Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Dans un contexte de croissance démographique mondiale et de changement climatique posant des défis majeurs pour l'agriculture durable, ce mémoire explore le potentiel de l'apatite ignée (Ca₅(PO₄)₃(OH, Cl, F)) thermiquement traitée provenant du gisement du Lac à Paul, situé dans la région du Saguenay–Lac-Saint-Jean au Québec. Cette recherche intégrant minéralogie et géochimie vise à développer des alternatives écologiques aux fertilisants phosphatés conventionnels chimiques dont la préparation et l'application génèrent de graves problèmes environnementaux. L'étude se concentre sur les mécanismes de dissolution (ratio apatite/solvant de 1 :10) en contexte acide (acide formique) de l'apatite préalablement chauffée mettant en lumière la libération de phosphore et de calcium, ainsi que leurs implications pour les applications agricoles et environnementales. Le traitement thermique à 800 °C s'est révélé optimal pour la libération de phosphore, bien que les concentrations dans les solutions après les dissolutions (129,8 mg/L) restent inférieures à certains engrais conventionnels NPK 10-52-10 (1171,1 mg/L). Cependant, la durée limitée des expériences (30 minutes) semble limiter le plein potentiel de libération de phosphore, qui pourrait être plus important avec des temps de réaction prolongés. La microscopie électronique à balayage a révélé la formation de cavités hexagonales sur les grains d'apatite, indiquant une modification rapide de la surface des grains lors de l'attaque par l’acide. Un aspect crucial de la recherche est la nature incongruente de la dissolution, caractérisée par une libération préférentielle du calcium (atteignant 330 mg/L) dans les premiers temps de la dissolution. Cette dynamique entraîne une modification chimique de l'apatite résiduelle, qui devient enrichie en phosphore et déficitaire en calcium. Un aspect connexe de l'étude concerne les interactions entre le calcium libéré et la formation de minéraux carbonatés. L’excès de calcium en solution causée par la dissolution incongruente des minéraux d’apatite dans les premiers stades de la dissolution ouvre une piste de réflexion intéressante sur les interactions géochimiques de l’excès de calcium avec le CO2 dissous dans les sols. Cet aspect ne constitue cependant pas un résultat central de ce travail de maîtrise. L'apatite ignée se distingue par de faibles concentrations en contaminants (U, Th, Cd), limitant les risques de contaminations environnementales lors de son application en agriculture. Sa stabilité géochimique (phosphore piégé) suggère une libération prolongée et plus graduelle des nutriments, contrairement aux engrais conventionnels à libération rapide. En définitive, ce mémoire contribue à une meilleure compréhension des propriétés chimiques de l'apatite ignée chauffée et de ses applications potentielles. Les résultats offrent des bases pour le développement d'alternatives durables aux engrais chimiques, tout en répondant simultanément aux défis de productivité agricole et de réduction des émissions de carbone, et en valorisant une ressource minérale du Québec.