Description moléculaire des ions aux interfaces argile-eau

Molecular description of ions at clay/water interfaces

• Auteur / Autrice : Sami Tazi
• Direction : Pierre Turq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique et Chimie Analytique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrolytes

Argile -- Emploi en thérapeutique

Dynamique moléculaire

Résumé

En prévision du stockage géologique en couche argileuse profonde des déchets nucléaires de vie longue, il est nécessaire de comprendre le transport et la rétention des radionucléides, en compétition avec les ions naturellement présents, dans les argiles. Les simulations moléculaires ont largement contribué à comprendre les différents mécanismes en jeu. Cependant sa contribution pour l’étude des ions multivalents à la surface des argiles est restée limitée du fait de l’inexistence de champs de force polarisables pour les argiles. Or les ions multivalents étant fortement polarisants, la polarisabilité ne peut être négligée pour les étudier aux interfaces. Au cours de ce travail, nous avons développé un champ de force polarisable pour les argiles, à partir d’une méthode originale qui repose uniquement sur des calculs ab initio. Nous présentons ici cette méthode et son application aux interactions ion-eau et intra-argile. Nous validons ensuite le champ de force pour les interactions ion-eau sur les propriétés statiques, dynamiques et thermodynamiques, et les interactions intra-argile sur les propriétés statiques et montrons l’intérêt d’un champ de force polarisable en validant cette interaction également sur les spectres infra-rouge. Afin de pouvoir simuler correctement les surfaces latérales des argiles, il est nécessaire de connaître les états de protonation de ses sites de bordure silanols et aluminols, qui jouent un rôle déterminant dans la sorption des ions sur ces surfaces. Ainsi nous avons calculé la valeur des différents pKa à partir d’une méthode originale qui prend ses fondements sur la théorie de Marcus et qui repose sur l’intégration thermodynamique. Ce nouveau champ de force ainsi que la connaissance des états de protonation des différents sites de bordure permettront l’étude du transport et de la rétention des ions multivalents aux interfaces argileuses