Soutenance de thèse de Wilfried Louisfrema (2013-2016)

Titre :

Caractérisation des oxydes nanoporeux contenant des ions lourds en milieu aqueux

Résumé : Mots clés : Champs de force, modélisation moléculaire, zéolithes, ions multivalents,migration, effet de charpente 
Les aluminosilicates poreux cristallins tels que les zéolithes cationiques de type faujasite sont largement étudiés en raison de leurs propriétés d’adsorption, d’échange ionique et de catalyse, ce qui leurs valent d’être engagées dans de nombreuses applications industrielles,qui font intervenir de plus en plus de cations multivalents (détergents/adoucissants, craquage catalytique, décontamination, ...). Ces différentes applications industrielles ont en commun les propriétés d’adsorption, résultant d’une part de la taille de leurs pores du même ordre de grandeur que les espèces introduites, et d’autre part de leur composition chimique qui conduit à des charges de charpente, à l’origine de sites de forte interaction ou de répulsion localisés. Dans ces applications, les zéolithes sont hydratées. L’eau est associée aux processus mis en jeu et influence ainsi les autres propriétés du matériau. La modélisation moléculaire est un outil de choix pour prédire et comprendre les propriétés microscopiques du matériau hydraté, qui sont difficilement accessibles expérimentalement.

Ce travail de modélisation porte plus précisément sur le comportement des cations multivalents dans les matériaux zéolithiques hydratés, en collaboration avec des expérimentateurs.
Notre étude sur une zéolithe faujasite Y a permis tout d’abord de clarifier la migration des cations sodium au cours de la déshydratation, et de prédire la localisation cationique dans le matériau hydraté en présence d’ions bivalents. De plus, nous avons montré qu’il était possible de rationaliser conjointement la migration des cations et les déformations structurales dans la faujasite au cours de l’adsorption d’eau. À cet effet, nous avons développé une méthode d’analyse pour la localisation cationique. La bonne performance d’un champ de force polarisable démontrée au cours de ce travail ouvre la voie à l’étude de la dynamique globale du système, en permettant le suivi de la migration cationique simultanément à la déformation de la charpente. A plus long terme, cette approche pourra être étendue à d’autres ions multivalents d’intérêt (terres rares, élements f, ...).

Membres du jury :

Anne Boutin directrice de thèse
Benjamin Rotenberg co-directeur de thèse
Jean-François Dufreche Rapporteur
Benoît Coasne Rapporteur
Benedicteur Prelot Examinatrice
Hazar Guesmi Examinateur
Pascale Massiani Examinatrice
Marie-Laure Bocquet Examinatrice

Laboratoire :
Département de chimie de l’ENS 24 rue Lhomond 75005 Paris

Lieu de soutenance :
Département de chimie de l’ENS

Date de soutenance :
21 septembre 2016