Avec l'intérêt renouvelé pour l'énergie nucléaire, le besoin de suivi environnemental des éléments radioactifs de nature anthropique est croissant. Suite à la fission nucléaire de l'uranium, du radiocésium se forme. La libération de ce radioélément dans l'environnement -- à la suite d'accidents nucléaires ou de rejets autorisés -- se doit d'être quantifiée, car certains de ses radio-isotopes peuvent poser un risque environnemental et pour la santé de l'humain. La quantification de l'isotopie du césium dans l'eau et les sols permet de tracer l'origine des déversements et de calculer les doses reçues. Les méthodes d'extraction actuellement disponibles présentent des inconvénients qui limitent leur utilisation en radiochimie. L'utilisation d'approches de microextraction pourrait permettre de multiplier le pouvoir de séparation et de préconcentration et de s'affranchir de certains obstacles actuels. L'extraction au point de trouble (EPT) permet un enrichissement rapide de la contamination pour permettre la détection d'un contaminant. Un nouveau système d'extraction au point de trouble pour l'extraction du césium a été étudié. Plusieurs ligands ont été utilisés, dont l'utilisation traditionnelle nécessite des quantités importantes de solvants. L'usage de microadsorbant permet de maximiser la surface de contact pour l'extraction de l'analyte tout en minimisant la quantité de ligand nécessaire. C'est dans cette optique qu'une réduction de la taille des cristaux du phosphomolybdate d'ammonium (AMP) a été effectuée. Son affinité pour le césium a été démontrée depuis les années 50. Sa fonctionnalisation et sa combinaison avec des cœurs magnétiques ont été étudiées afin de faciliter l'automatisation de l'extraction et de la séparation. Le développement de nanoadsorbants et de microadsorbants magnétiques a été effectué et leurs capacités d'extraction du Cs ont été évaluées. L'exploitation de la microextraction par extraction au point trouble a été étudiée pour l'extraction du césium avec peu de succès. / With the growing interest in nuclear energy as a clean energy source, the need for environmental monitoring of anthropogenic radioactive elements is increasing. Once uranium is fissioned, radiocesium is formed. The release of this radioelement into the environment -- because of nuclear accidents -- is problematic because its radioisotopes may pose environmental and human health risks. The quantification of cesium radioisotopes in water and soils is used to trace spills and calculate doses received. The extraction methods currently available have disadvantages that limit their use in radiochemistry. Microextraction will increase the separation and preconcentration abilities. Cloud point extraction (CPE) allows for rapid assessment of contamination. A new CPE system for the extraction of cesium has been studied. Several ligands have been studied whose traditional use requires a significant amount of organic solvent and sample. Large scale liquid-liquid extraction is not applicable to the targeted environmental samples. The use of micro-adsorbent maximizes the contact surface for the analyte extraction while minimizing the amount of ligand required. It is in this perspective that a miniaturization of ammonium phosphomolybdate was carried out. Its affinity for cesium has been demonstrated since the 50s. Its functionalization and its combination with magnetic cores have also been studied to allow for the automation of the extraction process. The development of nanoadsorbents and magnetic microadsorbent was carried out and their ability to extract Cs was demonstrated. The microextraction of cesium through cloud point extraction has also been studied with poor success.

L'exposition humaine aux rayonnements ionisants d'origine naturelle est une préoccupation constante dans le plan de protection des sources d'eau potable au Canada. La protection de ces sources d'eau commence par l'implantation d'un suivi rigoureux du degré de contamination des différents aquifères composant le réseau hydrique canadien. Il importe donc de développer des techniques d'extraction et d'analyse efficaces, robustes et rapides afin de mettre en place un tel programme. Certains radiocontaminants provenant de la série de désintégration de l'uranium-238 sont particulièrement nocifs pour la santé des divers écosystèmes planétaires. Ce projet reposera sur le développement d'une technique d'extraction et d'analyse séquentielle du ²¹⁰Pb, du ²¹⁰Bi et du ²¹⁰Po contenus dans diverses matrices environnementales. L'extraction au point trouble séquentielle de ces différents radioisotopes sera donc au cœur des travaux réalisés au cours de ce projet de doctorat. Pour ce faire, il sera nécessaire de développer des systèmes micellaires efficaces, contenant un agent complexant spécifique à chacun de ces radioisotopes afin de les isoler les uns des autres. Contrairement à l'extraction liquide-liquide ou à l'extraction sur phase solide qui emploient de grandes quantités de consommable, cette technique d'extraction ne nécessite qu'une faible quantité de surfactant afin d'isoler et de pré-concentrer un analyte d'intérêt, minimisant ainsi son impact sur l'environnement. Malgré leur radiotoxicité, les concentrations en radiocontaminants dans les diverses matrices environnementales sont somme toute très faibles, nécessitant dès lors l'utilisation de bons facteurs de pré-concentration. Un avantage majeur de l'extraction au point trouble est d'offrir des facteurs de pré-concentration de l'ordre de 200 fois, permettant l'analyse des différents éléments cibles à l'état d'ultra-trace dans des matrices environnementales. Ces extractions menées de manière séquentielle, nécessiteront l'utilisation d'un échantillon unique, évitant ainsi de produire de grandes quantités de rejet lors d'analyses de routine. Une fois extraits, les radioisotopes d'intérêt seront analysés par différentes techniques d'analyse dépendamment de leurs natures chimique et physique (spectrométrie de masse, spectrométrie-α, spectrométrie-β, comptage à scintillation liquide), permettant une caractérisation ainsi qu'une quantification complètes du contenu de l'échantillon de par la complémentarité des techniques utilisées dans ce projet. / Human exposure to naturally occurring radionuclides (NORM) is an on going concern in the protection of Canadian drinking water sources. The protection of these water sources begins with the implementation of a rigorous monitoring of contamination of the various aquifers composing the Canadian water network. It is therefore important to develop efficient, robust and rapid extraction approaches and analysis techniques in order to carryout such program. Several radiocontaminants from the uranium-238 decay series are particularly harmful to the health of the various planetary ecosystems. This project aimed to develop a technique for the sequential extraction and analysis of ²¹⁰Pb, ²¹⁰Bi and ²¹⁰Po contained in various environmental matrices and will constitute the basis of the work carried out during this doctoral project. To do this, it will be necessary to develop effective micellar systems, containing a complexing agent specific for each of these radioisotopes, in order to isolate them individually. Unlike liquid-liquid extraction or solid phase extraction which use large quantities of consumable, cloud point extraction requires only a small amount of surfactant, in order to isolate and pre-concentrate an analyte of interest, thus minimizing its environmental impact. While radiotoxic, the concentrations of radiocontaminants in the various environmental matrices are typically very low, requiring sufficient pre-concentration factors to enable their detection. The coacervate-based extraction offers pre-concentration factors that can reach 200 times, thus allowing the analysis of the various target elements at the ultra-trace level. These sequential extractions will require the use of a single sample, thus avoiding producing large quantities of waste, during routine analyses. Once extracted, the radio isotopes of interest will be analyzed by different analysis techniques depending on their chemical and physical nature (mass spectrometry, α spectrometry, β spectrometry, liquid scintillation counting), thus bringing another dimension to this project.

Le développement méthodologique d’une approche simplifiée visant à extraire et à quantifier l’uranium et le plutonium à partir d’échantillons de poisson par l’ICP-MS est l’objectif principal de ces travaux de maîtrise. Pour ce faire, la méthode d’extraction au point trouble (CPE) est utilisée. Cette méthode permet de séparer les actinides de la matrice et de les préconcentrer dans un faible volume de surfactant. L’utilisation d’un agent d’extraction sélectif permet de former des complexes avec l’uranium et le plutonium puis de les incorporer à l’intérieur des micelles. L’agent d’extraction P, P-di (2-éthylhexyle) de l’acide méthanediphosphonique (H2DEH[MDP]) est utilisé car celui-ci a un potentiel d’extraction élevé pour les actinides. Puisque l’uranium et le plutonium ont de long temps de demi-vie, les analyses peuvent être effectuées par l’ICP-MS pour connaître les ratios isotopiques de ces derniers. Toutefois, avant de procéder à l’extraction au point trouble et de réaliser les analyses, les échantillons de poisson sont traités pour éliminer l’eau et la matière organique qui peuvent interférer avec la formation des micelles. Les diverses étapes nécessaires pour la mise en solution, leurs compatibilités avec l’approche CPE et la mesure par ICP-MS seront présentées pour l’analyse de larges quantités (˃ 500 g) de poissons frais. / The methodological development of a simplified approach to extract and quantify uranium and plutonium from fish samples by ICP-MS is the main goal of this master’s work. To do this, the cloud point extraction method (CPE) is used. This method allows the actinides to be separated from the matrix and preconcentrated in a small volume of surfactant. The use of a selective ligand makes it possible to form a complex with uranium and plutonium and then to transfer it inside the micelles. The ligand P, P-di (2-ethylhexyl) of methanediphosphonic acid (H2DEH[MDP]) is used because it has a high extraction potential for actinides. Since uranium and plutonium have a long-half-life, analyzes can be performed by ICP-MS, to know the isotopic ratios of the latter. However, prior to cloud point extraction and analysis, fish samples are processed to remove water and organic matter that can interfere with micelle formation. The various stages required for dissolution, their compatibility with the CPE approach and ICP-MS measurement will be presented for the analysis of large quantities (˃ 500 g) of fresh fishes