Retour à la page de la thématique Chimie des éléments f en milieux aqueux et liquides ioniques
Applications :
Bases de données et modélisation. Le rejet dans l’environnement d’actinides et d’autres radionucléides hautement toxiques à la suite d’accidents nucléaires, d’essais d’armes et de traitement/élimination des déchets, contribuent à la contamination radioactive des sols et des eaux de surface. La connaissance du transport des radionucléides dans l’environnement est cruciale, non seulement pour la géochimie fondamentale, que pour l’évaluation des risques posés par le stockage à long terme des déchets nucléaires. L’impact environnemental dépend fortement de la mobilité d’un radionucléide donné dans les systèmes aquatiques environnementaux. L’interaction des radionucléides avec une matière organique naturelle présente un intérêt particulier. En effet, les équilibres complexes avec les espèces organiques présentes dans la phase aqueuse jouent un rôle important dans l’éventuelle dispersion des radionucléides. La formation de tels complexes entraîne généralement des changements significatifs de leurs propriétés de migration dans l’environnement. Nous nous intéressons ici à la spéciation d’un certain nombre d’actinides (U (IV), Th (IV), Pu (IV)), de lanthanides (Eu (III), Ce (IV)) et de cations interférents majeurs (Fe (III) , Al (III)) avec les ligands organiques, comme les acides hydroxamiques (ils appartiennent au groupe des substances naturelles des sidérophores), les acides organiques simples à chaîne courte (ils peuvent être utilisés comme modèles simples de matière organique naturelle compliquée) etc. Ces données peuvent être utilisées pour modéliser le comportement des radionucléides dans l’environnement (sol, eau …) et elles peuvent entrer dans la compilation de base de données (NEA, par exemple).
Instrumentation. Les études de complexation des éléments d- et f- avec les acides hydroxamiques nous aident à obtenir des informations sur les propriétés thermodynamiques, cinétiques et structurales d’espèces complexes formées avec U (IV), U (VI), Th (IV), Zr (IV) et Pu (IV). Ces données peuvent aider à créer des capteurs DGT (diffusive gradient film) pour la surveillance des ions métalliques. Les dispositifs DGT sont utilisés pour l’échantillonnage passif in situ (concentration) de métaux traces dans l’environnement. Pour le moment, il n’existe pas de DGT spécifique capable de discriminer les différentes espèces tétravalentes (An (IV)) des métaux de transition di- ou trivalents. Pour cela, nous souhaitons trouver les chélateurs optimaux et étudier leurs propriétés de chélation avec les ions cités ci-dessus. Ces chélateurs doivent présenter une affinité de liaison et une sélectivité très élevées envers les éléments tétravalents aux valeurs de pH des eaux naturelles, par rapport à tous les autres métaux.
Applications médicales. L’une des applications les plus importantes des données sur la spéciation des ions lanthanides avec des ligands d’acide hydroxamique est une application médicale. Les besoins en nouveaux isotopes se multiplient, non seulement pour augmenter les possibilités d’imagerie/thérapies, mais aussi pour mieux personnaliser les traitements. Afin d’envisager à plus long terme la vectorisation des radionucléides vers les organes à traiter/imager, ce projet aborde également la chélation des ions lanthanides, en premier lieu Tb (III), comme ion “théranostique” (THERApeutic et DiagNOSTIC) intéressant, séduisant et émergent, qui offre 4 radio-isotopes cliniquement intéressants avec des caractéristiques de désintégration physique complémentaires. Les dérivés de DOTA sont actuellement largement utilisés en médecine comme chélateurs des ions Ln (III), formant des complexes extrêmement stables et inertes. Cependant, leur encapsulation complète par ce macrocycle est extrêmement lente et implique plusieurs intermédiaires de faible stabilité capables de se dissocier partiellement in vivo. Ainsi, l’utilisation de nouveaux ligands d’acide hydroxamique est proposée pour surmonter ces obstacles.
Production d’énergie. Le changement de la spéciation dans les couples redox des éléments f- et d- (Eu(III)/Eu(II), Ce(IV)/Ce(III), Fe(III)/Fe(II)…) dans les milieux liquides ioniques peuvent modifier les propriétés de la cellule thermogalvanique. Une cellule thermogalvanique utilise une chaleur pour fournir l’électricité. Le but de ce projet est de trouver le couple redox le plus efficace et le moins cher avec l’environnement complexé approprié. Ces connaissances peuvent aider à créer des dispositifs robustes (générateur thermoélectrochimique) capables de produire de l’électricité à partir d’un flux de chaleur externe. On s’attend à ce que les performances de ces dispositifs surpassent les modules thermoélectriques existants avec la valeur ajoutée d’être rentables, non toxiques, relativement légers et évolutifs en taille. La future application se concentre principalement sur la récupération de la chaleur perdue pour produire de l’électricité à petite échelle (de quelques watts à 100 W) soit dans des environnements distants (portables), soit en conjonction avec une source de production d’électricité plus grande (par exemple, des centrales solaires). Ces générateurs thermoélectrochimiques peuvent être utilisés comme unités d’alimentation en énergie pour les capteurs de puissance sans fil dans les centrales nucléaires ou dans les dépôts de déchets nucléaires et également comme systèmes de cogénération pour améliorer le rendement des centrales nucléaires.