Critères minéralogiques, chimiques et physiques de l'utilisation agronomique de poudre de basalte hydrothermalisé au sud du Brésil

Use of tailings of amethys mines in agrculturere : mineralogical, chemical and physical criteria for agronomic use of hydrothermally

• Auteur / Autrice : Jackson Korchagin
• Direction : Laurent Caner, Edson Campanhola Bortoluzzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre solide et enveloppes superficielles
• Date : Soutenance le 23/03/2018
• Etablissement(s) : Poitiers en cotutelle avec Universidade de Passo Fundo (Brasil)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'environnement Gay Lussac (La Rochelle ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (2012-....) - Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers / IC2MP
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Sophie Cornu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Caner, Edson Campanhola Bortoluzzi, Pierre Barré, Pedro A. V. Escosteguy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Cornu, Danilo dos Santos Rheinheimer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Engrais et amendements

Sol, Utilisation agricole du

Argile

Altération (géologie)

Sols

Mots clés libres

Métabasalte

Minéraux argileux 2:1

Reminéralisation

Pâturages naturels

Metabasalt

Clay minerals 2:1

Remineralizer

Native field

Résumé

L'exploitation des géodes d'améthyste dans la région d'Ametista do Sul, État du Rio Grande do Sul, dans le sud du Brésil, génère une grande quantité de déchets de basalte hydrotermalisé qui s'accumulent à côté des mines. Ce matériau contient une quantité considérable de minéraux argileux comme la smectite et la céladonite, ce qui le rend prometteur pour l'utilisation comme reminéralisant des sols agricoles. Afin de prospecter l'utilisation de ce matériel dans l'agriculture, les objectifs suivants ont été établis: i) évaluer la variabilité minéralogique et géochimique du basalte hydrothermalisé le long du profil horizontal du principale coulée d'exploitation des géodes dans la région d'Ametista do Sul; ii) déterminer la solubilité des éléments chimiques d'intérêt agricole à partir de la poudre de basalte hydrothermalisé, en utilisant différentes méthodes d'extraction; iii) évaluer les caractéristiques chimiques et minéralogiques d'un Argisol sous pâturages naturels après l'application de poudre de basalte hydrothermalisée, ainsi que la production de pâturage et l’exportation de nutriments par les plantes. Le basalte hydrothermalisé se compose de plagioclase, de pyroxènes, de minéraux opaques et d'apatite en tant que minéral accessoire, et il est fortement altéré et comporte des minéraux argileux dans la matrice ou en remplissage des vésicules. Le matériel recueilli dans les différentes mines a un assemblage minéralogique et une composition géochimique similaires. Cependant, le basalte situé près des géodes est légèrement plus altéré que le basalte qui compose le reste de la coulée. Les minéraux argileux identifiés sont principalement de type saponite, interstratifiés chlorite/saponite et céladonite. Parmi les différents réactifs employés pour estimer la solubilité des éléments contenus dans les minéraux de la poudre de basalte (fraction < 0,3 mm), l'acide citrique à 2% est le plus efficace pour le calcium, le magnésium et le phosphore. Pour ces éléments, avec des teneurs moyennes dans la poudre de basalte de 58, 33 et 3,8 g kg-1, respectivement 23, 47 et 56% de la teneur totale ont été solubilisés. Le potassium et le sodium, avec des teneurs moyennes de 14 et 26 g kg-1, ont été solubilisés à des taux inférieurs à 3%, même dans des conditions d'acidification du milieu. Pour les essais de fertilisation sur le terrain des doses correspondant à 0, 1 000, 2 000, 4 000 et 8 000 kg ha-1 de basalte hydrothermalisé ont été appliquées sur un Argisol cultivé avec des pâturages naturels. Les caractéristiques chimiques du sol semblent avoir été peu influencées par les apports de poudre de basalte. Cependant, l’exportation de nutriments par les pâturages naturels était plus élevée que les quantités potentiellement solubilisables estimées avec l'acide citrique à 2%. En conclusion, le basalte hydrothermalisé présente un potentiel de reminéralisation des sols, et son importance repose sur des caractéristiques minéralogiques, principalement en raison de la présence de minéraux solubilisables dans les sols et de minéraux argileux 2:1 qui peuvent retenir les nutriments, importants pour la fertilité des sols agricoles.

The exploration of amethyst geodes in the region of Ametista do Sul, state of Rio Grande do Sul, southern Brazil, generates a large amount of hydrothermal basalt tailings, which accumulate near the mines. This material has a considerable amount of smectite and celadonite clay, making it promising as a remineralizer for agricultural soils. In order to prospect the use of this material in agriculture, the following objectives were established: i) to evaluate the mineralogical and geochemical variability of the hydrothermal basalt along the horizontal profile of the main geode exploration flow in the region of Ametista do Sul, from collections carried out in different geode exploration mines; ii) to determine the solubility of chemical elements of agricultural interest from the basalt powder, using different extraction methods; iii) to evaluate the chemical and mineralogical characteristics of an Argisol under native pasture after application of hydrothermalized basalt powder, as well as to verify the effects on the pasture production and nutrient uptake by plants. Hydrothermal basalt consists of plagioclase, pyroxenes, opaque minerals and apatite as an accessory mineral, and is greatly altered for clay minerals in the matrix or filling vacuoles. The material collected in different mines has mineralogical assembly and geochemical composition similar. However, the basalt located near the geodes is slightly more altered for clay minerals than the basalt composing the rest of the mass. The identified clay minerals are predominantly of saponite, interstratified chlorite/saponite and celadonite types. As for the solubility of elements contained in the minerals of the hydrothermal basalt powder (fraction < 0.3 mm), the extraction using citric acid 2% proved to be efficient for calcium, magnesium and phosphorus. For these elements, with average contents in the hydrothermal basalt powder of 58, 33 and 3.8 g kg-1, respectively, were solubilized 23, 47 and 56% of the total contents. Potassium and sodium elements, with average contents of 14 and 26 g kg-1, were solubilized at rates below 3%, even under acidification conditions of the medium. Regarding field tests, where proportional doses of 0, 1000, 2000, 4000 and 8000 kg ha-1 of hydrothermal basalt powder were applied in an Argisol cultivated with native pasture, the chemical characteristics of the soil appear to have been slight influenced. However, nutrient uptake by native pasture was higher than the potentially solubilizable amounts estimated by 2% citric acid. In conclusion, hydrothermal basalt has potential for remineralization of soils, and its importance is based on mineralogical characteristics, mainly due to the presence soluble minerals and of 2:1 clay minerals, important for the fertility of agricultural soils.