Une étude, dont les résultats intitulés «Direct measurement of CO₂ solubility and pH in NaCl hydrothermal solutions by combining in-situ potentiometry and Raman spectroscopy up to 280 °C and 150 bar» ont été publiés dans la revue Geochimica et Cosmochimica Acta (GCA), a permis, grâce à un dispositif, miniaturisé, robuste et précis, de mesurer en laboratoire le pH de fluides hydrothermaux dans des systèmes eau-gaz-sels jusqu’à 280°C et 150 bar de pression.

Rappelons tout d'abord que le pH ou potentiel hydrogène, qui «est une mesure de l’activité des ions H+ en solution», rend compte «de l’acidité ou de la basicité d’une solution». Cependant, «la mesure du pH en condition hydrothermale est un défi instrumental majeur», car «dans le domaine des hautes températures, entre le point d’ébullition et le point critique de l’eau (100-373°C), l’eau liquide n’est stable qu’en milieu confiné à pression élevée» et, normalement, un prélèvement est refroidi pour mesurer ses propriétés physico-chimiques, ce qui affecte son pH.

Ces mesures sont néanmoins, «facilement réalisables à des températures inférieures à 150°C à l’aide de sondes potentiométriques en verre». Dans «le domaine des conditions hydrothermales plus sévères», quelques rares laboratoires dans le monde peuvent intervenir avec des dispositifs très lourds utilisés qui «empêchent la réalisation de mesures en routine» et sont «inadaptés aux mélanges fluide-gaz».

Afin d'améliorer cette situation, l'étude ici présenté est parvenue, «en optimisant une sonde de référence et une sonde pH en céramique (zircone dopé à l’yttrium)», à «augmenter considérablement le champ d’utilisation d’un dispositif commercial et à le coupler à un autoclave haute pression haute température permettant à la fois de prélever les fluides et les gaz, mais aussi de réaliser des mesures in-situ par spectroscopie Raman».

Ce dispositif novateur permet ainsi «de réaliser des mesures de pH en continu jusqu’à 280°C et 150 bar, tout en ayant accès à la spéciation in-situ des éléments chimiques grâce à la spectroscopie Raman, et à la composition du fluide, des gaz et des roches par le biais des prélèvements». Sa fiabilité et sa grande précision dans des conditions extrêmes a pu être démontrée en utilisant le système H₂O-CO₂-NaCl, comme référence.

Cette avancée permet désormais non seulement d’envisager des mesures de pH dans des conditions extrêmes, «mais aussi d’équiper des installations industrielles mettant en œuvre des fluides chauds et pressurisés : plateformes de forages pétroliers, centrales géothermiques, circuits de refroidissement des centrales nucléaires».