Géochimie et cristallochimie du chrome au cours de l’altération de roches ultrabasiques en Nouvelle-Calédonie (Massif du Koniambo)

Devant un jury composé de : Hubert BRIL (Université de Limoges) ........ Rapporteur Jérôme ROSE (CNRS) ......................... Rapporteur Michel CATHELINEAU (CNRS) .................. Examinateur Jérôme GAILLARDET (Paris Diderot) .......... Examinateur Emmanuel FRITSCH (IRD) ..................... Directeur Farid JUILLOT (Université Paris Diderot) ... Co-directeur Résumé : En Nouvelle-Calédonie, 35 millions d’années d’intense altération et d’érosion de roches ultrabasiques (péridotites) ont permis le développement d’une couverture d’altération particulièrement riche en éléments traces métalliques (ETM), tels que le nickel, le chrome, le cobalt et le manganèse. Bien que ces fortes concentrations en ETM dans les sols constituent une richesse pour cet archipel (la Nouvelle-Calédonie se positionne au 5ème rang dans la production mondiale du nickel), elles représentent également un risque pour la qualité environnementale de cet écosystème exceptionnel (le lagon est inscrit au patrimoine mondial de l’UNESCO). Parmi ces ETM, le chrome est le plus préoccupant car il est l’élément trace métallique le plus abondant (jusqu’à 3,8% en poids de Cr2O3) mais également celui qui présente le plus fort potentiel de toxicité, suivant son degré d’oxydation. Après avoir étudié la redistribution des éléments majeurs et traces au cours du développement d’un régolithe de 64 mètres d’épaisseur dans le massif du Koniambo (Côte Ouest, Province Nord de la Grande-Terre), une étude détaillée de la cristallochimie du chrome a permis de mieux comprendre le comportement de cet élément le long de cette séquence d’altération. Cet élément, initialement introduit sous forme de Cr(III), est partiellement oxydé en Cr(VI) à l’issue de réactions d’oxydo-réduction avec des oxyhdyroxydes de Mn qui s’accumulent à l’interface entre les niveaux saprolitique et latéritique de la séquence. Ces oxyhydroxydes de Mn sont également soupçonnés d’augmenter de manière significative la solubilité des chromites, minéraux réputés peu solubles. Compte tenu de la grande solubilité du Cr(VI), l’oxydation du Cr(III) devrait augmenter significativement le lessivage du chrome le long de la séquence. Cependant, les bilans de masse par la méthode Brimhall indiquent une mobilité très limitée pour le chrome, même si cette dernière semble un peu plus élevée dans les niveaux riches en oxyhydroxydes de Mn. Ces observations sont expliquées par les résultats d’analyses résolues spatialement qui indiquent, qu’une fois oxydé par les oxyhydroxydes de Mn, le Cr(VI) est réadsorbé par les oxyhdyroxydes de Fe (principalement de la goethite) qui sont abondants dans ces environnements latéritiques. Cette étude souligne ainsi à la fois le potentiel de remobilisation du chrome associé à la présence d’oxyhydroxydes de Mn dans les couvertures d’altération tropicales, mais surtout l’importance des oxyhydroxydes de Fe pour limiter cette remobilisation. Ces résultats contrastent avec ceux rapportés pour des couvertures d’altération développées en régions tempérées où la chromite est la phase qui contrôle majoritairement le chrome. Abstract : In New-Caledonia, 35 Millions years of deep weathering of ultramafic rocks yield soils strongly enriched in metallic trace elements, like nickel, chromium, cobalt and manganese. Although these large amounts of metallic trace elements in these soils represent huge natural ressources (New-Caledonia is the fith Ni producer in the world), they also constitute a significant risk for the environmental quality of this peculiar environment (the lagoon is registered on the worldwide heritage of UNESCO). Among these metallic trace elements, chromium is the most problematic because it is the most abundant (up to 3,8 wt% of Cr2O3), but also that showing the largest toxicity potential, depending on its redox state. After studying the redistribution of major and trace elements upon the formation of a 64 meters depth regolith in the Koniambo outcrop (West coast, North province of the Grande-Terre), a detailled study of the crystal-chemistry of chromium allowed to better understand the behavior of this element along the weathering sequence. This element, originally introduced as Cr(III), is partially oxidized to Cr(VI) after redox reactions with Mn-oxyhydroxydes which accumulate at the boundary between the saprolitic and lateritic levels of the sequence. These Mn-oxyhydroxydes are also suspected to significatively increase the solubility of chromite, a mineral species usually considered as almost insoluble. Regarding the very large solubility of Cr(VI), such an oxidation of Cr(III) should significatively increase the leaching of chromium along the sequence. However, mass balance with the Brimhall method indicate a quite restricted mobility for chromium, although slightly larger in the Mn-enriched levels. These observations are explained by the results of spatially-resolved analyses which show that, once oxidized by the Mn-oxyhydroxydes, Cr(VI) is re-adsorbed by the Fe-oxyhydroxydes (mainly goethite), which are abundant in these lateritic environments. This study emphasizes then the chromium leaching potential associated to the occurrence of Mn-oxyhydroxydes in tropical soils, but also the importance of Fe-oxyhydroxydes to mitigate this leaching. These results are different from those reported for soils developped in temperate regions where chromite is the main mineral phase driving chromium behavior. (1) Campus Boucicaut, Amphithéâtre Bat 10, 140 rue de Lourmel, 75015 Paris (ligne 8, station Boucicaut).