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PhD thesis

Université Louis Pasteur - Strasbourg I (2002-01-10), Norbert CLAUER (Dir.)

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Etude de la fraction argileuse de séquences sédimentaires de la Meuse et du Gard. Reconstitution de l'histoire diagénétique et des caractéristiques physico-chimiques des cibles. Aspects minéralogiques, géochimiques et isotopiques.

Davy Rousset1

Les séquences argileuses peu perméables telles que les argilites callovo-oxfordiennes du bassin de Paris ou les siltites vraconiennes du Gard, ont été choisies pour l'implantation éventuelle d'un laboratoire souterrain destiné à tester les propriétés physico-chimiques de ces formations dans l'éventualité d'un stockage profond de déchets nucléaires. La connaissance et la compréhension des modifications post-sédimentaires sont fondamentales dans la définition de ces propriétés. Le but du présent travail visait donc à évaluer et quantifier ces changements par l'étude de ces roches, en particulier des minéraux argileux. Les échantillons proviennent de deux forages (HTM102 et MAR501). Les principaux minéraux argileux dans le forage HTM102 sont l'illite et les interstratifiés illite/smectite. Les observations au MET et au MEB couplées aux analyses isotopiques K-Ar et Rb-Sr mettent en évidence la néoformation de carbonates (calcite, dolomite) et d'argiles. Celles-ci apparaissent au MET comme des particules authigènes lattées en croissance sur des particules détritiques. La durée et l'extension de ces événements diagénétiques sont difficiles à évaluer du fait d'une contamination systématique des échantillons par une contribution détritique, et ce même dans les fractions les plus fines. Cependant, l'étude d'un niveau de bentonite dans la séquence permet de caler l'époque et la durée de la diagenèse. En assimilant cette bentonite à un pôle authigène, il a été possible de reconstruire les variations des valeurs K-Ar de chaque fraction argileuse dans la séquence. Ainsi, la corrélation observée entre les variations du niveau marin relatif et la formation d'un matériel argileux riche en smectite d'une part, et des chimies de fluides différentes d'autre part, sont autant d'arguments en faveur de réactions diagénétiques en système sinon clos du moins restreint. Les travaux sur le forage MAR501 sont comparables à ceux réalisés sur le forage HTM102, avec également un mélange entre deux populations argileuses d'âge différent. Les glauconites diagénétiques ont permis de caler le Vraconien au voisinage de 93,7 ± 0,3 Ma, en accord avec les données stratigraphiques. L'étude d'une fracture colmatée par une matrice essentiellement argileuse confirme le caractère confiné de cette séquence. Aucune migration d'éléments, et en particulier de TR, n'a été mise en évidence lors de la circulation de paléofluides, indiquant que les minéraux argileux ont conservé leurs propriétés géochimiques. L'ensemble de ces résultats est en faveur de propriétés de confinement fiables dans le cas des deux séquences argileuses.

1:	CGS - Centre de géochimie de la surface

keyword(s) : diagenèse – K-Ar – Rb-Sr – illite – smectite – particules fondamentales – stockage

Study of the clay fractions of sedimentary successions from East and South-East France. Reconstitution of the diagenetic history and of the physical and chemical characteristics of the sequences. Mineralogical, geochemical and isotopic approaches.

Very low-permeable argillaceous rocks like Callovo-Oxfordian claystones or Vraconian siltstones were chosen to host a research laboratory built to determine the physico-chemical properties of the host formations for a potential underground disposal of radioactive waste. Knowledge and understanding of post-sedimentary modifications are of prime importance for definition of these properties; evaluation and quantification of the post-sedimentary changes represent the aim of this study, focused specifically on the clay material of the sequences. Samples were taken from two drillings (HTM102 and MAR501). In the HTM102 core samples, illite and mixed-layers illite/smectite are the dominant clay components of most clay fractions. Systematic SEM and TEM observations and isotopic K-Ar and Rb-Sr analyses pointed to diagenetic neoformations of carbonates (calcite, dolomite) and clays. For instance, veils and laths of authigenic clay particles around old detrital ones can distinctly be observed. The epoch, duration and extent of the diagenetic activity(ies) are difficult to evaluate because of an overall detrital contribution even in the finest granulometric fractions. However, analysis of a bentonite layer in the sequence provides a diagenetic reference for the authigenic clay material. Correlation between relative sea level and authigenesis of smectite-rich mineral has been outlined. Chemistry of diagenetic fluids also seems to be reliable with sea level variations. These observations argue in favour of diagenetic activities limited in restricted rock volumes. The case study of MAR501 is close to the HTM102 one: smectite-rich illite/smectite mixed-layers represent the major component of the clay fraction and K-Ar values argue in the sense of a mixing between detrital and younger clay populations. Diagenetic glauconites in the sequence yield an age close to 93,7±0,3Ma for Vraconian level, in agreement with stratigraphical data. The case study of a clay-filled fault within the sequence favors a confined-sequence behaviour. Indeed, no migrations of elements and especially of REE took place during fluid flows, the clay minerals preserving their geochemical properties. All the results favor reliable confinment properties of the low-permeable argillaceous sequences.

english keyword(s) : diagenesis – K-Ar – Rb-Sr – illite – smectite – fundamental particles – nuclear waste

tel-00011348, version 1

http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011348

oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00011348

From: Davy Rousset <>

Submitted on: Wednesday, 11 January 2006 14:15:39

Updated on: Thursday, 12 January 2006 07:30:35