Etude infrarouge et isotopique de l'eau
adsorbée et confinée

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 de l'eau adsorbée sur des poudres d'oxydes et confinée dans une matrice silicatée à porosité contrôlée (MCM-41, f = 4,7nm). Adsorption et confinement sont caractérisés par un décalage vers les hautes fréquences IR du pic principal d'absorption de la bande OH de l'eau interfaciale relativement à l'eau liquide (red-shift). Ceci indique que les liaisons hydrogène de l'eau sont renforcées à proximité d'une surface hydrophile. 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, nous avons étudié le fractionnement isotopique (a) en deutérium de l'eau adsorbée/ confinée par rapport à sa vapeur à l'équilibre isotopique. L'évolution de a avec l'HR montre trois régimes quasi-linéaire, avec une première transition nette à 60% d'humidité relative. A HR < 60% a ne varie pratiquement pas, ce que nous interprétons en qualifiant le film correspondant de bi-dimensionnel (interactions eau-solide prédominantes). Au-dessus de 60% d'humidité relative a 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% d'HR qui correspond à l'humidité de condensation capillaire dans les nano-pores du substrat utilisé (˜10 nm). Le coefficient de fractionnement a 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.
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Thèse
Sciences de la Terre. Université Paris Sud - Paris XI, 2006. Français
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Soumis le : vendredi 26 juin 2009 - 16:39:11
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Thierry Richard. Etude infrarouge et isotopique de l'eau
adsorbée et confinée. Sciences de la Terre. Université Paris Sud - Paris XI, 2006. Français. 〈tel-00399544〉

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