Les préoccupations énergétiques et environnementales actuelles ont fait du retraitement des déchets nucléaires un enjeu scientifique et économique majeur dans de nombreux pays. Une des voies de retraitement envisagée concerne l'extraction sélective des actinides mineurs trivalents An (Am3+, Cm3+) du reste des lanthanides Ln présents dans le combustible nucléaire usé. Pour cela, des ligands azotés sont actuellement testés: l'origine de leur sélectivité pour les actinides mineurs est encore mal identifiée mais pourrait venir de phénomènes de covalence accrus avec les actinides mineurs (III) par rapport aux lanthanides(III). Dans cette thèse, nous étudions la covalence dans la liaison actinide-ligand par des calculs de DFT (Théorie de la Fonctionnelle de la Densité), et ce en trois temps: étude avancée de la nature de la liaison métal-ligand, caractérisation spectroscopique de la covalence et premiers tests de dynamique moléculaire ab initio pour de futures études en solvant. Pour cela, nous appliquons des méthodes jusque là assez peu utilisées sur les complexes trivalents d'actinides (méthodes topologiques, TDDFT, LDDFT, dynamique moléculaire ab initio). Nous avons pu établir que la sélectivité de l'extractant BTP, le plus efficace pour la séparation An/Ln, provenait notamment d'un renforcement de la covalence dans la liaison An-BTP par rapport à la liaison Ln-BTP. Ceci n'avait jamais pu être montré auparavant, tant au niveau expérimental que théorique.

Cette thèse traite de l'application des approches topologiques de la liaison chimique à des systèmes contenant des éléments lourds sujets aux effets relativistes, notamment ceux dépendant du spin. Elle présente deux volets principaux : (i) l'évaluation des effets du couplage spin-orbite (SO) sur la structure électronique à l'aide d'une analyse combinée des propriétés de la fonction ELF et de l'approche QTAIM en deux composantes et (ii) la rationalisation des distorsions structurales pour des molécules impliquant des éléments lourds et le rôle du couplage SO dans ces distorsions. Nous avons pu mettre en évidence différentes situations pour lesquelles le couplage SO peut avoir une influence très importante, modérée ou négligeable. Un résultat important de ce travail démontre la dépendance du couplage SO à son environnement chimique. Pour le second volet, nous avons élaboré une approche qui a consisté à établir une corrélation entre les interactions électrostatiques locales entre régions liantes et non liantes (bassins ELF et QTAIM) et la géométrie moléculaire du système dans l'esprit des modèles VSEPR et du Ligand Close Packing (LCP). Cette approche a notamment mis en évidence la connexion entre la structure moléculaire et les répulsions des paires non-liantes de l'atome central avec leur environnement. / This thesis deals with the aplication of topological approaches of the chemical bonding by means of analysing properties of density-based functions like Electron Localization Function (ELF) and the Quantum Theory of Atoms in Molecumes (QTAIM) to systems involving heavy elements such as 6p elements or actinides . It is divided into two main parts: (i) the evaluation of the spin-orbit coupling (SOC) effects on the electronic structure by means of combination of the QTAIM and ELF topological analyses in the field of quasirelativistic quantum calculations, and (ii) the rationalization of structural distorsions on molecules containing heavy atoms, and the role of the SOC on these distorsions. We were able to emphasize different situations for which SOC has strong, moderate or tiny influence on the chemical bonding, depending on the chemical environnement on which the heavy element is involved. In the second part of this thesis we tested our approach consisting of ELF/QTAIM interbasin repulsion energy analysis in connection with the molecular geometry of the system, in the spirit of the VSEPR and LCP models.