phases minérales lamellaires crypto-cristallines résulte de leur ubiquité, de leur forte réactivité et donc de leur capacité à influer sur leurs environnements ou encore à marquer leurs conditions de formation.

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Spéciation des éléments trace métalliques dans les sols et les sédiments contaminés

A la suite de nos travaux sur la spéciation du zinc dans la rhizosphère des plantes tolérantes et hyperaccumulatrices, nous avons entrepris ces dernières années de travailler sur la spéciation du cuivre et du mercure.

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Thermodynamique des phyllosilicates de basse température

Les phyllosilicates présentent d’importantes variations chimiques et structurales en fonction de leurs conditions de formation (P, T, aH2O, aO2, composition de fluide, etc…) et sont donc particulièrement bien adaptés pour retracer ces conditions.

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Interactions Roches Fluides

Interactions CO2-minéraux : du stockage géologique à la carbonatation extra-terrestre. Interactions H2O-minéraux.

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Caractérisation physique et chimique des objets extra-terrestres

Nous avons développé une large palette d’analyses hyperspectrales combinant le rayonnement synchrotron et les microscopies Raman et IR en laboratoire pour caractériser avec une résolution sub-micrométrique la chimie et la minéralogie de plusieurs types d’objets extra-terrestres.

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