Structure and dynamics of humic substances and model polyelectrolytes in solution
Structure et dynamique de substances humiques et polyélectrolytes modèles en solution
Résumé
In the frame of a study about the feasability of an undergroud storage of radioactive wastes, we focused on the role of degradated matural organic matter in the eventual transport of radionuclides in the environment. We are more interested by the determination of electrokinetic properties of these humic substances rather than the description of speciation reaction already widely discussed in the literature.We chose to determine the size and the charge of these humic substances thanks to an original method : high precision conductimetry. This technique, associated to a suited transport theory, allows to describe the mobility of charged species in solution when taking into account the pairs interactions. We have participated in the development of this transport theory and we use it in order to determine the size and the charge of humic substances and a reference polyelectrolyte in different conditions of pH and ionic strength. All these experimental results obtained by conductimetry were correlated with other experimental and theoretical methods : Atomic Force Microscopy, dynamic light scattering, laser zetametry and Monte-Carlo simulations. The obtained results confirm the generally admitted idea that humic substances are nanometric entities having complexing properties towards cations and that can agregate to form supramolecular structures. The effect of the ions present in the environment (sodium, calcium, magnesium) has been investigated. Finally the complexation of europium – which is considered as a good analogue of americium 241 – has also been analysed by square wave voltammetry.
Dans le cadre de l'étude de faisabilité d'un site de stockage de déchets radioactifs, nous nous sommes intéressés au rôle de la matière organique naturelle altérée dans le transport éventuel de radionucléides dans l'environnement. Nous nous sommes plus attachés à la détermination des propriétés électrocinétiques de ces substances humiques dans différentes conditions expérimentales plutôt qu'à la description des réactions de spéciations déjà largement discutées dans la littérature. Pour cela, nous avons choisi de déterminer la taille et la charge de ces substances humiques à l'aide d'une méthode originale : la conductimétrie haute précision. Cette technique associée à une théorie du transport adaptée permet de décrire la mobilité d'espèces chargées en solution en prenant en compte les interactions de paires. Après avoir contribué au développement de cette théorie, nous l'avons utilisée afin de déterminer les propriétés électrocinétiques des substances humiques et d'un polyélectrolyte de référence dans différentes conditions de pH et de force ionique. Tous ces résultats obtenus par conductimétrie ont été corrélés avec d'autres méthodes expérimentales et théoriques : la microscopie à force atomique, la diffusion de lumière dynamique, la zêtamétrie laser et les simulations Monte-Carlo. Les résultats obtenus confirment les hypothèses généralement admises selon lesquelles, les substances humiques sont des petites entités nanométriques ayant des propriétés complexantes vis à vis des cations et sont susceptibles de s'agréger pour former des structures supramoléculaires. L'effet des différents ions présents dans l'environnement (notamment sodium, calcium et magnésium) a été analysé. De plus, la complexation de l'europium – considéré comme un bon analogue de l'américium 241 – a également été étudiée.
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