Détermination des interactions microscopiques entre les actinides and les substances humiques

199 Pages·2017·5.37 MB·French

by  Benoît Brunel

Détermination des interactions microscopiques entre les
actinides and les substances humiques
Benoît Brunel
To cite this version:
Benoît Brunel. Détermination des interactions microscopiques entre les actinides and les substances
humiques. Chimieanalytique. UniversitéParisSud-ParisXI,2015. Français. ￿NNT:2015PA112024￿.
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THESE DE DOCTORAT DE L’UNIVERSITE PARIS-SUD
En Modélisation et Instrumentation en Physique, Energies, Géosciences et Environnement
spécialité Chimie
Présentée par Brunel Benoît
POUR L’OBTENTION DU GRADE DE DOCTEUR DE L’UNIVERSITE PARIS-SUD

DETERMINATION DES INTERACTIONS MICROSCOPIQUES ENTRE LES
SUBSTANCES HUMIQUES ET LES ACTINIDES

Soutenue publiquement le 9 février 2015 devant le jury suivant :

M. Éric SIMONI, Professeur et vice-doyen de l’université Paris-Sud ............................Président du jury
Mme Hélène BUDZINSKI, Directeur de recherche de l’Université de Bordeaux ...................... Rapporteur
M. Alessandro PICCOLO, Professeur de l’Université de Naples ............................................. Rapporteur
Mme Sandrine HUCLIER, Maitre de conférences de l’Université de Nantes ......................... Examinateur
M. Samir SAFI, Chargé de recherche de l’université Paris-Sud ........................................... Examinateur
M. Jean AUPIAIS, Directeur de recherche CEA ........................................................... Directeur de thèse

Résumé / Abstract

Remerciements

REMERCIEMENTS

Après trois années passées au laboratoire, je tiens, par ces quelques lignes, à remercier toutes
les personnes qui ont participé et/ou contribué de près ou de loin à l’aboutissement de ce travail.

Je tiens d’abord à remercier Hélène Budzinski et Alessandro Piccolo, rapporteurs de cette thèse, pour le
temps consacré à la lecture du manuscrit mais aussi, pour la qualité de leurs remarques qui m’ont permis
de l’améliorer.
De même, j’adresse mes sincères remerciements à Sandrine Huclier, Éric Simoni et Samir Safi pour
avoir accepté d’examiner mes travaux de thèse. Ce fût un réel plaisir de répondre à leurs questions et
d’entendre leurs observations de grande qualité. Je tiens à remercier particulièrement Sandrine Huclier
pour sa sympathie et nos longues discussions scientifiques ou non et Éric Simoni pour avoir accepté de
présider le jury de cette thèse.

Jean, je te remercie chaleureusement d’avoir dirigé cette thèse, de m’avoir aidé à orienter mes travaux
et de t’être rendu disponible à chacune de mes demandes et ce, toujours dans la bonne humeur. Je te
remercie également de m’avoir fait confiance dès mon arrivée en stage à Bruyères-Le-Châtel et de
m’avoir confié autant de responsabilités. Sache que je suis particulièrement fier d’avoir travaillé sous ta
direction.

Je remercie Christophe Moulin, Fabien Pointurier puis Xavier Machuron-Mandard et Bruno Bernard-
Michel pour m’avoir accueilli respectivement au sein de leur service et laboratoires. Je remercie
particulièrement Christophe Moulin pour s’être rendu disponible lorsque cela était nécessaire, pour
l’intérêt qu’il porte à ce sujet et pour nos échanges scientifiques toujours enrichissants et constructifs.
Je tiens également à remercier particulièrement Fabien Pointurier pour l’enthousiasme « à tendance
passionnelle » avec laquelle il parle de la spectrométrie de masse et des activités du laboratoire, nos
Remerciements
discussions scientifiques ont toujours été instructives. Merci, également à Bruno Bernard-Michel, à qui
je souhaite beaucoup de courage dans sa nouvelle fonction, pour sa sympathie et sa disponibilité.

Je tiens à remercier Richard Cole, Jean Claude Tabet et Adrien Schwarzenberg pour nous avoir permis
d’analyser nos échantillons de substances humiques avec le spectromètre de masse FT-ICR-MS de
l’UPMC.

Je remercie également grandement Nicolas Dacheux pour la qualité de la formation dont il est
responsable et pour la passion avec laquelle il dispense ses cours. A l’aide des intervenants, vous m’avez
transmis votre une passion pour la recherche dans le domaine du nucléaire.

Ensuite, je souhaite remercier chaleureusement l’ensemble des membres permanents du laboratoire qui
assurent une ambiance propice au travail dans la bonne humeur. Grace à vous, il n’y a pas un seul jour
où je suis venu au laboratoire à reculons ! (La liste des personnes ci-dessous n’est pas exhaustive et
l’ordre d’apparition des noms est aléatoire).
Tout d’abord, je tiens à remercier Olivier Marie pour sa grande aide dans la correction de ce manuscrit
mais surtout pour ses bons conseils et sa franchise. Olivier, je te suis profondément reconnaissant !
Merci aux « filles », Amélie Hubert et Anne-Claire Pottin pour leur disponibilité et notamment pour
leurs interventions sur le capricieux Axiom et nos discussions toujours enrichissantes sur la
spectrométrie de masse. Un petit « merci particulier » à Amélie pour ces mots rassurants dont seules les
mamans ont le secret.
Merci à Maxime Bridoux et à Sébastien Shramm pour la formation qu’ils m’ont donnée sur l’utilisation
de l’Orbitrap et leurs conseils.
Je tiens également à remercier Gilles Le Coq pour son humanité, son écoute et sa générosité. Je te
remercie également de m’avoir fait découvrir avec passion la culture bretonne et c’est avec plaisir que
je continuerai à participer aux fest-noz/deiz et kermesses. Kenavo, Gilles !
Je remercie grandement Evelyne Roche pour sa gentillesse, sa disponibilité et sa réactivité. Grace à toi,
je n’ai presque plus faim avant midi ! Surtout, garde ton sourire, il te va si bien !
Remerciements
Merci Siddy, l’apollon du laboratoire, pour ta bonne humeur, ton sourire et pour toutes nos discussions.
Merci aux (plus ou moins) jeunes du service participant aux petites virées parisiennes et plus
particulièrement Anne-Laure, Antoine, Ludovic et Sylvain pour ces moments de détente.
Sophie et Tracy, vous savez à quel point je vous apprécie, je vous souhaite tout le bonheur que vous
méritez !

Je remercie également les doctorants et post-doctorant du laboratoire (Anne Salaün, Audrey Bacchetta
[Petite coquinette], Sébastien Leguay et Mickaël Mendes) pour les bons moments passés dans les
laboratoires, les bureaux ou à l’extérieur du centre. Je tiens à remercier particulièrement Mickael Mendes
qui m’a beaucoup appris…

Pour finir, je souhaite remercier les stagiaires que j’ai pu encadrer durant ces trois années et notamment
Juliette Sebti, Mohamed Kerbaa et Guillaume Genesio pour leur implication et leur bonne humeur. Je
leur souhaite une bonne continuation !

Concernant le cercle privé, je remercie tous mes amis d’Ile de France qui m’aident à supporter ma
carence en vitamine D et qui m’ont donné envie de rester dans la région.
Pour finir, je ne remercierai jamais assez mes parents et ma petite sœur. Je vous remercie d’avoir toujours
été derrière moi malgré la distance qui nous sépare et de m’avoir permis de faire mes études dans les
meilleures conditions qui soient. Vous trouverez dans ce travail toute ma reconnaissance. J’ai également
une pensée pour mes grands-parents.

Table des matières

TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION GENERALE ................................................................................................................. 19
CHAPITRE I : LA MATIERE ORGANIQUE, UN VECTEUR DE MIGRATION DES ACTINIDES DANS
L’ENVIRONNEMENT : ETAT DE L’ART ................................................................................................. 23
1. Les actinides ......................................................................................................................... 23
1.1. Introduction ..................................................................................................................... 23
1.2. Le thorium ....................................................................................................................... 30
1.3. L’uranium ........................................................................................................................ 33
1.4. Le neptunium ................................................................................................................... 36
1.5. Le plutonium.................................................................................................................... 39
1.6. L’américium .................................................................................................................... 43
2. Les substances humiques ..................................................................................................... 46
2.1. Généralités ....................................................................................................................... 46
2.2. Propriétés physico-chimiques .......................................................................................... 48
2.3. Mise en évidence des interactions entre les actinides et la matière organique ................ 50
2.4. Modélisation .................................................................................................................... 51
3. Complexation des actinides ................................................................................................. 56
3.1. Généralités ....................................................................................................................... 56
3.2. L’étude des interactions entres actinides et matière organique ....................................... 57
3.3. Paramètres influençant la spéciation ............................................................................... 57
3.4. Système ternaire .............................................................................................................. 58
3.5. Cinétique .......................................................................................................................... 59
4. Conclusion du chapitre ........................................................................................................ 59
CHAPITRE II : L’UTILISATION DE LA SPECTROMETRIE DE MASSE TRES HAUTE RESOLUTION POUR
LA CARACTERISATION MOLECULAIRE DES SUBSTANCES HUMIQUES ............................................... 63
1. Stratégie analytique ............................................................................................................. 63
2. Outils analytiques : principes et instrumentation ............................................................. 65
2.1. Principes .......................................................................................................................... 65
2.2. La source d’Ionisation ElectroSpray (ESI) ...................................................................... 65
2.3. Spectromètre de masse très haute résolution de type FTICR-MS ................................... 67
3. Analyse de la matière organique par spectrométrie de masse à l’échelle moléculaire .. 70
3.1. Conditions expérimentales............................................................................................... 70
3.2. Résultats obtenus et discussion ........................................................................................ 75
4. Comparaison à l’échelle moléculaire d’échantillons de matière organique ................... 91
4.1. Conditions expérimentales et instrumentation ................................................................. 91
4.2. Résultats obtenus et discussion ........................................................................................ 92
5. Conclusion du chapitre ...................................................................................................... 101
9