Etude des propriétés des solutions confinées (application aux gels des verres nucléaires)

Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'étude du comportement des solutions en milieux confinés. Il consiste à étudier les propriétés thermodynamiques, la structure et la dynamique de l'eau confinée dans des gels modèles et dans un gel d'altération de verres simple. La première étape de ce travail a consisté à déterminer la structure et la dynamique de l'eau pure dans des gels modèles élaborés à base de silice mésoporeuse. La deuxième étape a consisté à étudier la dynamique de l'eau dans le lixiviat confiné dans les gels modèles et dans le gel d'altération d'un verre simple par diffusion des neutrons. En effet, lorsque la taille des pores diminue, la fraction d'eau libre confinée au centre des pores décroit. Dans le cas où le gel modèle possède une surface de type Zr-OH et Al-OH et une taille de pore inférieure à 2.3 nm, il apparait que l'eau est fortement liée à la surface et qu'une très faible fraction de protons reste mobile. Ceci s'explique principalement par les propriétés de Zr-OH et Al-OH qui forment des liaisons chimiques de coordination avec l'eau. L'étude de la dynamique de l'eau dans un gel d'altération a aussi confirmé ces résultats. En effet, le même comportement que l'eau dans un gel modèle ayant une surface de type Al-OH a été observé dans un gel d'altération de verre simple. Ces résultats montrent une plus faible mobilité de l'eau dans les pores d'un gel de verre simple que l'eau libre, probablement dû à la fois aux tailles de pores mais surtout à la présence d'aluminium dans le gelPARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF

Dynamics of Water Confined in Gel Formed During Glass Alteration at a Picosecond Scale

AbstractThis paper reports on the characterization at a picosecond scale of water dynamics in gel formed during glass alteration by neutron scattering. The water dynamics in gel are compared with the dynamics of water confined in porous silica-based material (MCM41) having pore wall surfaces with Si-OH, Al-OH, or Zr-OH terminal groups and pore sizes around 2.3nm in the presence of ions existing in a leachate derived from glass alteration. It is shown that the presence of ions does not impact the water mobility in model materials whatever the pore surface composition. In the gel, water is two to three times slower than in the bulk, and the fraction of fixed protons is similar to the model material having an Al-OH surface. Two hypotheses are proposed to explain these results: the ion concentrations in pores of the gel can be higher than in the leachate located outside the gel forming hydration shell around ions, thereby hindering the water motions, and/or the pore wall composition of the gel consisting of elements such Al that can immobilize water molecules. In addition to the Al effect, the presence of Ca can slow down water diffusion due to the binding of H2O molecules in strong complexes with Ca2+