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Le traçage des variabilités au sein des barrières de confinement par la géochimie organique. Application aux dépôts du Callovo- Oxfordien de l'Est du bassin.

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1 Le traçage des variabilités au sein des barrières de confinement par la géochimie organique. Application aux dépôts du Callovo- Oxfordien de l'Est du bassin de Paris. Y. Hautevelle, R. Michels, F. Malartre, M. Elie, A. Trouiller

2 Variabilité physico-chimique des barrières de confinement Les dépôts callovo-oxfordiens de l’Est du bassin de Paris Échelle des temps géologiques ≈ 164 – 154 Ma Barrière géologique – apparente homogénéité ; – caractérisation de la variabilité des paramètres physico-chimiques au sein de cette barrière. Bure (Meuse) Argilites callovo-oxfordiennes Oxfordien Kimméridgien Etude sur la faisabilité d'un stockage de déchets radioactifs Conclusions I. Présentation des sites étudiés Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites II. Protocole analytique III. Résultats Intro- duction

3 Informations portées par la matière organique Intro- duction Variabilités physico- chimiques intrinsèques Histoires sédimentologique et diagénétique Matière minérale Matière organique Phase fluide Matière Organique extractible Kérogène dinostérane hopanes Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats origine : bactérienne origine : dinoflagellés produits diagénétiques dinostérols biohopanoïdes I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

4 Informations portées par la matière organique Intro- duction Variabilités physico- chimiques intrinsèques Histoires sédimentologique et diagénétique Matière minérale Matière organique Phase fluide Matière Organique extractible Kérogène dinostérane hopanes Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats origine : bactérienne origine : dinoflagellés produits diagénétiques dinostérols biohopanoïdes I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

5 Intro- duction Variabilités physico- chimiques intrinsèques Histoires sédimentologique et diagénétique Matière minérale Matière organique Phase fluide Matière Organique extractible Kérogène hydrogénation vs. aromatisation ➜ Eh, thermicité, … réarrangements ➜ conditions chimiques, minéralogie préservation des groupes fonctionnels et des insaturations ➜ bonne préservation, faible thermicité diagenèse Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats Informations portées par la matière organique I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

6 Intro- duction Variabilités physico- chimiques intrinsèques Histoires sédimentologique et diagénétique Matière minérale Matière organique Phase fluide Matière Organique extractible Kérogène hydrogénation vs. aromatisation ➜ Eh, thermicité, … réarrangements ➜ conditions chimiques, minéralogie préservation des groupes fonctionnels et des insaturations ➜ bonne préservation, faible thermicité diagenèse Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats Informations portées par la matière organique I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

7 Intro- duction Couplage géochimie / stratigraphie 1) Caractériser les variabilités du contenu organique des argilites callovo-oxfordiennes et des carbonates encaissants. Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats BUTS : 2) Déterminer les facteurs qui contrôlent la répartition de ces variabilités au sein de ces dépôts sédimentaires. Combinaison des approches moléculaire et chimiostratigraphique. APPROCHE UTILISÉE : Détermination de la logique qui préside la répartition des variabilités I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

8 Les puits de l'Est du bassin de Paris Localisation géographiqueCadre paléogéographique puits de l’Est puits de l’Est EST 312 EST 342 MSE 101 HTM 102 EST éch. Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats II.01 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

9 Le puits A 901 (Nord du bassin de Paris) Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats Localisation géographiqueCadre paléogéographique A 901 Puits de l’Est A éch. II.02 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

10 Protocole analytique : extraction de la MO 1 ère étape : broyage fin de la roche après description pétrographique. 2 ème étape : extraction de la matière organique soluble au dichlorométhane. Extraction automatique DIONEX. Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats I.01 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

11 3 ème étape : fractionnement de l’extrait par chromatographie liquide sur phase solide. Trois fractions sont récupérées : Fraction aliphatique hydrocarbures aliphatiques Fraction aromatique hydrocarbures aromatiques + quelques composés soufrés et oxygénés Fraction polaire composés fonctionnalisés Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats Protocole analytique : fractionnement I.02 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

12 4 ème étape : analyse des 3 fractions par couplage chromatographie en phase gazeuse (GC, séparation des composés) et spectrométrie de masse (MS, détermination des composés). Acquisition & traitement Chromatographie en phase gazeuse Séparation des composés Spectrométrie de masse Identification des composés Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats Protocole analytique : analyse moléculaire (GC-MS) I.03 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

13 chromatogramme Identification spectre de masse Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats Protocole analytique : Identification des biomarqueurs I.04 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

14 Composition moléculaire de la matière organique Argilites callovo-oxfordiennes contribution marine contribution continentale Ph MSE 101; 575 m Fraction aliphatique m/z 57 Pr 13 : n-alcanes Pr, Ph : pristane et phytane : autres isoprénoïdes acycliques Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats III.01 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

15 Distribution des composés linéaires Argilites callovo-oxfordiennes Carbonates de plate-forme contribution marine contribution continentale Ph MSE 101; 575 m Fraction aliphatique m/z 57 Pr 13 : n-alcanes Pr, Ph : pristane et phytane : autres isoprénoïdes acycliques EST 312; 315 m Fraction aliphatique m/z : n-alcanes MSE 101; 460 m Fraction aliphatique TIC Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats III.02 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

16 contribution marine contribution continentale Ph 3-Me alcanes 3-Et-3-Me alcanes 2,2-diMe alcanes 5-Et-5-Me alcanes 3,3-diEt alcanes 6,6-diEt alcanes ? Pr Ph 14 I 19 n-alcanes I isoprénoïdes acycliques cyclo-alcanes 5,5-diEt alcanes 5-but-5-Et alcanes Argilites callovo-oxfordiennes Carbonates de plate-forme ➜ Cyanobactéries ? MSE 101; 575 m Fraction aliphatique m/z : n-alcanes Pr, Ph : pristane et phytane : autres isoprénoïdes acycliques Pr Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats Distribution des composés linéaires III.03 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

17 Distribution des stéroïdes MSE 101; 575 m Fraction aliphatique m/z 203, 217, 231 C25 C23 C25 C26 C29 C28 C27 dino sté rane Me- sté rane MSE 101; 575 m Fraction aliphatique m/z 203, 217, 257, 271 diastérènes Me-diastérènes Argilites callovo-oxfordiennes MSE 101; 575 m Fraction aromatique m/z 231, 239, 245, 253, 267 Stéroïdes aromatiques Stéranes C27 C28 C29 C27 C28 C29 Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats III.04 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

18 MSE 101; 575 m Fraction aliphatique m/z 203, 217, 231 C25 C23 C25 C26 C29 C28 C27 dino sté rane Me- sté rane MSE 101; 575 m Fraction aliphatique m/z 203, 217, 257, 271 diastérènes Me-diastérènes Argilites callovo-oxfordiennes Stéranes C27 C28 C29 C27 C28 C29 Mélange C 26, C 27, C 28, C 29 -stéroïdes méthyl-stéroïdes et dinostérane typique d’un mélange d’une contribution marine avec une contribution continentale ➜ Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats Distribution des stéroïdes III.05 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

19 Evolution stratigraphique de la distribution des stéroïdes diastérènes stéranes ➜ Influence de la minéralogie au cours de la diagenèse – teneur en minéraux argileux – teneur en smectite ➜ catalyse acide favorisent la formation de diastérènes ➜ Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats III.06 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

20 Distribution des hopanoïdes Argilites callovo-oxfordiennes MSE 101; 575 m Fraction aliphatique m/z 191 Carbonates de plate-forme MSE 101; 423 m Fraction aliphatique m/z 191 conf. bio. conf. géo. conf. bio. conf. géo. conf. bio. conf. géo. conf. géo. conf. bio. thermiquement immature thermiquement « plus mature » conf. bio. conf. géo. hopènes Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats III.07 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

21 Argilites callovo-oxfordiennes MSE 101; 575 m Fraction aliphatique m/z 191 conf. bio. conf. géo. conf. bio. conf. géo. conf. bio. conf. géo. immature MSE 101; 423 m Fraction aliphatique m/z 191 « plus mature » hopènes ➜ Protection physique par les minéraux argileux Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats Distribution des hopanoïdes III.08 I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

22 Homogénéité & variabilités de la barrière de confinement Les argilites callovo-oxfordiennes ➜ un seul faciès moléculaire. Homogènes du point de vue de leur contenu organique Conclusions Introduction IV. Facteurs contrôlant la variabilité des argilites III. Résultats IV.01 Géométrie du bassin sédimentaire Variabilités ➜ 1) changement des sources de matière organique (paléoenvironnement) ➜ 2) changement de matrice minérale (faciès sédimentaire) A 901 Environnements de dépôt Faciès sédimentaire ➜ faible variabilité EST Cas des séries sédimentaires étudiées Position paléogéographique Éloignée des paléocôtes I. Présentation des sites étudiés II. Protocole analytique

23 Le traçage des variabilités au sein des barrières de confinement par la géochimie organique. Application aux dépôts du Callovo-Oxfordien de l'Est du bassin de Paris. Y. Hautevelle R. Michels, F. Malartre, M. Elie, A. Trouiller


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