Transport multicomposant en milieu poreux : application à l'évolution d'un système carbonate

Abstract

Ce travail concerne l’évolution au cours du temps d’un système carbonaté sous l’effet de phénomènes de transport et de processus chimiques. La diagenèse carbonatée étudiée ici est la calcitisation, i.e., la transformation en calcite de l’aragonite constituant le squelette des coraux du genre Porites. En effet, le corail, qui sécrète son squelette en environnement marin peut subir au cours de son histoire une évolution au milieu sub-aérien suite à l’émersion du récif. Le squelette aragonitique alors confiné dans les lentilles d’eau douce, caractéristiques des aquifères coralliens, devient métastable et peut, à terme, être totalement calcitisé. La compréhension de ces phénomènes est appréhendée par une approche pluridisciplinaire qui relève à la fois de la géologie (1) et de la physique des milieux poreux (2). 1. Géologie - Différents stades de calcitisation sont investigués sur des coraux fossiles datés de l’Holocène et du Pléistocène échantillonnés sur les terrasses soulevées de Nouvelle-Calédonie, Vanuatu et Wallis et Futuna (Pacifique Sud-Ouest). Les produits de la diagenèse sont observés et caractérisés par différentes techniques d’analyses (Diffraction de Rayons X, microscopie optique, imagerie de cathodoluminescence, spectroscopie Raman, Microscopie Electronique à Balayage, microsonde électronique...) pour argumenter l’origine de la calcite néoformée et identifier les processus mis en jeu, notamment l’implication ou non d’une étape de transport. 2. Physique des milieux poreux - Les données expérimentales révèlent l’existence d’hétérogénéités structurales à l’échelle de la lame mince. Pour expliquer ces hétérogénéités, on développe, à l’échelle microscopique, un modèle de transport réactif multicomposant incluant les processus représentatifs de la diagenèse du corail (diffusion de type traceur, migration, adsorption/désorption, réactions cinétiques et /ou à l’équilibre). Des simulations numériques préliminaires 1D sont présentées et discutées pour évaluer l’importance relative des phénomènes intervenant dans la précipitation de la calcite. Ce type de simulations numériques peut servir de point de départ à une procédure de changement d’échelles, permettant d’intégrer des paramètres supplémentaires (notamment plusieurs échelles de descriptions...). Ceci est illustré à l’aide de la prise de moyenne volumique, dans le cas d’un échantillon 3D de Porites subissant un processus de transport réactif fortement idéalisé.