Matériaux vitreux à séparation de phase pour la dépollution et la régulation du pH des eaux contaminées – Approche fondamentale et appliquée // Phase-separated glasses for the remediation and pH regulation of contaminated water – Fundamental and applied a

Contexte et enjeux scientifiques :
La pollution des eaux par les métaux lourds et l'acidification des océans constituent deux défis environnementaux majeurs, menaçant la biodiversité et la santé publique [1,2]. Si les matériaux adsorbants classiques (charbons actifs, polymères, zéolithes) sont largement étudiés, le potentiel des verres d'oxydes — et en particulier des verres présentant une séparation de phase — pour une double fonction de régulation du pH et d'adsorption sélective des métaux lourds reste inexploré [3,4,5,6,7]. Ce projet propose d'étudier l'altération contrôlée de verres complexes démixés dans des milieux aqueux agressifs, afin d'exploiter leur capacité à modifier localement leur environnement (pH, ions métalliques) et à développer des surfaces nanoporeuses à haute capacité d'échange.
Objectifs de la thèse :
• Comprendre les mécanismes d'altération de verres séparés en phases dans des milieux aqueux modèles puis complexes (eau de mer, solutions contaminées).
• Évaluer leur capacité à adsorber les métaux lourds (Pb, Cd, Hg, Cu) et à tamponner le pH.
• Concevoir et optimiser des compositions vitreuses adaptées à des applications de dépollution dans des environnements marins confinés (aquariums, bassins d'aquaculture).
Méthodologie et techniques utilisées :
• Synthèse de verres homogènes et démixés.
• Caractérisations microstructurales et structurales (MEB, TEM, DRX, spectroscopie RMN) et de surface (IBA, XPS, ToF-SIMS).
• Etude des mécanismes d'altération en phase liquide des verres parents.
• Suivi des solutions d'altération par ICP-MS, complexométrie, pH-métrie.
• Analyses isotopiques (H₂¹⁸O, D₂O) pour suivre les cinétiques réactionnelles.
• Études en milieu réel (eau de mer propre ou contaminée) et à échelle pilote.
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Scientific context and challenges:
Water pollution by heavy metals and ocean acidification are two major environmental challenges, threatening biodiversity and public health [1,2]. While conventional adsorbent materials (activated carbons, polymers, zeolites) are widely studied, the potential of oxide glasses, particularly those exhibiting phase separation, for the dual function of pH regulation and selective heavy metal adsorption remains unexplored [3,4,5,6,7]. This project proposes to investigate the controlled alteration of complex phase separated glasses in aggressive aqueous environments, to harness their ability to locally modify their environment (pH, metal ions) and to develop nanoporous surfaces with high exchange capacity.
PhD Objectives:
• Understand the alteration mechanisms of phase separated glasses in model and then complex aqueous media (seawater, contaminated solutions).
• Evaluate their capacity to adsorb heavy metals (Pb, Cd, Hg, Cu) and to buffer pH.
• Design and optimize glass compositions suitable for remediation applications in confined marine environments (aquariums, aquaculture pounds).
Methodology and techniques used:
• Synthesis of homogeneous and phase separated glasses.
• Microstructural and structural characterizations (SEM, TEM, XRD, NMR spectroscopy) and surface analyses (IBA, XPS, ToF-SIMS).
• Study of the alteration mechanisms of parent glasses in liquid phase.
• Monitoring of alteration solutions by ICP-MS, complexometry, pH-metry.
• Isotopic analyses (H₂¹⁸O, D₂O) to track reaction kinetics.
• Studies in real environments (clean or contaminated seawater) and at pilot scale.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Financement d'un établissement public Français

Université d'Orléans

552 Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU

• Master 2 ou diplôme d'ingénieur en science des matériaux, physique, chimie, chimie des matériaux. • Intérêt marqué pour le travail expérimental, les matériaux verriers, les phénomènes d'interface et les applications environnementales Expérience et connaissance en caractérisation de matériaux (spectroscopie, microscopie, analyse de surface) appréciée. • Autonomie, rigueur expérimentale, curiosité scientifique et aptitude au travail interdisciplinaire. • Maîtrise du français et de l'anglais scientifique.
• Master's degree (M2) or engineering degree in materials science, physics, chemistry, or materials chemistry. • Strong interest for experimental work, in glass materials, interfacial phenomena, and environmental applications. • Experience in materials characterization (spectroscopy, microscopy, surface analysis) is appreciated. • Autonomy, experimental rigor, scientific curiosity, and ability for interdisciplinary work. • Proficiency in French and scientific English.