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

Profil et compétences recherchées

Le candidat devra posséder de solides connaissances en physico-chimie des interfaces et des colloïdes, en physicochimie environnementale et chimie des solutions. Des connaissances en électrochimie sont fortement recommandées mais ne sont pas essentielles pour le poste à pourvoir.

Le projet est essentiellement expérimental mais il est attendu que le candidat puisse s’approprier les formalismes théoriques essentiels à la compréhension des mesures en électrochimie et de la spéciation dynamique des métaux.

Niveau d’anglais requis: Intermédiaire supérieur: Vous pouvez utiliser la langue de manière efficace et vous exprimer précisément.

Résumé du projet de thèse

Les matrices polymériques extracellulaires sont les composants essentiels de nombreux systèmes environnementaux et constituent une interface fonctionnelle et protective 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 expérimentale et théorique 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.

Objectif et contexte

Les objectifs du projet de thèse sont (1) de sonder et interpréter la dynamique de spéciation des métaux (fractions métalliques libre/complexée/labile) à l’échelle locale des sites réactifs et à l’échelle macroscopique et (2) d’étudier l’impact des effets matrices (ex : effet Donnan) sur l’accumulation des métaux et la dynamique de spéciation.

Mieux quantifier et évaluer les risques des contaminants métalliques sur les écosystèmes nécessite d’intégrer la spéciation et l’écodynamique des espèces chimiques en solution, c’est-à-dire le couplage entre réactivité chimique et transport et les processus aux interphases naturelles. L’ensemble de ces processus biotiques et abiotiques conditionne la biodisponibilité des contaminants dans les milieux continentaux. L’objectif de cette thèse est d’approfondir nos connaissances sur les relations existant entre propriétés physico-chimiques d’hydrogels à base de biopolymères et leur réactivité vis-à-vis de métaux. Pour ce faire, nous analyserons la dynamique de spéciation de ces métaux en s’attachant à définir les processus couplés de cinétique de complexation et de transport au sein et/ou à l’extérieur de l’interphase réactive au moyen de techniques électroanalytiques.

Méthode

Le volet expérimental de la thèse portera majoritairement sur l’utilisation de techniques électrochimiques pour sonder la répartition et le transfert réactif des métaux dans les gels vis-à-vis du gel. Deux approches complémentaires seront envisagées pour comprendre la dynamique de spéciation du métal à l’échelle locale des sites réactifs intra-gel et celle à l’échelle macroscopique entre la solution et le gel. En parallèle, nous évaluerons les paramètres structuraux des matrices gels à l’aide de technique de microscopie confocale, d’imagerie de phase et d’infrarouge raman en coupe (mapping 3D) qui donneront des informations sur la distribution des colloïdes et leur effet sur la structuration de l’édifice polymérique.

Résultats attendus

Ce projet est principalement expérimental. Il portera dans un premier temps sur une mise au point d’une méthodologie originale dans l’utilisation de sondes électrochimiques pour examiner la spéciation du métal in-situ dans des milieux confinés. Puis le jeu de données qui devrait être acquis sur différents types de gels ou d’exposition permettra de définir les relations quantitatives existant entre spéciation et propriétés physicochimiques du gel.

Encadrement:

José Paulo PINHEIRO (jose-paulo.pinheiro@univ-lorraine.fr)

Elise Rotureau (elise.rotureau@univ-lorraine.fr)

Plus d’informations et pour candidater:

https://adum.fr/as/ed/voirproposition.pl?site=adumR&matricule_prop=47897