Etude infrarouge et isotopique de l'eau<br />adsorbée et confinée - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2006

Infrared and isotopic study of adsorbed and confined water

Etude infrarouge et isotopique de l'eau
adsorbée et confinée

Résumé

solid or “capillarized” inside porous medium. Two techniques were used to study them. Diffuse Reflectance Infrared spectroscopy made clear that adsorption and confinement (on oxides powders) imply a red-shift of the OH-stretching band of water. It means that water hydrogen bonds strengthened close to a hydrophilic surface. The two situations have been further distinguished using their desorption kinetics behaviour. Second, the liquid-vapor isotopic fractionation factor (a), recorded as a function of RH, showed three main domains. The first (RH < 60%) is characterized by an almost constant a, which was interpreted as defining a bi-dimensional film inside whom solid-liquid interactions predominate. From 60% to 80%, water-water intermolecular interactions made a sensitive to RH. At 80% RH, capillary condensation in thinner pores (10 nm) showed that this type of water has properties different from the bulk which has a greater a value. Semi-quantitative coupling between the results of the two techniques have been tentatively realized, and points to their good consistency.
A des humidités relatives (HR) inférieures à 100% l'eau liquide s'évapore sauf deux types d'eau : l'eau adsorbée et l'eau capillaire dans les poreux. Deux techniques ont été utilisées pour les étudier. D'abord, une étude infrarouge (IR) en réflectance diffuse de l'eau adsorbée sur des poudres d'oxydes et confinée dans une matrice silicatée à porosité contrôlée (MCM-41, f = 4,7nm). Adsorption et confinement sont caractérisés par un décalage vers les hautes fréquences IR du pic principal d'absorption de la bande OH de l'eau interfaciale relativement à l'eau liquide (red-shift). Ceci indique que les liaisons hydrogène de l'eau sont renforcées à proximité d'une surface hydrophile. Une interprétation s'appuyant sur la cinétique de désorption nous a permis de séparer le signal de l'eau adsorbée de celui de l'eau confinée. Ensuite, nous avons étudié le fractionnement isotopique (a) en deutérium de l'eau adsorbée/ confinée par rapport à sa vapeur à l'équilibre isotopique. L'évolution de a avec l'HR montre trois régimes quasi-linéaire, avec une première transition nette à 60% d'humidité relative. A HR < 60% a ne varie pratiquement pas, ce que nous interprétons en qualifiant le film correspondant de bi-dimensionnel (interactions eau-solide prédominantes). Au-dessus de 60% d'humidité relative a varie sensiblement avec l'HR ce que nous interprétons par la mise en place d'un réseau de liaisons intermoléculaires (3D). La deuxième transition se fait à 80% d'HR qui correspond à l'humidité de condensation capillaire dans les nano-pores du substrat utilisé (˜10 nm). Le coefficient de fractionnement a y est encore inférieur à celui de l'eau liquide volumique, ce qui tend à indiquer que l'eau confinée a des propriétés nettement différentes de l'eau liquide Un couplage semi-quantitatif a été ensuite élaboré entre ces deux séries d'expériences, pour en montrer l'homogénéité.
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Dates et versions

tel-00399544 , version 1 (26-06-2009)

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  • HAL Id : tel-00399544 , version 1

Citer

Thierry Richard. Etude infrarouge et isotopique de l'eau
adsorbée et confinée. Sciences de la Terre. Université Paris Sud - Paris XI, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00399544⟩
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