Synthèse d’agrégats organo-minéraux : analogues des particules en suspension de rivières - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2021

Synthesis of organo-mineral aggregates : analogues of suspended particles from rivers

Synthèse d’agrégats organo-minéraux : analogues des particules en suspension de rivières

Abstract

Suspended matter (SM) is involved in the transfer of matter from the continents to the oceans. TSS is quantitatively derived from several sources: erosion of continental surfaces, remobilisation of sediments, aquatic biological activity, and anthropogenic activity introducing particles directly into the aquatic environment. Their composition, size distribution and nature will depend on all the processes that control erosion, biological activity and human activities within a catchment. The objective of this thesis is to develop model systems that mimic suspended matter to better understand the reactivity of these natural particles. The question arises as to the choice of constituents to model these model systems. The work on the suspended matter of the Moselle allows the selection of constituents typical of the natural suspended matter transported by the surface waters of the Moselle basin and by the Orne. In order to reproduce the precipitation of iron oxyhydroxides on illite particles, a weakly concentrated Fe(NO3)3 solution (10-4M) to avoid alteration of the illite particles will be added to an illite suspension and hydrolysed by a KOH solution. The concentration and rate of KOH addition, the titration method and the Fe/illite ratio added during this synthesis will be studied. As the association between illite and polymers is poor in the literature, it was necessary first to prepare an additional series of binary illite-polysaccharide samples to better highlight the influence of iron particles on the interactions between the polymer (Dextran or sodium alginate) and illite particles. In the case of the formation of ternary aggregates, there was no established protocol at the beginning of the thesis. The work first consisted in testing several preparation or synthesis conditions, checking the reproducibility and understanding the influence of each synthesis parameter. The thesis is divided into 4 parts. The first part is a reminder of the different knowledge established on suspended matter, particularly its composition and origins. A summary of the materials present in suspended solids as a subject of research is also developed. A second part presents the strategies for the formation of binary and ternary aggregates as well as the choice of analytical techniques to meet the objectives. These strategies are based on the choice made from several tests carried out during this work. A third part deals with the results obtained on the formation of binary aggregates based on illite and polysaccharides. This chapter details the formation of illite-polysaccharide aggregates as a function of several parameters such as the stirring time of the mixture, the concentration of the bivalent salt CaCl2, the concentration and molecular weight of the polysaccharide and the added polysaccharide. Chapter 4 is presented as a scientific paper under review for Applied Clay Science. This chapter, in the form of a scientific article in preparation, first presents the formation of binary Fe-illite aggregates as a function of several parameters such as the rate of addition or the concentration of added KOH and the amount of added iron in the illite suspension. A reminder of some of the results of chapter III is also given. In a second step, the formation of ternary aggregates is compared to that of binary illite-polysaccharide aggregates. A general conclusion is also given at the end of this thesis, allowing us to propose some perspectives to this work.
Les matières en suspension (MES) participent au transfert de matière des continents vers les océans. Les MES sont quantitativement issues de plusieurs sources : de l'érosion des surfaces continentales, de la remobilisation des sédiments, de l'activité biologique aquatique, et de l’activité anthropique introduisant directement des particules dans le milieu aquatique. Leur composition, leur distribution en taille et leur nature va dépendre de l’ensemble des processus qui contrôlent l’érosion, l’activité biologique ainsi que l’ensemble des activités humaines au sein d’un bassin versant. L’objectif de ces travaux de thèse est d’élaborer des systèmes modèles mimant les matières en suspension pour mieux comprendre la réactivité de ces particules naturelles. Une question se pose donc sur le choix des constituants pour modéliser ces systèmes modèles. Les travaux sur les matières en suspension de la Moselle permettent de sélectionner des constituants typiques des matières en suspension naturelles transportées par les eaux de surface sur le bassin de la Moselle et par l’Orne. Afin de reproduire la précipitation d’oxyhydroxydes de fer sur les particules d’illites, une solution de Fe(NO3)3 faiblement concentré (10-4M) pour éviter l’altération des particules d’illites sera ajouté dans une suspension d’illite et hydrolysé par une solution de KOH. La concentration et la vitesse d’addition en KOH, la méthode de titration ainsi que le rapport Fe/illite ajouté lors de cette synthèse seront étudiés. L’association entre l’illite et des polymères étant pauvre dans la littérature, il a été nécessaire dans un premier temps de préparer une série supplémentaire d'échantillons binaires illite-polysaccharides pour ensuite mieux mettre en évidence l'influence des particules de fer sur les interactions entre le polymère (Dextran ou Alginate de sodium) et les particules d’illite. Dans le cas de la formation des agrégats ternaires, il n'y avait pas de protocole établi au début de la thèse. Le travail a d’abord consisté à tester plusieurs conditions de préparation ou de synthèse, vérifier la reproductibilité et à comprendre l'influence de chaque paramètre de synthèse. Le mémoire s’articule autour de 4 parties. Une première partie est un rappel des différentes connaissances établies sur les matières en suspension, notamment leur composition et leurs origines. Une synthèse sur les matériaux présents dans les MES en tant que sujet de recherches y est également développée. Une seconde partie présente les stratégies de formation des agrégats binaires et ternaires retenues ainsi que le choix des techniques analytiques pour répondre aux objectifs. Ces stratégies reposent sur le choix fait à partir de plusieurs tests effectués lors de ces travaux. Une troisième partie traite les résultats obtenus sur la formation des agrégats binaires à base d’illite et polysaccharides. Ce chapitre détaille la formation des agrégats illite-polysaccharide en fonction de plusieurs paramètres tels que le temps d’agitation du mélange, la concentration en sel bivalent CaCl2, la concentration et le poids moléculaire du polysaccharide et le polysaccharide ajouté. Le chapitre 4 est présenté sous forme d’article scientifique en révision pour Applied Clay Science. Ce chapitre sous forme d’article scientifique en préparation, présente dans un premier temps la formation des agrégats binaire Fe-illite en fonction de plusieurs paramètres tels que la vitesse d’addition ou la concentration de KOH ajouté et la quantité de fer ajouté dans la suspension d’illite. Un rappel de certains résultats du chapitre III est également fait. Dans un second temps, la formation des agrégats ternaires est comparée à celle des agrégats binaires illite-polysaccharide. Une conclusion générale est également apportée au terme de ce mémoire, permettant de proposer quelques perspectives à ce travail.
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tel-03633118 , version 1 (06-04-2022)

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  • HAL Id : tel-03633118 , version 1

Cite

Erwin A. Henry. Synthèse d’agrégats organo-minéraux : analogues des particules en suspension de rivières. Interfaces continentales, environnement. Université de Lorraine, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LORR0209⟩. ⟨tel-03633118⟩
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