Etude infrarouge et isotopique de l’eau adsorbée et confinée

par Thierry Richard

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace. Géochimie

Sous la direction de Lionel Mercury.

Soutenue en 2006

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    A des humidités relatives (HR) inférieures à 100% l'eau liquide s’évapore sauf deux types d’eau : l’eau adsorbée et l’eau capillaire dans les poreux. Deux techniques ont été utilisées pour les étudier. D’abord, une étude infrarouge (IR) en réflectance diffuse sur des poudres d'oxydes et confinée dans une matrice silicatée à porosité contrôlée (MCM-41,  = 4,7nm). Adsorption et confinement sont caractérisés par un décalage vers les hautes fréquences du pic principal de la bande étudiée relativement à l'eau liquide (red-shift). Une interprétation s’appuyant sur la cinétique de désorption nous a permis de séparer le signal de l’eau adsorbée de celui de l’eau confinée. Ensuite, le fractionnement isotopique () en deutérium de l'eau adsorbée/confinée par rapport à sa vapeur à l’équilibre isotopique. L'évolution de  avec l'HR montre trois régimes quasi-linéaire, avec une première transition nette à 60% d’humidité. A HR < 60%  ne varie pratiquement pas, ce que nous interprétons en qualifiant le film correspondant de bi-dimensionnel (interactions eau-solide prédominantes). Au-dessus de 60% HR  varie sensiblement avec l'HR ce que nous interprétons par la mise en place d'un réseau de liaisons intermoléculaires (3D). La deuxième transition se fait à 80% HR qui correspond à l’humidité de condensation capillaire dans les nano-pores du substrat utilisé (10 nm). Le coefficient de fractionnement  y est encore inférieur à celui de l’eau liquide volumique, ce qui tend à indiquer que l'eau confinée a des propriétés nettement différentes de l'eau liquide Un couplage semi-quantitatif a été ensuite élaboré entre ces deux séries d’expériences, pour en montrer l’homogénéité.

  • Titre traduit

    Infrared and isotopic studies of adsorbed and confined water


  • Résumé

    At relative humidity (RH) lower than 100%, liquid water evaporates, except if adsorbed on solid or “capillarized” inside porous medium. Two techniques were used to study them. Infrared spectroscopy (diffuse reflectance mode) made clear that adsorption and confinement (oxides powders) imply a red-shift of the OH-stretching band. The two situations have been further distinguished using their desorption kinetics behaviour. Second, the liquid-vapor isotopic fractionnation factor () , recorded as a function of RH, showed three main domains. The first (RH < 60%) is characterized by an almost constant , which was interpreted as defining a bi-dimensional film (solid-liquid interactions predominate). From 60% to 80%, water-water intermolecular interactions made  sensitive to RH. At 80% RH, capillary condensation in thinner pores (10 nm) showed that this type of water has properties different from the bulk which has a greater  value. Semi-quantitative coupling between the results of the two techniques have been tentatively realized, and points to their good consistency.

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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2009 par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Etude infrarouge et isotopique de l’eau adsorbée et confinée

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Informations

  • Détails : 1 vol. (196p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.169-180

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2006)337
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