Mécanismes d’incorporation des éléments traces dans la pyrite diagénétique

Mechanisms of trace elements incorporation in diagenetic pyrite

• Auteur / Autrice : Camille Baya
• Direction : Guillaume Morin, Pierre Le Pape
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : François Baudin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Blanchard, Romain Guilbaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alejandro Fernández Martínez, Emmanuelle Montargès-Pelletier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diagenèse

Éléments traces

Pyrite

Biogéochimie

Mots clés libres

Pyrite

Éléments traces

Incorporation

Diagénèse

Sulfures de fer

Métaux

Pyrite

Trace elements

Iron sulfides

Résumé

La pyrite (FeS2) est le sulfure de fer le plus abondant à la surface de la Terre. La pyrite est souvent utilisée comme marqueur de conditions anoxiques/sulfurées et pour reconstituer la géochimie de ses milieux de formation car elle peut piéger divers éléments traces (ET) dans sa structure. Cependant, les mécanismes de formation de la pyrite à l’échelle moléculaire et l’influence des ET sur sa formation restent mal compris. Comprendre ces mécanismes permettra de prédire la séquestration et le relargage d’ET potentiellement toxiques par la pyrite dans l’environnement et de mieux utiliser la pyrite comme paléomarqueur. Cette thèse a pour objectif d’identifier les étapes de formation de la pyrite diagénétique et de comprendre les conditions d’incorporation des ET souvent associés. En laboratoire, l’analyse des produits de synthèses de pyrites dopées en ET ont permis d’apporter de nouvelles informations sur la structure des précurseurs FeS de la pyrite, de démontrer l’influence de métaux et métalloïdes sur sa cinétique de formation (Ni>Mn/Co>Cu/Zn/Se>Témoin/V>As/Mo) et d’établir des coefficients de partition pyrite-solution pour ces éléments (Cu≥Ni≥Co>Se/Mo>As>Zn>Mn). L’analyse de sédiments du Lac de Tignes a permis d’étudier la diagenèse des sulfures de fer en conditions réelles en fonction de la profondeur. La quantification des phases porteuses de Fe et de S a permis d’accentuer l’importance des AVS. La morphologie de la pyrite serait ici dépendante de l’organisation des pores dans ces sédiments. Ces travaux permettront de préciser le rôle de la pyrite dans le cycle biogéochimique de Fe, S et des ET dans les environnements de surface.

Pyrite (FeS2) is the most abundant iron sulfide on the Earth's surface. Pyrite is often used as a marker of anoxic/sulfidic conditions and to reconstruct the geochemistry of its formation media as it can trap various trace elements (TE) in its structure. However, the mechanisms of pyrite formation at the molecular level and the influence of TE on its formation remain poorly understood. Understanding these mechanisms will help predict the sequestration and release of potentially toxic TE by pyrite into the environment and better use pyrite as a paleomarker. The objective of this thesis is to identify the stages of formation of diagenetic pyrite and to understand the conditions of incorporation of its most frequently associated TE. In laboratory, the analysis of the synthesis products of pyrites doped with TE made it possible to provide new information on the structure of the FeS precursors of pyrite, to demonstrate the influence of metals and metalloids on its formation kinetics (Ni> Mn / Co> Cu / Zn / Se> Control / V> As / Mo) and to establish pyrite-solution partition coefficients for these elements (Cu ≥ Ni ≥ Co > Se / Mo > As > Zn > Mn). The analysis of sediments from Lake Tignes made it possible to study the diagenesis of iron sulfides in real conditions as a function of depth. The quantification of the Fe- and S-bearing phases has accentuated the importance of AVS in this context. The morphology of pyrite here would depend on the organization of the pores in these sediments. This work will clarify the role of pyrite in the biogeochemical cycle of Fe, S and TE in surface environments.