Minéralogie, porosité et diffusion des solutés dans l'argilite du ...
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11 INTRODUCTION Caractéristique de la couche du Callovo-Oxfordien D’un point de vue géologique, la formation du Callovo-Oxfordien de Bure constitue une couche de 130 m d’épaisseur comprise entre -420 et -550 m à l’aplomb du laboratoire souterrain (ANDRA, 2005a). Celle-ci est caractérisée par deux ensembles lithologiques majeurs subdivisés en 5 lithofaciès, notés C2a, C2b1, C2b2, C2c et C2d (Fig. 1) : (i) la séquence inférieure composée des litho-faciès C2a, C2b1 et C2b2 est constituée uniformément d’argilites silto-calcaire. (ii) la séquence supérieure composée des litho-faciès C2c et C2d présente une alternance d’argilite et d’argilite silto-calcaire. Ces séquences sédimentaires sont l’expression des variations du niveau marin ayant affecté le Bassin Parisien au Callovo-Oxfordien. D’un point de vue minéralogique, le Callovo-Oxfordien est principalement composé de 4 groupes de minéraux dont les proportions varient dans l’épaisseur de la couche stratigraphique (Gaucher et al., 2004): (i) les minéraux argileux constitués majoritairement d’un mélange d’illite et d’interstratifiés illite / smectite (20-60%), (ii) les tectosillicates, principalement quartz (10-40%) et feldspaths (0,5-2%), (iii) les carbonates, principalement de la calcite (10-75%) et de la dolomite (2-8%) et (iv) les minéraux dits « lourds », essentiellement de la pyrite (0,5-1%) et de la sidérite (0,5-3%). Prof. (m) Lithofaciès ofondeur Fig. 1 : Organisation verticale du Callovo-Oxfordien à l’aplomb du site de Meuse/Haute Marne (schéma modifié, ANDRA, 2005a) Log Minéralogie
12 INTRODUCTION Les études précédemment menées pour l’argilite de Bure ont montré une organisation multi-échelle des assemblages minéralogiques et de la porosité : • à l’échelle microscopique (∼µm), les minéraux argileux présentent une organisation complexe à plusieurs échelles (feuillets, particules, grains). Les tailles des pores sont comprises entre le nanomètre et le micron et sont associées aux porosités interfoliaires, interparticulaires et intergranulaires. • à l’échelle mésoscopique (cm - µm), les grains minéraux sont composés de quartz, issus des apports terrigènes, de minéraux carbonatées et de sulfures qui ont une origine diagénétique (Lavastre, 2002 ; Maes, 2002). A cette échelle, les minéraux non argileux contrôlent la géométrie du domaine argileux (Sammartino et al., 2003). • à l’échelle macroscopique (cm - dm) les assemblages minéralogiques sont considérés comme homogènes. La porosité est considérée comme uniformément distribuée et est définie de manière moyenne (Rosanne, et al., 2003,Descostes et al., 2008). • à l’échelle de la formation (> dm) les variations minéralogiques sont quantitativement investiguées par des mesures diagraphiques (Lefranc, 2007) et en laboratoire à l’échelle macroscopique (Gaucher et al., 2004). A cette échelle, les variations de teneurs en minéraux argileux et carbonates sont anti-corrélés sur toute l’épaisseur de la couche (Fig.1). Le Callovo-Oxfordien présente également une évolution minéralogique des minéraux argileux avec un passage d’interstratifiés de type I/S R = 1 dans la partie basale à un type I/S R = 0 vers le partie sommitale de la couche d’origine sédimentaire. Cette évolution est liée aux variations minéralogiques des apports terrigènes (Claret et al., 2004). Problématique et plan de la thèse Dans un objectif de modélisation et de prédiction des transferts des radionucléides dans la formation du Callovo-Oxfordien, les mécanismes de diffusion doivent être définis à toutes les échelles d’organisation structurale. Pour atteindre cet objectif, l’une des stratégies envisagées consiste tout d’abord à définir les relations existant entre la minéralogie, la porosité et les propriétés de diffusion. Une large partie des efforts réalisés jusqu’à présent implique l’échelle microscopique, caractérisée par les distributions spatiales des minéraux argileux. A cette échelle, les processus de diffusion sont définis conceptuellement par rapport à la nature de l’espèce qui diffuse, la nature des interfaces solide-solution, la géométrie de l’espace poreux (fonction de la taille, la morphologie, la topologie et l’arrangement des minéraux argileux), et
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Caractéristique de la couche <strong>du</strong> Callovo-Oxfordien<br />
D’un point de vue géologique, la formation <strong>du</strong> Callovo-Oxfordien de Bure constitue une<br />
couche de 130 m d’épaisseur comprise entre -420 <strong>et</strong> -550 m à l’aplomb <strong>du</strong> laboratoire<br />
souterrain (ANDRA, 2005a). Celle-ci est caractérisée par deux ensembles lithologiques<br />
majeurs subdivisés en 5 lithofaciès, notés C2a, C2b1, C2b2, C2c <strong>et</strong> C2d (Fig. 1) :<br />
(i) la séquence inférieure composée <strong>des</strong> litho-faciès C2a, C2b1 <strong>et</strong> C2b2 est constituée<br />
uniformément d’argilites silto-calcaire.<br />
(ii) la séquence supérieure composée <strong>des</strong> litho-faciès C2c <strong>et</strong> C2d présente une alternance<br />
d’argilite <strong>et</strong> d’argilite silto-calcaire. Ces séquences sédimentaires sont l’expression <strong>des</strong><br />
variations <strong>du</strong> niveau marin ayant affecté le Bassin Parisien au Callovo-Oxfordien.<br />
D’un point de vue minéralogique, le Callovo-Oxfordien est principalement composé de 4<br />
groupes de minéraux dont les proportions varient <strong>dans</strong> l’épaisseur de la couche<br />
stratigraphique (Gaucher <strong>et</strong> al., 2004): (i) les minéraux argileux constitués majoritairement<br />
d’un mélange d’illite <strong>et</strong> d’interstratifiés illite / smectite (20-60%), (ii) les tectosillicates,<br />
principalement quartz (10-40%) <strong>et</strong> feldspaths (0,5-2%), (iii) les carbonates, principalement de<br />
la calcite (10-75%) <strong>et</strong> de la dolomite (2-8%) <strong>et</strong> (iv) les minéraux dits « lourds »,<br />
essentiellement de la pyrite (0,5-1%) <strong>et</strong> de la sidérite (0,5-3%).<br />
Prof. (m) Lithofaciès<br />
ofondeur<br />
Fig. 1 : Organisation verticale <strong>du</strong> Callovo-Oxfordien à l’aplomb <strong>du</strong> site de Meuse/Haute<br />
Marne (schéma modifié, ANDRA, 2005a)<br />
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