Spectroscopic investigation and theoretical modeling of kaolinite-group minerals and other low-temperature phases

This article summarizes some recent results obtained on the physical properties of environmental minerals, mostly kaolinite-group minerals and Fe- and Al-(hydr)oxides occurring in lateritic soils. The defective structure of these minerals, including impurities, stacking faults and radiation-induced defects, is probed using infrared spectroscopy and electron paramagnetic resonance. Resulting information bears on models of soil formation and transformation mechanisms of minerals in low-temperature environments. We underline the increasing impact of quantum chemical modeling in this field, providing straightforward interpretations of spectroscopic signals and overcoming the limits of fingerprint approaches. Importantly, the first-principles modeling of isotopic fractionation factors provides new links between mineralogical and geochemical investigations of secondary minerals.

RésuméCet article présente une revue de résultats récents concernant les propriétés physicochimiques de minéraux de l’environnement, principalement des minéraux du groupe de la kaolinite et des (hydr)oxydes de fer et d’aluminium, typiques des sols latéritiques. La structure défective de ces minéraux, qui inclut impuretés, défauts d’empilement et dégâts d’irradiation, est analysée par spectroscopie infrarouge et résonance paramagnétique électronique. Les informations obtenues contraignent les modèles de formation des sols et les mécanismes de transformation des minéraux dans les environnements de basse température. L’impact grandissant des modélisations de chimie quantique dans ce champ disciplinaire est souligné. Celles-ci fournissent des interprétations directes des observations spectroscopiques et permettent de dépasser les limites d’approches empiriques. De façon notable, la modélisation ab initio des coefficients de fractionnement isotopique fournit de nouveaux liens entre les études minéralogiques et géochimiques des minéraux néoformés.