Les cinétiques de dissolution et précipitation de la magnésite aux conditions hydrothermales

La magnesite (MgCO3) est la forme anhydre la plus stable d'une serie de carbonates de magnesium qui presentent differents degres d'hydratation. Malgre sa rarete dans les environnements naturels, elle constitue une phase minerale fondamentale pour le piegeage mineral permanent du CO2. La determination experimentale des vitesses de precipitation et de dissolution de la magnesite dans des conditions representatives de la sequestration geologique est donc fondamentale pour l'estimation du potentiel de sequestration de CO2 par cette phase dans les basaltes et dans les roches ultrabasiques et pour l'optimisation des procedes de stockage du CO2. Nous avons mesure les vitesses de precipitation de la magnesite en utilisant des reacteurs a circulation et des reacteurs fermes, en fonction de la temperature (100 = T = 200 °C), de la composition de la solution aqueuse et de la pression partielle de CO2 (de 0 a 30 bar). Les vitesses mesurees sont independantes de la force ionique de la solution pour 0.1 M MgOH2+. L'etude des vitesses de cristallisation conduite par microscopie a force atomique hydrothermale (HAFM) a montre un bon accord entre les vitesses deduites de mesures microscopiques et les vitesses macroscopiques et a aussi demontre que la precipitation de la magnesite s'effectue selon un mecanisme de croissance spirale. Suivant les observations effectuees par AFM, ce mecanisme controle la vitesse de croissance de la magnesite dans un grand intervalle de temperature et d'indice de saturation (15= O = 200 pour 80 = T < 120 °C). En raison de l'inhibition de la precipitation de la magnesite par les ions carbonates, il est recommande d'operer sous des pressions partielles de CO2 assez elevees, ce qui presente en outre l'avantage d'accelerer la cinetique de dissolution des silicates magnesiens, grâce a l'acidification de la solution par le CO2. La determination des vitesses de dissolution de la magnesite dans des reacteurs a circulation a 150 et 200 °C et en milieu neutre a alcalin nous a permis d'ameliorer le modele de complexation de surface et d'etendre son application aux temperatures considerees. La diminution des vitesses de dissolution observee de 150 a 200 °C peut etre expliquee par l'augmentation, en fonction de la temperature, de la carbonatation et de l'hydrolyse des sites >MgOH2+ qui controlent la vitesse de dissolution de la magnesite. Des temperatures superieures a 100 °C qui entrainent une diminution de la vitesse de dissolution de la magnesite et des autres carbonates sont donc favorables au stockage de CO2 sous forme dissoute dans les aquiferes profonds riches en mineraux carbonates. L'utilisation d'une cellule a electrodes d'hydrogene (HECC) nous a permis de preciser les donnees cinetiques a proximite de l'equilibre grâce a la determination precise du produit de solubilite de la magnesite en fonction de la temperature (50-200 °C). De plus, ces mesures nous ont permis de generer les proprietes thermodynamiques de la magnesite et de les comparer a celles obtenues par mesures calorimetriques et par equilibres de phases. Les resultats de cette etude representent une importante contribution a la comprehension des cinetiques de reaction des mineraux carbonates dans les systemes hydrothermaux et permettent de proposer une base de donnees essentielle pour la quantification des reactions de dissolution/precipitation des carbonates dans les systemes complexes. En outre, ce travail fournit des contraintes cinetiques pour la modelisation geochimique des processus de sequestration du CO2 et sera utile a l'evaluation de l'impact et des risques lies au stockage de CO2 a long terme.