Fractionnement isotopique naturel et anthropique du nickel en contexte ultrabasique : le cas des massifs de Niquelândia et Barro Alto (Etat du Goiás, Brésil)

La region Centre Ouest du Bresil possede des massifs ultrabasiques (UB) avec des manteaux lateritiques representants des reserves et ainsi des ressources economiques importantes de Ni. Ces massifs nickeliferes permettent d’etudier le cycle du Ni sous contraintes anthropiques par une approche pluridisciplinaire, associant caracterisations chimiques, mesures physiques de sa speciation solide, et tracage isotopique des sources et des processus affectant le nickel. Cette these focalisee sur l’utilisation des isotopes du Ni comme traceur a eu pour but d’identifier la signature isotopique au sein de plusieurs compartiments en interactions les uns avec les autres (roche mere, saprolite, laterite, sol et plantes) et d’associer les fractionnements observes aux processus biogeochimiques. De plus, du fait de leurs ressources economiques, les massifs etudies, Barro Alto et Niquelândia, subissent une pression anthropique importante, miniere et metallurgique. Ainsi, ils offrent une opportunite unique d’etudier le fractionnement isotopique du nickel associe a son cycle anthropique, et voir s’il est possible d’identifier la contribution anthropique dans le cycle naturel du Ni par sa signature isotopique. Les resultats ont montre que l’alteration de roches UB conduit a un fractionnement isotopique du Ni, se traduisant par une perte en isotopes lourds de la phase solide, soit un Δ⁶⁰Ni de - 0,47 ‰ entre la roche mere et le top-sol. Ce fractionnement semble associe au moins en partie a l’incorporation et a la sorption des isotopes legers du Ni sur les oxydes de Fe lors de la remobilisation du Ni au cours de l’alteration. Cet enrichissement en isotopes legers du Ni dans la partie solide conduit a une composition isotopique en Ni plus lourde dans la phase dissoute (eaux du massifs : 0.50 ‰ < δ⁶⁰Ni < 0,70 ‰). La zone saprolitique presente une variation importante de signature isotopique allant pour δ⁶⁰Ni de -0,04 ‰ a 1,41 ‰. Pour les echantillons presentant une signature isotopique lourde, le Ni se trouve principalement au sein de la serpentine fortement substitue, quand les signatures plus legeres sont en lien avec une proportion de Ni plus importante au sein de la goethite. Dans un systeme comme celui-ci avec un nombre important de phases porteuses de Ni, il est cependant tres difficile d’etablir un lien entre la speciation solide et l’isotopie du Ni. Le role des plantes dans le cycle du Ni a ete aborde en etudiant le fractionnement isotopique du Ni dans trois especes de plantes hyperaccumulatrices de Ni et deux especes de plantes tolerantes. Il existe un fractionnement isotopique lors du transfert de Ni de la tige vers la feuille, qui est systematiquement enrichie en isotopes lourds du Ni. Les feuilles sont les compartiments des plantes ou les teneurs en Ni sont les plus importantes. L’enrichissement en isotopes lourds du Ni des feuilles par rapport aux sols (- 1,05 ± 0,03 ‰ < Δ⁶⁰Ni_sol-feuilles < - 0,06 ± 0,12 ‰) semble indiquer que la restitution et la decomposition de cette matiere organique au niveau du sol s’accompagnera d’un apport en isotopes lourds du Ni dans le sol. L’activite pyrometallurgique entraine un fractionnement isotopique lors du processus de fusion en conditions reductrices qui conduit a la formation des scories de reduction. Ces residus presentent un enrichissement en isotopes lourds (δ⁶⁰Ni = 0,18 ± 0,05 ‰) par rapport au materiel entrant (δ⁶⁰Ni = 0,08 ± 0,08 ‰) et au produit final, le FeNi (δ⁶⁰Ni = 0,06 ± 0,02 ‰). Enfin, cette etude montre que l’utilisation des isotopes du Ni pour tracer le Ni « anthropique » et le distinguer du Ni naturel possede certaines limites en raison du faible fractionnement induit par les processus pyrometallurgiques aux regards de la grande variabilite des echantillons naturels au sein de la litterature (-1.03 ‰ < δ⁶⁰Ni < 2.50 ‰).