Le Prix de Thèse du CNFG, décerné grâce au soutien financier de la
société Elf Aquitaine Production, de
l'Agence Nationale pour le stockage des Déchets Radioactifs
(ANDRA) et de l'Institut Français du
Pétrole, concernait en 1999 tous les
domaines de la géologie de la Surface.
Le jury du Prix de Thèse du CNFG s'est réuni le 19 mai sous la présidence de B. Durand. Après audition et/ou lecture des rapports sur les quinze dossiers soumis à son avis, et suite au débat, l'unanimité a été acquise pour décerner le prix 1999 à
auteur d'une thèse soutenue à Poitiers en 1997, avec pour sujet : "Equilibres minéraux-solutions en milieu non saturé des sols. Thermodynamique de l'eau capillaire et modélisation physicochimique".
Le jury a remarqué les avancées conceptuelles réalisées par L. Mercury sur la prise en compte de la pression capillaire dans le traitement des équilibres de précipitation-dissolution des minéraux en milieu non saturé. Ce travail amène aussi des perspectives nouvelles sur la compréhension de la structuration de l'eau à la surface des minéraux du milieu non saturé.
Le travail est agréablement rédigé et peut être lu facilement par les spécialistes de diverses disciplines non géologiques : physiciens de l'eau, chimistes des solutions, thermodynamiciens.
On entrevoit facilement des applications à la dynamique des sols, à la géochimie de la surface et à l'entreposage des déchets.
Rapport de Catherine Beaucaire
Le but de cette étude est de considérer la stabilité de différents minéraux plus ou moins hydratés, dans des milieux pauvres en eau, saturés ou insaturés. Dans ce cas, on ne peut considérer l'eau comme étant pure et libre, pour laquelle son activité est toujours égale à 1, puisqu'elle est fortement soumise aux forces de succion de la matrice. Plutôt que d'exprimer l'activité de l'eau pour différents états de saturation du milieu, L. Mercury choisit un autre référentiel, en prenant l'activité toujours égale à 1. Dans ce cas, la formulation du potentiel chimique conduit à prendre en compte des pressions internes négatives. Les propriétés de l'eau liquide sont alors calculées en fonction de la variation de pression d'une eau pure capillaire, variation qui équivaut à celle provoquée par la diminution de l'activité de l'eau capillaire.
Outre une réflexion approfondie sur les propriétés thermodynamiques des différents états de l'eau et leur application au domaine des minéraux hydratés, le grand intérêt de ce travail dans le domaine des sciences de la Terre est de relier les lois thermodynamiques des équilibres eau-minéraux aux caractéristiques physiques de milieux complexes comme peuvent l'être les sols ou les matrices argileuses. En particulier, l'auteur illustre la pertinence du concept d'équilibre anisobare, par l'étude de la solubilité de la silice amorphe dans un milieu capillaire.
Par ce travail, l'auteur pose les premiers concepts nécessaires à une modélisation thermodynamique des équilibres chimiques en milieu supergène et insaturé, en fonction de la température et de la pression interne de l'eau. Toute sa démarche montre la difficulté qui réside dans une description correcte des minéraux et de leur environnement hydrique : constitution du minéral, degré d'organisation, degré d'hydrophobie, définition de la couche d'hydratation...
Ce travail ouvre incontestablement d'importantes perspectives dans le
traitement des équilibres chimiques dans les milieux pauvres en eau,
même si la question est loin d'être résolue. Dans son travail,
l'auteur n'a fait qu'effleurer la prise en compte des ions dissous sur
l'activité de l'eau. C'est encore toute une voie à explorer, mais
L. Mercury a su poser les premiers jalons qui permettent d'appréhender
d'une façon réaliste les équilibres eau-roche.
Ce travail est une réflexion théorique sur les paramètres nécessaires à l'application de la thermodynamique des équilibres aux interactions minéraux - solution dans la zone non saturée des sols. Il débouche sur une méthode de calcul d'équilibres adapté à ce domaine.
L'eau liquide liée de la zone non saturée, n'est pas dans son état standard. Elle est soumise à une pression inférieure à celle de l'atmosphère, généralement négative, dont la valeur est une fonction directe de l'humidité relative du sol au niveau considéré. D'autre part, on démontre la relation entre l'état de surface des minéraux et leur pression interne, ce qui permet de tenir compte de la cristallinité des minéraux, observée sur le terrain. Ces concepts sont applicables à l'étude des phénomènes de dissolution - précipitation, de remobilisation de métaux, etc ... . Dans ce travail, la solubilité de quelques minéraux et métaux, sous différentes conditions de climat, permet d'illustrer l'utilisation de la méthode et d'en démontrer la souplesse et le réalisme.
L'étude des phénomènes d'adsorption permet de distinguer une eau "glacée", proche des glaces II ou VIII, au contact de surfaces solides, hydrophiles ou hydrophobes. On constate que les caractéristiques des films d'adsorption traduisent " l'état " de l'interaction solide - solution.
Un grand nombre de tableaux, dont l'évolution des valeurs est
illustrée par une abondante collection de figures, facilitent
l'utilisation des équations mises au point.
dernière mise à jour 3 février 2006