Understanding the processes involved in weathering and experimental alteration of glassy materials. The case of some volcanic glasses from eastern Sicily (Italy)

Le but de cette thèse est l’étude des processus d’altération naturelle et artificielle pour comprendre les mécanismes géochimiques mis en œuvre et la variation des phases minérales dans les verres naturels altérés. Pour la première fois, cinq échantillons de verre volcanique de compositions différentes provenant de la Sicile orientale (Italie), ont été collectés afin d’être soumis à une altération expérimentale puis analysés. L’utilisation d’échantillons volcaniques vitreux a permis d’obtenir des poudres et des lames composées par du verre silicaté non altéré, aptes à une altération expérimentale en laboratoire et l’étude des processus géochimiques qui ont eu lieu. L’altération expérimentale s’est déroulée en eau pure à 90°C pendant une durée comprise entre 1 et 1000 jours. La caractérisation des échantillons a été effectuée grâce à la spectrométrie Raman, qui a montré sur les lames d’obsidienne les effets de la dévitrification et la présence d’une minéralisation secondaire composée par des carbonates et de l’anatase. De la phillipsite et de la chabazite ont été aussi détectées, il s’agit de deux variétés de zéolites souvent présentes dans les vacuoles des basaltes anciens. Les phases solides secondaires ont été analysées avec le MEB. L’analyse a montré la présence de nombreux minéraux secondaires ayant une composition compatible avec les smectites, déterminée grâce à la spectroscopie EDS. Les résultats obtenus permettent une vérification de la modélisation géochimique sur une longue période. Cependant, des analyses ultérieures seront nécessaires avant d’arriver à une compréhension complète du processus d’altération des matériaux vitreux.The objective of this thesis is to study the effects of weathering and experimental alteration in order to understand the geochemical processes involved and the variation of mineral phases in altered natural glasses. For the first time, five samples of natural volcanic glasses having different composition were collected in eastern Sicily (Italy) in order to be artificially altered and analyzed. The study of naturally altered samples has allowed to observe the effects of weathering after a period of time corresponding to the age of the sample. Moreover, the use of samples of natural glass of volcanic origin has allowed to obtain some powder or thin plates of fresh silicate glass that have been subjected to artificial alteration in the laboratory, in order to model the geochemical processes that have occurred. Alteration experiments were conducted in pure water at 90°C; samples have been altered from 1 to 1000 days of experiment. The characterization of the samples was obtained by Raman spectroscopy, which showed the effects of the devitrification and the presence of some secondary minerals such as carbonates and anatase on the obsidian thin plates, but also phillipsite and chabazite, two varieties of zeolite usually found in the cavities of oldest basalts. Solid modifications were observed by SEM. The analysis showed the formation of several secondary minerals having a composition compatible with smectites, determined by EDS spectroscopy. All these results allow to test the geochemical modeling in the long term. Further analysis will be needed to reach a full understanding of the weathering of glassy materials