Ce travail tente de caractériser les modifications structurales affectant les minéraux argileux lors de leur diagenèse d'enfouissement. Ces évolutions structurales ont été décrites dans la littérature comme résultant d'une transformation illite-smectite, par l'intermédiaire d'édifices interstratifiés dont la teneur en feuillets illitiques augmente avec la profondeur d'enfouissement. Historiquement, la diffraction des rayons a été l'outil privilégié pour mettre en évidence ces évolutions structurales du fait des modifications induites sur les profils de raies caractéristiques de ces interstratifiés. Afin de permettre une identification objective des interstratifiés, souvent présents en mélanges complexes de phases aux caractéristiques proches, une méthode de traitement numérique (décomposition) des diffractogrammes de rayons X a été développée afin d'en isoler les différentes contributions élémentaires. L'identification minéralogique est ensuite réalisée par comparaison des paramètres (position, largeur à mi-hauteur) déterminés pour chacune de ces contributions avec les valeurs obtenus sur des diffractogrammes calculés sur la base de modèles structuraux. Ces modèles intègrent la teneur en illite (smectite) des interstratifiés, l'état d'hydratation des smectites, la taille des domaines cohérents de diffraction, ainsi que des paramètres permettant de décrire l'ordre partiel ou la ségrégation. Cette méthodologie a enfin été appliquée sur des échantillons provenant de plusieurs puits forés dans le bassin de Paris et décrivant une section E-W, ainsi que sur des échantillons provenant des séries de référence du Gulf Coast. En s'appuyant sur l'analyse morphologique et chimique des particules argileuses de ces séries réalisée par Didier Champion, les résultats obtenus permettent de proposer des mécanismes réactionnels pour la transformation minéralogique observée. En particulier, la diminution de la teneur en smectite des interstratifiés correspond à la croissance de feuillets illitiques autour des particules pré-existantes par un processus analogue au mûrissement d'Ostwald. La chimie du pôle illite est fixe et présente une charge de ~0.9 par O10(OH)2.

Les matériaux argileux présentent des propriétés favorables au confinement des radio-éléments pour le stockage des déchets nucléaires de haute activité thermogènes. Cette étude vise à déterminer les transformations induites par la contrainte thermique et l'impact sur les propriétés de confinement. Les échantillons ont été prélevés au niveau d'un analogue naturel de chauffage : une intrusion basaltique dans une argilite (Laumiere, Aveyron, France). Cet évènement volcanique s'est déroulé dans des conditions complexes hors d'atteinte en laboratoire. L'étude des interstratifiés illite-smectite (I-S), minéraux principaux de ces argilites, a montré une illitisation au contact de l'intrusion basaltique. La variation d'un indice de cristallinité des I-S est rendue complexe par un hydrothermalisme dans la fracturation. Laumiere a mis en évidence des paramètres déterminants (hétérogénéités sédimentaires, eau/roche ...) qui influencent l'évolution des matériaux argileux en contexte thermique. Mots clés : interstratifiés illite-smectite, illitisation, argilite, chauffage, analogue naturel

La série argileuse du Callovo-Oxfordien recouvre une transition minéralogique entre un interstratifié illite/smectite désordonné (R0 - partie supérieure) et un autre ordonné (R1 - partie inférieure. Or, la minéralogie de ces argiles conditionne les propriétés de rétention de la formation ainsi que leur réactivité en réponse à une perturbation physico-chimique potentiellement induite par le stockage. Dans une optique de caractérisation fine des minéraux argileux du Callovo-Oxfordien, les méthodes conventionnelles et simplificatrices d'identification comme l'utilisation d'abaques issus de la littérature ont été invalidées. La méthode retenue consiste à comparer directement des diffractogrammes de rayons X calculés avec ceux enregistrés sur un même échantillon après différents traitements et à en reproduire toutes les caractéristiques (positions des pics, rapports d'intensité, profils) à l'aide d'un modèle structural unique. Les minéraux argileux du forage EST104 peuvent ainsi être décrits comme un mélange de trois phases principales : une illite, une smectite et un interstratifié illite/expansible désordonné (R0) de composition fixe (35% exp.). Avec la profondeur les caractéristiques structurales de ces phases sont constantes. La transition minéralogique précédemment décrite traduit la modification des proportions relatives des différentes phases. Cette description diffère de celle classiquement proposée pour l'illitisation diagénétique des séries sédimentaires. Cependant, l'utilisation des mêmes outils sur une série diagénétique de référence conduit à une description similaire. Ces résultats novateurs impliquent de reconsidérer les mécanismes réactionnels proposés pour ces minéraux ainsi que leur modélisation cinétique. Enfin, la réactivité des minéraux argileux du Callovo-Oxfordien en réponse à une perturbation alcaline est très limitée par la présence de matière organique qui recouvre les particules argileuses et protège ainsi les sites réactifs des minéraux argileux.