Parmi les options en cours d’investigation, le stockage souterrain de l'hydrogène dans les formations sédimentaires comme les grès pourrait offrir un potentiel unique pour stocker de grandes quantités d'énergie. L'évaluation des modalités de stockage souterrain de l'hydrogène nécessite donc à la fois une connaissance précise des transformations minéralogiques dues à la présence de l'hydrogène et l’acquisition de données sur le comportement hydrodynamique des fluides. Par conséquent, cette étude se composera de trois parties : 1- Etude des interactions géochimiques de l’hydrogène dans des formations sédimentaires gréseuses : Les produits expérimentaux portent la marque d'une réaction très limitée entre les minéraux du grès et l'hydrogène. Si les résultats expérimentaux sont combinés aux résultats numériques, l’étude démontre que l'hydrogène, une fois injecté, peut être considéré comme relativement inerte. De façon globale, nos résultats renforcent la faisabilité du confinement de l'hydrogène dans des réservoirs géologiques comme les grès. 2- Etude de la migration de l'hydrogène dans les grès : détermination de la perméabilité relative et de la pression capillaire du système hydrogène-eau : Afin de fournir des données quantitatives pour le développement du stockage souterrain de l'hydrogène, la pression capillaire et la perméabilité relative ont été mesurées pour le système hydrogène-eau en deux conditions potentielles. Les résultats indiquent que les données obtenues sont applicables à l’ensemble des conditions de stockage de l'hydrogène. 3- Modélisation numérique d’un site de stockage géologique d’hydrogène : La simulation numérique a été effectuée pour caractériser l'évolution dynamique d’un site de stockage d'hydrogène pur. Une fluctuation saisonnière du fonctionnement du réservoir et l'effet des fuites d'hydrogène dus aux réactions ont été pris en compte. / Underground hydrogen storage has been introduced as storage solution for renewable energy systems as it offers a unique potential to store large amounts of energy, especially in sedimentary formations such as sandstones. However, evaluating the underground hydrogen storage requires a precise knowledge of the hydrodynamic behavior of the fluids and of mineralogical transformations due to the presence of hydrogen that may affect the storage properties. Therefore, this study is consists in three parts: 1- Study of geochemical reactivity of hydrogen in sandstone sedimentary formations: The experimental products bear the mark of only very limited reaction between sandstone minerals and hydrogen. Taken together with the numerical results, this study demonstrates that hydrogen, once injected, can be considered as relatively inert. Overall, our results support the feasibility of hydrogen confinement in geological reservoirs such as sandstones. 2- Study of the migration of hydrogen in sandstone: determination of relative permeability and capillary pressure of hydrogen-water system: To provide quantitative data for the development of underground hydrogen storage, capillary pressures and relative permeabilities of hydrogen-water system have been measured at two potential conditions. The interpretation of the results would suggest that the obtained data are applicable for the entire range of hydrogen storage conditions. Interfacial tensions and contact angles for the hydrogen-water system have been also derived. 3- Numerical simulation of a geological hydrogen storage site: The numerical simulation was performed to characterize the evolution of pure hydrogen storage, by considering the seasonal fluctuation of renewable energy and the effect of hydrogen loses due to the biotic reactions.

[pt] Embora uma vasta área do Brasil esteja localizada em regiões que a formação de basalto se faz presente, são raros os estudos em perfis contendo solo e / ou rochas de caráter básico objetivando correlacionar características químicas e mineralógicas com características geotécnicas. A área do presente estudo localiza-se em um corte em solo na Ferrovia Norte-Sul, no Município de Arguianópolis-TO, em que durante sua execução ocorreram diversos escorregamentos. O maciço de solo do corte em questão é composto em sua maior parte por solos provenientes de alteração de basalto. O presente estudo foi realizado em duas etapas. A primeira refere-se à visita ao local do corte, onde foram realizadas coletas de amostras de solo de caráter indeformado e deformado, com as respectivas descrições morfológicas dos mesmos. A segunda refere-se aos trabalhos desenvolvidos nos laboratórios de Geotecnia e Meio Ambiente do DEC da PUC-Rio, EMBRAPA SOLOS e Departamento de Geologia do Instituto de Geociências da UFRJ, abrangendo ensaios de caracterização; ensaios mineralógicos; análises químicas; obtenção das curvas características solo-água; ensaios de erodibilidade; ensaios especiais para a determinação de parâmetros de resistência e de compressibilidade. A partir dos resultados obtidos, espera-se que os mesmos proporcionem uma contribuição para o melhor entendimento de perfis intempéricos em rochas de caráter básico. / [en] In spite of the fact that basalt formations are found in several regions in Brazil, it is difficult to find investigations on the subject relating chemical and mineralogical characteristics with geotechnical ones. The site of the present study comprises a soil slope on the North-South Railroad, at Arguianópolis, Tocantins State. Several landslides occurred during the construction of the railway. The soil mass is mostly composed by soils resulting from basalt alterations. The present study was developed in two stages. The first stage comprised a visit to the site, when a morphologic description of profiles was made and undisturbed and remoulded soil samples were extracted. The second stage refers to works developed at the Geotechnical and Environmental Laboratory of PUC-Rio, at EMBRAPA Soils and at the Geology Department of the Institute of Geosciences of the UFRJ. Such works comprised soil characterization tests; mineralogical tests; chemical analyses; definition of soil-moisture characteristic curves; erodobility tests and special tests to determine strength and compressibility parameters. The results obtained provide a contribution to a better understanding of weathering profiles in rocks of basic character.

Η μελέτη των γεωμορφολογικών, των ιζηματολογικών, των γεωχημικών και των ορυκτολογικών διεργασιών σε ένα υποβαθμισμένο υγροτοπικό σύστημα κρίνεται απαραίτητη και αναγκαία πριν τη λήψη αποφάσεων, που αφορούν στην αποκατάστασή του, προκειμένου να διερευνηθεί η εξέλιξή του μέσα στο γεωλογικό χρόνο και να προβλεφθούν ενδεχόμενες αρνητικές επιπτώσεις από την επαναδημιουργία του τόσο στον άνθρωπο, όσο και στο περιβάλλον. Η παρούσα έρευνα εστιάστηκε στην περιοχή της αποξηραμένης Λίμνης Μουριάς (Ν. Ηλείας). Η λίμνη αυτή σχηματίστηκε πίσω από παράκτιους αμμώδεις φυσικούς φραγμούς και είχε τροφοδοσία από επιφανειακά ύδατα και θαλασσινό νερό, μέσω ενός διαύλου μήκους περίπου 400 m. Η αποξήρανσή της ολοκληρώθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και οι νέες εκτάσεις δόθηκαν για καλλιέργεια. Σήμερα το μεγαλύτερο τμήμα της περιοχής είναι γεωργικά ανεκμετάλλευτο, λόγω της κακής ποιότητας του εδάφους. Επιπλέον καλύπτεται από σωρούς απορριμμάτων, μπάζων, ενώ υπάρχουν και αυθαίρετα ποιμνιοστάσια και κατοικίες. Οι ανεξέλεγκτες αυτές χρήσεις προκαλούν έντονη δυσοσμία της περιοχής, συμβάλλουν στην οπτική υποβάθμιση του τοπίου, τη ρύπανση των εδαφών και των υπόγειων νερών, ενώ είναι πολλές φορές πηγές επικίνδυνων μεταδοτικών ασθενειών. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση των γεωλογικών και εδαφολογικών παραμέτρων της αποξηραμένης Λίμνης Μουριάς. Η έρευνα εστιάστηκε στη μελέτη των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων των ιζημάτων της περιοχής, καθώς επίσης των ορυκτολογικών και των χημικών τους συστατικών. Στόχος είναι η πληρέστερη κατανόηση των παραγόντων, που επηρέασαν το σχηματισμό και την εξέλιξη του συγκεκριμένου υγροτοπικού συστήματος μέσα στο χώρο και το χρόνο, η εκτίμηση του μεγέθους της ανθρωπογενούς επίδρασης και του βαθμού υποβάθμισης της περιοχής μετά την αποξήρανση της λίμνης, καθώς επίσης και η διερεύνηση της δυνατότητας εφαρμογής ενός ολοκληρωμένου προγράμματος αποκατάστασης και αειφορικής διαχείρισης, μέσω της εφαρμογής πιλοτικού επαναπλημμυρισμού μικρού τμήματος της περιοχής και της παρακολούθησής του. Για το σκοπό αυτόν πραγματοποιήθηκε εκτεταμένη εργασία υπαίθρου σε όλη την περιοχή της αποξηραμένης Λίμνης Μουριάς, στα πλαίσια της οποίας έγινε αναλυτική τοπογραφική και γεωλογική χαρτογράφηση, καθώς και δειγματοληψία πυρήνων ιζημάτων, σε βάθη έως και 5 m. Η περιοχή, που πραγματοποιήθηκε ο πιλοτικός επαναπλημμυρισμός, έχει έκταση 5 στρεμμάτων περίπου και η θέση της επιλέχθηκε μεταξύ των περιοχών ιδιοκτησίας του Δήμου Πύργου. Ο σχεδιασμός της πιλοτικής λίμνης και η κατασκευή της έγινε έτσι, ώστε η νέα λίμνη να εξυπηρετεί κοινωνικούς, εκπαιδευτικούς και ερευνητικούς σκοπούς, καθώς επίσης και να αναβαθμίζει την αισθητική του τοπίου της περιοχής. Για την πληρέστερη γεωλογική αποτύπωση και την επιτυχή κατασκευή της πιλοτικής λίμνης χαρτογραφήθηκε λεπτομερώς η έκταση των 5 στρεμμάτων και πραγματοποιήθηκε λεπτομερής δειγματοληψία πυρήνων ιζημάτων, σε βάθη έως και 2 m. Τα δείγματα από την περιοχή της αποξηραμένης λίμνης μελετήθηκαν ως προς τις φυσικές τους ιδιότητες, όπως υγρασία, pH, ηλεκτρική αγωγιμότητα, κοκκομετρική κατανομή και οργανικό υλικό, καθώς επίσης και ως προς τα ορυκτολογικά τους συστατικά. Ωστόσο η πλειονότητα των εργαστηριακών προσδιορισμών και αναλύσεων πραγματοποιήθηκε στα δείγματα που συλλέχθηκαν από την περιοχή πιλοτικού επαναπλημμυρισμού, καθώς έπρεπε να εξεταστεί η καταλληλότητα των ιζημάτων της περιοχής για την ασφαλή και επιτυχή κατασκευή της πιλοτικής λίμνης. Στα δείγματα αυτά προσδιορίστηκαν η υγρασία, το pH, η ηλεκτρική αγωγιμότητα, το ειδικό και το φαινόμενο βάρος των κόκκων, το πορώδες και ο λόγος κενών, η κοκκομετρική σύσταση, η συνεκτικότητα, η ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων, οι περιεκτικότητες σε ανθρακικό ασβέστιο, οργανικό υλικό, κύρια στοιχεία και ιχνοστοιχεία (με Flame Atomic Absorption Spectrometry και Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry), ολικό οργανικό άνθρακα και διαθέσιμα θρεπτικά συστατικά (με Flame Atomic Absorption Spectrometry και Continuous Flow Analyzer), καθώς και τα ορυκτολογικά συστατικά (με X-ray Diffraction). Ο αργιλικός ορίζοντας, που βρίσκεται σε βάθος περίπου 1 m από τη σημερινή επιφάνεια του εδάφους και απαντάται σε όλη την περιοχή επαναπλημμυρισμού, μελετήθηκε ως προς την υδροπερατότητά του. Επίσης εκτελέστηκαν δοκιμές στερεοποίησης και συμπύκνωσης στα ιζήματα αυτού του ορίζοντα, λόγω του ότι πρόκειτο να αποτελέσει τον πυθμένα της πιλοτικής λίμνης και το υλικό του θα χρησιμοποιόταν για την επίστρωση και στεγανοποίηση των πρανών της. Στα δείγματα που συλλέχθηκαν μέσα από την πλημμυρισμένη με όμβρια ύδατα πιλοτική λίμνη πραγματοποιήθηκαν προσδιορισμοί της υγρασίας, του pH, της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, των περιεκτικοτήτων σε οργανικό υλικό και ανθρακικό ασβέστιο, της ικανότητας ανταλλαγής κατιόντων, των ορυκτολογικών συστατικών, των συγκεντρώσεων των κύριων στοιχείων, των ιχνοστοιχείων, του ολικού οργανικού άνθρακα και των διαθέσιμων θρεπτικών συστατικών. Στην παράκτια ζώνη της πρώην Λίμνης Μουριάς αναγνωρίστηκαν από κάτω προς τα πάνω ιζήματα του συστήματος φυσικών φραγμών Αγουλινίτσας, οργανογενείς λάσπες ελώδους ζώνης, ιζήματα λιμνοθαλάσσιου πυθμένα, ιζήματα φραγματικού πεδίου και ιζήματα του σημερινού συστήματος φυσικών αμμωδών φραγμών. Το κύριο τμήμα της περιοχής πίσω από την παράκτια περιοχή και προς την ενδοχώρα αποτελείται από λεπτόκοκκα ιζήματα ποτάμιας προέλευσης, τα οποία συνιστούν τα ιζήματα του λιμνοθαλάσσιου πυθμένα. Το βόρειο τμήμα της περιοχής αποτελείται επίσης από ιζήματα ποτάμιας προέλευσης και συνιστά το χερσαίο περιθώριο της λίμνης/λιμνοθάλασσας. Στην περιοχή επαναπλημμυρισμού διακρίθηκαν από κάτω προς τα πάνω ιζήματα του συστήματος φυσικών φραγμών Αγουλινίτσας και ιζήματα λιμνοθαλάσσιου πυθμένα. Η γενική απουσία οργανογενών ιζημάτων, με εξαίρεση αυτά της ελώδους ζώνης, δείχνει ότι στην περιοχή αυτή δεν επικράτησαν ποτέ οι κατάλληλες συνθήκες, οι οποίες ευνοούν τη συσσώρευση τύρφης σε παράκτια περιβάλλοντα, που σχηματίζονται πίσω από αμμώδεις φραγμούς. Φαίνεται δηλαδή ότι η συνεχής εισροή θαλασσινού νερού είχε ως επακόλουθο την άνοδο της στάθμης του νερού της λίμνης/λιμνοθάλασσας, γεγονός που εμπόδιζε τη συσσώρευση τυρφογενετικού υλικού, με αποτέλεσμα την παρουσία πολύ μικρών συγκεντρώσεων οργανικού υλικού στα ιζήματα της περιοχής. Η παθογένεια των εδαφών της αποξηραμένης Λίμνης Μουριάς και η ακαταλληλότητά τους για καλλιέργεια έγκειται στο γεγονός, ότι είναι μετρίως έως πολύ ισχυρώς αλκαλικά, με αυξημένες τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας, που οφείλονται στις κακές συνθήκες στράγγισης της περιοχής, καθώς και στον αβαθή υφάλμυρο υδροφόρο ορίζοντα. Τα ιζήματα της περιοχής συνίστανται από πυριτικά ορυκτά, όπως χαλαζία, αστρίους, ιλλίτη, χλωρίτη, καολινίτη και βερμικουλίτη, ανθρακικά ορυκτά, όπως ασβεστίτη, δολομίτη και αραγωνίτη, και χλωριούχα ορυκτά, όπως αλίτη και συλβίτη. Στα δείγματα του φραγματικού πεδίου αναγνωρίστηκαν θειούχα (σιδηροπυρίτης), θειικά ορυκτά (ανυδρίτης) και οξείδια (αιματίτης). Όλα τα παραπάνω ορυκτά αποτελούν αλλόχθονα συστατικά των ιζημάτων της πρώην λίμνης, ενώ κάποια από αυτά σχηματίστηκαν και αυθιγενώς. Οι κλαστικοί κόκκοι προήλθαν από την αποσάθρωση και διάβρωση των Πλειο-Πλειστοκαινικών ιζημάτων, που συνιστούν τα ευρύτερα περιθώρια της λεκάνης του Πύργου, και των πετρωμάτων της υδρολογικής λεκάνης του Αλφειού Ποταμού και μεταφέρθηκαν στην περιοχή μέσω της ποτάμιας και της κυματικής δράσης. Επίσης ένα μέρος των κλαστικών κόκκων των ορυκτών στα ιζήματα της περιοχής μελέτης πιθανά μεταφέρθηκε με τον άνεμο. Τα ιζήματα, που συνιστούν τον αργιλικό ορίζοντα πάχους περίπου 1,5 m σε βάθος περίπου 1 m από τη σημερινή επιφάνεια του εδάφους στην περιοχή επαναπλημμυρισμού, είναι ανόργανες άργιλοι μέσης πλαστικότητας σύμφωνα με το σύστημα ταξινόμησης των εδαφών για μηχανικούς σκοπούς. Μελλοντικά προβλήματα επιφανειακής ολίσθησης των πρανών από τη διόγκωση των αργιλικών ορυκτών (βερμικουλίτη), καθώς και θολερότητας του νερού της λίμνης, πιθανά θα προκύψουν λόγω του ότι η συμπύκνωση της αργιλικής επένδυσης δεν έγινε με το συνιστώμενο σε τέτοιες περιπτώσεις τεχνικό εξοπλισμό (ποδαρικά). Ωστόσο δεν αναμένονται ουσιαστικά προβλήματα διαφυγών νερού τόσο από τον πυθμένα της λίμνης, όσο και από τα πρανή της λόγω της μικρής υδροπερατότητας των ιζημάτων αυτών. Από την καλή συσχέτιση της ικανότητας ανταλλαγής κατιόντων με την περιεκτικότητα σε αργιλικό κλάσμα, συμπεραίνεται ότι η μεγάλη ιοντοανταλλακτική ικανότητα των ιζημάτων της περιοχής επαναπλημμυρισμού οφείλεται σχεδόν αποκλειστικά στα αργιλικά ορυκτά και όχι στην παρουσία του οργανικού υλικού. Τα ιζήματα με τη μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε αργιλικά ορυκτά και ολικό οργανικό άνθρακα παρουσίασαν ιδιαίτερα αυξημένες συγκεντρώσεις σε As, Co, Cr, Cu, Li, Mn, Ni, Pb και V. Οι υψηλές περιεκτικότητες των ιζημάτων της περιοχής επαναπλημμυρισμού σε αυτά τα στοιχεία δεν συνδέονται απαραίτητα με ανθρωπογενείς επιδράσεις, αλλά φαίνεται ότι καθοριστικό ρόλο στη σύστασή τους έπαιξε η χημική σύσταση του μητρικού πετρώματος. Ωστόσο πιθανή ρύπανση των εδαφών της περιοχής μπορεί να προέρχεται από την εκτεταμένη χρήση φυτοφαρμάκων στις καλλιεργήσιμες εκτάσεις, καθώς και από την ανεξέλεγκτη απόρριψη σκουπιδιών στις ανεκμετάλλευτες περιοχές. Οι τιμές των ατομικών λόγων ολικού οργανικού άνθρακα προς ολικό άζωτο δηλώνουν προσφορά οργανικού υλικού τόσο από υδρόβιους, όσο και από χερσαίους οργανισμούς. Μετά την κατάκλυση της πιλοτικής λίμνης με όμβρια νερά παρατηρήθηκε μικρή αύξηση των συγκεντρώσεων των ιζημάτων της λίμνης σε C, N, S και ολικό οργανικό C, σε σχέση με αυτές πριν τον επαναπλημμυρισμό, γεγονός που δείχνει ότι σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα ξεκίνησε η βιολογική δραστηριότητα. Παράλληλα η αύξηση της περιεκτικότητας των ιζημάτων σε βιοδιαθέσιμο Κ, συμβάλλει στην ανάπτυξη της υδρόβιας και της ελόβιας βλάστησης της λίμνης. Συγκριτικά με τις μέσες περιεκτικότητες των ιζημάτων πριν από τον επαναπλημμυρισμό, τα επιφανειακά ιζήματα του πυθμένα της πιλοτικής λίμνης δεν παρουσιάζουν εμπλουτισμό στα ιχνοστοιχεία As, Co, Cr, Cu, Li, Mn, Ni, Pb και V. Αντίθετα οι συγκεντρώσεις τους φαίνεται να παραμένουν σταθερές ή να αυξάνονται λίγο σε σχέση με την προηγούμενη κατάσταση. Οι έντονα αλκαλικές συνθήκες (υψηλό pH), που επικρατούν στα εδάφη και τα ιζήματα της νέας λίμνης, δρουν ανασταλτικά στην κινητικότητα των ιχνοστοιχείων, αυξάνοντας το ποσοστό συγκράτησής τους στα ανόργανα συστατικά και μειώνοντας τη διαλυτότητά τους στο νερό της πιλοτικής λίμνης. Συνεπώς δεν αναμένεται ρύπανση του νερού της λίμνης από τα επικίνδυνα αυτά ιχνοστοιχεία, ούτε φυτοτοξικότητα των νέων φυτικών ειδών που θα αναπτυχθούν. Η συνεχής παρακολούθηση της χημικής σύστασης των ιζημάτων της πιλοτικής λίμνης, των φυσικών τους ιδιοτήτων, αλλά και των μεταβολών τους μέσα στο χρόνο, κρίνεται απαραίτητη για μεγάλο χρονικό διάστημα, καθώς ενδεχόμενη μεταβολή των συνθηκών που επικρατούν σήμερα, θα διαταράξει την ισορροπία του συστήματος της πιλοτικής λίμνης προκαλώντας ενδεχόμενα αύξηση της κινητικότητας των ιχνοστοιχείων και αποδέσμευσή τους στο περιβάλλον. / Before taking a decision for restoration of a degraded wetland, the study of geomorphological, sedimentological, mineralogical and geochemical processes, which contributed to the wetland’s formation and evolution, is essential and necessary, in order to assess environmental impacts from restoration. The objective of the present thesis was to study the geological and pedological features in the area of the drained Mouria Lake (Prefecture of Elia, Western Peloponnese). The interest was focused on the physical and the mechanical properties of the sediments, as well as on their mineralogical and chemical composition. The aim was a better understanding of the factors that controlled the wetland’s temporal and spatial evolution and the assessment of the degree of degradation and anthropogenic impacts after drainage. The ultimate aim was to implement an integrated restoration and rehabilitation plan of the former lake, based on the knowledge and experience that were acquired during the construction and monitoring of a pilot-scale wetland. Fieldwork included topographical and geological mapping, as well as sediment sampling, carried out all over the area of the former Mouria Lake. Physical properties such as moisture, acidity/alkalinity, electric conductivity, particle size distribution, as well as the organic and the mineral matter contents of the sediment samples from the drained lake, were determined in laboratory. The pilot-scale wetland, being approx. 0.5-ha large, was designed and constructed within the land owned to the Pyrgos Municipality with the purpose to meet mainly human (aesthetic, commercial and educational) needs. At the latter site detailed geological, topographical mapping and sediment logging and sampling were conducted, in order to study the bottom and the bank formations of the new pilot-scale wetland. On these sediment samples moisture, pH, electric conductivity, particle density, bulk unit weight, porosity and void ratio, particle size distribution, soil consistence (Atterberg limits), cation exchange capacity, calcium carbonate and organic matter contents, major and trace element contents using FAAS and ICP-MS, respectively, total organic carbon and plant-available nutrients contents and mineralogical composition applying X-ray diffractomentry, were conducted. The permeability, the consolidation and the compaction of the clay horizon, which lies c. 1 m beneath surface all over the study area, were determined, since this horizon constitutes the bottom of the pilot-scale wetland and is also used for sealing up the banks. Sediments from the wetland’s bottom were picked up, after the filling in with rainwater, and examined for moisture, pH values, electric conductivity, organic matter and calcium carbonate contents, cation exchange capacity, major and trace element contents, total organic carbon, plant-available nutrients and mineral matter contents. At the coastal zone of the former Mouria Lake, the Agoulinitsa sand-barrier islands, organogenic mud from the coastal telmatic zone, lagoonal bottom sediments, barrier flat sediments and modern sand-barrier islands occur from bottom to top. The main part of the drained area landwards, consists of fine lagoonal bottom sediments of fluvial origin, while the northern part consists of lagoonal marginal sediments also of fluvial origin. Lagoonal bottom sediments comprise the uppermost horizon of the re-flooded area, which overlies the Agoulinitsa sand-barrier islands. The lack of organogenic sediments at this area, except these at a small coastal telmatic zone, indicates that conditions did never favour peat accumulation. The continuous input of sea water into the lagoon due to the negative altitudes of the entire area of the former lake may have resulted in rising of the water level and mixing with sea water in the lagoon, which prevented peat accumulation. The medium to high alkalinity and the high electric conductivity, the latter due to the combination of poor drainage and the evaporation from the shallow brackish aquifer, resulted in soil pathogenesis and unsuitability for cultivation. The sediments at the new-wetland site consist of silicate minerals such as quartz, feldspars, illite, chlorite, kaolinite and vermiculite, carbonates such as calcite, dolomite and aragonite, and chloride minerals such as halite and sylvite. In the samples picked up from the barrier flat and telmatic zone, also pyrite, anhydrite and hematite were identified. Most of these constituents have a clastic origin, but some of them may form authigenically. The main factor controlling the clastic mineral influx is weathering and erosion of the Plio-Pleistocene formations, which constitute the hilly marginal areas, as well as of rocks transported by the Alpheios River from its catchment basin. Part of minerals deposited into the former lake, were airborne. The 1.5 m thick layer consisting of inorganic clay and lying 1 m beneath surface at the selected area, reveals a moderate plasticity. Future problems such as slope slides, clay swelling and turbidity in the water may arise in the pilot-scale wetland, because the equipment used for the construction of the wetland banks was not the appropriate one for clay liner compaction. However, the clay sediments do not allow water to escape through the bottom and the banks of the new wetland. The excellent correlation between cation exchange capacity and clay fraction content indicates that the clay minerals play an important role to the high cation exchange capacity of the sediments in contrast to the organic matter. High concentrations of As, Co, Cr, Cu, Li, Mn, Ni, Pb and V were determined in sediments with high clay mineral and total organic carbon contents. The weathering of the pre-Neogene and Neogene formations of the marginal areas is considered to be the major factor controlling the chemical composition of the sediments, but anthropogenic activities may contribute as well. The main activities taking place in the area of the drained Mouria Lake, which may result in the sediment contamination are the extensive use of fertilizers at the cultivated areas, as well as waste dumping. The atomic ratio values of total organic carbon to total nitrogen contents reveal organic matter supply both from aquatic and terrestrial plant species. The higher concentrations of C, N, S and total organic carbon of the sediments from the bottom of the pilot-scale wetland, in comparison to those before the construction of the new wetland, reveal that biological activity commenced after a quite short time. Additionally, the increase of bioavailable K content in these sediments positively affects the development of aquatic and helophytic vegetation. In comparison to the average trace element concentrations of the sediments from the pilot-scale wetland before filling in with rainwater, the bottom sediments do not reveal any enrichment in As, Co, Cr, Cu, Li, Mn, Ni, Pb and V. Strongly alkaline soil conditions decrease trace element mobility, as well as their solubility into the water. Under these conditions neither water contamination from hazardous soil trace elements nor plant toxicity are expected. Continuous monitoring of the chemical composition and the physical properties of the pilot-scale wetland sediments and their changes through time, is necessary, in order to assess and prevent a possible mobilization of trace elements and the subsequent release to the environment.

Η επεξεργασία των νικελιούχων λατεριτικών μεταλλευμάτων της χώρας μας για την παραγωγή σιδηρονικέλιου στη Λάρυμνα συνοδεύεται με την εκπομπή 200000t/y λεπτομερούς σκόνης που συλλέγεται στα συστήματα αντιρρύπανσης των περιστροφικών κάμινων (Π/Κ), μέσης περιεκτικότητας 1.2-1.5% σε Ni και 4-5% σε C. Η διατριβή αυτή συνέβαλε στην ανάπτυξη μεθόδου ανακύκλωσης της σκόνης αυτής με απευθείας αναγωγική της τήξη σε ηλεκτρική κάμινο συννεχούς ρεύματος (DC-HEP) με εμφυσησή της μέσω του κεντρικού διάτρητου γραφιτικού ηλκετρόδιου. Την προκαταρκτική θεωρητική διερεύνηση και τις εργαστηριακές προδοκιμές ακολούθησαν βιομηχανικές δοκιμές στην κάμινο 125t DC-HEP στη χαλυβουργία Georgsmarienhutte της Γερμανίας, όπου έλαβε χώρα τήξη 70t σκόνης και 2.5t φιλομερούς μεταλλεύματος.Η ανάκτηση Ni ήταν πολύ υψηλή 93-99%. Παρήχθησαν χάλυβες χαμηλής κραμάτωσης σε σε Ni καθώς και ποικίλοι τύποι σκωρίας προς διερεύνηση της χρήσης τους στην παραγωγή σύνθετων τσιμέντων Portland και σκωριωτσιμέντων. Πραγματοποιήθηκε μεταλλουργική αξιολόγηση των δοκιμών και αναπτύχθηκε μοντέλο προσομοίωσης της αναγωγικής τήξης της σκόνης. / The tratment of the laterite nickel ferrous ores in Hellas for the production of ferronickel at Larymna is associated with the emission of 200000t/y of fine dust collected in the gas cleaning systems of the rotary kilns (R/Ks), with 1.2-1.5% and 4-5% . Average Ni and C contents respectively . This thesis contributed to the development of a method for the recycling of this dust by means of its direct reduction smelting in a DC-HEP furnace (Direct Current-Hollow Electrode Powder) by its injection through the central hollow graphite electrode. The preliminary theoretical study and the laboratory trials were followed by industrial heat campaigns in the 12st DC-HEP furnace at georgsmarienhutte steelwork in Germany, where around 70t of dust and 2.5t of ore fines were smelted. The Ni-recovery was very high 93-99.9%. Low Nickel alloyed steel grades were produced and various slag types for the investigation of their utilization for the production of composite-portland cements and slag cements. The metallurgical evaluation of the trials was performed and model for the dust reduction smelting process was developed.

Coal seam gas has been recognised as a new, potential energy resource in New Zealand. Exploration and assessment programmes carried out by various companies have evaluated the resource and indicated that this unconventional gas may form a part of New Zealand's future energy supply. This study has delineated some of the controls between coal properties and gas content in coal seams in selected New Zealand locations. Four coal cores, one from Huntly (Eocene), two from Ohai (Cretaceous) and one from Greymouth (Cretaceous), have been sampled and analysed in terms of gas content and coal properties. Methods used include proximate, sulphur and calorifc value analyses; ash constituent determination; rank assessment; macroscopic analysis; mineralogical analysis; maceral analysis; and gas analyses (desorption, adsorption, gas quality and gas isotopes). Coal cores varied in rank from sub-bituminous B-A (Huntly); sub-bituminous C-A (Ohai); and high volatile bituminous A (Greymouth). All locations contained high vitrinite content (~85 %) with overall relatively low mineral matter observed in most samples. Mineral matter consisted of both detrital grains (quartz in matrix material) and infilling pores and fractures (clays in fusinite pores; carbonates in fractures). Average gas contents were 1.6 m3/t in the Huntly core, 4.7 m3/t in the Ohai cores, and 2.35 m3/t in the Greymouth core. The Ohai core contained more gas and was more saturated than the other cores. Carbon isotopes indicated that the Ohai gas composition was more mature, containing heavier 13C isotopes than either the Huntly or Greymouth gas samples. This indicates the gas was derived from a mixed biogenic and thermogenic source. The Huntly and Greymouth gases appear to be derived from a biogenic (by CO2 reduction) source. The ash yield proved to be the dominant control on gas volume in all locations when the ash yield was above 10 %. Below 10 % the amount of gas variation is unrelated to ash yield. Although organic content had some influence on gas volume, associations were basin and /or rank dependant. In the Huntly core total gas content and structured vitrinite increased together. Although this relationship did not appear in the other cores, in the Ohai SC3 core lost gas and fusinite are associated with each other, while desmocollinite (unstructured vitrinite) correlated positively with residual gas in the Greymouth core. Although it is generally accepted that higher rank coals will have higher adsorption capacities, this was not seen in this data set. Although the lowest rank coal (Huntly) contains the lowest adsorption capacity, the highest adsorption capacity was not seen in the highest rank coal (Greymouth), but in the Ohai coal instead. The Ohai core acted like a higher rank coal with respect to the Greymouth coal, in terms of adsorption capacity, isotopic signatures and gas volume. Two hypothesis can be used to explain these results: (1) That a thermogenically derived gas migrated from down-dip of the SC3 and SC1 drill holes and saturated the section. (2) Rank measurements (e.g. proximate analyses) have a fairly wide variance in both the Greymouth and Ohai coal cores, thus it maybe feasible that the Ohai cores may be higher rank coal than the Greymouth coal core. Although the second hypothesis may explain the adsorption capacity, isotopic signatures and the gas volume, when the data is plotted on a Suggate rank curve, the Ohai coal core is clearly lower rank than the Greymouth core. Thus, pending additional data, the first hypothesis is favoured.

Η παρούσα διατριβή διερευνά την επίδραση των πετρογραφικών παραμέτρων στις φυσικομηχανικές ιδιότητες των οφιολιθικών πετρωμάτων Πίνδου και Βούρινου. Επιπρόσθετα, μελετώνται ορισμένα δείγματα από τα οφιολιθικά συμπλέγματα του Κόζιακα και της ανατολικής Όθρυος και ορισμένα Τριαδικά ηφαιστειακά πετρώματα από την περιοχή του Δομοκού. Tα συλλεχθέντα δείγματα αξιολογούνται για την καταλληλότητά τους ως αδρανή υλικά. Επιπλέον, διερευνάται η καταλληλότητα υγιών υπερβασικών δειγμάτων στη βιομηχανία πυρίμαχων. Στις υπό μελέτη εμφανίσεις πραγματοποιήθηκε λεπτομερής γεωλογική χαρτογράφηση. Ακολούθησε πετρογραφική εξέταση των επιμέρους λιθότυπων και ποσοτικοποίηση των ορυκτολογικών συστατικών τους. Εφαρμόστηκαν σύγχρονες τεχνικές με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, μικροσκόπιο φθορισμού και λογισμικό ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας. Διερευνήθηκε επίσης ο τρόπος διάδοσης των μικρορωγμών κατά τη μοναξονική φόρτιση των πετρωμάτων και δόθηκε έμφαση στην πιθανή συμμετοχή αμιαντούχων ορυκτών σε αυτά. Προσδιορίστηκαν οι γεωμετρικές, φυσικομηχανικές, φυσικοχημικές και χημικές ιδιότητες των δειγμάτων και διαπιστώθηκε ότι οι βασικοί λιθότυποι παρουσιάζουν υψηλότερη μηχανική αντοχή από τους υπερβασικούς, ενώ οι τραχίτες έχουν συνήθως μεταβατικά χαρακτηριστικά μεταξύ των δύο παραπάνω κατηγοριών πετρωμάτων. Οι συσχετίσεις μεταξύ των προσδιορισθέντων ιδιοτήτων διερευνήθηκαν με ανάλυση παλινδρόμησης και παραγοντική ανάλυση. Οι ιδιότητες των βασικών και υπερβασικών λιθότυπων τείνουν να βελτιώνονται όσο μειώνεται ο βαθμός εξαλλοίωσης. Εξαίρεση αποτελεί ο δείκτης αντίστασης σε στίλβωση, ο οποίος τείνει να βελτιώνεται αυξανομένου του βαθμού υδροθερμικής μεταμόρφωσης. Για τους δολερίτες διατυπώθηκαν δύο νέοι μικροπετρογραφικοί δείκτες, ο δείκτης αντοχής (Ips) και ο δείκτης αντικατάστασης (Irep), οι οποίοι αποτελούν ποσοτική έκφραση των πετρογραφικών μεταβολών που λαμβάνουν χώρα κατά την εξαλλοίωση. Για τους υπερβασικούς λιθότυπους εισήχθηκε ο λόγος OOS, ο οποίος εκφράζει το βαθμό διατήρησης των πρωτογενών ορυκτών κατά τη σερπεντινίωση. Για τον προσδιορισμό του βαθμού εξαλλοίωσης των υπερβασικών πετρωμάτων εισήχθηκε ο δείκτης ευκίνητων στοιχείων (Im). Οι υπό μελέτη λιθότυποι είναι κατάλληλοι για χρήση ως αδρανή σκυροδεμάτων, κονιαμάτων, οδοποιίας, σκύρων σιδηροτροχιών, φίλτρων και βράχων θωράκισης, με εξαίρεση τους έντονα σερπεντινιωμένους και τεκτονισμένους χαρτσβουργίτες και τους τραχίτες. Ακόμη, τα υγιή υπερβασικά δείγματα είναι κατάλληλα για χρήση ως πρώτες ύλες στη βιομηχανία πυρίμαχων. / The present thesis aims at investigating the influence of petrographic factors on the physicomechanical properties of the Pindos and Vourinos ophiolitic rocks. Samples were also collected from the Koziakas and eastern Othrys ophiolitic complexes, as well as from an exposure of Triassic volcanic rocks near the Domokos locality. The evaluation of the collected samples for their suitability as aggregates is attempted. In addition, selected ultrabasic samples are evaluated for their suitability in refractory industry. The studied areas were thoroughly mapped. The petrographic characteristics of each lithotype were examined and their mineralogical composition was quantified. Modern techniques were also applied, using scanning electron microscopy and fluorescent microscopy, in combination with digital image analysis. Additionally, the microcrack propagation during uniaxial compression was investigated, as well as the potential existence of asbestiform minerals in each sample. The geometrical, physicomechanical, physicochemical and chemical properties were determined for each rock sample. The basic lithotypes have higher strength than the ultrabasic. The trachytes usually have characteristics transitional between the basic and ultrabasic lithotypes. The interrelationships between the various properties were examined using regression and factor analysis. The properties of the basic and ultrabasic lithotypes tend to improve when the degree of alteration decreases. Exceptionally, the polishing resistance tends to increase with an increasing degree of hydrothermal metamorphism. Two new micropetrographic indices were proposed for the dolerites, the micropetrographic strength index (Ips) and the replacement index (Irep). These indices reflect and quantify petrographic transformations which take place during alteration. The ratio OOS was introduced for the ultrabasic samples, which reflects the degree of preservation of the primary mineral phases during serpentinization. Additionally, the index of mobile elements (Im) was introduced in order to quantify the degree of alteration of ultrabasic rocks. The studied rock types are suitable for the production of aggregates for concretes, mortars, road construction, railway track ballast, filters and armourstone. The only unsuitable samples are the intense serpentinized and tectonized harzburgites and the trachytes. In addition, the fresh ultrabasic samples can be used as raw materials in the refractory industry.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-11-05T22:28:11Z No. of bitstreams: 1 ROSEMARY RIBEIRO RAMOS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 1985..pdf: 46832957 bytes, checksum: 99eea8bc7664b29c95a76c9107593a6f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-05T22:28:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ROSEMARY RIBEIRO RAMOS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 1985..pdf: 46832957 bytes, checksum: 99eea8bc7664b29c95a76c9107593a6f (MD5) Previous issue date: 1985-12-27 / CNPq / Este trabalho de laboratório procurou dar continuidade a uma serie de pesquisas que, com o decorrer do tempo,vem se desenvolvendo com as argilas esmectíticas de cores verde-clara, vermelha e do tipo sortida da localidade de Bravo,Distrito de Boa Vista, Município de Campina Grande, Paraíba, visando o estudo dos efeitos de tratamento de cura* cm algumas propriedades reológicas dessas argilas para uso como fluidos tixotrópicos na perfuração de poços de Petróleo. De início foram feitos os ensaios de caracterização mineralógica. Posteriormente foi feita uma analise das propriedades tecnológjcas verificadas através da determinação das viscosidades aparente e plástica e do volume do filtrado nas argilas em sua forma natural. Em seguida, foram observadas as propriedadesreologicas nas argilas tratadas com carbonato de sódio na proporção de 100meq por 100g de argila seca sem tratamento de cura. Os processos de tratamento de cura foram realizados com o auxílio de uma câmara úmida e autoclave , mantendo-se constante a concentração de carbonato de sódio e umidade relativa, e, variando-se a temperatura e o tempo. Em todas as condições estudadas foi verificado o efeito da diálise e o efeito da diálise com uso de COj. 0 uso da diálise, visa eliminar os compostos solúveis ou parcialmente solúveis de cálcio e magnésio, formados pela reação química de dupla trocapor ocasião de tratamento com o composto de sódio (montmorilonita (Mg ,Ca ,Na ,K ,11) + Na2C03 -> montmori 1 onita (Na) + MgCO^ + CaCO., + CO +llO0 + K? CO ) (|ne se pode dissolver na dispersão aquosa da argila, prejudicando as propriedades coloidais da montmorilonita , principalmente a viscosidade plástica. O uso do CO2 tem a finalidade de observar ate que ponto sua ação prejudica as propriedades reológicas das argilas em estudo. Foram determinados, igualmente, teores de carbonatos e bicarbonatos, existentes na suspensão a 6% de sólidos. Estes valores foram utilizados para explorar possíveis correlações com as viscosidades aparentes, plásticas e volume do filtrado, através da análise de regressões lineares simples e múltipla. Os resultados obtidos dos ensaios tecnológicos mostraram que as argilas de cores verde-clara, vermelha e do tipo sortida após tratamento conveniente, apresentaram excelentes propriedades reológicas, possibilitando, assim, o uso dessas argilas como agentes tixotrópicos em fluidos para a perfuração rotativa de poços de Petróleo. 0 efeito da diálise, por sua vez, tem grande influência na melhoria das propriedades reológicas para o tratamento das argilas sem processo de cura e, após o processo de cura em câmara úmida e autoclavagem ,onde as argilas são tratadas com solução de carbonato de sódio na proporção adequada após a autoclavagem; o uso do CO2 por sua vez, influencia bastante as propriedades reológicas, que por serem solúveis, mostram tendência de flocular o sistema e consequentemente prejudicar as propriedades reológicas. Com relação as correlações obtidas de validade Limitada, tendo em vista o reduzido numero de observações realiza das, foram obtidos coeficientes próximos de 1, mostrando que existe relação linear entre os teores de carbonatos, bicarbonatos e carbonatos mais bicarbonatos com as viscosidades aparentes e plásticas e volume do filtrado em algumas condições de cura. / This work of laboratory aims continue a series of research work, which has been developing, using the smectites clays light green, red and mixed couloured from Bravo, District of Boa Vista,Campina Grande, Paraîra, with purpose to study the effects of treatment of cure in some rheological properties of these clays, keeping in mind its applicability as tixotropic fluids for perfuration of oil well. Inicially, the analysis of the rheological properties was done investing from the determination of the apparent plastic viscosités and filtrate volume in the clays under it natural form. The rheological properties of the clays were observed by the treatment of sodium carbonate at the proportion of lOOmeq per 100g of dry clay without treatment of cure. The processes of cure treatment were done in a humid chamber and autoclave keeping the concentration of sodium carbonate and relative humidity constant and changing the temperature and time. The dialysis effect was investigated with the use of C02 at all conditions studied. The use of dialysis process has the purpose to eliminate either soluble compounds or parcially soluble of calcium and magnesium compounds or parcially soluble of calcium and magnesium compounds formed by double exchange chemical reaction by the • 2 + 2-1- + treatment with sodium compounds (montmorilonite, Mg ,Ca ,Na , K+, H30+)+ Na2C03 - montmorilonite (Na + ) + MgC03 + CC>2 compounds (montmorilonite, Mg ,Ca ,Na , K+, H30+)+ Na2C03 - montmorilonite (Na + ) + MgC03 + CC>2 + H20 + K2C03) that are able to be dissolved into clays aqueous dirpèrsion so this will spoil the colloid properties of the montmorilonite, mainly the plastic viscosité. The use of CC>2 has the objective to observe the maximun point that its action will damage rheological properties of the clays in this study. Carbonates and Bicarbonates existing in the 6% solids suspension were determined. These values were used to find correlation in filtrate volume and apparent and plastic viscosites by simple and multiple linear regression analysis. results obtained from technological tests showed that light green, red and mixed coloured clays, after the treatment, presented rheological properties adequated to be used in the perforation of oil wells. However, the effects,of dialysis has considerable influence in the improvement of the rheological properties to the treatment of the clays without the cure process and after the cure process in chamber and autoclave where the clay are treated with sodium carbonate to adequade to proportion after autoclave process.; The use of CC^,however , has considerable influence on the rheological properties, once it being soluble, presented the tendency to floculate the system and consequently to damage the rheological properties. With relation to correlations obtained showing to be of limited validity, even to the rcdused number of observations taken; so were obtained correlations coeficients approximately one taking that there exists linear relation between amounts of carbonates and carbonates plus bicarbonates with apparent and plastic viscosites and the filtrate volume in some of the cure conditions.

Ce travail de thèse porte sur la valorisation de granulats recyclés dans la fabrication de nouveaux liants hydrauliques. Il s’inscrit dans une problématique actuelle de gestion des déchets du BTP, de sauvegarde des ressources naturelles et de réduction des gaz à effets de serre liés à la production de matériaux cimentaires. En quelques chiffres, sur les 260 millions de tonnes de déchets inertes produits annuellement par le secteur du BTP en France, 90 millions sont encore déposés en installations de stockage. C’est ce gisement qu’il convient de réduire pour accentuer la fabrication de granulats recyclés estimée aujourd’hui à 15 millions de tonnes/an. Dans cette perspective, ce travail de recherche a pour double objectif de valoriser des granulats recyclés sous forme de fines (Dmax < 80 µm) comme addition minérale en substitution du ciment pour les mortiers et bétons ou bien comme constituant principal de Liants Hydrauliques Routiers (LHR) pour le traitement des sols en place. Deux matériaux source sont utilisés, à savoir : un béton aux propriétés connues et maitrisées et un granulat issu d’une plateforme de recyclage représentatif d’une filière de production. De ces deux matériaux, des fines sont fabriquées par un protocole couplé de concassage et criblage avec ou sans traitement thermique à haute température puis caractérisées (caractérisation physico-chimique, minéralogique et réactivité hydraulique résiduelle) en vue d’établir une cartographie complète de leur potentiel de valorisation en fonction de leur origine. Le premier objectif intitulé « fabrication d’une addition minérale à base de fines » traite de l’effet de cette addition sur le comportement rhéologique, mécanique et sur les propriétés de durabilité de mortiers. Malgré un verrou normatif lié à l’utilisation de matières non référencées dans les normes des matériaux cimentaires, les résultats de ce travail démontrent la faisabilité d’introduire des fines en substitut d’additions classiques tel que le filler calcaire dans des proportions largement supérieures à celles imposées. Le second objectif intitulé « fabrication de liants hydrauliques routiers à base de fines » traite de la conception de LHR à base de fines pour le traitement des sols en place. C’est à partir d’un sol témoin reconstitué en laboratoire que deux familles de LHR à base de fines traitées et non traitées sont conçues, testées et comparées à des liants hydrauliques routiers commercialisés et enfin optimisées. / This thesis work focuses on the valorization of recycled aggregates as main component for hydraulic binders. This is included in a current issue of waste management, protection of natural resources and environment, reduction of greenhouse gases emissions in cement production. In France, on 260 millions tons of inert wastes produced per year, 90 millions tons are still stored in non-hazardous landfill. This waste deposit has to be reduced to increase the production of recycled aggregates currently estimated at 15 million tons per year. In view of this, this research is aimed to enhance the valorization of recycled aggregates into powder form (Dmax < 80 microns) as a mineral addition in substitution of cement for mortar and concrete or as main constituent of Hydraulic Road Binders (HRB). Two sources of materials are used : a five years old concrete and a recycled aggregates come from a recycling plant. Powders are prepared by crushing and sieving with or without high-temperature heat treatment and characterized (physical, chemical and mineralogical characterizations : residual hydraulic reactivity) to evaluate their potential valorization based on their origin.The first objective, entitled “Conception of mineral addition using powder of recycled aggregates”, deals with of the influence of this new materials on rheological, mechanical and durability properties of mortars. The results of this study allow us to evaluate the benefits of incorporating powder obtained by crushing/sieving of recycled aggregates as cement or limestone substitute used in the composition of a mortar. The second objective, entitled "conception of the Hydraulic Road Binders using powders of recycled aggregates", deals with the design of HRB by a comparative approach with HRB manufactured. The characteristics of binders are tested on mortars and on samples of treated soil and the results show that it's possible to produce an HRB rich in powders of recycled aggregates with or without cement which can efficiently stabilize clayey soils.

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 ferri-réductrices, 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. / Mine collapses occurred in Lorraine (France) because of the failure of safety pillars made of iron ore. Their failure is not only due to the mechanic stresses applied by the overburden, but also due to the various mineralogical transformations in iron ore which decrease material cohesion and resistance and thus stability of pillars. This is called mineralogical alteration/ageing of iron ore. Chemical mechanisms inducing these mineralogical transformations are now well known but the influence of microbial activity is not well understood yet. Preliminary works have raised the possible role of microbial activity, then the focus of this work was to identify the various bacterial metabolisms capable of reacting with iron ore and to characterize the physico-chemical, mineralogical and mechanical effects. The bacterial metabolism groups possibly implied in these reactions (iron-reducing (IRB), iron-oxidizing and sulfate-reducing bacteria (SRB)) were identified from the mine water. As pure strain or as consortium, these bacteria were incubated with iron ore. Under laboratory conditions, only iron-reducing, sulfate-reducing and acidophilic iron-oxidizing bacteria impacted iron ore samples by modifying the Fe(II)/Fe(III) ratio. A ferrous-carbonate phase and pyrite were formed during incubations with IRB and SRB, respectively. These minerals were characterized from analysis of the solid phase (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy (DRIFTS), Mössbauer spectroscopy and X-ray diffraction). The impact nitrate-reducing bacteria was also tested but the Fe(II)/Fe(III) ratio of iron ore was not modified significantly. Finally, mechanical properties of iron ore were measured after microbial and purely chemical redox reactions. Discernible modifications of these mechanical properties were observed. From these results, the alteration of iron ore mechanical properties by bacterial activities is a realistic assumption.

Ce travail a pour but d’étudier les paramètres physico-chimiques qui contrôlent les transferts de matière ainsi que la formation et l’évolution des argiles dans des failles chevauchantes en environnement sédimentaire. Deux failles chevauchantes pyrénéennes de faible grade métamorphique ont été étudiées : la faille de Millaris (cf. Mont Perdu) et le chevauchement du Pic-de-Port-Vieux (cf. Gavarnie). Dans la faille de Millaris, la déformation s’accompagne principalement d’une dissolution de la calcite matricielle par pression-solution induisant un changement de volume de la roche de 20 à 40%. Le chevauchement du Pic-de-Port-Vieux enregistre des modifications importantes au coeur de la faille mais aussi dans la zone d’endommagement. Dans les calcaires du mur du chevauchement, une mylonitisation est associée à une dissolution partielle des dolomites en présence de fluides ne dépassant pas 320-340°C. Dans les pélites du toit du chevauchement, la dissolution de l’hématite par un fluide réducteur entraine un changement de l’état redox de la roche (confirmé par spectroscopie Mössbauer) et la précipitation de chlorite dans des veines syncinématiques. Des chlorites à zonations chimiques oscillatoires présentes dans certaines veines révèlent, en combinant cartographie chimique à la microsonde, mesures de l’état redox par μXANES et thermométrie, des variations cycliques de température d’au moins 50°C au cours de la cristallisation. Un processus de valves sismiques pourrait donc être associé à la mise en place du chevauchement du Pic de Port Vieux. / This work aims to study the physical and chemical parameters that control the mass-transfer and the clays formation and evolution in sedimentary environment thrust faults. Two Pyrenean thrust faults in low metamorphic grade were studied: the Millaris fault (related to Mont Perdu) and the Pic-de-Port-Vieux thrust (related to Gavarnie). In the Millaris fault, the deformation is accompanied mainly by dissolution of the matrix calcite by pressure-solution which induces a volume change of the rock from 20 to 40%. The Pic-de-Port-Vieux thrust records significant changes in the fault core-zone, but in the damaged zone also. In the footwall limestone, a mylonitisation is associated with a partial dissolution of dolomite in the presence of not exceeding 320-340°C fluids. In the hanging-wall pelites, the hematite dissolution by a reducing fluid causes a redox state change of the rock (confirmed by Mössbauer spectroscopy) and chlorite precipitation in synkinematic veins. Oscillatory zoning pattern chlorites located in some shearing veins revealed, by combining chemical mapping microprobe, redox state measurements with μ-XANES and thermometry, cyclic temperature variations of at least 50°C during the crystallization. A seismic valves process could be associated to Pic-de-Port-Vieux thrusting.