Myriam Agnel

CNRS

Adresse e-mail myriam.agnel@cnrs-orleans.fr
Téléphone 02 38 25 50 29
Site internet https://www.linkedin.com/in/myriam-agnel-758661127
Bâtiment CNRS, bureau 202
Statut Non permanent, emploi Doctorant
Grand Programme Milieu poreux

A propos...

Thèse : Cinétiques et mécanismes des processus d’échanges anioniques dans les rouilles vertes nanocristallines

Directeurs : Christophe Tournassat & Sylvain Grangeon

Résumé du projet :
Les minéraux nanocristallins sont ubiquistes dans les environnements de basse température tels que la zone critique, où ils contrôlent le cycle de nombreux éléments majeurs (p. ex. nutriments) et trace (métaux, actinides). Cette exceptionnelle réactivité est liée à leur faible taille, qui induit une grande surface spécifique et donc une forte densité massique de sites d’adsorption pour les polluants, et est accentuée quand ces minéraux sont lamellaires. Parmi les minéraux lamellaires des sols, la Fougèrite occupe une place à part dans les sols hydromorphes (« gleysols »). Elle fait partie de la
famille des minéraux hydroxydes double lamellaire et présente des capacités d’adsorption des espèces anioniques remarquables, en faisant un des composants clefs pour la compréhension des cycles (bio)géochimiques des espèces anioniques dans les sols (e.g., Cl-, NO3-). La forte dépendance de sa stabilité aux conditions d’oxydo-réduction environnante en fait également un matériau réactif qui peut apparaître ou disparaître d’un milieu en fonction de forçages externes tels que les cycles saisonniers ou climatiques. Mieux comprendre et quantifier les cycles géochimiques des espèces anioniques dans les sols réducteurs requiert ainsi de se pencher sur la dynamique des réactions affectant ce minéral.
Le projet de thèse se focalise sur les mécanismes fondamentaux des processus d’adsorption des anions à la surface de la Fougèrite et de leur influence sur sa forme cristallographique et sa stabilité. L’objectif de la thèse est de fournir des chemins réactionnels quantifiés des points de vue minéralogiques, thermodynamiques et cinétiques pour pouvoir mieux modéliser les transferts d’espèces anioniques dans les sols.

Techniques utilisées :
• Synthèse minéralogique (matériaux lamellaires) ;
• Expériences en milieu anoxique (Boite à gants) ;
• Analyses de matériaux lamellaires (analyses par DRX, MEB, MET, ATG, Microsonde, en source synchrotron) ;
• Expériences chimiques de sorption sur des matériaux lamellaires ;
• Analyses de solutions (HPLC) ;
• Modélisations scientifiques (Fullprof, PHREEQC) ;
• Création de programmes via des codes informatiques (Python, Matlab).

Compétences développées :
• Étude de matériaux lamellaires ;
• Rédaction de rapports et d'articles scientifiques (Français & Anglais) ;
• Participation à des congrès français et internationaux (Français & Anglais) ;
• Enseignement pour des Licence et Master à l'Université d'Orléans et Polytech.

Mots-Clés : Hydroxyde Double Lamellaire -Échange anionique - Rouille Verte - Fougèrite,

Financement : Bourse Région Centre-Val de Loire

Période : Octobre 2017 - Octobre 2020

Valorisation (Articles, congrès) :
Agnel et al. Influence of green rust structure on anion exchange processes. Poster au YNHM 2018.
Récompense pour le meilleur poster dans la section Sciences de la Terre et des Planètes.

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PhD title: Kinetics and mechanisms of anion exchange processes in nanocrystalline green rusts

Supervisors: Christophe Tournassat & Sylvain Grangeon

Project summary:
Nanocrystalline oxides are ubiquitous in the environment. These minerals are of prime interest to the understanding of ion, nutriments, water and organic pollutants fate in low temperature surficial environments such as the critical zone. Their minute size leads to a large surface to volume ratio, and thus to a large density of reactive border sites. Reactivity is reinforced when these oxides are lamellar, meaning that they are built of layers of atoms separated by an interlayer space. Amongst lamellar minerals, fougérite has a prominent role in the control of geochemical interactions in gleysols. This mineral has been overlooked in soils for many years because of its nanometer range size, and its strong reactivity towards atmospheric oxygen that transforms it into iron oxides. Fougèrite is a layered double hydroxide mineral that exhibits strong anion adsorption properties, and which makes it a major player in the control of (oxy-)anions (e.g. Cl-, NO3-) cycling in hydromorphic soils. Fougèrite stability, and thus presence, in soil is largely controled by redox conditions. Consequently, the presence of Fougèrite is controled by external forcing in soil systems such as seasonal cycles or climatic changes. The quantification of the reactivity of Fougèrite is thus a key aspect in our understanding of present and future (bio)geochemical cycles of anionic compounds in gleysols.
The PhD. Thesis project focuses on basic mechanisms of adsorption processes at the surfaces of Fougèrite and on their influence on its crystallography and stability. The primary objective of the thesis is to quantify reaction pathways both thermodynamically and kinetically. This information will make it possible to improve our models for the transfers of anionic species in soils. Adsorption mechanisms will be studied using batch adsorption isotherms and kinetic experiments, combined to solid analyses, which be carried out using X-ray diffraction (including pair distribution function – PDF – measurements on synchrotron light sources), high-resolution transmission electron microscopy, and EXAFS and Mössbauer spectrometries. These analyses will enable linking the macroscopic adsorption properties to changes in the fougérite structure. In turn, the mechanistic description of adsorption processes will serve as the basis for building quantified adsorption models such as anion exchange and surface complexation models. These models could be further implemented in reactive transport models in order to study the influence of redox cycling on fougérite reactivity and anion mobility in soils.

Methods:
• Synthesis of layered minerals ;
• Experiments under anoxic conditions (Glovebox) ;
• Solid materials analysis (XRD, TEM, TGA, EPMA, experiments in synchrotron) ;
• Analytical chemistry (HPLC) ;
• Scientific modelling (Fullprof, PHREEQC, Python, Matlab).

Developed skills:
• Study of layered materials ;
• Writing of scientific papers (English & French) ;
• Participation at scientific conferences (English & French) ;
• Teaching for bachelor and master student at Université d'Orléans and Polytech.

Keywords: Layered Double Hydroxyde - Anoxic Exchange Experiments - Green rust - Fougèrite

Source of funding: Scholarship for the Centre-Val de Loire region

Period: October 2017 - October 2020

Scientific production (Article, Conference) :
Agnel et al. Influence of green rust structure on anion exchange processes. Poster at YNHM 2018.
Award for the best poster in the Earth and Planetary Sciences.