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Mineralization of Nickel in saprolitic ore of New Caledonia : Dynamics of metal transfer and modeling of coupled geochemical and hydrodynamic processes

La Nouvelle-Calédonie détient d'importantes réserves de nickel latéritique et est devenue, en 2017, le cinquième producteur mondial de Ni. Ces dépôts sont habituellement considérés comme résultant d'altération latéritique intense de la péridotite, qui constitue la principale source de nickel. Ainsi, le principal modèle conceptuel de la formation des minerais de nickel latéritique en Nouvelle-Calédonie est un modèle per descensum où la plupart des éléments (Mg, Ni et Si) ont été lessivés depuis la surface, en particulier lors du développement du sol latéritique. Le nickel est ensuite reprécipité, soit dans la goethite de la latérite fine, soit au niveau de la saprolite, sous forme de goethite et de silicates Mg-Ni, dont des talc-like ou kérolite. Les observations minéralogiques et structurales récentes ainsi que les données minières ont cependant mis en évidence de nombreux types d'hétérogénéités dans les concentrations, et la distribution des porteurs de Ni. Comprendre les facteurs la mobilité de cet élément, ses mécanismes de piégeage ainsi que les paramètres chimiques et hydrodynamiques à l'origine de ce piégeage, est essentiel afin de prévoir la distribution du nickel dans les profils latéritiques en Nouvelle-Calédonie, et constitue l'objectif de cette thèse. Ce travail est basé sur le développement (i) d'un modèle 1D s'intéressant en particulier au comportement géochimique du nickel lors de l'altération de l'ophiolite, sa comparaison avec les observations in situ et une compréhension détaillée de la mobilité des éléments traces pendant le processus, et (ii) d'un modèle 2D hydro-géochimique couplé avec l'hydrodynamique complexe des profils latéritiques, améliorant ainsi la connaissance du contrôle structural sur la redistribution et la minéralisation du nickel. Tandis que les simulations 1D permettent de mieux comprendre les aspects chimiques contrôlant les processus de rétention du nickel au sein d'un profil, le modèle 2D se révèle être un outil puissant pour la compréhension de la formation des dépôts locaux les plus riches en nickel. Les résultats du modèle 2D montrent une remobilisation du nickel depuis les horizons supérieurs puis sa reprécipitation sous forme de silicates dans la saprolite. Le nickel remobilisé provient principalement de la zone saprolitique à cause de la dissolution des silicates de nickel formés précédemment ainsi que de l'olivine résiduelle de cette zone. Ce modèle a également révélé que l'horizon latéritique (et en particulier les oxy- hydroxydes de nickel) avait un faible impact dans la remobilisation du nickel. L'infiltration latérale de l'eau contenant le nickel dissout issu des formations surincombantes est à l'origine de la formation des zones les plus riches dans les parties inférieures du profil. Cette redistribution est entièrement contrôlée par l'hydrodynamique locale, la topographie ainsi que l'orientation et la position des fractures. Les modèles présentés permettent d'expliquer les processus de formation des minerais de nickel latéritique saprolitique, améliorant ainsi la compréhension des paramètres contrôlant la mobilité des éléments traces dans un environnement ultramafique. Ceci donne une nouvelle clé de distribution du nickel dans les profils actuels, qui peut devenir un outil pour la prospection minière, et la recherche de nouvelles ressources exploitables
Computer Program, English, 2017