Laboratoire Charles Coulomb UMR 5221 CNRS/UM2 (L2C)

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Diffusion et adsorption de l’hydrogène à l’échelle subnanométrique dans les verres d’oxydes

Encadrants : Coralie WEIGEL - RUFFLE Benoît

par Christelle EVE - publié le

Diffusion et adsorption de l’hydrogène à l’échelle subnanométrique dans les verres d’oxydes

Présentation détaillée :
Le verre est un matériau essentiel dans les technologies émergentes et constitue un champ de recherche fondamentale actif et stimulant. Il présente des propriétés intéressantes en raison de son caractère amorphe, qui sont loin d’être entièrement comprises. Parmi elles, on trouve la solubilité des gaz et son impact sur la structure du verre à moyenne distance : des travaux récents ont mis en évidence une très forte solubilité de l’hélium et du néon dans la silice vitreuse (SiO2) à haute pression et à température ambiante : 1,3 mole d’He et 0,5 mole de Ne par molécule de SiO2 à 6 GPa. Cette importante adsorption inattendue dans les sites interstitiels de la matrice vitreuse s’accompagne d’une forte diminution de la compressibilité apparente. Ces deux phénomènes montrent que la silice se comporte comme un matériau poreux à l’échelle sub-nanométrique et remettent en question les mécanismes, acceptés jusqu’à maintenant, d’adsorption physique des atomes de gaz dans le volume libre de la matrice rigide. Lors de la décompression, il y a désorption du gaz introduit dans la matrice vitreuse qui retrouve ses caractéristiques originales.

Le sujet du stage portera sur l’étude de l’adsorption et du transport de l’hydrogène dans la silice vitreuse. En effet la réactivité entre celle-ci et les molécules d’H2 pourraient conduire à la synthèse sous pression de nouveaux matériaux. L’utilisation d’une compression à haute température devrait faciliter l’adsorption des molécules d’hydrogène qui vont se trouver piégées lors de la décompression à température ambiante. Le projet, à l’interface entre la physique et la science des matériaux, propose de combiner des techniques de spectroscopie (Brillouin, Raman), dans un premier temps, et des études expérimentales structurales (diffraction X) avec des simulations numériques, dans un deuxième temps, pour mieux comprendre les mécanismes microscopiques de l’adsorption d’H2 dans la matrice vitreuse sous fortes contraintes et les relations complexes entre l’adsorption de fluide, la réponse mécanique et les modifications structurales. Le sujet pourra ensuite s’étendre à l’adsorption dans d’autres systèmes simples comme GeO2 ou B2O3. Cette thématique est développée en collaboration avec des équipes hors de Montpellier : Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie à Paris (IMPMC et Rensselaer Polytechnic Institute à Troy (USA).

Dans le cadre du stage de Master, l’étudiant mènera les premières études de la silice sous pression d’hydrogène par diffusion Brillouin et Raman. La suite du projet fera l’objet d’un sujet de thèse.

Encadrants :
WEIGEL Coralie coralie.weigel@umontpellier.fr tél. : 04 6714 3453
RUFFLÉ Benoit benoit.ruffle@umontpellier.fr tél. : 04 6714 3868


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