Importance des interactions eau-métaux-hydrocarbures dans la compréhension des gisements métallifères et des systèmes pétroliers : approches micro-analytiques et expérimentales nouvelles

Importance of water-metals-hydrocarbons interactions in the understanding of ore deposits and petroleum systems : new micro-analytical and experimental developments.

• Auteur / Autrice : Malika Chbani
• Direction : Raymond Michels
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 13/11/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GeoRessources
• Jury : Président / Présidente : Valérie Burklé-Vitzthum
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raymond Michels, Franck Bourdelle, Sylvain Marque, Pierre Adam, Marie-Christine Boiron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Bourdelle, Sylvain Marque

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métallogénie

Spectrométrie de masse à plasma induit par haute fréquence

Pétrole

Équilibre hydrophile-lipophile

Solubilité

Eau

Eau -- Teneur en métaux

Teneur en métaux

Hydrocarbures

Interaction eau-roche

Mots clés libres

LA-ICP-MS

RMN1H

Transfert de métaux

Solubilité de l'eau

Pétrole

Clusters d'eau

LA-ICP-MS

1H-NMR

Metal transfer

Water solubility

Oil

Water clusters

Résumé

Le passage vers une énergie plus propre et le développement des énergies renouvelables et des véhicules électriques ont entraîné une demande croissante de métaux stratégiques tels que le lithium, le cobalt et le cuivre. Cependant, les ressources primaires de ces matériaux restent limitées. Pour répondre à la demande mondiale, il est crucial de développer des ressources métalliques alternatives, telles que l'exploitation des métaux présents dans les aquifères des bassins sédimentaires. Ces métaux proviennent d'interactions entre fluides et roches dans ces bassins ou le socle cristallin. Cependant, l'impact exact du pétrole dans ces interactions reste mal compris, ce qui a orienté l'approche adoptée dans cette étude. Pour ce faire, une approche multidisciplinaire a été mise en œuvre alliant le développement méthodologique de l'analyse des métaux sur microquantités d‘huiles, une approche expérimentale du transfert des métaux entre huile et phase aqueuse ainsi que la compréhension de ces processus en étudiant la solubilité de l'eau dans le pétrole par RMN. L'ensemble des résultats obtenus permet d'améliorer nos concepts sur les relations de transfert de sels métalliques entre une phase aqueuse et un pétrole. En effet, le transfert de solutés et leur transport par le pétrole ne sont pas strictement dépendants de la seule affinité des métaux avec la matière organique (capacité de complexation). Le transfert est aussi assuré par la présence d'eau sous forme de gouttelettes et de clusters qui probablement portent une partie des métaux.

The move towards cleaner energy and the development of renewable energies and electric vehicles have led to growing demand for strategic metals such as lithium, cobalt and copper. However, the primary resources of these materials remain limited. To meet global demand, it is crucial to develop alternative metal resources, such as exploiting the metals present in the aquifers of sedimentary basins. These metals come from interactions between fluids and rocks in these basins or the crystalline basement. However, the exact impact of oil in these interactions remains poorly understood, which has guided the approach adopted in this study. To achieve this, a multidisciplinary approach was used, combining the methodological development of metal analysis on micro-quantities of oil, an experimental approach to metal transfer between oil and aqueous phase and an understanding of these processes by studying the solubility of water in oil using NMR. All the results obtained have improved our understanding of the transfer of metal salts between an aqueous phase and an oil. The transfer of solutes and their transport by the oil are not strictly dependent on the affinity of the metals with the organic matter alone (complexation capacity). Transfer is also ensured by the presence of water in the form of droplets and clusters that probably carry some of the metals.