Study of the structural organization of humic nanocolloids

L'organisation des substances humiques à l'échelle moléculaire reste une question largement débattue, et à ce jour, il n'a pas été possible de trancher entre une structure polymérique en pelotte plus ou moins flexible et un assemblage supramoléculaire de molecules hétérogènes associées par des liaisons hydrogènes et des interactions hydrophobes. Dans cette thèse, nous étudions la reconformation induite par l'addition de tensio-actifs cationiques (Chlorure de C n-trimethylammonium) sur une série de substances humiques (acides fulvique et humiques) ainsi que sur de la matière organique naturelle contenue dans des eaux noires. Des mesures de turbidité, de diffusion de lumière, mobilité électrophorétique, tension de surface, spectroscopie de fluorescence, diffusion des neutrons aux petits angles, et cryomicroscopie à transmission, permettent de decrire les complexes formés entre le tensio-actif et la matière humique. L'association matière humique/tensio-actif dépend à la fois d'interactions d'origine électrostatique et hydrophobe. Une série de structures moléculaires, vésicules, disques, globules, pseudo-micelles, est observée en cryomicroscopie selon la concentration en surfactant. La séquence obtenue est cohérente avec un système catanionique, en d'autres termes une partie de la matière humique est amphiphile et s'organise en assemblage supramoléculaire. L'addition de tensio-actif modifie également fortement le spectre de fluorescence de la matière humique, les nouvelles bandes bien résolues présentes sur le spectre indiquant une restructuration majeure de l'assemblage supramoléculaire.The structural organization of humic nanocolloids remains a matter of harsh debate, and surprisingly, it is yet not possible to decide between an arrangement of the humic matter in the form of randomly coiled macromolecules more or less connected, and a supramolecular organization of small heterogeneous molecules linked by hydrogen bonds and hydrophobic interactions. In this study, we investigate the reconformation induced by the addition of cationic surfactants (C n-trimethylammonium chloride) of varying alkyl chain length with a series of humic substances (HS) and Dissolved Organic matter (DOM) from two blackwater rivers of the Central Amazon. Turbidity measurements, Dynamic light scattering, electrophoretic mobility, surface tension, fluorescence spectroscopy, small angle neutron scattering and cryo-transmission electron microscopy (cryo-TEM), are combined to describe the Humic Substance/Surfactant complexes obtained. The association between the oppositely charged HS and cationic surfactant is driven by both electrostatic and hydrophobic interactions. A variety of molecular structures, unilamellar vesicles, disks, globules, spheroidal micelles, are visualized by cryo-TEM depending on surfactant concentration. Such sequence, consistent with those displayed by catanionic systems, provides an independent confirmation of both the amphiphilic nature of HS and of its supramolecular organization. In addition, the molecular rearrangement was investigated using single-scan fluorescence emission spectra spectroscopy, thus identifying the chemical groups responsible for the fluorescence properties in HS and DOM. The addition of cationic surfactant to HS/DOM unveils an unexpected fine structure of humic-like fluorescence through new emission peaks that are not evidenced in the references HS/DOM. An enhanced protein-like fluorescence indicating major restructuration and structural stacking/de-stacking is observed. All our results support a supramolecular organization of humic substances and DOM