Minéralogie, porosité et diffusion des solutés dans l'argilite du ...

91 CHAPITRE 3
Aertsens et al., 2004). La microstructure d’un sédiment est définie par l’organisation spatiale
conjointe de ses minéraux et des porosités dont la géométrie gouverne le transport des solutés.
Dans les sédiments riches en minéraux argileux, de l’échelle nanométrique à millimétrique, il
existe 2 niveaux d’organisation de l’espace poreux : (i) le plus bas correspond à celui de la
matrice argileuse composée principalement de minéraux argileux et constituée par de la
porosité interne aux particules (c.-à-d. la porosité interfoliaire, sachant que l'accès à cette
porosité est régi par des processus particuliers) et inter particulaire ; (ii) le plus haut niveau est
défini par l’arrangement de la matrice argileuse et des grains minéraux non argileux et non
poreux (c.-à-d. calcite, quartz, dolomite…). Il est donc admis que la migration des solutés a
lieu principalement à l’intérieur de la matrice argileuse et dans la macroporosité. De ce fait, il
apparaît implicite pour certains auteurs que les anisotropies de diffusion observées
expérimentalement dans ces matériaux sont classiquement interprétées par l’orientation
préférentielle des particules argileuses (Van Loon et al., 2004, Motellier et al., 2007, Descotes
et al., 2007). Cette orientation des particules d’argile dans le plan sédimentaire augmente avec
la compaction lors de la diagenèse (Von Engelhardt and Gaida, 1963, Meade, 1964).
Cependant, dans l’argilite Callovo-Oxfordienne de Bure, les observations faites à l’échelle
mésoscopique montrent que les grains de carbonate et de quartz déterminent également des
hétérogénéités microstructurales, c'est le second niveau d'organisation rappelé ci-dessus et
décrit aux chapitres 1 et 2. Nous allons voir comment ce niveau d'organisation supplémentaire
influence les chemins de diffusion.
En raison des difficultés analytiques à acquérir la microstructure réelle des matériaux, peu
d’études relient expérimentalement microstructure et propriétés de diffusion notamment pour
les roches sédimentaires à dominante argileuse. Par contre, diverses études numériques ont
été menées afin de relier les propriétés de diffusion à celle de l’espace poreux. Les processus
de transports sont modélisés à partir (i) d’obstacles dispersés présentant des formes simples
2D et 3D (carrés: Koponen 1997; sphères, ellipsoïdes, cylindres and parallélépipèdes:
Coelho et al., 1997, parallélépipèdes: Ohkubo 2008) et (ii) de milieux poreux reconstruits
(Adler et al., 1992, Sallès et al., 1993); la plupart de ces études ne sont donc pas directement
reliées à la microstructure réelle des matériaux étudiés. De plus, ces modélisations sont
réalisées en deux et trois dimensions et le lien entre ces deux dimensions n’est pas toujours
évident d’une étude à une autre.
L’objectif de ce chapitre est de mettre en place une nouvelle méthodologie afin de mieux
appréhender le rôle des hétérogénéités de microstructure dans la diffusion des solutés à travers