Nous présentons un nouveau réacteur de type plug-flow dédié à valider expérimentalement les simulations de transport réactif. Il reproduit un milieu poreux 1D de grande longueur (6 m) dans lequel un excipient (quartz) et un solide réactif sont percolés par un fluide aqueux dont l'échantillonnage en différents points permet la capture de profils de concentration. La percolation de solutions saturées en CO2 (5-8 bar) à 40-50 °C sur des carbonates (calcite, dolomite) génère un front de dissolution mobile et reproductible. Les écarts entre simulation et expérience concernent la raideur des fronts et la concentration de sortie. Une projection des données expérimentales pour la dolomite montre la stationnarité de la forme du front dans un repère mobile. Cette forme permet d'accéder à l'évolution de la surface réactive en fonction de la proportion de solide dissous, et l'accroissement marqué de celle-ci loin de l'équilibre est relié aux textures ruiniformes observées au MEB. La dissolution du diopside par HNO3 (pH = 2) à 60 °C permet de vérifier la linéarité des profils de concentration prédits par le modèle à l'état stationnaire, loin de l'équilibre. Lors des phases transitoires de dissolution non stœchiométrique, le bilan élémentaire montre l'apparition d'une couche de surface riche en Si. Les observations MEB suggèrent une répartition anisotrope de cette couche à la surface des grains.

Cette thèse présente un modèle numérique 3D par différences finies capable de simuler la diffusion atomique dans les monocristaux. Ce nouvel outil permet : de prendre en compte l'anisotropie de diffusion, de générer un large choix de forme de cristal, de considérer n'importe quelle distribution initiale de concentration, de faire évoluer la concentration de surface en fonction du temps et de choisir, sans restriction, la variation de température en fonction du temps.<br />Le modèle 3D créé a été appliqué à quatre cas d'étude : trois portent sur des expériences de diffusion de l'hydrogène réalisées en laboratoire dans le diopside, la lawsonite et la tourmaline, le quatrième sur des profils de diffusion naturels (Al-Si et O) dans des diopsides des Adirondacks. Ces études illustrent le potentiel du modèle numérique 3D développé pour la description et l'interprétation des profils de diffusion dans les minéraux. Ce nouvel outil sera très utile pour interpréter les zonations de plus en plus fines obtenues à l'échelle du grain à l'aide des techniques analytiques modernes.

A variação da densidade de um compacto de partículas de vidro durante o aquecimento pode ser calculada aproximadamente pelo Modelo de Clusters de sinterização de vidros por escoamento viscoso com cristalização superficial concorrente. Nesse modelo, o efeito do formato das partículas é tratado como um fator de correção e determinado como um parâmetro de ajuste a dados experimentais. Portanto, um parâmetro de forma independente do modelo ainda deve ser considerado para que a cinética de sinterização de vidros possa ser precisamente calculada. A cinética de cristalização de vidros em pó também depende do formato das partículas e pode ser determinada através de Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC). Assim, o objetivo desse trabalho foi acessar o formato de partículas de vidro através do estudo da cinética de cristalização das mesmas, visando posteriormente usar as informações de formato em cálculos cinéticos de sinterização. Para isso, o pico de cristalização de um compacto de diopsídio vítreo em pó foi determinado por DSC e avaliado em função do formato de partículas considerando diferentes morfologias regulares. A cinética de cristalização foi calculada considerando modelos distintos de cristalização de partículas de vidro com nucleação heterogênea na superfície. Os picos de cristalização foram determinados por DSC para um vidro de diopsídio (\'Ca\'\'O\'.\'Mg\'\'O\'.2\'Si\'\'O IND.2\') de composição próxima à estequiométrica, em amostras com diferentes granulometrias, e taxa de aquecimento de 10°C/min. As curvas experimentais foram comparadas com picos de cristalização calculados para pós de vidro de diopsídio com diferentes formatos regulares e granulometrias. A caracterização do formato das partículas iniciais e da microestrutura de compactos de vidros sinterizados não isotermicamente auxiliou na interpretação dos resultados. Os intervalos de temperatura onde ocorrem os picos de cristalização calculados coincidiram com os experimentais, mas o máximo dos picos variou em função da cinética de cristalização para diferentes formatos de partículas. Para o propósito do presente trabalho, observou-se um bom acordo, porém não perfeito, entre as curvas calculadas e experimentais, demostrando-se que DSC é uma técnica promissora para a caracterização de um fator de forma efetivo para o cálculo da cinética de sinterização de partículas de vidro com cristalização concorrente. / The densification rate of glass particle compacts during a temperature rise can approximately be calculated from the so-called Clusters model of sintering with concurrent crystallization, in which the particle shape effect is treated as a correction factor and determined as a fitting parameter. Thus, a model-independent particle shape parameter still has to be considered so that glass sintering kinetics can be precisely calculated. Aiming to access the particle shape effect on the glass sintering kinetics with concurrent crystallization, the crystallization peak of a glass particle compact was determined by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and evaluated as a function of particle shape, regarding distinct regular morphologies. The crystallization kinetics was calculated considering distinct models of glass particle phase transformation. Crystals were considered to nucleate heterogeneously on particles surface. The expected DSC crystallization peaks were calculated for glass particles with near-stoichiometric diopside composition (\'Ca\'\'O\'.\'Mg\'\'O\'.2\'Si\'\'O IND.2\') heated up at a constant rate (10°C/min), and compared with the crystallization peak experimentally obtained for diopside glass powders with irregular shape and different granulometries. The characterization of the initial particle shape and the microstructure of non-isothermally sintered glass compacts aided in the interpretation of the results. The calculated crystallization peaks stand in the same temperature range as the experimental one, although the peak maxima vary as a function of crystallization kinetics due to the different particle shapes. For the purposes of the present research, there was a clear agreement, yet not perfect, between the calculated curves and experimental data, showing that DSC is a promise technique to characterize an effective shape factor to assess the glass particle sinter-crystallization kinetics.

Parcels of diamond crystals from the A154 South kimberlite diatreme, Northwest Territories (n=281), and the Lynx kimberlite dyke, Quebec (n=6598) were examined in terms of colour, size, morphology, and UV fluorescence (A154 South samples only). A subset of stones from each parcel (A154 South: n=60, Lynx: n=20) were cut and polished to expose internal zonation and mineral inclusions. Exposed primary mineral inclusions were quantitatively analyzed for major elements by EMPA. Diamond crystals from the Kelsey Lake kimberlite diatreme, Colorado (n=20), were cut into plates and analyzed for nitrogen aggregation states by FTIR. Twelve of these stones were then analyzed with further subsets from A154 South (n=18) and Lynx (n=16) for carbon isotope ratios and nitrogen abundances by SIMS. Every diamond crystal cut and polished had its internal zonation imaged with CL. Mineral inclusion data from A154 South and Lynx show that the mantle keel of the Slave craton is slightly less depleted than that of the Superior craton, and both are less depleted than those of the Kaapvaal and Siberian cratons. Equilibration conditions plot on hotter geothermal gradients (surface heat flows ~42 mW/m2) than for those of typical Archean cratons (≤40 mW/m2). Equilibration temperatures (~1150-1250°C) are ~100-200°C hotter than previously reported from Kelsey Lake (~1020°C). Kelsey Lake and A154 South samples have carbon isotope ratios and nitrogen contents typical of most diamond populations worldwide. Diamond crystals from Lynx are entirely different, consisting of mostly Type II diamond with δ13C (vs. PDB) values from approximately -3.6 ‰ to +1.7 ‰. These 13C-enriched samples are suggested to be the result of extreme Rayleigh fractionation of diamond from a carbonate fluid and possibly input of carbon sourced from subducted abiotic oceanic crust. Also notable is that growth trends (δ13C-[NT]) for most of the samples studied show little or no consistency with published fractionation models.

Parcels of diamond crystals from the A154 South kimberlite diatreme, Northwest Territories (n=281), and the Lynx kimberlite dyke, Quebec (n=6598) were examined in terms of colour, size, morphology, and UV fluorescence (A154 South samples only). A subset of stones from each parcel (A154 South: n=60, Lynx: n=20) were cut and polished to expose internal zonation and mineral inclusions. Exposed primary mineral inclusions were quantitatively analyzed for major elements by EMPA. Diamond crystals from the Kelsey Lake kimberlite diatreme, Colorado (n=20), were cut into plates and analyzed for nitrogen aggregation states by FTIR. Twelve of these stones were then analyzed with further subsets from A154 South (n=18) and Lynx (n=16) for carbon isotope ratios and nitrogen abundances by SIMS. Every diamond crystal cut and polished had its internal zonation imaged with CL. Mineral inclusion data from A154 South and Lynx show that the mantle keel of the Slave craton is slightly less depleted than that of the Superior craton, and both are less depleted than those of the Kaapvaal and Siberian cratons. Equilibration conditions plot on hotter geothermal gradients (surface heat flows ~42 mW/m2) than for those of typical Archean cratons (≤40 mW/m2). Equilibration temperatures (~1150-1250°C) are ~100-200°C hotter than previously reported from Kelsey Lake (~1020°C). Kelsey Lake and A154 South samples have carbon isotope ratios and nitrogen contents typical of most diamond populations worldwide. Diamond crystals from Lynx are entirely different, consisting of mostly Type II diamond with δ13C (vs. PDB) values from approximately -3.6 ‰ to +1.7 ‰. These 13C-enriched samples are suggested to be the result of extreme Rayleigh fractionation of diamond from a carbonate fluid and possibly input of carbon sourced from subducted abiotic oceanic crust. Also notable is that growth trends (δ13C-[NT]) for most of the samples studied show little or no consistency with published fractionation models.

Solution combustion synthesis (SCS) with its origin at IPC department of IISc has been widely practiced for synthesis of oxide materials. It is simple and low cost process, with energy and time savings that can be used to produce homogeneous, high purity, uniformly doped, nano crystalline ceramic powders. The powders characteristics such as crystallite size and surface area are primarily governed by enthalpy, flame temperature of combustion, fuel and fuel to oxidizer ratio ( F/O). In the present work an attempt has been made to investigate the process in order to exercise a control over the phase formation and nature of the product. Initial part of the work deals with the effect of fuel to oxidizer ratio on the powder properties of binary oxides with urea as fuel. The variation of adiabatic flame temperatures are calculated theoretically for different F/O ratios according to thermodynamic concept and correlated with the observed flame temperatures. Difference in the measured flame temperature and theoretical flame temperature in the fuel rich region is explained on the basis of incomplete combustion model. The effect of decomposition temperature difference of fuel and oxidizer, solubility of reactants on exothermicity of combustion reaction taking aluminiumnitrate system for various fuels is investigated. The effect of mixed fuel approach is studied by using the urea-glycine mixed fuel system using aluminium nitrate as oxidizer and employed for successful synthesis of the gamma alumina. Further Compaction behavior of SCS nano ceramic powders is studied by using Universal testing machine and the effect of F/O ratio, on agglomeration strength, aggregation strength of powder is investigated. Very few reports can be found on usage of SCS ceramic powder for biomaterial applications. By using these investigations a pyroxene series Diopside (CaMgSi2O6) silicate material is synthesized by SCS. Effect of different fuels on Diopside (DP) phase formation is investigated. Finally the DP and DP-ZnO composites, made by using Uniaxial hot pressing are investigated for their antibacterial, cytocompatibility properties. Antibacterial activity of E.Coli bacterium of Diopside powders was dose dependent type. Results of the bioactivity investigations shown flattened MC3T3 mouse osteoblast cells and MC C2C12 Myoblast cells and linkage bridges formed between them on Diopside and DP-ZnO surfaces show cyto compatibility and MTT results showed that percentage of ZnO needs to be tailored between 0-10 in order to achieve maximum cytocompatibility coupled with antibacterial property.

La concentration croissante de CO2 dans l'atmosphère et les dangers potentiels qu'elle représente pour la terre au travers des changements climatiques, l'acidification des océans et l'élévation du niveau de la mer a conduit à un certain nombre de projets qui tentent de trouver un moyen sûr et inoffensifs pour capturer et stocker le CO2 dans des formations géologiques. Une de ces tentatives se déroule actuellement en Islande à la centrale géothermique Hellisheiði, située à proximité de la capitale, Reykjavik (le projet CarbFix). Le dioxyde de carbone et d'autres gaz comme H2S, N2, H2, CH4, et Ar sont des sous-produits de l'exploitation de l'énergie géothermique et l'objectif est de stocker tout ce CO2 dans les formations basaltiques qui se situent sous Hellisheiði. Le CO2 est dissous dans un courant d'eau injecté par pompage dans des puits jusqu'à à 350 mètres de profondeur et qui s'écoule ensuite au sein d'horizons mixtes de verre basaltique et de basalte cristallin. Les roches basaltiques sont caractérisées par des teneurs élevées en cations divalents comme Mg2+, Fe2+ et Ca2+ et des vitesses de dissolution relativement rapides. L'eau acide chargée en CO2 dissout le basalte, libérant ainsi des cations qui peuvent réagir avec les ions carbonates pour former des minéraux carbonatés (magnésite, sidérite, calcite, ankérite ainsi que des solutions solides (Ca-Mg-Fe)CO3)). Si on admet que c'est la dissolution des roches basaltiques qui contrôle ce processus de séquestration du carbone, on peut en déduire que tout ce qui pourra limiter cette dissolution sera préjudiciable à l'ensemble du processus de confinement du CO2. Mon rôle dans le projet CarbFix a été d'examiner les effets de la formation de revêtements de carbonate de calcium sur la dissolution des phases primaires de basalte. Je me suis concentrée sur le verre basaltique et le clinopyroxène, diopside, afin de comparer des phases cristallines et non cristallines. En outre, une série d'expériences ont été menées pour étudier l'effet de la structure du minéral primaire sur la nucléation de calcite. Ces expériences ont été faites pour vérifier si les différentes structures de silicate conduiraient à une différente étendue de la nucléation et croissance de la calcite à la surface des silicates. Enfin, de nombreuses expériences de dissolution de verre basaltique ont été menées en présence de bactéries hétérotrophes mortes et vivantes, Pseudomonas reactans, afin de déterminer l'effet des bactéries sur la dissolution des roches dans le système des eaux souterraines du site Hellisheiði. Les expériences de dissolution de verre basaltique et de diopside ont été réalisés à 25 et 70 °C pour un pH de 7-8 dans des réacteurs à circulation alimentés en solutions de forces ioniques > 0,03 mol / kg contenant CaCl2 ± NaHCO3. Deux séries d'essais ont été menés simultanément, une série appelée essais de 'précipitations' au cours de laquelle la solution dans le réacteur était sursaturée par rapport à la calcite, et l'autre série appelée essais de 'contrôle', pour laquelle la modélisation PHREEQC ne prévoyait pas formation de minéraux secondaires. Ainsi, il a été possible de comparer les vitesses de dissolution du verre basaltique et du diopside à 25 °C avec et sans la formation de carbonate de calcium et d'autres minéraux secondaires afin d'en déduire leur effet sur les vitesses de dissolution. Les images de microscopie électronique à balayage ont montré que des quantités importantes de carbonate de calcium ont précipité au cours des expériences de 'précipitations' mais, dans le cas du verre basaltique la croissance primaire se présente sous forme gros amas discrets de calcite et d'aragonite qui ne se forment pas sur le verre lui-même. Par contre, plusieurs des cristaux de diopside ont été largement envahis par des revêtements de calcite sans aragonite décelable. Dans les deux cas, la présence de calcite / aragonite n'a pas eu d'incidence sur les vitesses de dissolution du verre basaltique et de diopside qui sont les mêmes que celles mesurées dans la série 'contrôle'. Il semblerait que la couverture discontinue et poreuse de carbonates permet aux ions des phases primaires de continuer à diffuser sans entrave à travers la couche secondaire. Pour mieux évaluer l'effet de la surface des silicates sur la nucléation de la calcite, les vitesses de dissolution de six minéraux et roches silicatés ont été mesurées à 25 °C dans des réacteurs à circulation en présence de solutions de pH ~ 9,1 sursaturées par rapport à la calcite. Les phases silicatées étaient les suivantes: olivine, enstatite, augite, labradorite, verre basaltique et péridotite. Les résultats montrent que le temps d'induction pour la nucléation de calcite et l'étendue de la couverture de carbonatée avec le temps varient selon la phase silicatée. Dans un même laps de temps l'olivine, l'enstatite et la péridotite (principalement composé d'olivine riche en Mg) étaient les plus couvertes par les précipitations de calcite, suivis par l'augite, la labradorite et enfin le verre basaltique. Toute la croissance de calcite a eu lieu sur la surface du silicate, y compris sur le verre basaltique. La cinétique favorise la croissance de calcite par nucléation sur les minéraux orthorhombiques (enstatite et olivine) par rapport aux minéraux monocliniques et tricliniques. Les plus faibles quantités de calcite ont été trouvées sur le verre qui n'a pas de structure silicatée ordonnée. Des bactéries hétérotrophes, Pseudomonas reactans ont été extraites de l'un des puits de contrôle à Hellisheiði et ont ensuite été séparées, purifiées et cultivées en laboratoire. Avec le bouillon de culture utilisé, les conditions de croissance optimales de cette bactérie sont 5-37 °C et un pH de 7,0 à 8. Cette bactérie, très commune dans l'eau et le sol, est une bonne candidate pour tester l'impact des bactéries hétérotrophes en général lors de la séquestration du CO2 dans un aquifère naturel comme en Islande. Les vitesses de dissolution du verre basaltique ont été mesurés à 25 °C dans des nouveaux réacteurs à circulation permettant d'opérer en présence de bactéries (BMFR) dans des solutions tamponnées transportant 0,1 à 0,4 g/L de bactéries mortes et 0,9 à 19 g/L de bactéries vivantes à 4 ≤ pH ≤ 10. Les résultats ont montré que la présence de ces bactéries n'avait quasiment pas d'effet effet sur la vitesse de dissolution. La conclusion générale de cette étude est que ni les revêtements de carbonate, ni les bactéries n'ont d'impact majeur sur les vitesses de dissolution des phases primaires silicatées. Ainsi, leur effet devrait être négligeable sur le processus de séquestration du CO2 sur le site Hellisheiði en Islande. Le basalte cristallin pourrait être recouvert plus rapidement en carbonate de calcium, mais le verre basaltique pourrait aussi servir de support pour la nucléation de calcite.

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2017-05-25T17:33:34Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-05-25T17:33:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fósforos a base de silicatos de Ca e Mg foram preparados pelo método sol-gel combinado com o processo de sais fundidos. O gel de sílica foi obtido a partir da solução de Na2SiO3 usando soluções de cloretos de európio, disprósio, cálcio e magnésio. Assim, estes cloretos foram homogeneamente distribuídos no gel. O gel obtido foi seco e tratado termicamente a 900°C por 1h para permitir a fusão dos sais presentes. Em seguida o material foi lavado com água até teste negativo para íons Cl- e seco em estufa a 80°C. A redução do európio para Eu2+ foi realizada em um forno sob atmosfera de 5% de H2 e 95% de Ar a 900°C por 3h para obter os fósforos de CaMgSi2O6:Eu2+ e CaMgSi2O6:Eu2+:Dy3+. Nos difratogramas de DRX das amostras, a diopsita foi identificada como fase cristalina principal e quartzo, como a secundária. Micrografias obtidas por MEV (microscopia eletrônica de varredura), das amostras, mostraram morfologia acicular, esférica, folhas e bastonetes das partículas e dos aglomerados . Curva de análise térmica (TGA-DTGA) revelou que a temperatura de cristalização do CaMgSi2O6:Eu2+ é próxima de 765°C. Estudos de espectroscopia de fotoluminescência foram baseados nas transições interconfiguracionais 4fN &rarr; 4fN-1 5d do íon Eu2+. O espectro de excitação apresentou banda larga relativa à transição de transferência de carga ligante metal (LMCT) O2- (2p) &rarr; Eu3+ na região de 250 nm e bandas finas oriundas das transições 4f &rarr; 4f do íon Eu3+ , mostrando a transição 7F0 &rarr; 5L6 em 393 nm quando a emissão é monitorada em 583,5 nm. E o espectro de emissão com excitação monitorada em 393 nm apresentou picos finos entre 570 e 750 nm característicos das transições 5D0 &rarr; 7 FJ (J = 0 - 5) do íon Eu3+ , indicando que o íon Eu3+ se encontra em um sítio com centro de inversão. Os resultados obtidos indicam que o método desenvolvido é viável na síntese de fóforos, CaMgSi2O6:Eu2+ e CaMgSi2O6:Eu2+:Dy3+ como foi proposto. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Divers types de roches de la série cambrienne de Canaveilles se font transformer en skarns au voisinage du granite hercynien de Costabonne (Pyrénées orientales). Le présent travail s'intéresse plus spécialement aux skarns formés sur les marbres et dolomies massives (première partie). Dans ce dernier cas, une zonation très fréquemment rencontrée voit la succession : dolomie / calcite + forstérite / diopside / clinopyroxène salitique / grenat grossularitique. Les différents minéraux rencontrés sont analysés à la microsonde électronique. Un grenat andraditique a pu se développer de façon précoce, avant le grenat grossularitique, et les zonations métasomatiques ont pu évoluer au cours du temps. Les altérations des minéraux primaires voient le développement d'amphiboles, de quartz, de sulfures et d'un minéral de tungstène : la scheelite. Dans une deuxième partie, une réflexion à caractère théorique est proposée sur la formation des skarns (discussion du modèle de Korzhinskii) et une règle des phases généralisée à un système de zones métasomatiques est présentée. La troisième partie est consacrée à l'analyse des conditions de pression, température etc. qui ont prévalu lors de la formation des skarns, ainsi qu'à la discussion des compositions isotopiques (S, C, O) des skarns et encaissants ; on met en évidence une source externe, à la fois en carbone, soufre et oxygène (source " profonde ") pour le fluide qui a percolé. Les mesures des compositions isotopiques d'autres skarns des Pyrénées, porteurs ou non de scheelite (Salau, Roc Jalère, Lacourt), indiquent que la condition d'une minéralisation en tungstène est la présence d'un fluide ayant une telle signature isotopique " profonde ". La comparaison entre les skarns de Salau et Costabonne met en évidence le rôle réducteur du carbone des marbres de l'encaissant sur la nature des associations minérales des skarns à Salau.