Academic literature on the topic 'Gypse – Dissolution'

Cet article traduit la volonté de deux maîtres d’ouvrages (ayant une compétence interne d’ingénierie conseils en géophysique), que sont SNCF Réseau et EDF, de mettre en commun leurs retours d’expériences pour améliorer la gestion des risques liés à l’aléa cavités souterraines sur des ouvrages de grands linéaires, en contexte ferroviaire ou hydraulique. Cette coopération a permis de valider plusieurs méthodes de diagnostic, par reconnaissance et auscultation, afin de détecter des cavités souterraines et de suivre leur évolution : dans deux contextes géologiques distincts (craie et marnes à gypse), les méthodes sismiques actives et passives basées sur les ondes de surface ont confirmé leurs performances théoriques, aussi bien pour des reconnaissances que de la surveillance en continu : (1) dans un contexte de cavités anthropiques dans la craie et hors nappe, les exemples présentés valident l’intérêt de certaines méthodes industrielles de reconnaissance (DCOS®, ParSeis®) et laissent espérer une industrialisation prochaine de plusieurs autres (SI active et passive), (2) dans le contexte de dissolution de gypse, ces mêmes méthodes utilisant le signal généré par les circulations ferroviaires se sont avérées très pertinentes pour assurer une surveillance en continu, via un monitoring 4D, du sol support de la plateforme ferroviaire. Le résultat de ce développement permettra de s’inscrire dans une démarche de maintenance prédictive vis-à-vis du risque fontis ; dans le contexte de dissolution de gypse, la mesure de déformation par fibre optique en place dans un remblai a démontré sa pertinence pour capter l’amorce de remontée d’un fontis, avant même l’apparition d’indice en surface. Enfin, il faut noter que les méthodes de reconnaissance et d’auscultation, présentées dans les deux premiers cas d’étude, pourraient favorablement être réalisées en utilisant une fibre optique comme celle exploitée dans le troisième cas d’étude, mais il faudrait un interrogateur optique différent de type DAS. Ceci est une perspective à laquelle s’intéressent les deux maîtres d’ouvrages.

Les eaux thermales de Kaswa/Mahagi sont utilisées depuis l’époque ancestrale par les natifs dans des pratiques hygiéniques et sanitaires. Cette étude visait l’amélioration des connaissances sur les aquifères de ces eaux et la détermination de l’origine de leur minéralisation. La combinaison des méthodes hydrochimiques et statistique multi variée a permis de comprendre l’hydrochimie des acquières. Ces sources sont hyper chloruro-sulfatée calcique. L'étude montre que la température, le pH, les ions Ca2+, Cl-, Mg2+, SO42- Na+, K+ HCO3- influencent la minéralisation. Ces ions sont issus des formations évaporitiques et carbonatées de l’encaissant après dissolution des minéraux (TDS : 664-802 mg/L, CE : 932-1230 μS/cm). Dans les aquifères, le phénomène d’hydrolyse, d’oxydo-réduction et d’échange de base ont été mis en évidence. Ces eaux sont en état de sous-saturation (IS<0) par rapport aux minéraux d’évaporites (anhydrite, gypse, halite) et de carbonates (calcite, aragonite, dolomie) en différents degrés, traduisant ainsi un temps de séjours assez long au contact de la roche réservoir. Ainsi, la nature de soubassement rocheux et les propriétés que présente l’eau elle-même sont à l’origine de la minéralisation des eaux thermales de Kaswa/Mahagi. The thermal waters of Kaswa/Mahagi have been used since ancestral times by the natives in hygienic and sanitary practices. This study aimed to improve knowledge of the aquifers of these waters and to determine the origin of their mineralization. The combination of hydrochemical and multivariate statistical methods has made it possible to understand the hydrochemistry of the aquifers. These springs are hyper chloruro-calcium sulphated. The study shows that temperature, pH, Ca2+, Cl-, Mg2+, SO42- Na+, K+ HCO3- ions influence the mineralization. These ions come from the evaporitic and carbonate formations of the surrounding rock after dissolution of the minerals (TDS: 664-802 mg/L, EC: 932-1230 μS/cm). In aquifers, the phenomenon of hydrolysis, oxidation-reduction and base exchange have been demonstrated. These waters are in a state of under-saturation (IS<0) with respect to evaporitics minerals (anhydrite, gypsum, halite) and carbonates (calcite, aragonite, dolomite) in different degrees, thus reflecting a fairly long residence time in contact with reservoir rock. Thus, the nature of the bedrock and the properties of the water itself are at the origin of the mineralization of the thermal waters of Kaswa/Mahagi.

Chromatin insulators are responsible for orchestrating long-range interactions between enhancers and promoters throughout the genome and align with the boundaries of Topologically Associating Domains (TADs). Here, we demonstrate an association between gypsy insulator proteins and the phosphorylated histone variant H2Av (γH2Av), normally a marker of DNA double strand breaks. Gypsy insulator components colocalize with γH2Av throughout the genome, in polytene chromosomes and in diploid cells in which Chromatin IP data shows it is enriched at TAD boundaries. Mutation of insulator components su(Hw) and Cp190 results in a significant reduction in γH2Av levels in chromatin and phosphatase inhibition strengthens the association between insulator components and γH2Av and rescues γH2Av localization in insulator mutants. We also show that γH2Av, but not H2Av, is a component of insulator bodies, which are protein condensates that form during osmotic stress. Phosphatase activity is required for insulator body dissolution after stress recovery. Together, our results implicate the H2A variant with a novel mechanism of insulator function and boundary formation.

Abstract The extreme north-eastern Algeria, in particular the Guelma city conceals thermal springs, whose waters circulating at great depths allow the rain-waters to warm up (according to the average geothermal gradient of 1°C per 33 m) and to acquire a mineralization which depends on the traversed rock. The goal of this research work was to determine mineralization origin of the thermo-mineral waters of Hammam Meskoutine (Algerian N-E). A hydro-chemical study involved analyses of a number of physical and chemical parameters of waters such as: temperature, hydrogen potential, electrolytical conductivity, Cl-, SO4 2-, HCO3 -, Ca2+, Mg2+, K+ and Na+. The data processing on the diagram revealed two dominating chemical facies: sulphate-magnesium and bicarbonate magnesium. With a high conductivity in excess of 2300 μS·cm-1, the temperature reaches 97°C. Calculation of the saturation index shows that the waters are supersaturated in carbonate minerals (calcite, dolomite and aragonite) and less saturated with evaporite minerals (halite, anhydrite, sylvite and gypsum). The reconstitution in dissolved salts reveals a dominant salt rich in calcium bicarbonates, in calcium sulphates and secondarily in magnesium salts. Geological sections used in the study zone affirm that the chemical composition of the spring waters comes from the neritic limestone dissolution and the gypso-saline complex of Hammam Meskoutine.

Karst is a three-dimensional landscape that occurs in soluble bedrock (typically limestone, marble, dolostone, gypsum or halite) and is defined by a solutionally weathered surface, a subsurface drainage system (where conduit-flow dominates), and underground openings and caves. Karst can host unique flora and subsurface fauna, as well as a wide range of other scientific, recreational and cultural values. Karst and potential karst areas underlie approximately 10% of British Columbia (BC), but the distribution and extent of this landscape has yet to be fully explored and delineated. Some of the most extensive and well-developed karst areas occur within the forestedlimestone areas of coastal BC, such as on Vancouver Island and Haida Gwaii, where numerous surface karst features and caves are known. Karst in the interior plateau regions of British Columbia is less well known, being in part covered by thick deposits of glacial materials. Alpine karst regions are most apparent in the Rocky Mountains where there are limestone plateaus, karst drainages and cave systems that have close connections to past and present glacial systems. Mapping of karst is a critical component for any land-use or resource development activity in all regions of British Columbia, as the environmental impacts on karst and its associated values are potentially significant. The regional distribution of karst in BC is not well mapped, with only an office-based reconnaissance karst potential map (1:250,000-scale) and a related database completed in 1999. A renewed effort should now be made to better map karst across British Columbia using digital bedrock mapping data released in 2017, combined with more recent satellite imagery and improved field knowledge.RÉSUMÉLe karst est un paysage tridimensionnel qui se présente dans le substrat rocheux soluble (généralement calcaire, marbre, dolomite, gypse ou halite) et est défini par une surface altérée par dissolution, un système de drainage souterrain (où l’écoulement par conduit domine) et des ouvertures et cavernes souterraines. Le karst peut abriter une flore et une faune souterraine unique, ainsi qu’une grande variété d’autres ressources scientifiques, de loisir et culturelles. Les zones karstiques et potentiellement karstiques constituent environ 10% de la surface de la Colombie-Britannique, mais la répartition et l’étendue de ce paysage n’a pas été complètement explorées et circonscrites. Certaines des zones karstiques les plus étendues et les mieux développées se trouvent dans les calcaires des zones calcaires boisées de la côte de la Colombie-Britannique, telles que l’île de Vancouver et l’archipel de Haida Gwaii, où l’on connaît de nombreuses caractéristiques karstiques de surface et des cavernes. Le karst des régions des plateaux intérieurs de la Colombie-Britannique est moins bien connu, étant en partie recouvert d’épais dépôts de matériaux glaciaires. Les régions karstiques alpines sont plus apparentes dans les montagnes Rocheuses où se trouvent des plateaux calcaires, des bassins de drainage karstiques et des systèmes de cavernes étroitement liés aux systèmes glaciaires passés et contemporains. La cartographie du karst est une constituante essentielle de toute activité d’utilisation du terrain ou de développement des ressources dans toutes les régions de la Colombie-Britannique, car les impacts environnementaux sur le karst et ses bénéfices associés sont potentiellement importants. La distribution régionale et les caractéristiques des karsts en Colombie-Britannique ne sont pas bien cartographiées, avec seulement une carte de reconnaissance du potentiel karstique établie par une étude de bureau (à l’échelle de 1/250 000) et une base de données associée, complétées en 1999. Il faut aujourd’hui améliorer la cartographie de karsts en Colombie-Britannique en utilisant les données numériques de cartographie du substrat rocheux publiées en 2017, combinées avec des images satellite plus récentes et à une meilleure connaissance du terrain.

Necrotizing facial tissue also known as water cancer or noma is a devastating opportunistic infection which destroys the tissues of the face. The risk factors are poverty, malnutrition, poor oral hygiene, diabetes, alcohol abuse and smoking, low birth weight, Acquired Immune Deficiency Syndrome (HIV). Without appropriate treatment, the mortality rate from noma is 70-90% especially among children. It evolves from a necrotizing gingivostomatitis to widespread orofacial gangrene causing deformation. From the end of May 1943 to August 1944, SS-Hauptsturmführer Dr. Josef Mengele held the post of head physician in the „Gypsy camp” in Auschwitz. At the behest of the Institute for Anthropological and Biological-Race Research at the Kaiser Wilhelm Institute in Dahlem, he undertook anthropological studies of various racial groups, mostly Sinti and Roma and also of twins, especially identical twins. A disease known as water cancer, appeared in the Zigeunerlager. Previously unknown among prisoners, it attacked children and young people especially. Mengele began experiments on its causes and treatment. Most of the noma patients died. The research lasted from autumn 1943 to June 1944, i.e. until the dissolution of the hospital in the Romani camp, which was closed down soon afterwards. Five thousand Romani prisoners were killed in the gas chambers and the remaining Romani were sent to other concentration camps.

La conquète, d'une surface de plus en plus importante de terrains pour la réalisation d'ouvrages et les contraintes matérielles, humaines ou économiques associées à tout projet d'aménagement conduisent parfois à défier les lois de la nature. La haute technicité acquise dans le domaine du Génie Civil est alors chargée de pallier à tous les inconvénients. Si l'exécution tient compte au départ de tous les éventuels problèmes et possède les moyens de les résoudre, la réalisation du projet et la pérennité de l'ouvrage ne sauraient être remises en cause. En revanche, il peut arriver que certains paramètres aient été négligés, sous-estimés ou qu'ils apparaissent seulement à postériori et provoquent des difficultés inattendues. La présence de gypse et, plus généralement du couple anhydrite/gypse dans une zone d'aménagement ou de construction est généralement considérée comme un élément défavorable. En effet, leur rapide dissolution entraîne une karstification qui peut aboutir rapidement à des effondrements en profondeur provoquant en surface des destabilisations et des affaissements

The karstic cavity dissolution problems are often studied from a hierarchical point of view. Based on a discussion of the frequently adopted assumptions, a pore-scale model is first developed for a simple geochemistry scheme. The impact of implementing reactive or thermodynamic equilibrium boundary condition at the dissolving surface is discussed. Such a pore-scale model is subsequently used as a basis for developing models at higher scale levels. The first problem deals with transport from a heterogeneous and rough surface characterized by a mixed boundary condition. The resulting macro-scale model takes the form of an effective surface theory. In the homogenized model developed with the effective surface concept (denote ESCM), the original rough surface is replaced locally by a homogeneous and smooth surface, where effective boundary conditions are prescribed. To develop the concept of effective surface, a multi-domain decomposition approach is applied. In this framework the velocity, pressure and concentration are estimated at the micro-scale with an asymptotic expansion of deviation terms with respect to macro-scale velocity and concentration fields. Closure problems for the deviations are obtained and used to define the effective surface position and the corresponding boundary conditions. The evolution of some effective properties and the impact of surface geometry and some dimensionless numbers are investigated. A comparison between the numerical results obtained with this effective model and those from direct numerical simulations with the original rough surface shows good agreements. In the case corresponding to mass transport in porous media, upscaling is carried out with the method of volume averaging to develop a macro-scale porous medium model (denote PMM), starting from a pore-scale transport problem involving thermodynamic equilibrium or nonlinear reactive boundary conditions. A general expression to describe the macro-scale mass transport is obtained involving several effective parameters which are given by specific closure problems. The impact on the effective parameters of the fluid properties, in terms of pore-scale Péclet number (Pe), and the process chemical properties, in terms of pore-scale Damköhler number (Da) and reaction order (n), is studied for periodic stratified, 2D and 3D unit cells. An example of the application of the macro-scale model is presented with the emphasis on the potential impact of additional, non-traditional effective parameters appearing in the theoretical development on the improvement of the accuracy of the macro-scale model. The above developed PMM is also used as a Diffuse Interface Model (DIM) to describe the evolution of a gypsum cavity formation induced by dissolution. The method is based upon the assumption of a pseudo-component dissolving with a thermodynamic equilibrium boundary condition. A methodology is proposed in order to choose suitable parameters for the DIM model and hence predict the correct dissolution fluxes and surface recession velocity. Additional simulations are performed to check which type of momentum balance equation should be used. Calculations with a variable density and Boussinesq approximation were also performed to evaluate the potential for natural convection. The results showed that the impact of density driven flows were negligible in the cases under investigation. The potential of the methodology is illustrated on two large-scale configurations: one corresponding to a gypsum lens contained within a porous rock layer and the other to an isolated pillar in a flooded gypsum quarry. Geomechanical consequences of the dissolution in terms of mechanical stability is evaluated with the help of a simplified geomechanical model. A final case is also studied in which gypsum is replaced by salt to show the applicability of the proposed methodology to a rapidly dissolving material

Il est indispensable pour comprendre la diagenèse, i.e., la formation des roches sédimentaires, le durcissement des matériaux de construction hydrauliques comme le ciment ou le plâtre, ou la biominéralisation, d'identifier les mécanismes élémentaires de la cristallisation minérale. Le taux de réaction macroscopique des minéraux est généralement déduit de mesures de chimie des solutions. A côté de ces mesures macroscopiques, l'étude de la réactivité des minéraux inclut maintenant l'analyse des mécanismes atomiques a l'origine des réactions chimiques. Cela a été rendu possible depuis deux décennies par l'apparition d'outils capables d'observer des surfaces avec une résolution nanométrique, tels que la microscopie à force atomique et l'interférométrie à balayage vertical. Le gypse et la calcite font partie des minéraux dits mous. Ce sont des minéraux extrêmement répandus, que l'on peut trouver autant dans la nature sous forme de roches sédimentaires que dans le monde industriel. Le gypse (CaSO4,2H2O) est une évaporite dont les applications incluent la fabrication des plaques de plâtre, l'ajout au ciment Portland comme retardateur, l'élaboration du plâtre de Paris et l'amendement des sols. La sélénite ou l'albâtre sont des variétés de gypse utilisés comme matériaux pour l'ornement, mais leur faible dureté limite leur durabilité. La calcite, forme la plus stable de CaCO3, est un des principaux biominéraux, et un des constituants majeurs des roches des réservoirs carbonates, stockant naturellement de l'eau, du pétrole ou du gaz naturel. Quand les organismes biologiques font croitre leur coquille, ils contrôlent la morphologie, la taille, l'orientation et même la phase des cristaux de carbonates de calcium qui la constituent. Cela conduit à des biomatériaux présentant des propriétés physiques et chimiques qui diffèrent significativement de ceux de la calcite inorganique. Une connaissance plus approfondie des mécanismes sous-jacents à la réactivité de surface de la calcite et de l'effet des impuretés sur celle-ci permettra de nous rapprocher de la possibilité de synthétiser des minéraux biomimétiques, aux propriétés comparables à celles de la calcite biogénique. Dans ce contexte, ma thèse s'est développée dans trois directions. Dans la première, j'ai étudié l'influence d'une contrainte mécanique sur les mécanismes de dissolution. Mon objectif dans cette partie a été de tacher de déduire le taux de dissolution macroscopique à partir de la cinétique des mécanismes atomiques. La seconde partie de la thèse, la plus conséquente, a consisté à étudier l'influence d'une contrainte mécanique sur la croissance de la calcite, et à sonder le rôle d'un additif organique lors de cette croissance sous contrainte. Dans la troisième partie, je me suis penchée sur la dissolution de cristaux de calcite à l'aide de mesures topographiques quantitatives sur des aires relativement étendues de la surface des cristaux, dans une large gamme de pH. J'ai en particulier étudié l'influence d'un additif organique sur la dissolution et la cinétique de réaction à grande échelle. Les taux de dissolution macroscopique et microscopique, c'est-à-dire déduits de la dynamique d'évènements moléculaires (croissance de piqure d'attaque, migration de marche atomique), ne sont presque jamais en accord, même qualitativement, et l'élaboration d'une théorie générale liant la cinétique du phénomène aux deux échelles est encore en cours. Je présente ici des taux de dissolution microscopique du gypse, mesures par microscopie par force atomique (AFM), en accord quantitatif avec les taux de dissolution macroscopiques. Cet accord inédit a été obtenu en prenant soin de neutraliser le biais induit par le fait que la pointe AFM applique une force sur la surface qu'elle sonde, et en identifiant avec soin les mécanismes moléculaires majeurs à l'œuvre lors de la dissolution...[etc]
Identifying reaction mechanisms of minerals is fundamental to understand diagenesis, i.e, sedimentary rock formation, construction material, like cement or gypsum, hardening, and biomineralization. The macroscopic reaction rates of minerals are generally deduced from solution chemistry measurements. Beside the measurement of macroscopic reaction rates, the study of the reactivity of minerals includes now the investigation of the atomic mechanisms involved in the reactions. This has been made possible for two decades by the use of tools resolving nanometric objects, such as vertical scanning interferometry (VSI) and atomic force microscopy (AFM). Gypsum and calcite are among soft minerals. They are extremely widespread mineral that can be found naturally in sedimentary rocks. They are also used in many industrial fields. Gypsum (CaSO4,2H2O) is an evaporate mineral. Gypsum uses include: manufacture of wallboards, plaster of Paris, soil conditioning, and hardening retarder in Portland cement. Varieties of gypsum known as "satin spar" and "alabaster" are used for a variety of ornamental purposes; however, their low hardness limits their durability. Calcite, the most stable crystalline form of CaCO3, is moreover important as a bio-mineral and a major constituent of host rock in carbonate reservoirs, which host drinking water and natural oil and gas. When biological organisms grow their shells, they control the crystal morphology, size, orientation and even the crystal phase of precipitated calcium carbonate. This results in materials with physical and chemical properties that differ significantly from those of inorganically precipitated calcite. Gaining more insight into the surface reactivity of calcite and the effect of surface impurities will bring us one step closer to being able to synthesize biomimetic material, which mimic the properties of biogenic calcite. In this thesis, I had three main focus points. In the first part I studied the effect of stress on the dissolution mechanisms. I investigated to deduce the dissolution rate from the atomic kinetics. The second and the most extensive was the study of the influence of stress on the calcite growth and probing the role of an organic additive on the dynamics of calcite growth while applying stress. In the third part I emphasised on quantitative topographic measurements of dissolving calcite crystal over a relatively large and fixed view at vast range of pH. I considered the influence of an organic additive on the dissolution and surface reaction kinetics at this larger scale. Both macroscopic and microscopic dissolution rates can also be deduced from the dynamics of molecular events (etch pit growth, atomic step migration), but they hardly ever agree, even qualitatively, and the elaboration of a general theory linking the kinetics at the two scales is still in progress. I presented here microscopic dissolution rates of gypsum, measured by atomic force microscopy (AFM), in quantitative agreement with macroscopic rates. This agreement has been obtained in taking care to neutralize the bias induced by the force applied by the AFM tip on the surface, and to identify clearly the driving molecular mechanism. The force applied by the AFM tip on the surface has been seen to increase the solubility of the mineral, thereby introducing a bias, so I have always worked with a constant and low applied force. This result shows that the determination, among the topographic changes during the dissolution of a mineral, of the dominant one, and the measurement of its dynamics, may permit deducing from AFM experiments a reliable macroscopic dissolution rate. The transformation of loose grains into a cohesive solid requires the crystallites to grow eventually constrained by the surrounding grains. Whereas never measured, this confinement and the associated stress is expected to influence noticeably the growth, and the final properties of the material… [etc]

De nombreuses transformations de solides en solution, polymorphiques ou non, en industrie minérale ou pharmaceutique, se déroulent par la dissolution d'un premier solide en vue de la cristallisation du second. Au lieu de la voie traditionnelle de séchage, la transformation du gypse (sulfate de calcium dihydrate) en alpha-bassanite (sulfate de calcium hémihydrate) peut s’effectuer en solution aqueuse : en augmentant suffisamment la température, le gypse devient plus soluble dans l'eau que l’hémihydrate, qui a alors la possibilité de cristalliser. Un appareillage et un mode opératoire originaux ont été conçus pour investiguer la sensibilité de la cinétique de la transformation et des caractéristiques des cristaux d’hémihydrate obtenus à ces conditions opératoires. En effet, cette voie de dissolution-recristallisation permet le contrôle du facteur d'aspect des cristaux d’hémihydrate, voire celui de leur taille moyenne et de leur dispersion de taille, par le choix de ses conditions physico-chimiques : température, pH, utilisation d’additifs, et ensemencement de la solution avec des particules d’hémihydrate appropriées. Les techniques d'analyse images sont développées afin d'identifier le rapport d'aspect des particules. Un modèle cinétique prenant en compte la dissolution du gypse, la nucléation et la croissance du sulfate de calcium hémihydrate, les équilibres en phase aqueuse et de solubilité, a été élaboré, et ses équations résolues avec le logiciel MATLAB. Couplée à une méthode numérique d'optimisation, cette résolution sous MATLAB permet d'examiner la validité des hypothèses sur les processus retenus et d'identifier leurs paramètres cinétiques
In mineral or pharmaceutical industry, many transformations of solids in solution (polymorphic or not), take place by the dissolution of the first solid and the crystallization of the second solid. Instead of the traditional drying process, the conversion of gypsum (calcium sulfate dihydrate) to alpha-bassanite (calcium sulphate hemihydrate) can be carried out in aqueous solution by increasing the temperature sufficiently. At this moment, the gypsum becomes more soluble in water than the hemihydrate, which then has the possibility to crystallize. An apparatus and an original procedure have been designed to investigate the sensitivity of the kinetics of transformation and the characteristics of the hemihydrate crystals obtained under its operating conditions. In fact, this dissolution-recrystallization route allows to control the aspect ratio of the hemihydrate crystals, and even their average size and size dispersion, by the choice of its physicochemical conditions such as temperature, pH, use of additives, and seeding the solution with the appropriate hemihydrate particles. Image analysis techniques are developed to identify the aspect ratio of the particles.A kinetic model taking into account the dissolution of gypsum, the nucleation and the growth of calcium sulphate hemihydrate and their equilibrium in aqueous phase and solubility had been developed and the equations of this model are solved with the help of MATLAB software. Coupled with a numerical optimization method, this resolution under MATLAB makes it possible to examine the validity of the assumptions on the selected processes and to identify their kinetic parameters

L'extension des activités anthropiques conduit au développement d'infrastructures dans des zones riches en gypse et soumises aux aléas mouvements de terrain et cavité. En effet le gypse, une roche de la famille des évaporites, est couramment rencontré et exploité par excavation ou creusement de galeries. Cette exploitation peut générer au fil du temps des phénomènes de remontée de fontis. De plus, les formations gypseuses peuvent également jouer un rôle de «planche à savon» dans le déclenchement de glissements de terrain et entrainer des pathologies sur les ouvrages géotechniques. Si le gypse est particulièrement étudié par les géochimistes au travers d'essai de cinétique de dissolution compte tenu de la grande solubilité de ce matériau (2,5 g/L à 20°C) et de sa variabilité en fonction des conditions physico-chimiques, les propriétés de perméabilité du gypse restent moins bien connues. Bien que cette roche à faible perméabilité dispose d'une structure poreuse permettant une circulation de fluide, elle est souvent considérée comme imperméable et faisant l'objet d'une simple dissolution par régression de sa surface de contact, sans formation de gradient d'altération. Ce travail de thèse vise à étudier l'écoulement d'un fluide (eau) dans un matériau gypseux ou à sa surface alors que le matériau se dissout. Cette étude comporte à la fois une approche expérimentale via une mesure de l'évolution des propriétés hydromécaniques et une approche numérique via une modélisation couplée thermo-hydro-mécanique et chimique (THMC). Dans un premier temps, six faciès de gypse plus ou moins hétérogènes dans leur composition minéralogique, ont été collectés et caractérisés sur le plan de la porosité et des propriétés mécaniques. Cette partie a permis de mettre en évidence la variabilité des propriétés en fonction d'un faciès donné. Par exemple, la porosité de l'ordre de 1 % pour la forme albastroïde peut varier jusqu'à 10% pour les faciès saccharoïdes.3 faciès ont été retenus ensuite pour subir une altération par percolation sur des périodes maximales de 2 mois. L'évolution de leur morphologie a été analysée et quantifiée en utilisant des méthodes de mesures porosimétriques et non destructives (vitesse du son, fréquence de résonance) en fonction des faciès et de leurs propriétés microstructurales. Les essais de percolation montrent en particulier la mise en place non systématique de chemin préférentiel de dissolution dans les gypses saccharoïdes Cette évolution est associée à plusieurs paramètres dont le diamètre d'accès au pore. Dans le cas des facies avec une fraction importante de phases minérales secondaires comme les argiles ou les carbonates (calcite), on observe le même processus de chemin préférentiel de manière plus précoce. Un essai d'érosion sur plaque de gypse a également été développé pour suivre la dégradation du matériau et pour rechercher des indices quant à l'initiation de ce phénomène. En parallèle des essais de dissolution sur poudre ont été réalisés pour mesurer les paramètres de cinétique de dissolution pour chaque faciès, en faisant varier les vitesses d'agitation des suspensions, la température et la granulométrie des poudres testées. Les mesures de sensibilité du gypse à l'écoulement et la dégradation montrent que le gypse saccharoïde est plus sensible que le gypse matriciel. L'ensemble des paramètres chimiques (taux de dissolution notamment à vitesse d'écoulement très faible) et mécaniques (porosité, diamètre de pore, module élastique…) obtenus expérimentalement respectivement sur les poudres et les éprouvettes percolées ont alimenté un modèle d'évolution des propriétés mécaniques et hydrauliques des matériaux gypseux en présence d'un processus de dissolution (couplage des effets). Le modèle a été implémenté dans le code de calculs aux éléments finis Disroc pour simuler l'évolution de la stabilité mécanique d'un ouvrage géotechnique soumis à un écoulement de fluide sous saturé, s'infiltrant dans une poche de gypse
The extension of anthropogenic activities leads to the development of infrastructure in areas rich in gypsum and subject to the hazards of land movements and cavities. Indeed, gypsum, a rock from the evaporite family, is commonly encountered and exploited by excavation or tunneling. This exploitation can generate over time phenomena of rising fontis. In addition, gypsum formations can also play a “soap board” role in triggering landslides and causing pathologies on geotechnical structures. If gypsum is particularly studied by geochemists through dissolution kinetics tests given the high solubility of this material (2.5 g/L at 20°C) and its variability depending on physicochemical conditions, the permeability properties of gypsum remain less well known. Although this low permeability rock has a porous structure allowing fluid circulation, it is often considered impermeable and subject to simple dissolution by regression of its contact surface, without formation of an alteration gradient. This thesis work aims to study the flow of a fluid (water) in a gypsum material or on its surface while the material dissolves. This study includes both an experimental approach via measuring the evolution of hydromechanical properties and a numerical approach via coupled thermo-hydro-mechanical and chemical modeling (THMC). Firstly, six gypsum facies, more or less heterogeneous in their mineralogical composition, were collected and characterized in terms of porosity and mechanical properties. This part made it possible to highlight the variability of properties depending on a given facies. For example, the porosity of around 1% for the albastroid form can vary up to 10% for the saccharoid facies.3 facies were then retained to undergo alteration by percolation over maximum periods of 2 months. The evolution of their morphology was analyzed and quantified using porosimetric and non-destructive measurement methods (speed of sound, resonance frequency) depending on the facies and their microstructural properties. Percolation tests show in particular the non-systematic establishment of preferential dissolution paths in saccharoid gypsums. This evolution is associated with several parameters including the diameter of access to the pore. In the case of facies with a significant fraction of secondary mineral phases such as clays or carbonates (calcite), we observe the same preferential path process earlier. An erosion test on gypsum board was also developed to monitor the degradation of the material and to look for clues as to the initiation of this phenomenon. In parallel, dissolution tests on powder were carried out to measure the dissolution kinetics parameters for each facies, by varying the stirring speeds of the suspensions, the temperature and the particle size of the powders tested. Measurements of gypsum sensitivity to flow and degradation show that saccharoid gypsum is more sensitive than matrix gypsum. All the chemical parameters (dissolution rate particularly at very low flow speed) and mechanical parameters (porosity, pore diameter, elastic modulus, etc.) obtained experimentally respectively on the powders and the percolated specimens fed into a model of evolution of the mechanical and hydraulic properties of gypsum materials in the presence of a dissolution process (coupling of effects). The model was implemented in the Disroc finite element calculation code to simulate the evolution of the mechanical stability of a geotechnical structure subjected to an undersaturated fluid flow, infiltrating into a gypsum pocket

L’importante augmentation de fluage des plaques de plâtre en milieu humide est un vieux problème dans l’industrie du bâtiment, dont l’origine n’est pas encore établie. Afin d’en comprendre le mécanisme une étude à trois échelles (macro : réponse mécanique, micro : cinétique de dissolution et nano : observation atomique) a été réalisée. Une corrélation forte existe entre le fluage du plâtre en immersion et la cinétique de dissolution du gypse. La concordance de cette corrélation avec une loi de déformation par dissolution sous contrainte, très utilisés en géologie, permet de proposer la dissolution sous contrainte comme un des mécanismes responsables du fluage du plâtre en immersion. L’évolution de la topographie de la surface du cristal de gypse immergé dans une solution aqueuse de gypse est observée par microscopie à force atomique (AFM). La cinétique de migration des marches atomiques est très dépendante de la sous-saturation de la solution, de la force d’appui de la pointe de l’AFM ainsi que des additifs utilisés. L’étude de l’influence de la force d’appui sur les vitesses des marches met en évidence la présence de deux mécanismes complètement différents. A fortes forces (> 15 nN) on observe un mécanisme d’usure de la surface, tandis qu’à faibles forces (< 10 nN) le mécanisme observé semble être la dissolution sous contrainte. L’évolution des vitesses des marches atomiques avec la force appliquée par la pointe est concordante avec une loi connue de dissolution sous contrainte
The huge enhancement of the creep of plasterboard by humid environments is an old problem in the building industry, but its origin remains unknown. To understand this mechanism a three scales study (macro : mechanical behavior, micro : dissolution kinetics, nano : atomic observation) has been done. There is a strong correlation between wet plaster creep and gypsum dissolution kinetics. The concordance between this correlation and the law of deformation by pressure solution, well-known in geology, permits to propose pressure solution as one of the mechanisms responsible of wet plaster creep. The topological evolution of the cleaved surface of a gypsum single crystal during its dissolution in a flowing under-saturated aqueous solution has been observed with an atomic force microscope. The kinetics of step migration strongly depends on the saturation state of the solution, the force applied by the tip on the surface, as well as the used additives. The study of the influence of the force applied by the tip on the step velocity evidence two different dissolution enhancement regimes. At high forces (> 15 nN) a corrosive wear behavior is observed, while at low forces (< 10 nN) pressure solution is the observed mechanism. The step velocity evolution with the force obeys the known kinetic law of pressure solution

L'importante augmentation de fluage des plaques de plâtre en milieu humide est un vieux problème dans l'industrie du bâtiment, dont l'origine n'est pas encore établie. Afin d'en comprendre le mécanisme une étude à trois échelles (macro : réponse mécanique, micro : cinétique de dissolution et nano : observation atomique) a été réalisée. Une corrélation forte existe entre le fluage du plâtre en immersion et la cinétique de dissolution du gypse. La concordance de cette corrélation avec une loi de déformation par dissolution sous contrainte, très utilisés en géologie, permet de proposer la dissolution sous contrainte comme un des mécanismes responsables du fluage du plâtre en immersion. L'évolution de la topographie de la surface du cristal de gypse immergé dans une solution aqueuse de gypse est observée par microscopie à force atomique (AFM). La cinétique de migration des marches atomiques est très dépendante de la sous-saturation de la solution, de la force d'appui de la pointe de l'AFM ainsi que des additifs utilisés. L'étude de l'influence de la force d'appui sur les vitesses des marches met en évidence la présence de deux mécanismes complètement différents. A fortes forces (_ 15 nN) on observe un mécanisme d'usure de la surface, tandis qu'à faibles forces (_ 10 nN) le mécanisme observé semble être la dissolution sous contrainte. L'évolution des vitesses des marches atomiques avec la force appliquée par la pointe est concordante avec une loi connue de dissolution sous contrainte.

Le document de synthèse rédigé à l'occasion de la soutenance de mon Habilitation à Diriger des Recherches présente les travaux réalisés depuis la soutenance de ma thèse. Il est divisé en six parties. La première partie est un Curriculum Vitae qui détaille mon parcours professionnel, résume mes activités d'enseignement et d'encadrement, présente mes responsabilités administratives, explique les sources de financement de mes travaux et fait la liste de mes publications et présentations à des congrès. La deuxième partie présente de façon générale mon parcours scientifique et introduit chacune des thématiques abordées par la suite. La troisième partie présente le travail réalisé pendant mon post-doctorat à l'Université Bordeaux 1, cofinancé par le CNRS et Elf-exploration-production. Afin d'optimiser l'exploitation des champs pétrolifères, les entreprises du secteur réalisent des simulations numériques de la répartition des hydrocarbures dans les gisements. Celles-ci intègrent de nombreux phénomènes de diffusion, convection, absorption, changements de phases, ... mais connaissent encore des échecs. Elf souhaitait améliorer ses modèles en y intégrant un paramètre oublié jusqu'à maintenant, l'effet Soret (c'est-á-dire la démixtion partielle d'un mélange sous l'influence d'un gradient de température). Nous avons donc réalisé des simulations de dynamique moléculaire afin d'estimer le coefficient de Soret de mélanges d'alcanes, représentatifs des fluides de gisement, en milieu poreux, les liquides pétroliers se trouvant généralement stockés dans du sable ou des roches poreuses. Ces simulations nous ont permis de proposer une méthode permettant d'évaluer le coefficient de Soret d'un mélange binaire à partir de la connaissance de quelques caractéristiques du mélange et du milieu poreux. La quatrième partie présente le travail réalisé à mon arrivée à l'Université Claude Bernard Lyon 1. Il cherchait à vérifier la faisabilité sur terre d'études de transition de phase, précisément de la séparation de phase liquide-liquide par germination-croissance lors de la plongée dans une lacune de miscibilité. Le comportement des gouttelettes en cours de croissance, quand elles atteignent une taille critique, est influencé sur terre par la gravité. Aussi nous avons développé une méthode originale d'étude optique de la croissance utilisant, au lieu de la subir, la sédimentation des gouttelettes. Celle-ci nous a permis de connaître le moment d'apparition et l'exposant de croissance d'un régime intermédiaire entre la croissance par diffusion libre des germes et le mûrissement d'Ostwald. La cinquième partie concerne la dynamique des verres mous. Nous avons monté une expérience originale de recouvrement de fluorescence, qui nous a permis de répondre à deux questions relatives à ces milieux, précisément aux suspensions colloïdales. Nous avons d'abord étudié la diffusion de traceur dans ces milieux hétérogènes et montré quantitativement comment elle s'apparente à la diffusion confinée. Nous avons ensuite mesuré la température effective (qui est une mesure de l'état hors-équilibre du matériau) dans ces gels colloïdaux en cours de prise, et montré que l'observable vitesse ne permettait pas de mesurer la température caractéristique des relaxations lentes de ce matériau. La dernière partie, comme la troisième, répond à une problématique industrielle. Elle tâche de répondre à la question : pourquoi le plâtre flue plus en milieu humide qu'à sec ? Alors qu'elle concerne un des premiers matériaux de construction utilisés par l'homme, cette question simple est encore sans réponse. En collaboration avec la société Lafarge, nous avons réalisé des expériences de microscopie à force atomique, des expériences d'interférométrie holographique, et des essais mécaniques, afin de sonder toutes les échelles pertinentes du phénomène. La confrontation de ces mesures nous a permis, entre autre, de mettre pour le première fois en évidence la façon dont le fluage en milieu humide était lié à la dissolution locale du gypse, constituant principal du matériau.

Dans cette thèse, nous développons le modèle phénoménologique optimisé de lessivage chimique in situ (ISL) de l'uranium par l'injection d'acide sulfurique, en prenant en compte la précipitation des espèces non-solubles telles que le gypse, qui réduisent la récupération de l'uranium. Le modèle proposé décrit le transport de masse avec des réactions chimiques hétérogènes entre le liquide et les roches solides, qui mènent à la dissolution des oxydes d'uranium et à la récupération de l'uranium sous forme liquide. Ce modèle comprend à la fois des réactions utiles, qui décrivent la dissolution de divers types d'oxydes d'uranium, et les réactions néfastes qui conduisent à la précipitation des sédiments solides (gypse), dont les flocons couvrent la surface de canaux poreux et réduisent l'efficacité des réactions utiles. Parmi les résultats qualitatifs, nous avons révélé l'existence d'un taux critique de sédimentation de gypse, en dessous duquel la récupération ultime de l'uranium est complète. En revanche, elle tend à une valeur limite inférieure à 100% lorsque le taux de sédimentation est supérieur à la valeur critique. Ce taux de récupération limite dépend de divers paramètres du processus. La théorie et la méthodologie développées dans ce travail peuvent être facilement étendues et appliquées aux autres types de minerais qui sont récupérés par la méthode de lessivage in situ, et autres types de solvant
In the present thesis we develop the optimized phenomenological model of in-situ chemical leaching (ISL) of uranium by the injection of sulfuric acid, with special account for the precipitation of non-soluble species as gypsum, which reduces the uranium recovery. The suggested model describes the mass transport with heterogeneous chemical reactions between liquid and solid rocks, leading to dissolve uranium oxides and recover uranium in liquid form. It includes both useful reactions, describing the dissolution of various kinds of uranium oxides, and detrimental reactions, leading to the precipitation of solid sediments (gypsum), whose flakes cover the surface of porous channels and reduce the efficiency of useful reactions. Among the qualitative results we revealed the existence of a critical rate of gypsum sedimentation, below which the ultimate uranium recovery is complete. In contrast, it tends to a limit value lower than 100% when the sedimentation rate is higher than the critical value. This limit recovery depends on various parameters of the process. The theory and the methodology developed in this work can be easily extended and applied on other type of ores that are recovered by in-situ leaching method and other types of solvents