Hydrophobicité induite par la courbure à l’interface imogolite-eau : "L'effet nanotube"

Les nanotubes d'imogolite, un minéral aluminosilicaté, sont couramment trouvés dans les sols volcaniques (andosols). Leur grande surface spécifique et leur réactivité sont en partie responsables de la richesse agronomique de ces sols, où ils contrôlent le cycle biogéochimique de certains éléments traces et le stockage à long terme de la matière organique (MO) et du carbone. Cette affinité pour la MO suggère une sorte d'interaction spécifique ; la matrice minérale protégeant ainsi la MO de sa dégradation par les microorganismes.

L’immobilisation de la MO par les surfaces minérales est souvent contrôlée par des interactions hydrophobes. Cependant, les propriétés de mouillage de ces nanotubes restent peu connues, ce qui empêche l’évaluation à long terme de la stabilisation de la MO dans les andosols. Ainsi, une comparaison a été faite entre les propriétés hydrophiles/hydrophobes de la gibbsite, un hydroxyde d'aluminium plat, et la surface externe de l'imogolite synthétique représentant la contrepartie courbe de la gibbsite.

Des expériences en spectroscopie de force atomique ont ainsi montré que, malgré leur structure de surface identique, la surface courbée de l'imogolite est moins hydrophile que celle de la gibbsite. Des simulations par dynamique moléculaire ont fourni une explication à cette observation : la courbure de l'imogolite induit une structure des liaisons hydrogène différente de celle de son équivalent planaire, abaissant l'enthalpie d'adsorption des molécules d'eau, qui sont au contraire fortement liées à la surface plate de la gibbsite. La disposition différente des liaisons hydrogène de surface et les différences de propriétés d'hydratation qui en découlent affectent également les constantes d'acidité des groupes fonctionnels de surface.

Cet "effet nanotube" pourrait s'appliquer à d'autres systèmes nanotubulaires présentant des courbures élevées, ce qui aurait un impact sur leurs propriétés de mouillabilité et leur stabilité colloïdale. Ceci pourrait permettre la formation de complexes organo-minéraux très stables, expliquant la forte récalcitrance et stabilité de la MO observées dans ces sols.