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Impact de la vie benthique sur la genèse de nodule calcaires dans les <em>blackes shales</em>
L'étude de nodules calcaires de quatre séries de <em>black shales</em> riches en matière organique permet d'envisager le rôle important joué par l'activité d'organismes benthiques dans la création d'hétérogénités du sédiment, favorisant ainsi la diagenèse précoce induite par la dégradation microbienne de la matière organique. -
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Impact of chemical weathering on micro/macro-mechanical properties of oolithic iron ore
This article concerns the problem of collapses of abandoned underground (room-and-pillar) iron mines in Lorraine (North-Eastern France). A study on the ageing of iron ore was carried out using different analytical techniques (SEM-EDS, EMPA, X-ray diffraction, Mossbauer and ICP spectroscopy). As iron ore is a reactive environment in an oxidizing atmosphere created by anthropic activity, this kind of weathering is triggered or activated by chemical processes, and differs from diagenetic evolution under reducing conditions. The weathering is characterized by the chemical alteration/oxidation of reduced minerals (siderite and berthierine) in the inter-oolithic cement, mechanical disaggregation of oolithes, recrystallization of berthierine and neo-crystallization of a honeycombed hematite crust (i.e., rust) on all mineral surfaces. This corrosion of iron ore was found to occur at a large scale in pillars, especially in very old pillars which have been exposed to the mine atmosphere for 70-100 years. The alteration of the inter-oolithic cement which ensures material cohesion was not found to have been compensated by the crystallization of new minerals, thus inducing the decrease in the micro/macro-mechanical properties of iron ore (micro-indentation tests at millimetric scale, micro-compression triaxial tests at centimetric scale and macro-compression triaxial tests at decimetric scale). This chemical weathering of anthropic-origin plays a large-scale and major role in the long-term behavior of pillars, and is probably one of the main causes of mine collapses that occurred in Lorraine. Therefore, the decision to stop pumping of mine drainage, thus inducing flooding of iron mines (by groundwater), was the correct decision, since oxidation reactions in iron ore are necessarily less important under anaerobic condition than under aerobic condition. In addition, the knowledge of iron ore ageing allows for improved assessment of the long-term stability of iron mines which have yet to collapse (i.e., flooded iron mines and also iron mines which are still above the ground water-table). -
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Influence de l'activité bactérienne ferro-oxydante et ferriréductrice sur les propriétés minéralogiques et micromécaniqures du minerai de fer dans le contexte des mines abandonnées de Lorraine
Les effondrements miniers en Lorraine (France) ont pour origine la rupture des piliers de soutien constitués de minerai de fer. Leur rupture n'est pas seulement due aux seules contraintes mécaniques qu’exerce le recouvrement mais également aux différentes transformations minéralogiques du minerai de fer, compromettant sa cohésion et sa résistance et par conséquent, la stabilité des piliers. On parle alors d’altération/vieillissement minéralogique du minerai de fer. Les mécanismes chimiques qui entrainent ces transformations minéralogiques sont désormais bien connus mais l’influence de l’activité bactérienne n’est pas encore bien comprise. Des travaux préliminaires ayant soulevé le rôle possible des activités microbiennes, ce travail de thèse s'est alors appliqué à identifier les métabolismes bactériens susceptibles de réagir avec le minerai de fer en conditions aérobie et anaérobie, et à en caractériser les effets physico-chimiques, minéralogiques et mécaniques. Les groupes métaboliques bactériens suspectés d’être impliqués dans ces réactions (activités ferriréductrices, ferro-oxydantes et sulfato-réductrices) ont été identifiés dans les eaux de mine et incubés en présence du minerai de fer, en souche pure ou avec un consortium issu de l’eau de mine. Les bactéries ferri-réductrices (IRB), sulfato-réductrices (BSR) et acidophiles ferro-oxydantes ont été les seules qui, dans les conditions de laboratoire, ont impacté significativement le minerai en modifiant le ratio Fe(II)/Fe(III). Une phase ferro-carbonatée et de la pyrite se sont formées respectivement au cours des incubations avec les IRB et BSR, et ont été caractérisées par analyse du solide (spectroscopies infrarouge en réflexion diffuse (DRIFTS) et Mössbauer et par diffraction aux rayons X). Des bactéries nitrate-réductrices ont aussi été testées et aucune modification significative du ratio Fe(II)/Fe(III) du minerai de fer n’a été observée. Enfin, les propriétés mécaniques du minerai de fer ont été mesurées après les réactions d’oxydo-réduction biologiques et purement chimiques. Des modifications sensibles de ces propriétés mécaniques par rapport à l’état initial ont ainsi pu être mises en évidence. Sur la base de ces résultats, l’hypothèse de l’altération mécanique du minerai de fer par des activités microbiennes est donc tout à fait réaliste. -
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Interprétation paléoclimatique des remplissages endokarstiques de la vallée de la Moselle à Pierre-la-Treiche Lorraine, France
À proximité de Nancy, le plateau de Haye recèle des grottes désactivées, créées au cours du Pléistocène inférieur et moyen par des pertes de la Moselle, lorsque celle-ci rejoignait encore la Meuse, avant son détournement hydrographique vers la Meurthe. Le karst sous-fluvial, mis en évidence par des études morphosédimentaires hypogées et épigées, notamment à Pierre-la-Treiche, comporte d_importants remplissages qui ont fait l_objet d_analyses de plusieurs types. Les réseaux souterrains sont comblés essentiellement par des alluvions constituées de matériaux vosgiens apportés par la Moselle. L_étude des faciès et structures sédimentaires de ces remplissages a permis de déceler des variations climatiques grâce à des modifications de grande ampleur des paléodynamiques d_écoulements endokarstiques. Ces sédiments détritiques mosellans sont malheureusement dépourvus de matière pollinique et de vestiges paléontologiques. Seuls les limons de surface de remplissage ont livré des grains de pollen holocènes et des faunes de climat froid fini-pléistocènes. Alluvions et sédiments fins superficiels ont été scellés à certains endroits par des concrétions. Des datations par la méthode U/Th ont permis de connaître leurs périodes de croissance, en rapport avec les stades et interstades climatiques du Quaternaire. Une bonne correspondance est apparue entre l_âge de formation des spéléothèmes et les époques tempérées stades et sous-stades isotopiques 6.5, 5.3, 3.3, 3.1 et 1. L_intérêt des remplissages endokarstiques et de leur étude multivariée se vérifie une nouvelle fois, dans une région caractérisée par des données paléoclimatiques encore parcimonieuses. Near Nancy, the Haye plateau exhibits dry caverns. These were created by leakage of the Moselle river during the early and middle Pleistocene, at a time when the river was still flowing towards the Meuse river, and therefore prior to its capture by the Meurthe river. The cave system has been the focus of geomorphological and sedimentological studies, within the karst and at the surface, especially at Pierre-la-Treiche. The caves are mainly filled by Moselle alluvium brought from the Vosges mountains. The study of the sedimentary facies and structures of these fillings has allowed us to determine climatic variations in addition to changes in palaeoflow characteristics through the cave system. The detrital sediments are unfortunately devoid of pollen and fossils. Only the surficial silt and clay layer contain Holocene pollen and late Pleistocene fauna related to a cold climate. In some places, speleothems have grown over alluvium and fine surficial sediments. U/Th dating has provided age brackets for the speleothems, which we have correlated with an independently established late Quaternary climatic chronology. A good match was obtained between speleothem ages and known periods of temperate climate isotope stages and substages 6.5, 5.3, 3.3, 3.1, and 1. The cave fillings are thus of great interest in a region of eastern France that has so far been lacking palaeoclimatic data. -
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