Thèse Dégradation Photocatalytique de Pfas en Présence de Nanodiamants Hydrogénés H/F - Université Paris-Saclay GS Chimie

Établissement : Université Paris-Saclay GS Chimie
École doctorale : Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes
Laboratoire de recherche : NIMBE - Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie - DRF/IRAMIS
Direction de la thèse : Hugues GIRARD ORCID 0000000184910412
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-31T23:59:59

Les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) sont des molécules extrêmement persistantes et difficiles à dégrader, présentes de manière omniprésentes dans les eaux souterraines et les sols. Leur stabilité réside dans la robustesse des liaisons C-F, nécessitant des processus très énergétiques pour leur dégradation. La recherche de méthodes économes en énergie capables de dégrader ces polluants est donc primordiale. Dans ce cadre, les méthodes de dégradation photochimiques présentent des possibilités prometteuses. Cette thèse a pour objectif de poursuivre des travaux préliminaires menés dans notre équipe, qui ont permis d'identifier la grande efficacité des nanodiamants hydrogénés pour la photodégradation de certains PFAS. Il s'agira (i) d'explorer et d'optimiser les performances de nanodiamants hydrogénés de différentes natures et d'étendre la méthode à d'autres molécules de la famille des PFAS et (ii) de cerner les mécanismes à l'origine du phénomène, notamment l'adsorption des molécules perfluorées à la surface des nanodiamants, étape clé dans le procédé de dégradation.

La stabilité des PFAS réside dans la robustesse des liaisons C-F, nécessitant des processus très énergétiques pour leur dégradation. Ainsi, une dégradation thermique (> 1000°C) permet de rompre ces liaisons C-F, mais nécessite un contrôle strict des sous-produits (notamment HF). Comme alternative, des recherches sont menées autour de procédés électrochimiques, permettant de générer des espèces réactives (-OH, eq) capables de rompre ces liaisons C-F via des mécanismes radicalaires notamment. Des approches photocatalytiques sont également de plus en plus étudiées, via l'activation de semi-conducteurs sous illumination UV/visible, induisant la formation de paires électron-trou et la production d'espèces oxydantes (-OH, O-) ou réductrices (eaq-) pour une minéralisation progressive des chaînes perfluorées [1].
Le diamant, et en particulier le nanodiamant hydrogéné, est désormais reconnu comme une source solide d'électrons solvatés sous illumination UV, notamment grâce à des travaux menés au LEDNA [2]. Cela a permis en 2023 à une équipe américaine de chimie environnementale d'explorer l'utilisation des nanodiamants hydrogénés comme source d'électrons solvatés pour la dégradation partielle du perfluorooctanesulfonate (PFOS) sous illumination UV, avec des résultats encourageants [3]. En capitalisant sur ces résultats et fort de notre expertise sur le matériau diamant à l'échelle macro et nanométrique, nous avons récemment menée des travaux préliminaires qui ont montré qu'en jouant sur la qualité cristalline des nanodiamants utilisés, il était possible d'aller jusqu'à la minéralisation complète des molécules de PFOA (acide perfluorooctanoique, un type de PFAS courant), ceci sous illumination solaire [4]. Il est apparu que la qualité cristalline des nanodiamants joue à la fois sur les propriétés semiconductrice de matériau mais également sur l'adsorption initiale du PFOA via des interactions hydrophobes, point clé des performances de dégradation.

Le travail de thèse consistera à (i) explorer et d'optimiser les performances de nanodiamants hydrogénés de différentes natures et d'étendre la méthode à d'autres molécules de la famille des PFAS et (ii) cerner les mécanismes à l'origine du phénomène, notamment l'adsorption des molécules perfluorées à la surface des nanodiamants, étape clé dans le procédé de dégradation. Ainsi, l'étudiant sera amené à synthétiser divers types de nanodiamants hydrogénés et à développer des fonctionnalisations de surface pour la favoriser la photodégradation des PFAS. Différents procédés en phase gaz et phase liquide pourront être testés et les caractérisations pourront être menées directement au NIMBE qui possède un parc expérimental complet (SEM-EDX, spectroscopies Raman et IR, XPS, DLS, etc.). La dégradation et la minéralisation des PFAS par les divers types de nanodiamants seront suivies par différentes techniques analytiques également disponibles au NIMBE (HPLC, RMN, IC). L'accent sera mis sur l'élucidation des mécanismes de dégradation des PFAS, notamment leur adsorption à la surface des nanodiamants. Outre l'amélioration des performances des nanodiamants pour la photodégradation des PFAS, l'objectif du travail de thèse est d'ouvrir la porte à l'utilisation des nanodiamants comme catalyseurs de dégradation d'autres polluants.

- sciences des matériaux, chimie des colloïdes, techniques analytiques
- travail en équipe, sens de l'initiative