SUR CERTAINS ETATS EXOTIQUES DE L’EAU LIQUIDE EN MILIEU NATUREL
Résumé
Je rends compte dans ce mémoire de recherches articulées autour d'un thème général qui pourrait s’intituler : Physico-chimie des systèmes naturels métastables, avec une application majeure sur la zone non saturée des sols, et quelques ouvertures à d’autres milieux. Ce travail est basé sur l’utilisation systématique de la thermodynamique macroscopique à l’équilibre, jusqu’à des échelles mésoscopiques (nanométriques) et pour des phases métastables c’est-à-dire transitoires (durée de vie finie). Dans l’introduction générale, les caractéristiques de l’état métastable sont détaillées, spécialement ses critères de définition et leurs conséquences pratiques, et les principales données expérimentales disponibles. Le chapitre I est l’occasion d’aborder le lien des interfaces eau-air courbes avec la métastabilité, et d’introduire les phénomènes de capillarité. Quelques propriétés des solutions capillaires, avec leurs modes de calcul, illustrent l‘intérêt géochimique de cette approche. Le chapitre II poursuit en élargissant la discussion aux équilibres chimiques capillaires avec l’introduction d’une notion-clé, l’isobarie-anisobarie. En deux mots, tout ce travail a consisté à établir le plus clairement possible combien l’étirement de structure intrinsèque à l’eau capillaire (“stretched water”) lui confère des propriétés de solvant particulières vis-à-vis des solides et des gaz présents à son contact. L’investigation a été étendue jusqu’aux solides granulaires des sols, et aux relations potentielles entre courbure extérieure, cristallinité, altérabilité et milieu de germination-croissance. Le chapitre III poursuit en ouvrant le débat vers les films d’adsorption, en se posant la question de l’état de l’eau là, tout en cherchant un moyen d’en donner les propriétés thermodynamiques. Quand on considère l’humidité des sols, une distinction classique permet de définir les ponts capillaires, objet des recherches précédentes, et les films d’adsorption, présents à la surface des solides dans les milieux granulaires. Cette distinction se fait généralement sur un critère d’éloignement du solide, qualitativement juste. Ce critère permet d’unifier les considérations et mesures faites classiquement sur ces films avec celles qu’on peut faire sur l’eau piégée dans des pores nanométriques (“eau confinée”), où la proximité des solides est telle que toute l’eau est sous l’influence des champs de surface. De ce fait, certaines conclusions obtenues sur des considérations capillaires semblent valables pour les milieux saturés nano-poreux. Une dernière ouverture est faite au chapitre IV par un travail sur un milieu saturé nano-poral particulier : l’interface organisme-squelette carbonatée où se réalise le plus souvent la bio-minéralisation. Quoique les observations démontrent sans équivoque le contrôle par une espèce vivante donnée de la cristallographie/minéralogie de son squelette calcaire, les processus à l’oeuvre sont encore mal connus, et le rôle du confinement de l’eau apparaît potentiellement fructueux.
Domaines
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