Thèses en cours

Nom de l’étudiant : Yacine Malik CHAIB DRAA
Titre de la thèse : 3D ED pour la localisation des cations dans les zéolithes
Directeur de thèse : Jean-Louis PAILLAUD
Co-encadrants : Taylan ORS, Irena Déroche

Résumé : La nature et la disposition des cations dans les zéolithes influencent considérablement leurs propriétés physico-chimiques. Cependant, leur localisation reste un défi en raison de la taille trop réduite des cristaux pour une utilisation de la diffraction des rayons-X (DRX) sur monocristaux. La localisation des cations est généralement effectuée par DRX sur poudre ou par diffraction des neutrons via la méthode de Rietveld. Pour les structures complexes, cette analyse peut être problématique en raison du chevauchement important des raies de diffraction. La diffraction électronique conventionnelle est bien adaptée pour effectuer une diffraction sur des monocristaux de tailles nanométriques mais la présence des effets dynamiques rend l’interprétation des intensités diffractées difficile pour l’affinement de la structure La diffraction électronique 3D (3D ED) avec précession, réalisée sur un microscope électronique en transmission (TEM), s’impose comme une solution innovante. Cette méthode atténue les effets dynamiques des interactions électrons-matière, permettant une extraction fiable des intensités de Bragg pour une analyse cristallographique standard. De plus, la 3D ED permet de résoudre des structures dans des échantillons multiphasiques complexes, comme les zéolithes naturelles. Le but de ce travail est d’étudier par 3D ED la distribution cationique d’une nano faujasite Y synthétisée. La résolution structurale obtenue pour la forme sodique et après échange avec des cations K+, Mg2+ et Ca2+ a permis une localisation précise de ces ions. Ces avancées ouvriront des perspectives prometteuses pour l’étude des zéolithes et d’autres matériaux nanocristallins.

Nom de l’étudiant : Marie FROEHLY
Titre de la thèse : Développement d’une nouvelle génération de matériaux composites à base de MOF aux propriétés d’adsorption inédites pour des applications dans les domaines agroalimentaire, cosmétique et pharmaceutique.
Directeur de thèse : Vincent ROUCOULES
Co-encadrants : Jean DAOU, Gérald CHAPLAIS

Résumé : La contamination moléculaire constitue un problème important pouvant affecter considérablement la qualité et la performance d’un médicament, d’un aliment ou d’un produit cosmétique et, en conséquence, la santé des consommateurs. En effet, selon l’environnement thermique et les conditions de stockage des produits, certaines molécules polluantes et/ou odorantes, provenant de l’air (humidité, dioxygène) ou du dégazage des matériaux constitutifs de l’emballage (Composés Organiques Volatiles (COVs)), peuvent accélérer les processus de maturation et de dégradation. Grâce à des compositions chimiques et des structures microporeuses très variées, qui leur confère de remarquables capacités d’adsorption, les Metal-Organic Frameworks (MOFs) s’avèrent être des solides de choix pour piéger ces molécules contaminantes. L’objectif de ce projet de recherche, en collaboration avec l’industriel APTAR CSP Technologies, est d’identifier, d’étudier, de mesurer les performances en adsorption d’eau, de dioxygène et de COVs de matériaux adsorbants de type MOF sous forme de poudre ou intégrés dans des composites MOFs/polymères. Ces travaux visent à élaborer des emballages actifs améliorant la conservation des produits stockés.

Nom de l’étudiant : Thi Thuy Dung NGUYEN
Titre de la thèse : Nanocristaux de pérovskites semi-conducteurs confinés dans des matrices micro- et mésoporeuses pour la photoréduction de CO₂
Directeur de thèse : Andrey RYZHIKOV

Résumé : Le sujet de la thèse fait partie du projet ANR EncaPer qui sera réalisé en collaboration avec le laboratoire Systèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Énergie et la Santé (SyMMES) de Grenoble et l’Institut de Chimie et Procédés pour l’Energie, l’Environnement et la Santé (ICPEES) de Strasbourg. Il est consacré à la synthèse de clusters et de nanoparticules de pérovskites halogénées encapsulées dans les matrices micro- et mésoporeuses. Les pérovskites halogénées AMX₃ et A₃M₂X₉ (A+ est un cation inorganique ou organique monovalent : Cs⁺, Rb⁺, méthylammonium [CH₃NH₃]⁺, M un cation métallique bivalent ou trivalent comme le Pb²⁺, Sn²⁺, Bi³⁺ et X un anion halogénure I^–, Br^– ou Cl^–) sont une nouvelle classe de matériaux semi-conducteurs peu coûteux, efficaces et facilement mis en œuvre pour le photovoltaïque, l’émission de la lumière ainsi que pour la photocatalyse. Les nanocristaux de ces matériaux présentent un intérêt particulier dû à l’effet de confinement quantique qui peut influencer leurs propriétés optoélectroniques. L’obtention de nanocristaux ou de clusters confinés dans les matrices micro- et mésoporeuses telles que les zéolites et les silices ayant une morphologie et une taille de pores contrôlée dans la gamme de 0,5 à 10 nm, présente un grand intérêt. Ce confinement devra permettre d’améliorer la stabilité des nanocristaux ainsi que d’étudier l’effet de leur forme et leurs dimensions sur leurs propriétés optiques, électroniques et photocatalytiques.

Nom de l’étudiant : El Batoul ZERIFI
Titre de la thèse : Étude des propriétés d’adsorption du radon, du xénon et de, leurs mélanges dans les matériaux microporeux, en combinant différentes techniques de simulation moléculaire et en étroite collaboration avec l’expérience.
Directeur de thèse : Jean-Louis Paillaud
Co-encadrants : Irena Déroche, Taylan ORS

Résumé : La recherche de la matière noire et de la double décroissance beta sans émission du neutrino constitue une thématique de recherche prioritaire en physique nucléaire. La mise en évidence de leur signature expérimentale nécessite des détecteurs ultrasensibles, avec une maîtrise totale des bruits de fond altérant les mesures. Les détecteurs sont basés sur des cibles formées des gaz monoatomiques (xénon) liquéfiés. Cependant le radon, un gaz radioactif présent à l’état de trace dans la cible constitue une source importante de bruit de fond. Il apparaît alors essentiel de purifier la cible, constituée du xénon de toute trace de radon. La réactivité de ces deux gaz monoatomiques est très limitée et en plus, leurs dimensions atomiques sont très proches. La purification de la cible du radon s’avère alors être un véritable challenge. Dans le domaine de la séparation des gaz, certains matériaux microporeux, tels que les zéolithes ont montré un fort potentiel. Par conséquent, l’objectif de la thèse, dans le cadre du projet ANR Innovative mateRials for Extreme radoN capturE est d’optimiser les paramètres des zéolithes afin qu’ils adsorbent sélectivement le radon dans un mélange avec le xénon. Une combinaison pertinente de différents outils de simulation moléculaire sera déployée dans ce but.

Mots-clés : adsorption, simulation moléculaire, Monte Carlo, dynamique moléculaire, DFT, zéolithes, radon, xénon

Nom de l’étudiant : Camille STUDER
Titre de la thèse : Développement de matériaux adsorbants zéolithiques régénérables pour la dépollution des eaux souterraines contaminées par des Composés Aromatiques Polycycliques Oxygénés (CAP-O)
Co-directeur de thèse : Angélique SIMON-MASSERON
Co-encadrants : Habiba NOUALI

Résumé : Dans les pays industrialisés, de nombreux sols sont contaminés par des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), des composés toxiques et cancérigènes. Seize d’entre eux, classés comme polluants prioritaires par l’US EPA (US Environmental Protection Agency), sont surveillés en raison de leur toxicité et de leur présence fréquente. Cependant, d’autres composés, les Composés Aromatiques Polycycliques Oxygénés (CAP-O), issus notamment de la dégradation des HAP, posent également des risques pour la santé et l’environnement. Plus solubles que les HAP, les CAP-O migrent plus facilement dans les eaux souterraines, étendant ainsi la pollution. Certaines méthodes de dépollution existantes pour éliminer les HAP, comme l’oxydation chimique ou la biodégradation, favorisent la formation des CAP-O. Il est donc essentiel de développer des solutions efficaces pour éliminer ces derniers. Ce projet de thèse vise à concevoir un procédé innovant et économiquement viable pour traiter à la fois les HAP et les CAP-O dans les eaux souterraines. La stratégie retenue repose sur l’utilisation d’adsorbants minéraux poreux régénérables pour piéger ces contaminants. Cette approche permettra de valider un procédé de dépollution, étape clé avant une éventuelle industrialisation.