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OSUG - Terre Univers Environnement

Conditions réductrices associées à la serpentinisation - Benjamin MALVOISIN

17 juin 2013


Sujet de la thèse : Conditions réductrices associées à la serpentinisation : suivi magnétique de l’hydratation de l’olivine de San Carlos, étude de cas naturels et application à la production industrielle d’H2

Encadrants : Fabrice Brunet & Julie Carlut.

Origine de la bourse : AMN

Date de soutenance : 08/02/2013


Résumé :

L’accrétion océanique au niveau des dorsales lentes est alimentée par un apport magmatiqueet l’exhumation de péridotites. La chaleur dégagée lors du refroidissement et de la cristallisation des magmas sert de moteur à la circulation hydrothermale qui peut transporter de l’eau de mer jusqu’aux roches mantelliques. L’interaction qui en résulte consiste en une réaction d’oxydoréduction entre l’eau de mer et l’olivine et le pyroxène des péridotites, produisant de la serpentine, de la magnétite et de l’hydrogène. Cette réaction, dite de serpentinisation, contrôle les propriétés physico-chimiques de la lithosphère océanique et est, de fait, utilisée dans les modèles géophysiques dont elle constitue un des paramètres centraux et, pourtant, mal contraint.
Ce travail de thèse est centré sur la cinétique de l’hydratation de l’olivine de San Carlos, une réaction de serpentinisation simple. Un dispositif expérimental de suivi de la cinétique d’hydratation est mis au point, basé sur la mesure du signal magnétique associé à la magnétite formée. Cette méthode permet également de quantifier indirectement la production d’hydrogène et d’évaluer l’influence de la taille initiale des grains d’olivine et de la température sur la cinétique d’hydratation. Une augmentation de la vitesse de serpentinisation dans les premiers temps de la réaction est mise en évidence et expliquée par la mise en place de microtextures également observées dans le milieu naturel (puits de corrosion et fractures) contribuant à un accroissement de la surface réactive. De manière générale, la cinétique de serpentinisation obtenue ici est de un a deux ordres de grandeur plus lente que celle utilisée jusqu’alors dans les modèles géophysiques.
Dans un deuxième temps, d’autres réactions d’oxydoréduction produisant de l’hydrogène et de la magnétite ont été étudiées. Tout d’abord, une approche pétrographique et thermodynamique sur une zone réactionnelle entre des serpentinites et des marbres en Corse Alpine met en évidence la présence de fluides réducteurs riches en hydrogène dans une zone de subduction. Ces fluides proviennent de la conservation du potentiel réducteur des serpentinites au cours de la subduction. Ensuite, un procédé de production d’hydrogène par réaction de laitiers sidérurgiques avec de l’eau en conditions hydrothermales est mis au point. Cette méthode permet de produire, avec un kilogramme de laitier, jusqu’à 10 à 20 litres d’un hydrogène d’une pureté rarement atteinte dans les autres procédés industriels (99,995%) et peut être combinée avec un piégeage efficace du CO2 dans les laitiers.







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