Chémodynamique et partition de métaux aux interfaces gel/solution : rôle des propriétés physicochimiques des matrices polymériques

Chemodynamics and metal partitioning at gel/solution interfaces: role of the physicochemical properties of polymeric matrices

• Auteur / Autrice : Sinourou Kone
• Direction : José Paulo Pinheiro, Elise Rotureau
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 26/09/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIEC - Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : PhySI - physico-chimie et réactivité des surfaces et interfaces

Mots clés

Mots clés libres

Physicochimie

Spéciation des element traces métaliques

Matrices polymériques

Techniques électroanalytiques

Physical-chemistry

Trace metal speciation

Polymeric matrix

Electroanalytical techniques

Résumé

Les matrices polymériques extracellulaires sont les composants essentiels de nombreux systèmes environnementaux et constituent une interface fonctionnelle et protectrice entre surfaces biologiques et milieu aqueux. Les propriétés électrostatiques, structurales et électrohydrodynamiques de ces architectures vont jouer un rôle clé dans l'établissement des flux diffusifs et la répartition spatiale des espèces métalliques -ioniques ou complexées- aux interfaces gel/solution ce qui affectera, in fine, la disponibilité chimique des métaux à différentes échelles spatiale et temporelle. Le projet de cette thèse consiste à examiner, par des approches expérimentales et théoriques récentes, le transfert réactif de métaux au sein de gels biopolymériques mimant certaines propriétés de matrices extracellulaires, et à investiguer plus particulièrement l'impact des effets matrices (ex : effet Donnan) sur l'accumulation des métaux et leur disponibilité chimique. L'étude portera sur différents systèmes de gels présentant des charges structurales et/ou charges apportées par l'introduction de colloïdes complexants pour les métaux (substances humiques) qui seront exposés à des solutions contenant des ions cadmium. Les interactions hydrogels/contaminants seront analysées via des techniques électroanalytiques dédiées à la spéciation dynamique en solution et qui seront ici adaptées à l'étude de systèmes d'hydrogels. En parallèle, nous évaluerons les paramètres structuraux des gels en présence et en l'absence d'ions métalliques par la combinaison inédite de différentes approches disponibles au LIEC : les techniques en microscopie confocale, en imagerie de phase et en infrarouge raman en coupe (mapping 3D) donneront des informations sur la distribution des NPs et leur effet sur la structuration de l'édifice polymérique.

Extracellular polymeric matrices are essential materials for many environmental systems and act as a functional and protective interface between biological surfaces and the aqueous medium. The electrostatic, structural and electrohydrodynamic properties of these natural architectures will play a key role in the establishment of diffusive fluxes and the spatial distribution of complexes or ionic metallic contaminant at the gel/solution interfaces and in turn their chemo availability at different spatial and temporal scales. The project of this thesis will consist in examining, by recent experimental and theoretical approaches, the reactive transfer of metals within biopolymeric gels that will mimic some properties of extracellular matrices. Our main interest is to investigate the impact of matrix effects (e.g. Donnan effect) on the metal accumulation and chemical availability. Different gels will be tested possessing structural charges and/or charges stemming from the introduction of metal complexing colloids (humic particles), and will be exposed to solution containing cadmium ions. Hydrogel/contaminant interactions will be analyzed using electroanalytical techniques, generally devoted to dynamic trace metal speciation in solution, they will be adapted here to the study of hydrogel systems. In parallel, we will evaluate the structural parameters of the gels in the presence and absence of metal ions by the combination of different approaches available at the LIEC: confocal microscopy, phase imaging and cross-sectional infrared techniques (3D mapping) will provide information on the distribution of colloids and their effect on the structuring of the polymeric network.