Nanomatériaux hybrides hydroxydes doubles lamellaires-oxydes de fer pour l'adsorption des PFAS à chaîne courte et ultracourte : relations structure-réactivité

Les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) constituent une famille de contaminants persistants largement retrouvés dans les milieux aquatiques. Parmi eux, les PFAS à chaîne courte et ultracourte, et notamment l’acide trifluoroacétique (TFA), présentent une mobilité élevée dans l’eau et sont difficilement éliminés par les procédés conventionnels de traitement. Le développement de matériaux adsorbants spécifiquement adaptés à ces composés représente ainsi un enjeu environnemental majeur.

Cette thèse vise à développer de nouveaux nanomatériaux hybrides associant des hydroxydes doubles lamellaires (HDL) et des oxydes de fer, afin d’exploiter la complémentarité de leurs propriétés de surface et d’adsorption vis-à-vis des PFAS, tout en bénéficiant des propriétés magnétiques de la magnétite pour faciliter la récupération des matériaux après traitement. Différentes stratégies de synthèse et différentes compositions seront étudiées afin de moduler la structure et les propriétés physicochimiques et de surface des nanohybrides. L’objectif sera notamment de déterminer comment la nature, la proportion et l’organisation des différentes phases, ainsi que les propriétés des interfaces formées, gouvernent les interactions entre les nanohybrides et les PFAS.

Les interactions et les performances d’adsorption seront étudiées en premier lieu vis-à-vis du TFA, choisi comme composé modèle à chaîne ultracourte, puis vis-à-vis d’autres PFAS à chaîne courte. Les matériaux seront caractérisés par des approches complémentaires (DRX, spectroscopies Raman, infrarouge, XPS et Mössbauer, microscopie électronique, etc.) et les PFAS seront quantifiés en phase aqueuse, notamment par chromatographie ionique et LC-MS(/MS). La mise en relation des conditions d’élaboration, de la composition, de la structure et des propriétés de surface des matériaux avec leurs performances d’adsorption permettra d’établir les relations structure-réactivité et d’élucider les mécanismes d’interaction aux interfaces nanomatériau-PFAS.

Le/la candidat(e) devra être titulaire d’un Master 2 ou d’un diplôme d’ingénieur en chimie, chimie des matériaux ou physicochimie. Un intérêt marqué pour la synthèse et la caractérisation des matériaux ainsi que pour l’étude physicochimique des interfaces est attendu. Une expérience en adsorption, matériaux lamellaires, spectroscopies ou chimie analytique constituera un atout. Le/la candidat(e) devra également faire preuve de rigueur, d’autonomie et d’un goût pour le travail en équipe dans un environnement collaboratif.

Contexte de travail

La thèse sera réalisée au Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour les Matériaux et l’Environnement (LCPME, UMR 7564 CNRS-Université de Lorraine), sur le site de Villers-lès-Nancy, au sein de l’équipe SIMAVI.

Elle s’inscrit dans le cadre du projet ANR INOMAT-PF “Matériaux hybrides inorganiques innovants pour une décontamination sûre des PFAS”, qui vise à développer de nouveaux matériaux hybrides pour l’adsorption des PFAS à chaîne courte et ultracourte dans les eaux et à comprendre les mécanismes d’interaction gouvernant leur adsorption aux interfaces. Le/la doctorant(e) sera intégré(e) à l’équipe SIMAVI et bénéficiera de l’environnement scientifique et instrumental du LCPME, notamment de la plateforme de Spectroscopies et Microscopies des Interfaces (SMI).

Contraintes et risques

Les travaux seront réalisés dans un laboratoire de chimie et impliqueront la manipulation de réactifs chimiques et de solutions contenant des PFAS. Ils nécessiteront le respect des procédures de sécurité et des règles spécifiques de gestion des produits et déchets contenant des PFAS.

Le Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour les Matériaux et l’Environnement (LCPME, UMR 7564 CNRS-Université de Lorraine) est une unité pluridisciplinaire dont les recherches portent principalement sur l’étude des interfaces minérales et biologiques en milieux aqueux. Ses travaux visent notamment à comprendre la réactivité des surfaces solides - phases minérales, matériaux hybrides et nanomatériaux - au contact de milieux aqueux, avec des applications dans les domaines de l’environnement et des matériaux. Le laboratoire associe des compétences en physicochimie, spectroscopies, électrochimie et microbiologie.

Le/la candidat(e) devra être titulaire d’un Master 2 ou d’un diplôme d’ingénieur en chimie, chimie des matériaux ou physicochimie. Un intérêt marqué pour la synthèse et la caractérisation des matériaux ainsi que pour l’étude physicochimique des interfaces est attendu. Une expérience en adsorption, matériaux lamellaires, spectroscopies ou chimie analytique constituera un atout. Le/la candidat(e) devra également faire preuve de rigueur, d’autonomie et d’un goût pour le travail en équipe dans un environnement collaboratif.