Magnetochimie de nanostructures d’oxydes de fer : Indicateurs de changements environnementaux | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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Paléomagnétisme

  Magnetochimie de nanostructures d’oxydes de fer : Indicateurs de changements environnementaux

Participants hors IPGP : 
Yohan Guyodo
Jessica Till
Pierre Bonville
Georges Ona-Nguema
Guillaume Morin
Nicolas Menguy
Philippe Sainctavit
Claire Carvallo

MaNOFe (projet ANR 2011-2014) vise à mieux comprendre les propriétés magnétiques des oxydes de fer présents dans les sols, à discriminer les propriétés physico-chimiques des assemblages de minéraux présents dans les sols a différents moments de la formation des sols et, à partir des propriétés magnétiques de sols et paléosols, à déterminer les variables climatiques dominantes à un site donné et à un temps donné. Les objectifs scientifiques de notre projet nécessitent, par conséquent, de mettre l’emphase sur les techniques utilisées pour (1) l’analyse d’échantillons naturels de sols modernes développés sur loess et (2) la synthèse et l’analyse de nanoparticules d’oxydes de fer.

 

Afin de répondre à ces objectifs, nous pratiquons des expériences d'oxydation et de réduction sur des échantillons naturels et synthétiques, avec control des environnements initiaux, des surfaces minérales, et des types de réaction. Notre consortium a accès à tous les outils et techniques qui seront nécessaires pour assurer la caractérisation des produits initiaux et finaux, aussi bien que des caractéristiques expérimentales de la réaction (par exemple, étude de transfert de charge, de la cinétique de la réaction, de la réactivité). Le projet s'organise en deux tâches principales :

  • La synthèse de nanoparticules d’oxydes de fer appropriés, l'extraction des oxydes de fer naturels des séquences de loess, et les expériences d’oxydation/réduction simulant des conditions climatiques et environnementales normales.
  • Les signatures magnétiques des échantillons naturels et synthétiques, et de leurs produits de conversion.

 

Dans le cadre de la première tâche, la synthèse d’oxydes et d’oxyhydroxydes de fer est faite selon des protocoles déjà utilisés à l’Université du Minnesota et à l’IMPMC. Les échantillons naturels proviennent, pour leur part, de différents sites en Europe et Amérique du Nord. Pour les expériences de réduction, en particulier, plusieurs méthodes sont utilisées. Notamment, nous comparons les résultats de réductions abiotiques (utilisant en particulier l’hydroquinone, ou bien du Fe2+ adsorbé) aux résultats de réductions biotiques utilisant les bactéries réductrices de fer de type  Shewanella putrefaciens. Les techniques que nous utilisons pour caractériser les échantillons sont la diffraction par rayons X, la microscopie électronique par transmission (HRTEM, EELS), le rayonnement synchrotron (EXAFS), la diffraction de neutrons, et la spectrométrie Mössbauer.  

 

Dans le cadre de la seconde tache, nous souhaitons mieux contraindre les propriétés magnétiques de la ferrihydrite, la lépidocrocite, la nano-goethite et la nano-maghémite. Nous souhaitons étudier l’évolution de ces propriétés lorsque des substitutions ou des adsorptions de cations se produisent. Nous souhaitons en outre étudier comment les propriétés magnétiques évoluent lors des expériences de réduction et d’oxydation. Les techniques que nous utilisons sont la spectroscopie Mossbauer, la magnétométrie à basse température, la méthode FORC (First Order Reversal Curve) et le XMCD (X-ray Magnetic Circular Dichroism).