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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Réactivité en milieu confiné

Spécialité : / CHIMIE

Contact : LE CAER Sophie,
e-Mail : sophie.le-caer@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 15 58
Laboratoire : NIMBE/LIONS

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-6 mois
Date limite de constitution de dossier : 20/04/2018

Résumé :
La réactivité sous irradiation dans des argiles feuilletées ou nanotubulaires sera étudiée en fonction de la quantité d'eau. Des mécanismes réactionnels seront proposés.

Sujet détaillé :
L'influence des rayonnements ionisants sur les minéraux argileux est peu connue, en dépit de leur utilisation comme composants majeurs de la barrière artificielle des dépôts de déchets nucléaires de haute activité. Dans ce contexte, la production de H2 par des minéraux argileux sous des rayonnements ionisants pourrait constituer un véritable problème. Elle peut, par exemple, conduire à la perte des propriétés de rétention de radionucléides en créant des fissures dans la barrière artificielle. Il est donc important de déterminer les mécanismes de réaction de formation de H2 et de comprendre le rôle de plusieurs paramètres sur cette production, comme la quantité d'eau et la géométrie du matériau de confinement. En effet, le confinement des molécules d'eau joue un rôle crucial dans leur comportement sous rayonnement ionisant.
Nous proposons ici, au cours de ce stage, de travailler sur différents modèles de systèmes minéraux d'argile: des talcs nanométriques et des imogolites. Le talc nanométrique a une structure feuilletée, et est hydrophile. La quantité de molécules d'eau peut être contrôlée avec précision. Un autre système d'intérêt est l'imogolite qui a une géométrie de confinement complètement différente: ce sont des nanotubes d'aluminosilicate avec un diamètre monodisperse et dont les groupes chimiques à la surface des tubes (-OH, -CH3) peuvent être contrôlés par synthèse, tout en maintenant une géométrie bien définie. Il est donc possible de piloter l'hydrophilie des imogolites.
Le but du stage est de mesurer la production de H2 sous irradiation par chromatographie en phase gazeuse pour ces deux types d'échantillons (talc nanométrique et imogolite) en fonction de la teneur en eau et d'essayer de comprendre le rôle joué par la quantité d'eau et par la géométrie du confinement. Des expériences de résonance paramagnétique électronique (RPE) seront effectuées pour identifier les défauts formés dans le matériau après irradiation. Ces expériences aideront à proposer des mécanismes de réaction dans les deux systèmes d'intérêt. En outre, dans le cas des échantillons d'imogolite, il est possible de synthétiser des échantillons transparents et épais, ce qui permet d'effectuer des expériences de radiolyse pulsée picoseconde. Nous suivrons alors la cinétique de décroissance de l'électron et mettrons en évidence les spécificités des réactions en milieu confiné. D'autres techniques expérimentales utilisées pour la caractérisation des matériaux seront l'analyse thermogravimétrique, la spectroscopie infrarouge et la diffraction des rayons X. De toutes ces mesures, les mécanismes de réaction, qui se déroulent dans les milieux confinés, seront proposés en fonction de la géométrie du matériau confinant et de la quantité d'eau.
Techniques utilisées au cours du stage :
Chromatographie en phase gazeuse, RPE (Résonance Paramagnétique de l'Electron), analyse thermogravimétrique, spectroscopie infrarouge, diffraction des rayons X, radiolyse pulsée picoseconde.

Mots clés : Chimie physique

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