| Comment l'organisation physique des agrégats nano-particulaires fer – matière organique contrôle-t-elle leur réactivité ? (How does the structural organization of iron-organic matter nano-aggregates control their reactivity ? ) Beauvois, Anthony - (2020-10-07) / Universite de Rennes 1 - Comment l'organisation physique des agrégats nano-particulaires fer – matière organique contrôle-t-elle leur réactivité ?
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Langue : Français, Anglais Directeur(s) de thèse: Davranche, Mélanie; Vantelon, Delphine; Jestin, Jacques Discipline : Sciences de la Terre et de l'Environnement Laboratoire : Géosciences Rennes Ecole Doctorale : EGAAL Classification : Sciences de la terre Mots-clés : agrégats fer-matière organique, calcium, aluminium, arsenic, XAS, SANS-SAXS
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Résumé : Dans les systèmes naturels, les hétéro-agrégats organo-minéraux fer-matière organique (Fe-MO) jouent un rôle clé dans la dynamique des polluants. Leur capacité à adsorber les métaux et métalloïdes dépend de leur organisation structurale, elle-même contrôlée par les conditions physico-chimiques dans l’environnement. Le calcium (Ca) et l’aluminium (Al) sont des cations majeurs qui peuvent interagir avec la MO et/ou le Fe. Leur impact sur la structure des agrégats Fe-MO et, par conséquent, sur leur réactivité peut donc s’avérer important. En présence de Ca et d’Al, l’organisation structurale des associations Fe-MO évolue d’un état colloïdal vers un réseau micrométrique dont les connexions sont assurées soit par des dimères de Ca, soit par des monomères, oligomères ou hydroxydes amorphes d’Al. Le Fe(III) est organisé sous forme d’oligomères et de nanoparticules de type ferrihydrite (Nps-Fh). La taille et la proportion des Nps-Fh augmentent avec l’augmentation de la concentration en Ca ou Al en réponse à la diminution des liaisons Fe-MO ; cette diminution étant due, à la formation de liaisons Ca-MO ou Al-MO. La présence du Ca contrôle la réactivité des phases de Fe vis-à-vis de l’arsenic. En limitant les interactions entre la MO et les Nps-Fh, le Ca augmente la disponibilité des sites d’adsorption pour l’arsenic. Ces résultats apportent une nouvelle vision du rôle des hétéro-agrégats de Fe-MO dans la mobilité des éléments chimiques. Celle-ci apparait plus limitée qu’attendu, en raison de la formation d’un réseau Fe-MO micrométrique. Abstract : In natural systems, organo-mineral iron-organic matter (Fe-OM) heteroaggregates are a key factor in the dynamics of metallic pollutants. Their capacity to adsorb metals and metalloids depends on their structural organization, which is itself controlled by the physico-chemical conditions prevailing in the environment. Calcium (Ca) and aluminum (Al) are major cations commonly encountered in natural waters and can interact with OM and/or Fe. Their impact on the structure of Fe-OM aggregates and therefore on their reactivity could thus be major. With Ca and Al, Fe-OM associations structural organization moves from a colloidal behavior to a micrometric network whose connections are ensured either by Ca dimers or by Al monomers, oligomers or amorphous hydroxides. Iron(III) is organized as oligomers and ferrihydrite-like nanoparticles (Fh-Nps). The size and proportion of Nps-Fh increase with the icnrease of Ca or Al concentration in response to the partial screening of Fe-OM interactions by the binding of Ca and Al with OM. The presence of Ca which decreases the Fe and OM interactions, increases the availability of Fe binding sites, thus improving the adsorption capacities of Fe-MO aggregates with respect to As. These results shed new light for the understanding of the dynamics of Fe, MO and associated elements which mobility could more limited as expected regarding the possible formation of an interconnected micrometric network. | |||