pierre.levitz@upmc.fr

Physicochimie pour l’environnement

P. LEVITZ CNRS-UPMC-PECSA-NOV 2011 1

2

Modélisation et dynamiqueMulti-échelles

P. Turq, M. Jardat

Colloïdes InorganiquesV Cabuil, C. Menager

Sciences analytiques,Bioanalytiques, diagnostic

et miniaturisationV. Pichon , P. Gareil

Colloïdes et Matériaux divisés

J. Bibette

Electrochimie et liquides ioniques

H. Groult, D. Devilliers

Physicochimie aux échelles colloïdalesApproche multiéchelle en temps et espace

Développement d’outils de chimie analytique fins

PhysicoChimie et développement durable

EnvironnementEnergie Santé- Liquides Ioniques:

CaloporteursProduction Fmilieux de synthèse

- Super-capacités

- Accumulateurs au Li

- Pyrochimie

- Synthèse de colloïdes magnétiques

- Agents de contraste RMN

-Hyperthermie

-Vectorisation colloïdale

-Interface colloïdes/milieu biologique.

-Tissus osseux

- Engineering des colloïdespour le traitement des eaux

-Transport multiéchelleen confinement (H2O, ions,CO2,colloïdes)

- Géomatériaux poreuxmultiéchelles:argile, roches pétrolières,matériaux de la construction

Chimie analytique, Bioanalytique, diagnostic et miniaturisation

(I)

(II)

(III)(IV)

I-1/ Chimie analytique, Bioanalytique, diagnostic et miniaturisation

PUMP

Detector

1 D separation

2 separations of the whole sample (2 D)- No loss of separation capacity in each dimension- 2 separation mechanisms (orthogonality, selectivity)- Use of chemometric tools to fully compare the obtained chromatograms

Comprehensive 2D

????

AlkanesMono Aromatics

PAH

Analysis of complex samples

I-2/ Chimie analytique, Bioanalytique, diagnostic et miniaturisation

Separation by electro-chromatography on chip of PAHson organic monolith (AMPS-HA-

BDDA)

50 µm

Wech

Welec

5 cm x 50 µm x 20 µm

8-10 cm

detection

Pretreatment Separation

•In situ synthesis of imprinted polymer(monolith)•In situ synthesis of monolith of organosilanes (sol-gel) and covalent immobilization of biomolecules

Schlumberger

On-chip gaschromatography

Miniaturization for field analysis

II-1/ Engineering des colloïdes pour le traitement des eaux

Ferrofluide (maghémite ou magnétite)

coating

CPC (TA +)

Adsolubilisation de polluants organiques

citrate

Adsorption de metaux

encapsulation

Matrice inorganique Matrice organique billes à base d’alginate ou chitosane

billes à base de silice

0,2 mm

II-2/ Engineering des colloïdes pour le traitement des eaux

Billes magnetiques à base de biopolymères organiques formulations testées

S

N

NN+

Matériau magnétique : NP maghémite ou

magnétite

Matrice Composéadsorbant Polluant

coating citrate (chargé -)

Alginate

Pb2+

Charbon actif Orange méthyl (OM)Bleu de méthylène (BM)

Cyanex 272* Co2+ et Ni2+

Non fonctionnalisé(chargé +)

Chitosane Orange méthyl

*Cyanex 272 : (acide di (2,4,4,-triméthylpentyl) phosphinique)

P

CH3

CH3

CH3

CH3CH3 CH3

CH3

CH3

O

OH

BM

NN SO3

N

-OM

II-3/ Engineering des colloïdes pour le traitement des eaux

1

3

2

III-1/ Couplage transport-structure dans les géomatériauxPoreux (H2O, CO2, ions, colloïdes)

~ 1

nm

~ 100 nmArgile

Roches petrolières

• « grands instruments » (partenariats externalisés)• expériences en interne (plate-forme électrocinétique)• collaborations

1ns1ps 1 s

Diffusion de neutrons

Diffusion de rayons X

Spectroscopie diélectrique large bande,

conductivité électrique

Mesures électrocinétiques

RMN à gradient de champ pulsé

Diffusion de traceurs

Cinétique d’extraction

liquide/liquide

Calorimétrie

Méthodes expérimentalesMéthodes expérimentales

Diffusion de lumière

expériences magnéto-optiques

III-2/ Couplage transport-structure dans les géomatériauxPoreux (H2O, CO2, ions, colloïdes)

• Différents niveaux de description• Passage d’une échelle à l’autre (Modélisation à gros grains)

1ns1psnoyaux et électrons

atomes et molécules

échelle humaine1 s

Dynamique moléculaire ab

initio

Dynamique moléculaire

classique

Simulations Monte-Carlo

modèles àsolvant continu

Dynamique brownienne

Méthodes sur réseaux (Lattice-Boltzmann

electrokinetics)

Méthodes analytiques(Thermodynamique et

transport)

Méthodes de modélisationMéthodes de modélisation

Stochastic Rotational Dynamics

III-3/ Couplage transport-structure dans les géomatériauxPoreux (H2O, CO2, ions, colloïdes)

12

X-ray Tomography(3D)

X ray microscopy (2D and 3D for thick sections,above several m )

Length

1A 1nm 10 nm 0.1m 1m 10 m 100 m 1 mm 1 cm

TEM (2D transmission or 3D thin sections <100 nm)

SEM (2D section) SEM-FIB (3D destructif)

(U) SANS, (U) SAXSDiffraction

P. LEVITZ CNRS-UPMC-PECSA-NOV 201112

IV-1/ Imagerie 3D par rayon X des géomatériaux multiéchelles

13

3 D RECONSTRUCTION

PROJECTION IMAGE

PROJECTION IMAGE

13P. LEVITZ CNRS-UPMC-PECSA-NOV 201113

P. LEVITZ CNRS-UPMC-PECSA-NOV 2011

Soleil, SWING line, Dec 2008

CEM I, LCPC, 1.5 year old

P. Levitz, L. Michot, I. Bihannic, S. Brisard, P. Guttmann (2009)American mineralogist 2011

8.6 m

14

P.Levitz, L. Michot, P. Guttman (BESSY, May 2009, June 2010)

Organization of a clay cake (resolution=15 nm)

15P. LEVITZ CNRS-UPMC-PECSA-NOV 201115

P. LEVITZ CNRS-UPMC-PECSA-NOV 201116

Merci de votre attention