Bonjour, vous êtes sur la page des sujets ou stages que nous pouvons vous proposer. N'hésitez-pas à venir nous consulter pour plus de plus amples informations. D'autres thématiques peuvent être proposées.
Batchelor
- Master en Chimie, Biochimie et Sciences Naturelles de l'Environnement
Bibliographies,
Stages, Travaux de recherche
A. Stages et travaux de Master
Dans le domaine de la simulation numérique des colloïdes et polymères :
- Comportement en fonction du pH d'une chaîne de polymère par simulations Monte Carlo (stage ou travail de Master)
L'objectif de cette étude consiste à étudier les changements de conformations de chaînes de polymère chargées en fonction du pH en solution, en fonction de la nature de la chaîne, et en présence de contre-ions et particules de sel. La présence de contre-ions, d'anions et de cations en solution va très fortement influencer la réponse de la chaîne en solution suite à des variations de pH. Ceci se traduira au cours des processus de titration par des changements conformationnels tout à fait étonnants. La compréhension de ces processus est une étape importance vers l'utilisation de polymère chargés par exemple dans le traitement d'eaux usées, la fabrication de matériaux polymères, le comportement de systèmes biologiques, et de biopolymères comme l'ADN.
Cette étude consiste, sur la base d'un programme informatique déjà existant et opérationnel, à faire varier de façon systématique certains paramètres (flexibilité de la chaîne, valence des ions en solutions, pH, force ionique) vers une meilleure compréhension du comportement de polymères chargés en étudiant le degré de dissociation des polymères en fonction du pH, leur conformation dans l'espace, la distribution des contre-ions, etc. La visualisation de ces phénomènes au travers de la production de films d'animation, représentation tridimensionnelle, courbes de titration sera également abordée.
- Adsorption de composés humiques à la surface de nanoparticules (stage ou travail de Master)
L'objectif de ce travail consiste à évaluer le comportement de nanoparticules manufacturées dans les milieux environnementaux en présence de composés fulviques. En effet l'adsorption de composés fulviques à la surface des nanoparticules va très fortement modifier leur réactivité chimique, leur vitesse de diffusion et leur éco-toxicité dans les milieux naturels.
La quantité de composés fulviques adsorbés dépendra bien entendu des conditions physico-chimiques rencontrées (pH, force ionique) mais aussi de la nature des nanoparticules. Il conviendra ici de dégager les conditions dans lesquelles l'adsorption de composés fulviques modifiera de façon significative la surface des nanoparticules (formation de monocouches, isotherme d'adsortion, etc). Ceci se fera sur la base d'un programme informatique déjà existant qu'il conviendra d'ajuster et d'accorder à des mélanges fulviques et nanoparticules. La visualisation de ces phénomènes au travers de la production de films d'animation sera également considérée.
et ... dans le domaine expérimental en physico-chimie de l'environnement:
- Analyses d'Eaux par Chromatographie Ionique (stage ou travail de Master)
Ce travail est directement relié à l'achat et installation dans les prochains mois à l'Institut Forel d'une chromatographie ionique ultra performante de dernière génération (ICS-3000, Dionex). La chromatographie ionique est désormais une technique analytique de séparation et de détection extrêmement répandue dans les laboratoires d'analyses chimiques tant universitaires que privés.
Cet appareillage sera utilisé pour la détection et mesure analytique d'espèces anioniques (nitrates, sulfates, chlorures,...) mais aussi cationiques dans des échantillons d'eaux "naturelles" (Rhône, Arve, Nant d'Avril, eau du robinet...) afin d'évaluer non seulement la qualité physico-chimique de ces eaux, par comparaison avec des normes environnementales, mais également participer à la définition d'un protocole d'analyse pour ces échantillons naturels. L'étudiant(e) participera à l'installation et mise en route de cet appareillage et suivra un stage formation complet à cette occasion.
- Caractérisation de complexes entre particules colloidales et flocculants polymériques (stage ou travail de Master)
Les processus de floculation (coagulation puis élimination de la matière en suspension) dans les milieux naturels et les stations d'épuration jouent un rôle prépondérant dans le comportement de la matière en suspension, le transport des contaminants, le traitement des eaux usées ainsi que dans la production d'eau potable. Il existe une forte analogie entre les floculants polymériques synthétiques utilisés dans les processus de traitement d'eau et les polysaccharides par exemple que l'on retrouve dans les eaux naturelles et qui sont supposés accélérer la coagulation de la matière en suspension. Dans tous les cas l'analyse de la littérature scientifique révèle une compréhension insuffisante des mécanismes de floculation.
L'objectif de ce travail, consiste à étudier l'efficacité de floculants polymériques synthétiques sur des suspensions colloïdales de natures différentes afin de mieux comprendre les mécanismes de déstabilisation de ces solutions et de préciser les fenêtres d'utilisation optimales de ces floculants. L'étude se propose plus particulièrement d'analyser la nature des complexes formés entre les flocculants polymères (taille, charge) en fonction de la concentration en polymères.
Différentes techniques complémentaires seront utilisées, à savoir le Coulter Counter qui permet de mesurer des courbes de distributions en taille d'agrégats de 1 à 30 micromètre (diamètre équivalent), ainsi qu'un zetasizernano ZS qui permet de mesurer des distributions en taille et mobilités d'objets dont la taille est comprise entre 10 nm à 2 micromètres.
- Caractérisation et impacts de polluants émergents dans les écosystèmes naturels. Cas des nanoparticules (sujet possible pour deux étudiants et dans le cadre d'un travail de Master)
Contrairement aux nanoparticules " naturelles " que l'on retrouve dans les écosystèmes naturels, les nanoparticules d'origine industrielles ou manufacturées (comme par exemple l'oxyde de titane TiO2 que l'on retrouve dans les crèmes solaires) possèdent des propriétés dont les impacts dans les milieux naturels et sur les organismes vivants sont largement inconnus à l'heure actuelle. Les nanoparticules industrielles sont déjà largement produites en grandes quantités et l'on s'attend à des volumes de production dans les années à venir en très forte augmentation. En raison de leurs tailles particulières (1-100nm), ces nanoparticules possèdent des surfaces spécifiques très importantes qui les rendent hautement réactives, catalytiques et diffusives.
Malheureusement
les risques écologiques liés à la dissémination
directe, indirecte ou accidentelle de ces nanoparticules dans l'environnement
sont largement méconnus, de nouvelles techniques de détection
doivent être mises en place, et leurs interactions avec les composés
environnementaux doivent encore être élucidées.
L'objectif principal de ce travail consistera à évaluer la réactivité, l'état de dispersion, la potentielle dissolution, la mobilité et l'impact biologique de nanoparticules industrielles dans des milieux naturels, plus particulièrement dans les systèmes aquatiques. Ceci se fera au travers de l'étude des interactions de nanoparticules bien choisies avec quelques uns des composés que l'on retrouve dans les eaux naturelles (acides fulviques et biopolymères notamment) et également avec les microalgues vertes qui représentent la base de la chaine alimentaire dans les systèmes aquatiques. Plusieurs techniques modernes et complémentaires pourront être utilisées comme par exemple la mesure la mobilité électrophorétique, la spectroscopie de Corrélation de Fluorescence et la chromatographie ionique, qui permettront de mettre en évidence l'importance relative des processus d'adsorption, d'agrégation, de dissolution et de toxicité potentielle. En parallèle l'impact de nanoparticules sur les algues vertes sera étudié en utilisant les tests de toxicité " standards " et des techniques modernes comme cytométrie de flux permettant de obtenir l'information sur les impacts sub-létaux des nanoparticules.
Le
sujet proposé couvre des aspects en chimie environnementale, biogeochimie
et écotoxicologie. Il est donc envisagé que deux étudiants
travaillent en équipe sur les aspects " comportement et propriétés"
et " impact " des nanoparticules.
B. Bibliographies
Des sujets de recherche bibliographique peuvent être proposés sur les thématiques suivantes:
- propriétés et comportement des nanoparticules manufacturées dans l'environnement, etc
- comportement des polyélectrolytes, phénomènes d'adsorption aux interfaces, etc
- utilisation de la chromatographie ionique en chimie de l'environnement, etc