Le système Fe(II)-Fe(III)/Si en milieu aqueux. Caractérisation multi-échelles

par Emmanuel Doelsch

Thèse de doctorat en Géosciences de l'environnement

Sous la direction de Jean-Yves Bottero.

Soutenue en 2000

à Aix-Marseille 3 .


  • Résumé

    Au cours de cette étude, nous nous sommes intéressés à la caractérisation du système Fe2+-Fe3+/Si en milieu aqueux. Lors de l'altération des minéraux, ces éléments sont dissous puis transportés vers d'autres compartiments de la géosphère. Le Fe est alors souvent associé à des éléments comme P ou Si au sein de particules colloïdales. Pour comprendre l'influence de Si sur la structure des particules formées, nous avons étudié la condensation des espèces ferriques et ferreuses en présence de Si à l'aide de techniques permettant une description depuis la particule jusqu'à l'échelle atomique. Si les particules synthétisées ont un diamètre moyen de 5 um, leur morphologie est influencée par le rapport molaire Si/Fe et le pH de synthèse. La seule phase détectable par DRX est l'akaganéite. Sa teneur diminue lorsque le rapport Si/Fe augmente. Bien que le Si ne soit pas détectable par EXAFS au seuil K du Fe, nous montrons une modification de la spéciation du Fe en fonction du rapport Si/Fe. Un régime de croissance tridimensionnelle a été décrit pour les échantillons ayant de faibles rapports Si/Fe (Si/Fe<l) alors que pour les rapports Si/Fe elevés (Si/Fe>l), la croissance des particules est bidimensionnelle. Grâce à l'IRTF et la RMN du 29Si, nous montrons que les modifications de la spéciation du fer s'expliquent par la formation de liaisons Si-O-Fe. L'étude de ces mêmes échantillons par EXAFS au seul K du Si a nécessité une étude approfondie de minéraux de référence en raison de l'importance des phénomènes de diffusion multiples. Le Si ne bloque donc pas la condensation des espèces ferriques (comme cela a été montré pour le système Fe-P), mais modifie, par la formation de liaisons Si-O-Fe, la cristallinité et la structure des particules formées. A l'inverse, en conditions anaérobies, le Si ne modifie pas la nature des liaisons entre les octaèdres de fer, mais bloque la condensation des espèces ferreuses en limitant de manière significative les liaisons Fe2+-Fe2+


  • Résumé

    During this study, we characterized the Fe2+-Fe3+ system in aqueous media. During the weathering of minerals, these elements are dissolved and transferred towards other compartments of earth surface. Fe is then often associated to P or Si elements in colloids. To understand the influence of Si on the structure of these colloids, we have studied the condensation of ferric and ferrous species in the presence of Si by using methods allowing a description since the particle scale to the atomic scale. These particles have a mean diameter equal to 5 u,m but the morphology is influenced by the Si/Fe molar ratios and the pH of synthesis. By XRD, we only detect akaganeite whose amount decreases when the Si/Fe ratio increases. Even if Si is not detectable by Fe K-edge EXAFS, we show a modification of Fe speciation which depends on the Si/Fe ratio. A 3D growth regime has been described for samples with low Si/Fe ratio, while for the high Si/Fe ratio the growth regime is 2D. Thanks to FTIR and 29Si NMR, we demonstrated that the modifications of Fe speciation are caused by the formation of Si-O-Fe linkages. The study of these samples by Si K-edge EXAFS has required the study of reference minerals because of the importance of multiple scattering phenomena. Thus, Si does not hinder the ferric condensation (as demonstrated for Fe3+-P042- system), but modifies, by the formation of Si-O-Fe linkages, the cristallinity and the structure of particles. At the opposite, in anaerobic conditions, Si does not modify the nature of the Fe octahedra linkages but hinders the condensation of ferrous species by restricting the number of Fe2+-Fe2+ linkages.

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Informations

  • Détails : 440 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. Saint-Jérôme). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T 2833
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