Étude des nanomatériaux 1D naturels et synthétiques et des changements de structure lors d'un traitement thermique

Les nanotubes d'imogolite (INT) sont des nanomatériaux unidimensionnels dotés de structures bien définies et d'une chimie de surface ajustable, ce qui les rend idéaux pour explorer le confinement et la réactivité à l'échelle nanométrique. Cette thèse étudie le comportement thermique et la transformation structurelle des variantes des INT, en particulier celles modifiées par substitution Si/Ge et fonctionnalisation de la surface interne (-OH, -CH₃), en se concentrant sur les INT Ge-CH₃ à paroi simple, un système peu exploré. À l'aide de techniques in situ et ex situ telles que la diffusion des rayons X (XRS), la spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS) et l'analyse de la fonction de distribution par paires (PDF), nous étudions la formation des phases métaimogolite et l'influence des groupes fonctionnels sur la stabilité thermique. À l'appui de cette étude, nous présentons une dérivation mathématique du formalisme PDF et analysons les données XAS résolues en temps à l'aide d'une méthode chimiométrique d'analyse de courbes multivariées. L'extension à l'halloysite naturelle a montré que, bien que le mécanisme de transformation fondamental soit similaire à celui de la kaolinite, la température de déclenchement et la progression dépendent fortement de la morphologie. Les morphologies tubulaires se transforment à des températures nettement inférieures à celles de l'halloysite sphéroïdale, avec des différences pouvant atteindre 150 °C entre les gisements, ce qui établit un lien direct entre la variabilité géologique et la pertinence industrielle.Enfin, le Ge-C₂H₅ a été synthétisé et, contrairement aux INT Ge-CH₃, a formé des nano-aiguilles par empilement de nano-feuilles plutôt que des nanotubes, démontrant que la chimie des précurseurs peut réorienter complètement les voies de croissance. Ensemble, ces résultats établissent un cadre unifié dans lequel le squelette structurel (Al dans l'imogolite, Si dans l'halloysite) définit la colonne vertébrale de la réponse thermique, tandis que la composition (Si vs Ge), la fonctionnalisation de surface et la morphologie agissent comme modulateurs des voies de transformation et de la stabilité. Ce cadre explique la métastabilité de la méta-imogolite, la réactivité dépendante de la morphologie de l'halloysite et la réorientation de la croissance dans un nouveau matériau caly inspiré de la géologie, fournissant ainsi des principes prédictifs pour la conception de matériaux aluminosilicates et aluminogermanates nanostructurés aux propriétés sur mesure.