Réactivité des phases Nanométriques

Les propriétés physiques et chimiques des nanophases naturelles et manufacturées sont différentes de celles de phases minérales de même composition chimique mais de plus grande taille. Ces propriétés, en particulier une réactivité accrue spécifique à leur état nanoparticulaire, impliquent des comportements inédits dans l’environnement auxquels l’équipe s’intéresse (e.g. transfert en milieux poreux, stabilisation des composés organiques des sols, adsorption de polluants).

De l’ion à la particule :
dynamique aux interfaces

Les modifications structurales des nanoparticules de petites tailles peuvent modifier leur solubilité ou cinétique de dissolution. Des processus dynamiques mettent en jeu des échanges entre les espèces dissoutes et les atomes de cœur via des phénomènes de diffusion atomique. La frontière entre nano-phases cristallines, amorphes, structures polymétalliques devient floue.

Nous cherchons à relier la stabilité et la réactivité des nanoparticules avec leurs propriétés structurales. Nous focalisons nos efforts sur des particules de tailles nanométriques (à partir desquelles de nouvelles propriétés apparaissent <10-20 nm) jusqu’aux clusters atomiques de 3 à une dizaine d’atomes aux propriétés encore peu explorées.

Un des objectifs est de caractériser la stabilité chimique (dissolution) et les propriétés (optique, électrique, catalytique) de ces clusters associés à différentes surfaces minérales et dans des milieux confinés.

Transferts des colloïdes et des métaux

Les mécanismes réactionnels à l’échelle nanométrique sont appréhendés afin de mieux comprendre le devenir de nutriments et de contaminants dans les compartiments aqueux naturels (eau de surface, sol, sédiments…) ou anthropiques (filière traitement de l’eau).

Des approches mécanistiques et holistiques sont mises en œuvre, couplant à la fois expériences en laboratoire, terrain et modélisation, qui permettent d’aborder les transferts d’échelle et de complexité nécessaires. Notamment, la problématique du transfert de polluants via les eaux de surface, les sols ou les berges, depuis la source de déversement (cycle de vie des produits) vers la ressource en eau (usages de l’eau) est un objet d’étude prioritaire. Le rôle des colloïdes dans les processus d’atténuation naturelle est étudié et des solutions de remédiation inspirées par la nature sont envisagée dans une logique de recyclage de l’eau usée.

Interactions organo-minérales

Les interactions organo-minérales contrôlent la dynamique des MO dans les systèmes naturels de surface, en particulier dans les sols. L’équipe s’intéresse au rôle des nanominéraux dans la stabilisation des composés organiques vis-à-vis de la dégradation microbienne et réciproquement à l’inhibition de la croissance des minéraux secondaires par ces composés organiques.

Les interactions à l’échelle moléculaire et les propriétés des nano-composés organo-minéraux sont étudiées afin de comprendre les facteurs contrôlant la déstabilisation des complexes organo-minéraux. L’approche couple des travaux sur des analogues et des échantillons extraits de sols naturels. Des techniques adaptées de séparations, de quantification des MO et de leur dynamique (¹³C, ¹⁴C) et de caractérisation structurale des organo-minéraux à la nanoéchelle (nanoSIMS, MEB et MET, nanoCT, synchrotrons) sont mises en œuvre.