Domaine de recherche

Environnement et pollution / Sciences de la terre et de l'environnement

Intitulé du sujet

Confinement de l'eau en milieux saturé et non-saturé : signature infra-rouge et propriétés thermodynamiques.

Résumé du sujet

Le confinement géologique est aujourd'hui autant un enjeu de recherche fondamentale qu'une cible de la recherche appliquée pour le développement durable des sociétés modernes. En effet, les milieux fins présentent des intérêts pratiques considérables en termes de barrières efficaces pour isoler des déchets, qu'ils soient gazeux (CO2), liquides (exhaures industrielles) ou solides (déchets nucléaires), ou pour préserver l'hydratation du milieu en conditions hyper-arides (déserts terrestres, Mars).

Comprendre le confinement en domaine multiphasique nécessite l'étude distincte mais couplée de i) l'eau en métastabilité de surchauffe, ii) l'eau impliquée dans les films d'adsorption, iii) l'eau confinée dans des volumes limités. L'eau surchauffée existe dans quasiment tous les milieux non-saturés, comme en témoigne l'hystérèse entre drainage et imbibition, spécialement les milieux de basse température comme les sols. L'eau adsorbée est évidemment présente à la surface de tous les solides lorsqu'ils ne sont pas ennoyés, en plus ou moins grande épaisseur selon les teneurs en eau (liquide et vapeur) dans l'environnement. L'eau confinée est également largement répandue dans les milieux poreux fins et ultra-fins (argiles, agrégats nano-particules, ...), propices au stockage de déchets, mais aussi dans les solides hydratés (verres, ..) ou encore les inclusions fluides. Dans chacun de ces compartiments, les propriétés de l'eau contribuent à l'interaction physico-chimique avec le solide-hôte, les espèces dissoutes ou les particules en suspension. Définir ces propriétés est donc un objectif en lien direct avec la modélisation de la qualité environnementale de l'eau dans le sol et le proche sous-sol.

De façon précise, la thèse se propose d'étudier la signature spectrale de l'eau liquide dans ces configurations physico-chimiques où elle ne se comporte pas forcément comme une eau volumique. L'objectif est bien évidemment de remonter de ces signatures spectrales à des états de structure, et par là aux propriétés thermochimiques caractéristiques de l'eau dans ces états. A cet effet, l'outil d'investigation principal sera la micro-spectrométrie infra-rouge, pour laquelle l'ISTO vient de se doter d'un appareil identique à l'un de ceux en service sur la ligne SMIS du synchrotron Soleil. Les supports expérimentaux seront des échantillons synthétiques à géométrie de pores contrôlée (dont des « bouteilles d'encre »), et dans lesquels les conditions physico-chimiques sont imposées. Enfin, l'interprétation thermodynamique sera basée sur une approche, précédemment initiée, par la thermodynamique statistique, mais vise une compréhension macroscopique.

La thèse sera encadrée principalement à l'Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (Université d'Orléans), avec un appui scientifique par les ingénieurs-chercheurs de la ligne SMIS du synchrotron Soleil, lors des expérimentations qui seront acceptées par les comités de programme SOLEIL adhoc. Cette thèse se place également au sein du projet ANR ConGé (ANR blanc, 2010-2014), et bénéficiera donc à plein de l'animation de cette structure (4 laboratoires, 14 chercheurs dont 2 étrangers).

Informations pratiques

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2011

Financement : Bourse Région Centre

Salaire : 1450 € nets/mois

Institution de tutelle du thésard : CNRS d'Orléans, ISTO

Personnes à contacter par le(la) candidat(e)

Lionel MERCURY ( Cette adresse email est protégée contre les robots des spammeurs, vous devez activer Javascript pour la voir. )

Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (ISTO)

1a, rue de la Férolerie

45071 Orléans Cedex

Tél. : 02.38.25.53.98

Encadrement

ISTO : L. Mercury, R. Guégan.

Synchrotron Soleil : P. Dumas, F. Jamme