Thèse Matériaux Vitreux à Séparation de Phase pour la Dépollution et la Régulation du Ph des Eaux Contaminées - Approche Fondamentale et Appliquée H/F

Université d'Orléans

Établissement : Université d'Orléans
École doctorale : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
Laboratoire de recherche : CEMHTI - Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation
Direction de la thèse : Nadia PELLERIN ORCID 0000000294363480
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-10T23:59:59

Contexte et enjeux scientifiques :
La pollution des eaux par les métaux lourds et l'acidification des océans constituent deux défis environnementaux majeurs, menaçant la biodiversité et la santé publique [1,2]. Si les matériaux adsorbants classiques (charbons actifs, polymères, zéolithes) sont largement étudiés, le potentiel des verres d'oxydes - et en particulier des verres présentant une séparation de phase - pour une double fonction de régulation du pH et d'adsorption sélective des métaux lourds reste inexploré [3,4,5,6,7]. Ce projet propose d'étudier l'altération contrôlée de verres complexes démixés dans des milieux aqueux agressifs, afin d'exploiter leur capacité à modifier localement leur environnement (pH, ions métalliques) et à développer des surfaces nanoporeuses à haute capacité d'échange.
Objectifs de la thèse :
-Comprendre les mécanismes d'altération de verres séparés en phases dans des milieux aqueux modèles puis complexes (eau de mer, solutions contaminées).
-Évaluer leur capacité à adsorber les métaux lourds (Pb, Cd, Hg, Cu) et à tamponner le pH.
-Concevoir et optimiser des compositions vitreuses adaptées à des applications de dépollution dans des environnements marins confinés (aquariums, bassins d'aquaculture).
Méthodologie et techniques utilisées :
-Synthèse de verres homogènes et démixés.
-Caractérisations microstructurales et structurales (MEB, TEM, DRX, spectroscopie RMN) et de surface (IBA, XPS, ToF-SIMS).
-Etude des mécanismes d'altération en phase liquide des verres parents.
-Suivi des solutions d'altération par ICP-MS, complexométrie, pH-métrie.
-Analyses isotopiques (H¹O, DO) pour suivre les cinétiques réactionnelles.
-Études en milieu réel (eau de mer propre ou contaminée) et à échelle pilote.

Au contact d'une solution aqueuse, les verres subissent une dégradation plus ou moins lente en fonction de leur composition et de leur structure. Ces mécanismes d'altération sont aujourd'hui assez bien décrits. Les verres séparés en phase offrent une microstructure biphasée complexe (nucléation croissance ou spinodale) qui peut entrainer des mécanismes d'altération très différents pour chacune des phases en présence. L'échange ionique et les mécanismes de diffusion seront ainsi fonction des propriétés chimiques et structurales locales. Dans un milieu confiné, le verre est alors susceptible de contrôler le pH et de modifier la composition ionique de l'eau.

Optimiser des compositions et microstructures de verres séparés en phase pour des échanges chimiques choisis entre la matrice vitreuse et la solution aqueuse

-Synthèse de verres homogènes et démixés.
-Caractérisations microstructurales et structurales (MEB, TEM, DRX, spectroscopie RMN) et de surface (IBA, XPS, ToF-SIMS).
-Etude des mécanismes d'altération en phase liquide des verres parents.
-Suivi des solutions d'altération par ICP-MS, complexométrie, pH-métrie.
-Analyses isotopiques (H¹O, DO) pour suivre les cinétiques réactionnelles.
-Études en milieu réel (eau de mer propre ou contaminée) et à échelle pilote.