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Propriétés thermochimiques et relations de phase des minéraux de terres rares : stabilité dans le milieu naturel et application au stockage des actinides en contexte géologique
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Janots, Emilie |
| Copyright Year | 2004 |
| Abstract | La comprehension de la stabilite et des relations de phases des mineraux de terres rares est devenue indispensable dans des domaines aussi varies que le stockage des dechets nucleaires, la datation du metamorphisme ou encore la geochimie des terres rares. L'evaluation de la stabilite de ces mineraux sur une gamme de temperatures inferieures a 500 °C a ete au centre de ce travail. Pour cela, nous avons combine des etudes analogiques et experimentales, et l'acquisition de proprietes calorimetriques. Les occurrences naturelles ont ete etudiees dans des roches metamorphiques dites de "basses temperatures". Les echantillons ont ete collectes dans des schistes noirs du moyen pays himalayen et dans les metapelites du Rif (Maroc). Les mineraux, ont ete identifies a l'echelle micrometrique par une petrologie fine combinant microscopie a balayage et microsonde electronique. Si dans des conditions de « tres basse temperature » (T < 300 °C), les terres rares sont principalement incorporees dans des phases detritiques ou authigenes comme la florencite, la monazite apparait pour des temperatures aussi faibles que 350 °C dans les echantillons rifains et himalayens. Avec l'augmentation du metamorphisme, les monazites reagissent pour former une epidote de terres rares, l'allanite. Les âges U-Th-Pb de la monazite, obtenus par microsonde ionique, demontrent que celle-ci peut cristalliser pour des conditions bien inferieures a celles qui sont admises communement et qu'elle presente un bon potentiel comme geochronometre du metamorphisme de bas degre. Les proprietes thermodynamiques ont ete acquises pour les mineraux suivants : les poles fuores et hydroxyles de l'apatite silicatee au lanthane ou britholite, Ca2La3(SiO4)3(OH,F), la monazite, LaPO4, et l'epidote-Mg lanthanee ou dissakisite CaLaMgAl2(SiO4)3(OH). Les enthalpies de formation ont ete obtenues par calorimetrie de dissolution a 973 K (Bochum , Allemagne). La chaleur specifique (Cp) de la monazite a basses temperatures [20-300 K] et pression atmospherique a ete mesuree par calorimetrie adiabatique (LPC, Orsay). Les chaleurs specifiques entre 143 et 723 K ont ete determinees par calorimetrie differentielle a balayage (Perkin Elmer 7, Kiel, Allemagne). Ces donnees ont ete introduites dans la base de donnees de Berman (1988), afin de calculer les equilibres entre mineraux de terres rares dans le systeme chimique La2O3-CaO-MgO-Al2O3-SiO2-P2O5-H2O. Les resultats calorimetriques nous ont permis egalement d'etudier la solubilite des mineraux proposes comme matrice de confinement des actinides mineurs : l'apatite silicatee de terres rares et la monazite. Les diagrammes de solubilite calcules montrent que ces deux mineraux sont tres peu solubles pour certaines conditions de pH. Pour valider ces resultats, la resistance de ces mineraux a ete evaluee dans un dispositif experimental en presence de reactifs simulant le champ proche du concept de stockage (argiles, ciment). La faible solubilite de ces phases nous a pousse a choisir un dispositif experimental sous gradient thermique (320 – 400 °C) afin d'obtenir des taux de reaction compatibles avec des durees d'experiences raisonnables. Apres deux a huit mois, les deux mineraux de terres rares sont toujours presents et ont peu reagi, ce qui est coherent avec leur grande stabilite thermochimique et naturelle. En comparaison, ces deux mineraux sont bien plus resistants que le phosphate di-phosphate de thorium, Th4(PO4)4P2O7, propose egalement pour le conditionnement des radionucleides. Cette etude montre que la monazite peut cristalliser a des temperatures inferieures a 350 °C. La florencite apparait comme un bon candidat d'alteration des mineraux de terres rares en conditions supergenes. Aux conditions de HP-BT, la monazite et la florencite reagissent pour former de l'allanite. La monazite presente d'excellentes qualites de matrice d'actinides en terme de durabilite chimique. La stabilite des apatites silicatees est favorisee par les conditions attendues en contexte d'enfouissement. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00477162/document |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
