Réactivité des schistes alumineux en contexte d’altération météorique et post mine

Les schistes alumineux scandinaves sont des formations sédimentaires fines riches en matière organique, déposées du Cambrien moyen à l’Ordovicien inférieur. Ils constituent des systèmes géochimiques complexes, caractérisés par des teneurs élevées en éléments traces et en métaux sensibles aux conditions redox (U, V, Mo, Ni). Leur formation en milieu anoxique a favorisé la conservation de la matière organique et la fixation de ces éléments dans différentes phases minérales, notamment les sulfures (pyrite), la matière organique et les argiles.

Ces formations affleurent sur une large bande traversant la Norvège, la Suède et la Finlande. Elles présentent un intérêt à la fois géologique et économique, car elles peuvent contenir des gisements polymétalliques.

Cependant, ces schistes posent des enjeux environnementaux importants. Lorsqu’ils sont exposés aux conditions oxydantes de surface, ils deviennent très réactifs, principalement en raison de l’oxydation des sulfures, ce qui génère de l’acidité et entraîne la mobilisation des métaux associés.

Ces processus d’altération météorique impliquent des réactions couplées de dissolution minérale, d’oxydation et de transformation de phases, influençant fortement la mobilité et la spéciation des éléments traces.

En contexte minier, ces mécanismes sont amplifiés par l’extraction, le broyage et le stockage des déchets, qui augmentent la surface réactive et modifient les conditions physico-chimiques (pH, redox, oxygène, eau), entraînant une intensification du drainage minier acide et la dispersion de contaminants.

Dans ce cadre, il est nécessaire de comprendre la réactivité de ces matériaux dans des contextes d’altération naturelle et post-minière à l’aide d’approches multi-échelles (terrain, minéralogie, géochimie, autoradiographie). L’objectif est de mieux contraindre les mécanismes de libération et de transfert des éléments afin d’améliorer la prédiction des comportements et la gestion environnementale de ces formations.

Malgré leur importance, la compréhension mécanistique de la réactivité des schistes alumineux demeure incomplète, en particulier concernant le rôle, la stabilité et les voies de transformation des phases porteuses d’uranium sous l’effet combiné de l’altération naturelle et des perturbations liées à l’exploitation minière. Combler cette lacune nécessite une approche intégrée et multiscalaire reliant la variabilité géologique à l’échelle du terrain aux processus minéralogiques et moléculaires.

Cette thèse vise à établir un cadre prédictif de la réactivité des schistes alumineux scandinaves soumis à des perturbations naturelles et anthropiques. Les objectifs sont de :

1) résoudre les contrôles minéralogiques et géochimiques gouvernant la distribution et la réactivité des éléments traces et métaux dans des contextes géologiques contrastés ;

2) quantifier les voies réactionnelles et leur cinétique en conditions d’altération météorique, en mettant l’accent sur les transformations redox et le potentiel de génération d’acide ;

3) évaluer l’impact des traitements mécaniques et chimiques liés à l’exploitation minière sur la réactivité du système et la mobilité des contaminants ;

4) évaluer les risques environnementaux à long terme par l’intégration des processus dans un cadre géologique et environnemental plus large.

Le projet repose sur une stratégie méthodologique multiscalaire combinant échantillonnage sur le terrain, caractérisations minéralogiques et géochimiques avancées, ainsi que l’identification ciblée des phases porteuses d’U. À terme, ce travail vise à améliorer les capacités de prédiction de libération et de transport des éléments, et à soutenir des stratégies de gestion environnementale et de valorisation des ressources fondées sur des bases scientifiques robustes dans les régions à schistes alumineux.

Afin de répondre à ces questions, les travaux de thèse consisteront à obtenir :

(1) une caractérisation minéralogique et pétrologique des schistes alumineux provenant de différentes régions de Scandinavie, en fonction de leur nature et de leur contexte géologique;

(2) une caractérisation géochimique axée sur leur réactivité à l’altération, en étudiant les transformations minérales, le potentiel de drainage minier acide ainsi que la mobilité des métaux et d’autres éléments traces et ultratraces ;

(3) une comparaison de cette même réactivité dans des échantillons provenant d’exploitation minière après avoir subi des traitements physico-chimiques ;

(4) une évaluation des risques liés à la réactivité à long terme des schistes alumineux, en replaçant ces résultats dans un contexte géologique plus large, permettant ainsi d’identifier la stratégie de gestion optimale.

Des campagnes d’échantillonnage sur le terrain feront partie de l’étude.

L’Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP) est une unité mixte de recherche (UMR) pluridisciplinaire rattachée à l’Université de Poitiers et au CNRS (instituts Chimie et Terre & Univers), spécialisée dans les domaines de la chimie et des géosciences de surface. L'institut regroupe 5 équipes de recherche, dont l'équipe HydrASA (Hydrogéologie, Argiles, Sol, Altérations) qui sera l'équipe d'accueil de l'étudiant.e recruté.e.

L'équipe HydrASA possède des compétences reconnues internationalement sur la réactivité des argiles et sur les altérations de systèmes géologiques variés. Les chercheurs de l'équipe s'emploient aussi à développer la technique d'autoradiographie digitale permettant la localisation de radionucléides dans les phases minérales.  

M2 ou Ingénieur Sciences de la Terre