Effet de l’oxydation de matières organiques de type II sur…

Effet de l’oxydation de matières organiques de type II sur la production de composés hydrosolubles, exemple des marnes du Kimméridgien et du Toarcien.

Pascale Blanchart, Pierre Faure, Raymond Michels

G2R, UMR 7566, CNRS, Université de Lorraine, Faculté des sciences, Boulevard des Aiguillettes,  B.P. 239,   54506 Vandoeuvre lès Nancy, France

Résumé :

Afin de mieux comprendre le comportement de la matière organique fossile contenue dans les formations argileuses, notamment dans le cadre de l’étude des barrières géologiques des sites de stockages de déchets nucléaires, plusieurs travaux ont été conduits afin d’évaluer les conséquences des processus d’oxydation abiotique (ventilation des galeries) sur leurs propriétés. Lors des expériences d’oxydation de la matière organique en laboratoire, la fraction dissoute est souvent négligée au profit d’une étude complète du kérogène et de la fraction extractible aux solvants organiques (MOE). Pourtant, la matière organique dissoute (MOD) peut représenter une part non négligeable du carbone libéré lors des processus d’oxydation [1, 2]. Cette étude porte plus particulièrement sur des marnes du  Kimméridgien et du Toarcien de l’est du Bassin de Paris. Ces échantillons, caractérisés par une matière organique de type II, possèdent une teneur en carbone organique total relativement élevée (9% et 7% respectivement). L’étude de la distribution des biomarqueurs moléculaires et des paramètres Rock Eval montre que les marnes du Toarcien sont plus matures thermiquement que celles du Kimméridgien.
Ces deux marnes ont été oxydées en étuve ouverte à 100°C durant 10, 21, 42 et 85 jours. Différentes analyses ont été effectuées afin de comprendre les mécanismes de production de la matière organique dissoute durant l’oxydation. Tout d’abord, des analyses Rock Eval et moléculaires en THM-GCMS sur la roche totale ont permis de suivre l’évolution du kérogène durant les expériences d’oxydation. Par ailleurs, les échantillons ont été extraits, d’une part, aux solvants organiques (Extracteur ASE) et, d’autre part, à l’eau MilliQ par soxhlet. La MOE a été fractionnée par chromatographie liquide et analysée en GC-MS et HPLC-SEC. La MOD obtenue a été caractérisée par des analyses quantitatives (teneur en carbone organique dissous), moléculaires (HPLC-SEC, THM-GCMS) et spectroscopiques (fluorescence 3D).
Avec l’oxydation, la proportion de carbone extractible (MOE et MOD) augmente, cependant la quantité de COD est deux (Toarcien) à cinq fois (Kimméridgien) plus importante que la quantité de carbone extractible aux solvants organiques. Les différents résultats montrent que la composition du kérogène des deux séries évolue avec la libération de nouvelles molécules oxygénées (aliphatiques et aromatiques). Ces nouvelles molécules vont venir enrichir :
-la fraction MOE, notamment à partir de 21 jours avec l’augmentation de la fraction polaire et l’apparition de diacides alcanoïques dérivant du kérogène ;
-la fraction MOD, avec l’apparition d’acides alcanoïques lourds dont la distribution est semblable à celle du kérogène. De plus, cette évolution de la chimie de la fraction dissoute est soulignée par l’évolution du signal de fluorescence des deux séries qui présente à la fois un « red shift » et un décalage vers les plus hautes longueurs d’ondes d’excitation (Figure 1).


Figure 1 : Matrices d’Emission-Excitation de la fraction organique dissoute (MOD) de l’échantillon initial (T0) et de celui oxydé à 85 jours des marnes du Kimméridgien.

Références
1.    Blanchart, P., Influence de l’oxydation et de la biodegradation anaérobie sur la matière organique de l’argile oligocène de Boom (Mol, Belgique): conséquences sur la formation d’espèces organiques hydrosolubles. 2011, INPL: Nancy. p. 366.
2.    De Craen, M., et al., High sulphate concentrations in squeezed Boom Clay pore water: evidence of oxidation of clay cores. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 2004. 29(1): p. 91-103.

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