Simulation mésoscopique de la dynamique des électrolytes et des polymères dans un pore à parois chargées

Mesoscopic simulation of electrolyte and polymer dynamics in a charged slit pore

• Auteur / Autrice : Lisbeth Perez Ocampo
• Direction : Marie Jardat, Vincent Dahirel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique et chimie analytique
• Date : Soutenance le 21/11/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physicochimie des électrolytes et nanosystèmes interfaciaux (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne Boutin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christos Likos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Dufrêche, Arnaud Videcoq

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conducteurs organiques

Électro-osmose

Propriétés électriques

Solutions ioniques

Polyélectrolytes

Mots clés libres

Simulation

Mésoscopique

Conductivité

Polymères

Électro-osmotique

Asphéricité

Mesoscopic simulation

Conductivity

Polymers

Résumé

Dans cette thèse, nous avons utilisé une méthode de simulation mésoscopique, la MPCD (Multiparticular Collision Dynamics), pour étudier les comportements structurels et dynamiques de solutions confinées dans un pore lorsqu’un écoulement est induit. La première partie de notre travail a été consacrée aux propriétés dynamiques des ions dans les pores chargés, à l'équilibre et sous un champ électrique externe. À l'équilibre nous avons calculé les coefficients de diffusion des ions dans un pore et montré que le coefficient de diffusion des co-ions est principalement influencé par la concentration ionique et presque pas par la charge de surface. Pour les contre-ions, une interaction entre l'attraction électrostatique avec le mur et les contributions de concentration ionique influence la diffusion. Nous nous sommes ensuite concentrés sur la conductivité électrique de la solution ionique, calculée à partir de simulations hors équilibre, sous un champ électrique appliqué, à partir des profils de vitesse ionique dans la direction perpendiculaire aux surfaces du pore fendu. Pour ce faire, nous avons utilisé l'approche hydrodynamique proposée dans la littérature et calculé la conductivité d'une solution ionique en fonction de la concentration en sel ajouté. La deuxième partie de notre travail porte sur la structure du polymère linéaire en écoulement. Nous avons étudié comment le flux électro-osmotique affecte la conformation d'un polymère par rapport à un flux de Poiseuille, dans plusieurs situations. En présence d'une force d'attraction entre le polymère et la paroi, le caractère asphérique du polymère est accru par rapport au cas où l'interaction est répulsive.

In this thesis, we used a mesoscopic simulation method, MPCD (Multiparticular Collision Dynamics), to study the structural and dynamic behaviors of solutions confined in a pore when a flow is induced. The first part of our work was devoted to the dynamic properties of ions in charged pores, at equilibrium and under an external electric field. At equilibrium we calculated the diffusion coefficients of ions in a pore and showed that the diffusion coefficient of co-ions is mainly influenced by the ionic concentration and almost not by the surface charge. For counterions, an interaction between electrostatic attraction with the wall and ion concentration contributions influences diffusion. We then focused on the electrical conductivity of the ionic solution, calculated from out-of-equilibrium simulations, under an applied electric field, from the ion velocity profiles in the direction perpendicular to the slotted pore surfaces. To do this, we used the hydrodynamic approach proposed in the literature and calculated the conductivity of an ionic solution as a function of the added salt concentration. The second part of our work deals with the structure of the linear polymer in flow. We have studied how the electroosmotic flow affects the conformation of a polymer with respect to a Poiseuille flux, in several situations. In the presence of a force of attraction between the polymer and the wall, the aspherical character of the polymer is increased compared to the case where the interaction is repulsive.