Le processus d’agrégation des colloïdes est largement utilisé dans de nombreux domaines tels que l’environnement ou l’industrie. Comprendre les mécanismes de ces processus est essentiel pour pouvoir les contrôler et les améliorer. Parmi les colloïdes, les argiles, omniprésentes dans les systèmes environnementaux, sont un sujet d’étude particulièrement important. De plus, ils ont ceci d’intéressant qu’ils s’organisent sous forme de nano-feuillet conférant ainsi aux agrégats d’argile une grande diversité de géométrie possible contrairement aux colloïdes sphériques.

Pour étudier l’agrégation des argiles, nous utilisons des ionènes comme polyélectrolyte cationique modèle. En effet, les ionènes possèdent une structure chimique relativement simple ainsi qu’une densité de charges positives régulière et facilement modifiable. Finalement, le système argiles-ionènes est un modèle très pertinent car il permet de s’intéresser à l’effet de plusieurs paramètres sur le processus d’agrégation : la taille des nano-feuillets, la densité de charge des ionènes ou la nature des contre-ions des argiles et/ou des ionènes.

L'objectif

Dans une précédente étude, la structure finale des agrégats argiles-ionènes a été très finement décrite. Cependant, l’étude de l’agrégat dans sa forme finale n’est qu’une partie de la compréhension globale du processus d’agrégation : la prochaine étape consiste à suivre l’agrégation des argiles en temps réel. C’est l’objectif de ce projet postdoctoral : déterminer les mécanismes d’agrégation de nano-feuillets d’argiles par des ionènes (polyélectrolytes cationiques) et comprendre comment la nature des contre-ions influe sur les processus.

Afin de répondre à ces questions, nous menons des expériences d’agrégation dans un circuit micro-fluidique qui nous permet de suivre les processus mis en jeu par des mesures de diffusion des rayons X à petits angles (SAXS) résolues en temps. Le montage mirco-fluidique consiste en un capillaire linéaire ouvert dans lequel sont introduits simultanément les suspensions d’argiles de ionènes en conditions stationnaires. Cette approche permet de transposer l’échelle temporelle en échelle spatiale le long du flux : chaque position dans le capillaire correspond à un temps du processus d’agrégation.

Avec les mesures de SAXS micro-focalisé, nous pourrons discriminer les différentes étapes mises en jeu dans le mécanisme d'agrégation. La première partie du projet consiste à optimiser le dispositif afin de trouver les conditions expérimentales (concentration en argile/ionène et débits) pour lesquelles le dispositif micro-fluidique ne fuit et ne se bouche pas. Après cette optimisation, des expériences SAXS résolues en temps seront menées sur un synchrotron.Une autre partie du projet s’intéresse à la libération des contre-ions des argiles au cours de l'agrégation, connue pour être un facteur clé du processus. Pour résoudre ce problème, nous réalisons des expériences de résonance magnétique nucléaire à gradient de champ pulsé (RMN-PFG). Cette technique permet d'étudier la dynamique des contre-ions. La durée de ces mesures étant de l'ordre de quelques minutes (voire de quelques heures), elle nécessite donc d'être effectuée sur un système stable. Ainsi, nous étudions la dynamique des contre-ions sur des systèmes préparés avec différents rapports ionènes/argiles.