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Sujet
Facteurs contrôlant l’organisation des matériaux carbonés lors de l’enfouissement géologique sur des roches déformées naturellement et expérimentalement
Encadrement
Romain Augier, Hugues Raimbourg, Mohammed Boussafir, Yan Chen (ISTO), Abdeltif Lahfid (BRGM) et Asuka Yamaguchi (University of Tokyo)
Résumé
Les matériaux carbonés sont des composants communs des métasédiments, dérivant principalement de l’évolution diagenétique et métamorphique de la matière organique initialement présente dans le sédiment. Cette transformation progressive, par carbonisation et graphitisation conduit à une organisation croissante et irréversible de la matière carbonée jusqu’à du graphite bien cristallisé, stade ultime de l’évolution. Ainsi le degré d’organisation de la matière carbonée a t-il été rapidement considéré comme un indicateur des conditions métamorphiques du pic du métamorphisme (e.g. Rietmeijer & Mackinnon, 1985 ; Wada et al., 1996). Plus récemment, la quantification par spectrométrie Raman du degré d’organisation de la matière carbonée a été proposé comme un géothermomètre (dit RSCM) pour une large gamme de températures (200-650°C ; Beyssac et al., 2002 ; Rahl et al., 2006 ; Lahfid et al., 2010). Ce thermomètre est aujourd’hui un outil incontournable en pétrologie métamorphique (e.g. Cottle et al., 2011 ; Scharf et al., 2013 ; Augier et al., 2015 ; Beaudoin et al., 2016). Cependant, la compréhension fine des processus de graphitisation reste limitée en particulier en ce qui concerne la perte des groupements fonctionnels et la formation d’un réseau de graphène. Par ailleurs, l’effet de la déformation est souvent invoqué pour expliquer des écarts dans une tendance de premier ordre bien définie. Cet effet de la déformation sur l’organisation des matériaux carbonés reste à l’heure actuelle peu étudié sauf dans le cas des glissements rapides générateurs de chaleur de friction. Des études récentes sur des pseudotachylites (Ito et al., 2016 ; Yamaguchi et al, en prép) ont en effet montré une augmentation très modérée de l’organisation des matériaux carbonés sans qu’il soit possible de faire la part entre l’effet thermique et l’effet de la déformation. Par ailleurs, de nombreuses questions restent actuellement inexplorées comme l’effet de la déformation localisée n’entrainant pas de fusion partielle (bréchification) ou l’effet de la déformation ductile (mylonitisation).
Ce sujet de thèse propose d’explorer les effets de la température et de la déformation sur l’organisation des matériaux carbonés sur des échantillons déformés naturellement et expérimentalement avec un contrôle moléculaire/fonctionnel. Un échantillonnage fin à différentes échelles sera effectué sur le terrain, le long de gradients de déformation identifiés par l’équipe (Japon, Espagne ou Grèce). Les variations dans l’organisation des matériaux carbonés seront comparées à des estimations des quantités de déformation. En parallèle, des expériences sur la presse de Paterson seront conduites à température, durée et quantité de déformation cisaillante différentes sur des argilites naturelles dont le contenu organique sera caractérisé finement du point de vue textural, chimique et fonctionnel. Il est également envisagé de réaliser des expériences de maturation, uniquement en température afin d’estimer la dépendance au temps des réactions (cinétique). Cette thèse repose à la fois sur une connaissance fine des objets naturels, une reconnaissance académique sur l’utilisation de la méthode RSCM mais également une expertise et un parc analytique exceptionnel pour traiter cette question.
Contacts
Romain AUGIER (romain.augier@univ-orleans.fr), Hugues Raimbourg (hugues.raimbourg@univ-orleans.fr)
Date limite de candidature
23 Avril 2018