Géochimie isotopique

1- Géochimie isotopique expérimentale et théorique (V. Mavromatis, Anna Harrison,J. Schott, E. Oelkers, O. Pokrovsky, G. Pokrovski, M. Blanchard et M. Méheut)

L’objectif est de quantifier rigoureusement les facteurs de fractionnement à l’équilibre et l’influence de la cinétique sur ces facteurs grâce à des études expérimentales menées dans des conditions physico-chimiques contrôlées. Ce travail expérimental de géochimie isotopique est complémentaire des études de terrain de (bio)géochimie et de l’hydrothermalisme menées au sein de l’équipe. Les principaux sujets explorés :

  • fractionnement isotopique à l’équilibre et le rôle de la cinétique de croissance des minéraux,
  • effets de la composition chimique des fluides et des complexes aqueux,
  • rôle de la sorption,
  • rôle du mécanisme de précipitation des minéraux (i.e., précurseurs amorphes, attachement ion par ion à la surface, nucléation, biominéralisation),
  • cinétique d’échange isotopique et préservation des signatures isotopiques
  • effet des ions radicalaires (e.g., S3-, S2– carbone-thiol) sur le fractionnement indépendant de la masse.

Exemples de recherche:

Fractionnement isotopique à l’équilibre et le rôle de la cinétique de croissance des minéraux

Fractionnement isotopique de Ba lors de son incorporation dans l’aragonite. Aux faibles vitesses de croissance, à proximité de l’équilibre, les isotopes lourds de Ba sont préférentiellement incorporés dans l’aragonite, en accord avec les calculs ab initio. Lorsque la vitesse de croissance augmente, le solide s’enrichit en isotopes légers de Ba, en accord avec la théorie cinétique de l’état transitoire (Mavromatis et al., 2020).

Rôle du mécanisme de précipitation des minéraux: précurseurs amorphes

Fractionnement isotopique du magnésium lors de la nucléation classique de la calcite en solution (stratégie I) et lors de la formation d’un précurseur transitoire amorphe (ACC) de carbonate de calcium (stratégie II). La stratégie II aboutit à l’atteinte de l’équilibre isotopique (Mavromatis et al., 2017).

Effets de la structure en solution et dans le solide du métal sur sa composition isotopique

Fractionnement isotopique de Zn lors de son incorporation dans la calcite: Développement d’un nouveau proxy du pH (Mavromatis et al., 2019).

2- Application des isotopes non-traditionnels à la quantification de la séquestration géologique de CO2 sous forme minérale (E. Oelkers, V. Mavromatis, Anna HarrisonJ. Schott, O. Pokrovsky)

Les compositions d’isotopes stables des fluides injectés et issus des puits de surveillance autour des projets CARBFIX2 et GECO (lien avec Propriétés thermodynamiques et cinétiques de dissolution/précipitation des minéraux). seront utilisées pour quantifier la masse de minéraux dissous et précipités suite à l’injection de CO2 et H2S. Cette approche est basée sur l’application fructueuse des isotopes stables de Mg et Ca afin de quantifier respectivement les masses de minéraux argileux et de calcite précipités au premier site de stockage CARBFIX.

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