Titre original :

Colloids : the mobile chemical reactors in the surface and subsurface aqueous environment Special attention to nanoparticules ferrihydrite

Mots-clés en français :
  • Oxyhydroxydes Ferrihydrite
  • Oxyhydroxydes Ferrihydrite

  • Colloïdes
  • Oxydes de fer
  • Fer
  • Complexation
  • Sédiments en suspension
  • Eaux continentales
  • Couche double électrique
  • Structure cristalline (solides)
  • Langue : Français
  • Discipline : Géosciences
  • Identifiant : Inconnu
  • Type de mémoire : Habilitation à diriger des recherches
  • Date de soutenance : 01-01-2012

Résumé en langue originale

L’ « Habilitation à Diriger des Recherches » présente mes travaux de recherche sur les colloïdes naturels des eaux et des sols dans le contexte des connaissances actuelles et des tendances récentes en recherche. Mes travaux couvrent les aspects chimiques, électrostatiques et hydrodynamiques menant à l’agrégation/ dispersion et au transport des particules colloïdales. L’étude des réactions chimiques à l’interface colloïde/ eau joue un rôle central dans mes travaux, mais l’analyse de structure de ces colloïdes est également abordée. Sont étudiés les processus et matériaux typiques des environnements : eaux de surface, sols et eaux souterraines. La ferrihydrite, un oxy-hydroxide de fer nano-particulaire, est au centre de la plupart de mes travaux. Les processus électrostatiques et chimiques menant à l’agrégation ou à la dispersion de particules ont été étudiés. Dans un environnement lacustre, l’agrégation des matières en suspension peut conduire à leur élimination rapide de la colonne d’eau. Ce processus d’agrégation-sédimentation a été étudié dans deux situations différentes, l’une des études a suivi le devenir de colloïdes argileux, l’autre a analysé le transport de diatomées unitaires du nanoplancton. Au contraire, la dispersion de colloïdes et leur migration a été étudiée pour l’environnement du sous-sol. La mobilisation de colloïdes de ferrihydrite, induite par un changement de chimisme de la solution d’infiltration, a conduit à leur transport, une succession d’étapes de détachement / re-déposition dans le sédiment poreux. Les colloïdes sont des particules très réactives. Dans ce travail, la réactivité chimique à l’interface d’un agrégat a été comparée à celle de la particule isolée. Utilisant la ferrihydrite comme composé modèle, plusieurs éléments de texture et processus physiques ont été étudiés, qui mettent en évidence cette différence. En particulier le mode de contact entre particules unitaires au sein de l’agrégat, l’accessibilité des surfaces internes de l’agrégat, et la cinétique d’adsorption qui en résulte ont fait l’objet de plusieurs études. Toute particule minérale est entourée, en milieu aqueux, d’une zone électriquement chargée, la couche électrique double. Son développement spatial dépend, outre les caractéristiques de la solution, de la taille de la particule. L’effet de la taille sur l’environnement électrostatique autour de la particule et, par conséquent, sur sa capacité d’adsorption a été évalué dans le but de mettre en évidence la divergence entre réactivité d’une particule isolée et de l’agrégat. La structure cristalline de la ferrihydrite est un sujet de controverse. Des aspects de structure de nano-particules de type ferrihydrite ont été sondés. Ce groupe de précipités, bien que métastable d’un point de vue thermodynamique, peut persister dans l’environnement grâce à certaines liaisons chimiques de surface qui forment une « protection ». Le cas particulier de la co-précipitation d’oxy-hydroxydes de fer et d’aluminium a été étudié. Dans les expériences, des phases individuelles d’oxy-hydroxydes de Fe et d’Al ont été formées et non de vraies phases mixtes. Néanmoins, la proximité immédiate entre les précipités avait une influence fondamentale sur les structures cristallines locales et la stabilité du matériau formé. L’expérience acquise par les travaux menés avec la ferrihydrite m’entraînera vers de nouveaux projets. Centrés sur les colloïdes ferriques, ils seront axés plus spécifiquement sur des processus rédox. Nous étudierons en particulier la dynamique des transitions de phase de la ferrihydrite dans un sol anoxique. Nous explorerons des aspects de l’oxydo-réduction du biominéral d’oxy-hydroxyde de fer et son implication dans certaines pathologies. Nous travaillerons sur quelques possibilités d’assainissement in situ du sous-sol basées sur l’oxydation du fer métallique.

  • Directeur(s) de thèse : Potdevin, Jean-Luc

AUTEUR

  • Hofmann, Annette
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