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Thèse "modélisations et expériences dans les milieux poreux argileux", H/F

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Informations générales

Référence : UMR8234-VIRMAR-001
Lieu de travail : PARIS 05
Date de publication : mercredi 20 mai 2020
Nom du responsable scientifique : Virginie Marry
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Titre: Mouillabilité des surfaces argileuses et implications sur le statut de l'eau dans les milieux poreux insaturés

Les minéraux argileux sont des matériaux aluminosilicés nanoporeux composés de feuillets chargés. Ils sont largement utilisés dans le domaine de la catalyse, de l'énergie et de l'environnement en raison de leurs remarquables propriétés d'adsorption et de rétention. Une description correcte des propriétés de l'eau contenue dans ces matériaux est cruciale pour expliquer et prévoir les propriétés de sorption et de transport des espèces mobiles. Dans le cadre du stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde, le projet DARIUS, cherche à apporter une vision multiéchelle des mécanismes de diffusion de l'eau et des solutés, de l'échelle du feuillet d'argile à celle de l'empilement de particules d'argile, dans des conditions de saturations partielles en eau. Au sein de ce projet, les laboratoires Phenix et IC2MP proposent une thèse (financement CNRS-BRGM) visant à mieux comprendre le rôle de la cristallochimie des minéraux argileux et de la nature des cations compensateurs de charge sur la mouillabilité des surfaces.
Au plan théorique, des simulations moléculaires de type dynamique moléculaire et Monte Carlo Grand Canonique seront entreprises pour déterminer l'épaisseur des films d'eau formés en fonction de l'humidité et décrire la structure et la dynamique de l'eau et des espèces mobiles à l'échelle du feuillet. Au plan expérimental, le sujet de thèse reposera sur des expériences de laboratoire (mesures d'angles de contact à l'interface solide/eau/air et à l'interface solide/huile/eau) ainsi que sur des mesures sur grands instruments (réflectivité de rayons X, XPS sous pression ambiante). Les résultats expérimentaux obtenus dans le cadre de ce travail de thèse seront confrontés aux résultats des simulations, ce qui permettra de tester la robustesse des outils de simulation, notamment des champs de force utilisés, qui constituent l'ensemble des équations et paramètres permettant de calculer les interactions entre les atomes. En particulier, les champs de force non polarisables existants (clayFF) seront comparés au champ de force polarisable PIM développé au sein de PHENIX. Aux échelles supérieures, ces travaux seront mis en regard de résultats obtenus en collaboration avec le BRGM par diverses techniques d'imagerie (TXM, tomographie X et neutrons, ptychographie…) afin de déterminer l'impact de la mouillabilité des surfaces sur le statut de l'eau dans des milieux poreux argileux partiellement saturés. L'objectif de ce travail est de disposer d'une description moléculaire permettant d'appréhender de façon correcte l'influence de la grande variabilité compositionnelle des minéraux argileux sur les propriétés structurales et dynamique des fluides confinés qui sont, à l'heure actuelle, reproduites de façon imparfaite.
La thèse se déroulera au laboratoire PHENIX et impliquera de fortes collaborations avec l'Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP, Poitiers) et le Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM, Orléans).

Contexte de travail

Le laboratoire PHENIX (PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX) est une unité mixte de recherche du CNRS et de Sorbonne Université, localisée sur le site de Jussieu à Paris. Le doctorant travaillera avec Virginie Marry et Pierre Levitz de l'équipe Modélisations et Expériences Multi-échelles et Laurent Michot de l'équipe Colloïdes Inorganiques.

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