Thèse soutenue

Spectroscopie X haute résolution appliquée à l'étude des fluides hydrothermaux
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Auteur / Autrice : Mohammed Irar
Direction : Jean-Louis Hazemann
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique des matériaux
Date : Soutenance le 22/09/2017
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Laurent Truche
Examinateurs / Examinatrices : Marie-Christine Boiron, Elena Bazarkina
Rapporteurs / Rapporteuses : Rodolphe Vuilleumier, Manuel Muñoz

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Les connaissances des propriétés des fluides hydrothermaux, c'est-à-dire des solutions aqueuses à haute température (T) et haute pression (P), sont essentielles dans les domaines des sciences de la terre, chimie prébiotique, industrie nucléaire ou encore des sciences environnementales. Près du point critique (Pc, Tc) et dans les conditions pseudocritiques (i.e. à la densité critique au dessus de la Tc-Pc), les propriétés des fluides changent de manière radicale. Ces modifications ont lieu à différentes échelles: à l’échelle macroscopique (changements de densité et de compressibilité), à l’échelle mésoscopique (processus d’agglomération entre les différentes clusters) et enfin à l’échelle moléculaire (organisation local entre les atomes et les molécules, par exemple les liaisons hydrogène, H).Cette étude est centrée sur les effets de la solvatation aqueuse de différents électrolytes en fonction de la température, pression et concentration. L'étude expérimentale a été conduite par les mesures d’Absorption X, technique de choix pour mesurer d'une part l'évolution de la densité du fluide et d'autre part sonder l'environnement atomique local autour des solutés. Cette étude a été faite sur l'eau pure et sur différentes solutions salines à différentes pressions (jusqu'à ~1.3Pc) et à température variable (jusqu'à ~2Tc), pour passer du domaine liquide au domaine supercritique, dans une cellule permettant de découpler totalement l’effet de la pression et de la température.Nous avons obtenu des preuves expérimentales du déplacement du point critique et de l'isochore et de leur dépendance en fonction de la concentration en sel pour NaCl (0,3, 0,5 et 1,0 moles NaCl par kilogramme d'eau). Nous avons également observé une anomalie de densité dans la région supercritique (SC) et l'apparition d'une séparation des phases liquide-vapeur pour certaines solutions aqueuses. L'augmentation de la densité relative dans cette zone critique est plus prononcée pour Cs>Rb>K>Na>Li pour les bromures et les chlorures. Le changement structural dans cette région a été suivi par spectroscopie XANES haute résolution au seuil K du brome pour différents bromures d'alcalin. L'interprétation des spectres XANES indiquent clairement un changement drastique dans la structure locale du fluide au moment de l'apparition de cette anomalie pouvant être interprétée par l'apparition des paires ioniques.Ces nouvelles observations sont a relier au changement structurale du solvant et principalement à l'évolution de son pouvoir de solvatation lié à l'évolution des liaisons hydrogène à hautes T-P.