Soutenance de thèse / PhD Defense - Quentin Bollaert

Quentin Bollaert, doctorant dans l'équipe Propriétés des amorphes, liquides minéraux (PALM) soutient sa thèse le jeudi 14 septembre 2023 à 14 h.

Sorbonne Université - 4 place Jussieu - 75005 Paris - Barre 22, rez-de-chaussée, amphi Charpak

Étude multi-échelle du comportement géochimique du niobium au cours de l’altération — Évolution de la spéciation et de la mobilité du niobium dans des couvertures d’altération brésiliennes

Résumé

Le niobium (Nb) est un métal rare dont le rôle est considéré comme essentiel pour de nombreux pans de l’industrie, comme celle des aciers ou des nouvelles technologies dans lesquelles il permet la conception de superalliages ou de supraconducteurs. La quasi-totalité de la production mondiale provient de deux mines situées au Brésil, faisant de ce métal un matériau critique pour de nombreux états et organisations. Malgré une demande en hausse constante, les processus de concentration du Nb dans
les gisements demeurent incertains, rendant l’évaluation de sa criticité imprécise. La complexité des matériaux formant les principaux gisements actuellement exploités, à savoir les latérites, contribue en partie à cette méconnaissance. Les latérites sont des régolithes épais de quelques dizaines à centaines de mètres formés par l’altération des roches dans un climat tropical. Dans ce contexte d’altération dite supergène, les minéraux porteurs de Nb tels que les pyrochlores sont considérés comme inaltérables.
Ce modèle est néanmoins principalement basé sur des données thermodynamiques anciennes ainsi que sur des observations pétrologiques dans un nombre limité de contextes. Nous proposons dans cette thèse une étude du comportement géochimique du Nb au cours de l’altération afin de déterminer les processus menant à son enrichissement dans les latérites. Pour ce faire, nous avons mis en place une approche multi-échelle, depuis l’échelle du profil latéritique jusqu’aux mécanismes moléculaires de mobilisation et de piégeage du niobium par les phases minérales.

Deux profils d’altération brésiliens de l’état de l’Amazonas, à Pitinga et Morro dos Seis Lagos ont été sélectionnés afin d’étudier le comportement géochimique du Nb lors de l’altération de deux roches mère distinctes. Le premier profil est formé sur un granite modérément enrichi représentatif de la croûte continentale. Le deuxième est issu de l’altération d’une carbonatite telle que celles à l’origine des gisements de classe-mondiale actuellement exploités. Les profils d’altération ont été étudiés sur toute leur profondeur afin de suivre la spéciation solide du Nb, c’est-à-dire la forme dans laquelle il se trouve dans les phases minérales de la latérite. Une telle approche repose sur l’utilisation de la spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) basée sur le rayonnement synchrotron. Une étude systématique des spectres d’absorption de phases minérales de référence naturelles et synthétiques met en évidence la sensibilité des spectres XAS à l’environnement local du Nb, démontrant le potentiel de leur application à des échantillons naturels multiphasés. Le comportement géochimique du Nb est examiné dans les profils d’altération en confrontant la spéciation du Nb obtenue par cette technique avec les analyses géochimiques en roche totale, la diraction des rayons X et les analyses microscopiques des échantillons. Malgré les diérences géochimiques et minéralogiques entre ces deux profils, le comportement du Nb suit un modèle similaire. L’altération des phases porteuses de Nb des roches mères entraîne la libération du Nb dans le milieu mais sa tendance à coprécipiter avec les oxydes de fer et de titane limite sa mobilité à l’échelle du grain. Néanmoins, la mobilité du Nb s’étend à l’échelle du corps magmatique parent en contexte hydrothermal ou à l’échelle du profil dans des conditions physico-chimiques typiques de la zone de battement de la nappe phréatique. En complément, l’altération des pyrochlores de Morro dos Seis Lagos est suivie par des techniques d’analyse à nano-échelle pour comprendre les mécanismes minéralogiques et cristallographiques à l’origine de leur altération. Ce travail de thèse, questionnant l’usage systématique du Nb comme invariant chimique, montre qu’une meilleure compréhension de son comportement géochimique dans les gisements latéritiques permettrait une évaluation plus précise de sa criticité et permettrait d’améliorer les processus de traitement
des minerais.

Jury

• Mme Sophie Cornu, Directrice de Recherche, IRD, CEREGE, Rapportrice
• M Manuel Munoz, Professeur, Université de Montpellier, Géosciences Montpellier, Rapporteur
• Mme Émilie Janots, Maître de Conférences, Université Grenoble Alpes, ISTerre, Examinatrice
• M Michel Cathelineau, Directeur de Recherche, CNRS, GéoRessources, Examinateur
• M Artur Bastos Neto, Professeur, Université de Rio Grande do Sul, Institut des Géosciences, Invité
• M Georges Calas, Professeur Émérite, Sorbonne Université, IMPMC, Invité

• Mme Laurence Galoisy, Professeure, Sorbonne Université, IMPMC, Directrice de thèse
• M Mathieu Chassé, Maître de Conférences, Sorbonne Université, IMPMC, Co-encadrant de thèse