Caractérisation de la réactivité redox des minéraux argileux : approche thermocinétique
Le fer structural des minéraux argileux est sensible aux variations redox de l'environnement. Il peut échanger des électrons avec des espèces en solution, notamment certains contaminants, organiques ou inorganiques. L'omniprésence des minéraux argileux dans l'environnement rend cette...
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| Autor principal: | |
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| Altres autors: | , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Idioma: | Français |
| Publicat: |
2025.
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| Matèries: | |
| Accés en línia: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2025ORLE1060_va.pdf https://theses.fr/2025ORLE1060/abes https://theses.hal.science/tel-05576130 |
| Nota: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU Partenaire(s) de recherche : ISTO - Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Lydie Le Forestier (Président du jury) ; Jocelyne Brendlé, Emmanuel Tertre, Laurent de Windt, Anaëlle Simonneau (Membre(s) du jury) ; Jocelyne Brendlé, Emmanuel Tertre (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Characterization of the Redox Reactivity of Clay Minerals :, a Thermokinetic Approach |
| Sumari: | Le fer structural des minéraux argileux est sensible aux variations redox de l'environnement. Il peut échanger des électrons avec des espèces en solution, notamment certains contaminants, organiques ou inorganiques. L'omniprésence des minéraux argileux dans l'environnement rend cette propriété particulièrement importante en sciences environnementales, par exemple pour la remédiation des contaminants. Les propriétés redox de ces minéraux sont étudiées depuis une quarantaine d'années. Cependant, la quantification et la prédiction de l'immobilisation ou de la libération de contaminants en lien avec cette réactivité restent incomplètement comprises. Les études disponibles ont mis en évidence la multiplicité et la complexité des processus chimiques et minéralogiques impliqués, mais de nombreuses questions subsistent, notamment sur la réalité des états d'équilibre observés, et sur leur applicabilité aux réactions des minéraux argileux avec des espèces chimiques de natures très différentes. Ce travail de thèse a permis de développer une méthode expérimentale permettant de déterminer les potentiels redox de minéraux argileux ferrifères tout en évaluant si un équilibre redox peut être atteint avec des contaminants inorganiques et organiques. La méthode repose sur l'utilisation d'espèces aqueuses, aux propriétés redox connues, capables d'échanger des électrons avec la phase solide et pour lesquelles des calculs de spéciation chimique peuvent être effectués. Les résultats de ces calculs sont confrontés aux prédictions de potentiels redox déduits d'informations minéralogiques. La réactivité d'échantillons de nontronite réduite avec deux espèces-sondes, le chrome et un composé nitroaromatique, a été caractérisée. Les expériences, menées en laboratoire et sur synchrotron, montrent que la spéciation du fer contenu dans la nontronite atteint un état proche de l'équilibre avec la spéciation des couples redox en solution. L'état stationnaire observé en fin d'expérience semble donc lié à l'atteinte d'un équilibre redox. Ces résultats ont des implications importantes pour l'établissement de modèles prédictifs de la mobilité et de la dégradation de composés sensibles au redox dans l'environnement. The structural iron in clay minerals is sensitive to redox variations in the environment. It can exchange electrons with species in solution, including certain organic or inorganic contaminants. The ubiquity of clay minerals in the environment makes this property particularly important in environmental sciences, for instance in contaminant remediation. The redox properties of these minerals have been studied for about forty years. However, the quantification and prediction of contaminant immobilization or release associated with this reactivity remain incompletely understood. Available studies have highlighted the multiplicity and complexity of the chemical and mineralogical processes involved, but many questions remain, particularly regarding the reality of the observed equilibrium states and their applicability to reactions of clay minerals with chemical species of very different natures. This doctoral work developed an experimental method to determine the redox potentials of ferriferous clay minerals while assessing whether a redox equilibrium can be achieved with inorganic and organic contaminants. The method relies on the use of aqueous species with known redox properties, capable of exchanging electrons with the solid phase and for which chemical speciation calculations can be performed. The results of these calculations are compared with predictions of redox potentials inferred from mineralogical information. The reactivity of reduced nontronite samples with two probe species, chromium and a nitroaromatic compound, was characterized. Experiments conducted in the laboratory and on a synchrotron show that the speciation of iron in nontronite reaches a state close to equilibrium with the speciation of the redox couples in solution. The steady state observed at the end of the experiment therefore appears to be linked to the attainment of a redox equilibrium. These results have important implications for the development of predictive models of the mobility and degradation of redox-sensitive compounds in the environment. |
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| Descripció de l’ítem: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU Partenaire(s) de recherche : ISTO - Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Lydie Le Forestier (Président du jury) ; Jocelyne Brendlé, Emmanuel Tertre, Laurent de Windt, Anaëlle Simonneau (Membre(s) du jury) ; Jocelyne Brendlé, Emmanuel Tertre (Rapporteur(s)) |
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