Magali Duvail

Chercheure CEA/DRF
Ph.D. Chimie (HDR)

 

ICSM/LMCT (Bât. 426)
Site de Marcoule
BP 17171
F-30207 Bagnols-sur-Cèze Cedex
Tel : 04 66 79 57 21
Fax : 04 66 79 76 11
e-mail : magali.duvail ad icsm.fr

   

Activités de recherche

Modélisation mésoscopique des microemulsions

Collaborations : Pr. L. Arleth (University of Copenhagen, Danemark), Dr. S. Marcelja (Australian National University, Canberra) 

La modélisation mésoscopique des propriétés thermodynamiques des microémulsions (mélange eau / huile / surfactant) est un enjeu fondamental à la compréhension des phénomènes mis en jeu lors de l’extraction liquide-liquide, utilisée pour la séparation poussée des ions. Les objectifs principaux de cette étude sont de :

  • décrire et de prédire les microstructures des micro-émulsions,
  • de faire le lien entre les propriétés microscopiques (à l'échelle moléculaire) et macroscopiques de telles solutions.

 


Modélisation multi-échelles des phases aqueuses et organiques pour l'extraction liquide-liquide

Collaborations : Dr. Ph. Guilbaud (CEA), Pr. J.-F. Dufrêche (ICSM), Dr. J. J. Molina (PECSA et ICSM), Dr. T. N. Nguyen (ICSM), M. Bley (ICSM), M. Coquil (CEA), Dr. S. van Damme (ICSM), Dr. Y. Chen (ICSM)

Des solutions de sels de lanthanides (Ln3+) et d'uranyle (UO22+) en présence d’ions Cl, NO3 et ClO4 à différentes concentrations sont simulées par dynamique moléculaire classique avec polarisation explicite. Par calculs de potentiels de force moyenne (PMF), nous avons également analysé les proccessus d’association / dissociation des mono-complexes de lanthanides et d'uranyle.
Grâce aux potentiels McMilan-Mayer, nous pouvons calculer les constantes d'association des paires d'ions. Les coefficients d'activité sont également déterminés via une approche de type « Associated Mean Spherical Approximation » (AMSA).

Des simulations de dynamique moléculaire sur la solvatation de lanthanides en phase organique (alcool et alcane) indiquent que ces simulations peuvent considérablement améliorer les connaissances sur la solvatation des éléments f en phase organique. Nous nous intéressons également aux propriétés thermodynamiques de micelles composées d'ions, d'eau et de molécules extractantes dans des solvants apolaires, et plus particulièrement à leurs énergies libres de courbure. Ces premières simulations ouvrent la voie à d’autres études structurales dans les solvants organiques (coordination des anions, complexation par des ligands monoamide, diamide ou azotés), et donc à des progrès en ce qui concerne la spéciation en phase organique.


Fluides alumino-silicatés

Collaborations : Dr. A. Poulesquen (CEA), Dr. D. Petit (L2C, Université Montpellier), J. Lind (Woellner GmbH & Co.KG, Allemagne), A. Coste (ICSM)

Projet : ANR DYNAMISTE ANR-15-CE07-0013-01

Le projet DYNAMSTE a pour objectif le développement d’outils expérimentaux et théoriques afin d’optimiser les procédés industriels dans lesquels sont impliquées les solutions d’aluminosilicates, comme la liquéfaction de la céramique, les liants pour les peintures minérales, les mortiers réfractaires ou la stabilisation des sols, entre autres, dans une optique de développement d’industries propres. Il rassemble les compétences de l’ICSM, du Département de recherche sur les technologies pour l'Enrichissement, le Démantèlement et les Déchets du CEA Marcoule et le Laboratoire Charles Coulomb (Université Montpellier), en collaboration avec un partenaire industriel allemand, Wöllner GmbH & Co. KG, qui est un des leaders dans le domaine de la production de solutions alcalines silicatées.

Afin d’accéder à tous les phénomènes spatio temporels de ces systèmes, la partie expérimentale de ce projet repose sur (i) des études basées sur des techniques de rhéologie couplées à des techniques de diffusion : Dynamic light scattering (DLS), Small et Wide Angle x-ray Scattering et diffraction (SWAXS et XRD) et (ii) une approche multi-échelle par RMN (de l’Å à quelques dizaines de µm). Dans le même temps, la partie théorique est basée sur une approche multi-échelle couplant des simulations de dynamique moléculaire (au niveau microscopique) à des simulations gros grains (à l’échelle mésoscopique), ce qui permet d’accéder aux propriétés structurales et dynamiques de ces fluides.

 

Publications

[34] Combined Supramolecular and Mesoscale Modelling of Liquid–Liquid Extraction of Rare Earth Salts
A. Karmakar, M. Duvail, M. Bley, Th. Zemb, and J.-F. Dufrêche. Colloids Surf. A 555, 713 – 727 (2018)

[33] Activity Coefficients of Aqueous Sodium, Calcium, and Europium Nitrate Solutions from Osmotic Equilibrium MD Simulations
M. Bley, M. Duvail, Ph. Guilbaud, and J.-F. Dufrêche. J. Phys. Chem. B 122 (31), 7726 – 7736 (2018)

[32] Molecular Simulation of Binary Phase Diagrams From the Osmotic Equilibrium Method: Vapour Pressure and Activity in Water–Ethanol Mixtures
M. Bley, M. Duvail, Ph. Guilbaud, Ch. Penisson, J. Theisen, J.-Ch. Gabriel, and J.-F. Dufrêche. Mol. Phys. 116 (15-16), 2009 – 2021 (2018)

[31] Simulating Osmotic Equilibria: A New Tool to Calculate Activity Coefficients in Concentrated Aqueous Salt Solutions
M. Bley, M. Duvail, Ph. Guilbaud, and J.-F. Dufrêche. J. Phys. Chem. B 121 (41), 9647 – 9658 (2017)

[30] The Role of Curvature Effects in Liquid–Liquid Extraction: Assessing Organic Phase Mesoscopic Properties From MD Simulations
M. Duvail, S. van Damme, Ph. Guilbaud, Y. S. Chen, Th. Zemb, and J.-F. Dufrêche. Soft Matter 13, 5518 – 5526 (2017)

[29] Stability of Reverse Micelles in Rare-Earth Separation: a Chemical Model Based on a Molecular Approach
Y. S. Chen, M. Duvail, Ph. Guilbaud, and J.-F. Dufrêche. Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 7094 – 7100 (2017)

[28] A Combined Spectroscopic/Molecular Dynamic Study for Investigating a Methyl Carboxylated PEI as a Potential Uranium Decorporation Agent
F. Lahrouch, A.-C. Chamayou, G. Creff, M. Duvail, Ch. Hennig, M. J. Lozano-Rodriguez, Ch. Den Auwer, and Ch. Di Giorgio. Inorg. Chem. 56 (3), 1300 – 1308 (2017)

[27] How Ion Condensation Occurs at a Charged Surface: a Molecular Dynamics Investigation of the Stern Layer for Water-silica Interfaces
S. Hocine, R. Hartkamp, B. Siboulet, M. Duvail, B. Coasne, P. Turq, and J.-F. Dufrêche. J. Phys. Chem. C 120, 963 – 973 (2016)

[26] Thermodynamics of Associated Electrolytes in Water: Molecular Dynamics Simulations of Sulfate Solutions
M. Duvail, A. Villard, T. N. Nguyen, and J.-F. Dufrêche. J. Phys. Chem. B 119, 11184 – 11195 (2015)

[25] Multi-scale modelling of Uranyl chloride solutions
T. N. Nguyen, M. Duvail, A. Villard, J. J. Molina, Ph. Guilbaud, and J.-F. Dufrêche. J. Chem. Phys. 142, 024501 – 11 (2015)

[24] Recycling metals by controlled transfer of ionic species: en route to ienaics
Th. Zemb, C. Bauer, P. Bauduin, L. Belloni, C. Déjugnat, O. Diat, V. Dubois, J.-F. Dufrêche, S. Dourdain, M. Duvail, C. Larpent, F. Testard, S. Pellet-Rostaing. Colloid Polym. Sci. 293(1), 1 – 22 (2015)

[23] Predicting for thermodynamic instabilities in water/oil/surfactant microemulsions: a mesoscopic modelling approach.
M. Duvail, L. Arleth, Th. Zemb and J.-F. Dufrêche. J. Chem. Phys. 140, 164711-11 (2014).

[22] Modelling of mutual diffusion for associated electrolytes solution: ZnSO4 and MgSO4 aqueous solutions.
J.-F. Dufrêche, M. Duvail, B. Siboulet, M. Jardat and O. Bernard. Mol. Phys. 112, 1405 – 1417 (2014).

[21] Numerical homogenization of electrokinetic equations in porous media using Lattice-Boltzmann simulations.
A. Obliger, M. Duvail, M. Jardat, D. Coelho, S. Békri and B. Rotenberg. Phys. Rev. E 88(1), 013019-11(2013)

[20] Accounting for adsorption and desorption in lattice Boltzmann simulations.
M. Levesque, M. Duvail, I. Pagonabarraga, D. Frenkel and B. Rotenberg. Phys. Rev. E 88(1), 013308-6 (2013).

[19] Mesoscopic modelling of frustration in microemulsions.
M. Duvail, J.-F. Dufrêche, L. Arleth and Th. Zemb. Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 7133 (2013).

[18] Reverse aggregates as adaptative self-assembled systems for selective liquid-liquid cation extraction.
Th. Zemb, M. Duvail and J.-F. Dufrêche. Isr. J. Chem. 53, 108 (2013).

[17] Stiff and flexible water-poor microemulsions: disconnected and bicontinuous microstructures, their phase diagrams and scattering properties.
M. Duvail, J.-F. Dufrêche, L. Arleth and Th. Zemb. Colloid and Interface Chemistry for NanotechnologyProgress in Colloid and Interface Science Series, CRC Press (Published July 23, 2013).

[16] Polarizable interaction potential for molecular dynamics simulations of actinoids(III) in liquid water.
M. Duvail, F. Martelli, P. Vitorge and R. Spezia. J. Chem. Phys. 135, 044503 (2011).

[15] Complexation of Lanthanides(III), Americium(III) and Uranium(VI) with Bitopic N,O Ligands: an Experimental and Theoretical Study.
C. Marie, M. Miguirditchian, D. Guillaumont, A. Tosseng, C. Berthon, Ph. Guilbaud, M. Duvail, J. Bisson, D. Guillaneux, M. Pipelier, and D. Dubreuil. Inorg. Chem. 50, 6557 (2011).

[14] Revised Ionic Radii of Lanthanoid(III) Ions in Aqueous Solution.
P. D'Angelo, A. Zitolo, V. Migliorati, G. Chillemi, M. Duvail, P. Vitorge, S. Abadie, and R. Spezia. Inorg. Chem. 50, 4572 (2011).

[13] Atomistic Description of Binary Lanthanoid Salt Solutions: A Coarse-Graining Approach.
J. J. Molina, M. Duvail, Ph. Guilbaud and J.-F. Dufrêche. J. Phys. Chem. B 115, 4329 (2011).

[12] Understanding the Nitrate Coordination to Eu3+ Ion in Solution by Potential of Mean Force Calculations.
M. Duvail and Ph. Guilbaud. Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 5840 (2011).

[11] Temperature influence on lanthanoids (III) hydration from molecular dynamics simulations.
M. Duvail, P. Vitorge and R. Spezia. Chem. Phys. Lett. 498, 90 (2010).

[10] Coarse-Grained Lanthanoid Chloride Aqueous Solutions.
J. J. Molina, M. Duvail, Ph. Guilbaud and J.-F. Dufrêche. J. Mol. Liq. 153, 107 (2010).

[9] Molecular Dynamics Studies of Concentrated Binary Aqueous Solutions of Lanthanide Salts: Structural and Exchange Dynamics.
M. Duvail, A. Ruas, L. Venault, P. Moisy and Ph. Guilbaud. Inorg. Chem. 49, 519 (2010).

[8] A Dynamical Model to Understand Hydration Across the Lanthanide Series: Bridging the Gap between XAS Experiments and Microscopic Structure.
M. Duvail, P. Vitorge, P. D'Angelo and R. Spezia. Actinide-XAS-2008 Workshop Proceedings. Publication of the OECD/Nuclear Energy Agency (2009) pp 101-108.

[7] Molecular dynamics to rationalize EXAFS experiments: a dynamical model explaining hydration behaviour across the lanthanoid(III) series.
R. Spezia, M. Duvail, P. Vitorge and P. D'Angelo. J. Phys.: Conf. Ser. 190, 012056 (2009).

[6] What first principles molecular dynamics can tell us about EXAFS spectroscopy of radioactive cation in water.
M. Duvail, P. D'Angelo, M.-P. Gaigeot, P. Vitorge, R. Spezia. Radiochimica Acta 97, 339 (2009).

[5] Building a polarizable pair interaction potential for lanthanoids(III) in liquid water: a molecular dynamics study of structure and dynamics of the whole series.
M. Duvail, P. Vitorge, R. Spezia. J. Chem. Phys. 130, 104501 (2009).

[4] A Dynamic Model to explain Hydration Behaviour along the Lanthanide Series.
M. Duvail, R. Spezia, P. Vitorge. Chem. Phys. Chem. 9, 693 (2008).

[3] Temperature Dependence of Hydrated La3+ in Liquid Water by Molecular Dynamics Simulations.
M. Duvail, R. Spezia, T. Cartailler, P. Vitorge. Chem. Phys. Lett. 448, 41 (2007).

[2] Pair Interaction Potentials with Explicit Polarization for Molecular Dynamics Simulations of La3+ in Bulk Water.
M. Duvail, M. Souaille, R. Spezia, T. Cartailler, P. Vitorge. J. Chem. Phys. 127, 034503 (2007).

[1] A Coupled Car-Parrinello Molecular Dynamics and EXAFS Data Analysis Investigation of Aqueous Co2+.
R. Spezia, M. Duvail, P. Vitorge, T. Cartailler, J. Tortajada, G. Chillemi, P. D'Angelo, M.-P. Gaigeot. J. Phys. Chem. A 110, 13081 (2006).