As propriedades dosimétricas de um feixe de radiação utilizado em Radioterapia estão diretamente ligadas ao espectro de energia produzido pela unidade de tratamento. Dessa forma, o desenvolvimento de metodologias que permitam avaliar de forma simples e acurada os espectros de feixes clínicos pode auxiliar no estabelecimento da qualidade dos tratamentos realizados. Baseado nisso, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia acurada e de baixo custo para a determinação dos espectros primários dos campos de radiação utilizados em radioterapia a partir de medidas de transmissão em atenuadores de alumínio, cobre chumbo e acrílico, utilizando o método da transformada inversa de Laplace. Simulação Monte Carlo com o código PENELOPE, apresentou-se como uma ferramenta indispensável na avaliação dos resultados obtidos para os diferentes materiais e na validação dos espectros reconstruídos por meio da simulação de parâmetros dosimétricos que caracterizam o feixe. Um programa em linguagem FORTRAN foi elaborado para o cálculo da transformada inversa de Laplace e os dados obtidos foram investigados em função de parâmetros do programa e do ajuste realizado para a curva de transmissão. A diferença máxima de 4,4% para o feixe clínico de 6 MV e de 4,2% para o feixe de 10 MV, entre os valores experimentais de PDP e simulados com o espectro reconstruído, utilizando o alumínio como material atenuador, confirmam a acurácia da metodologia na reconstrução de feixes radioterápicos produzidos em aceleradores clínicos. / The dosimetric properties of a radiation beam used in radiotherapy are directly related to the energy spectrum produced by the treatment unit. Therefore, the development of methodologies to evaluate in a simple and accurate way the spectra of clinical beams can help establishing the quality of the treatment. Based on this, the purpose of this work was to develop an accurate and low cost methodology for the determination of the primary spectra of radiation fields used in radiotherapy from measurements of transmission in attenuators of aluminum, copper, lead and acrylics and using the method of the inverse Laplace transform. Monte Carlo simulation with PENELOPE code was an essential tool in evaluating the results obtained for different materials and validating the spectra reconstructed by the simulation of dosimetric parameters that characterize the beam. A program in FORTRAN was developed to calculate the inverse Laplace transform and the data obtained were evaluated in regard the parameters of the program and the fitting used for the transmission curve. The maximum difference of 4.4% for the clinical beam of 6 MV and 4.2% for the beam of 10 MV, between the experimental and simulated PDP with the reconstructed spectrum, using aluminum as the attenuator material, confirm the accuracy of the methodology of spectra reconstruction of radiotherapy beams produced by clinical accelerators.

Nanopartículas de ouro (AuNP) compõem o estado da arte da medicina oncológica atual sendo extensivamente investigadas para aplicações em radioterapia de câncer. O acúmulo seletivo em tecidos tumorais de vascularização desordenada causa retenção aumentada das AuNP no microambiente tumoral e aumenta a permeabilidade de drogas terapêuticas por elas carreadas. A radiossensibilização observada em células em cultura tratadas com AuNP é, contudo, resultado da resposta biológica à ambos os fenômenos bioquímicos de interação com a célula alvo e físicos de interação da AuNP com a radiação ionizante. A presença do ouro metálico no citoplasma celular durante a terapia com radiação ionizante aumenta a secção de choque de absorção fotoelétrica no tecido alvo, o que contribui para o aumento potencial do dano biológico letal. Neste contexto, o objetivo principal deste trabalho é avaliar a radiossensibilização causada por nanopartículas de ouro em radioterapia em termos de parâmetros físicos e radiobiológicos. Simulação Monte Carlo com o código PENELOPE foi utilizada para estudar como a densidade de ionização local é alterada pela criação de elétrons secundários em nanopartículas de 2-100nm após interação com os feixes primários de fótons de interesse clínico de 200kV, Ir-192, Cs-137, 6MV e Co-60. O Estudo da Nanopartícula Isolada demonstrou que a densidade de ionização é fortemente aumentada com a redução da energia do feixe primário (E) de ionização, sendo, entretanto, fracamente dependente do diâmetro das AuNP. O diâmetro da AuNP (d) modula, no entanto, o espectro de elétrons secundários ejetados ao tecido-mole disposto ao redor porque modifica o número de elétrons internamente absorvidos em cada nanopartícula. Quando concentrações de ouro (!!\") entre 0,001% e 1%, são consideradas no Estudo da Célula com Nanopartículas, é possível observar que a !!\" internalizada no citoplasma aumenta a fração de reforço da densidade de ionização no tecido alvo em até 200% para baixas energias, não ultrapassando 160% para feixes de megavoltagem. A principal conclusão desta etapa é que o reforço na densidade de ionização local é resultado do balanço entre os parâmetros estudados E e !!\", e o diâmetro da AuNP, modifica o número de fotoelétrons ejetados ao meio, influenciando portanto o potencial efeito biológico. A partir dos resultados do estudo por Monte Carlo, foram desenhados os estudos radiobiológicos in vitro e in vivo com células PC3 de adnocarcionama de próstata. Nanopartículas rod shaped (AuNR) - conjugadas com Goserelin (gAuNR) princípio ativo do quimioterápico Zoladex® foram sintetizadas com sucesso para aplicações nos sistemas biológicos e nanopartículas conjugadas com polietileno glicol (pAuNR) foram utilizadas como controle biocompatível e não bioespecífico em todos os ensaios. A dinâmica de uptake celular foi estudada in vitro demostrando que a presença do biomarcador na superfície das nanopartículas aumenta a concentração efetiva de ouro internalizada nas células alvo em 5 vezes quando comparada com pAuNR. Radiossensibilização aumentada foi observada em ensaios clonogênicos, apresentando essencialmente efetividade radiobiológica relativa 27% maior para o tecido com gAuNR incorporados, quando irradiado como feixe de 6MV, 58% e 78% maior quando irradiado com os feixes de Cs137 e Ir192 respectivamente. O estudo de biodistribuição in vivo em nude mice demonstrou que as nanopartículas bioconjugadas gAuNR tem acúmulo 3 vezes maior em tumores xenográficos de próstata do que pAuNR, e o seguimento tumoral acompanhado em 55 animais demonstrou expressiva efetividade terapêutica do uso de gAuNR em Radioterapia. Foi observado !!\"#$% de 24 e 20 dias para os grupos tratados com gAuNR e pAuNR irradiados com 6MV; Este número cresce para 28 e 18 quando as irradiações são realizadas com a fonte de Braquiterapia HDR de Ir-192. Os resultados consonantes dos estudos por Monte Carlo e ensaios radiobiológicos conduzem à proposição deste trabalho à luz de sua principal conclusão: Nanopartículas de ouro bioconjugadas, gAuNR, apresentam terapêutica efetiva na Radioterapia de câncer de próstata porque modulam o espectro de elétrons no citoplasma celular causando aumento local da densidade de ionização e reforço da probabilidade de dano letal. / Gold nanoparticles (AuNP) comprise the state of the art in medical oncology being extensively investigated for applications in cancer radiation therapy. The selective accumulation in tissues with disordered vascularization increases retention of AuNP in the tumor microenvironment, what leads to enhanced permeability of conjugated drugs carried by the AuNP. The radiosensitization observed in cells treated with AuNP however is result of a combined biological response to both biochemical and physical interactions of the conjugated AuNP with ionizing radiation. The presence of metallic gold in the cell cytoplasm during radiation therapy increases the photoelectric absorption cross-section in the target tissue, thus potentially increasing the lethal biological damage. In this context, the aim of this study is to evaluate the radiosensitization caused by gold nanoparticles in radiation therapy in terms of physical and radiobiological parameters. In order to investigate the density of ionizations in cells containing AuNP, the PENELOPE Monte Carlo code was used to simulate creation of secondary electrons in nanoparticles of 2-100nm after interaction with photon beams of clinical interest: 250kV, Ir-192, Cs-137, 6MV and Co-60. The theoretical analysis was performed in two steps: the Single AuNP Study and the Cell with AuNP Study. The first study predicts that enhancing nanoparticle diameter (d) from 2-10nm keeps the density of ionization enhanced in 22-28% for all kilovoltage beams and from 38-46% for all megavoltage beams, however increasing more than 5 times the yield of electrons ejected from the AUNP to the surrounding soft-tissue when the primary beam has its energy decreased from 6MV to 250kV. In the Cell with AuNP Study, the final concentration of gold in the cytoplasm (!!\") was increased from 0.001% to 1%, showing that concentration of gold strongly modifies the density of ionization in the cell, being up to 2 and 1.6 fold for low and high energies respectively. Sequentially, conjugated AuNP were synthesized with Goserelin Acetate (gAuNR) to target PC3 prostate cancer cells, and AuNP coated with polyethylene glycol (pAuNR) were used as non-biospecific control. The radiobiological assays were following designed based on the Monte Carlo results with 6MV, Cs-137 and the Ir-192 HDR Brachytherapy source. The in vitro cellular uptake study demonstrate that the biomarker in the surface of the nanoparticles increases the effective concentration of gold in the cytoplasm by 2.4 fold compared to pAuNR. The clonogenic assays demonstrate that the relative radiobiological effectiveness is enhanced in 27%, 58% and 78% for 6MV, Cs-137 and Ir-192 respectively when cells are treated with gAuNR for 24h prior irradiation. The conjugated nanoparticles were also submitted to ICP-MS based biodistribution study that demonstrate gAuNR accumulate 3 fold in xenografts prostate tumors than pAuNR. Following these results, a tumor re-growth study in nude mice was designed considering irradiations with the 6MV and the Ir-192 HDR Brachytherapy beam energies. Nanoparticles were administrated intravenously and tumors were followed for a maximum of 30 days. Tumor delay (!!\"#$%) of 20 and 24 days were observed for groups respectively treated with gAuNR and pAuNR and the 6MV beam; And !!\"#$% of 28 and 18 days were observed for groups respectively treated with gAuNR and pAuNR and the Ir-192 HDR Brachytherapy source. Both in vitro and in vivo studies, in consonance with the Monte Carlo predictions, demonstrate that conjugated AuNP, gAuNR, improve therapeutic effectiveness for treating prostate tumors because the gold nanoparticles modulate the effective spectrum of secondary electrons in the cytoplasm, locally enhancing the density of ionizations and thus increasing probability of lethal cellular damage.

Este trabalho visa aprimorar e tornar mais precisa a utilização do dosímetro gel polimérico MAGIC-f no estudo da distribuição de dose para fonte radioativas utilizadas na terapia e diagnóstico em medicina nuclear. Para isso foram avaliados os parâmetros de leitura do gel em equipamentos de ressonância magnética e sua resposta quando comparado a resultados obtidos através da utilização do código PENELOPE de simulação Monte Carlo. Dentre as incertezas observadas no processo global da utilização do gel MAGIC-f, sua manufatura foi a que demonstrou uma maior preocupação uma vez que erro na frações de componentes químicos adicionados ocasiona grande diferença na resposta do dosímetro. A aquisição da informação dosimétrica em um equipamento de imagem por ressonância magnética demonstrou que tempos ao eco mais curtos são mais eficientes na diferenciação do sinal gerado no processo de polimerização devido a utilização de fontes de medicina nuclear do que ajustes na resolução da imagem e que a homogeneidade de campo magnético pode ocasionar grande alteração nos valores obtidos. Experimentos realizados com o gel MAGIC-f, demonstraram um baixa dependência energética e um grande dependência com a taxa de dose, dois fatores importantes em medicina, mas resultados simulados e experimentais comparativos utilizando fontes de I-131, Tc-99m e F-18, demonstraram uma grande precisão nos resultados apresentados, tornando assim o gel MAGIC-f uma excelente ferramenta na verificação volumétrica da dose absorvida na terapia com fontes de medicina nuclear. / This work aims to improve and make more accurate use of the gel dosimeter MAGIC-f polymer in the study of dose distribution for radioactive source used in therapy and diagnosis in nuclear medicine. For this, MRI parameters reading of the gel were evaluated and its response when compared to results obtained using a Monte Carlo simulation PENELOPE code. Among the uncertainties observed in the overall use of MAGIC-f gel, its manufacturing demonstrated a greater concern since error in chemical fractions added causes big difference in the response of the dosimeter. The acquisition of dosimetric equipment information in a magnetic resonance imaging showed that the shorter eco times are more efficient in differentiating the signal generated in the polymerization process due to the use of sources of nuclear medicine than image resolution changes and the homogeneity of the magnetic field can cause large difference in the results. Experiments performed with the MAGIC-f gel, demonstrated a low energy dependence and a large dependence on the dose rate, two important factors in nuclear medicine, but comparative results with simulated and experimental processes using sources of I-131, Tc-99m and F-18 showed a great accuracy in results, thus making the MAGIC-f gel an excellent tool for volumetric verification of absorbed dose therapy with sources of nuclear medicine.

Neste trabalho estudamos o efeito hidrofóbico no sistema benzenoágua. Nossa estratégia é avaliar as propriedades das ligações de hidrogênio entre as moléculas de água nas proximidades da molécula e benzeno. Utilizamos as ferramentas da mecânica quântica e o método de simulação computacional para este estudo. A análise estrutural e energética detalhada dos clusters benzenoágua mostra que a ligação de hidrogênio é mais forte quando na presença do benzeno. A investigação pelo método de simulação Monte Carlo corrobora estas conclusões e ainda fornece os efeitos da variação de tempeatura. Verificamos que o aumento da temperatura afeta todas as moléculas aumentando a desordem líquida, no entanto, constatamos a manutenção de uma estrutura de ligações de hidrogênio mais fortes as proximidades do benzeno. A interação entre duas moléculas de benzeno também foi analisada, mostrando que a interação benzenobenzeno é bem mais forte na presença da água. / The hydrophobic effect is studied for the benzene-water system. The properties of the hydrogen bond between the water molecules around the benzene is evaluated using both classical and quantum mechanical methods. Hydrophobic hydration analysis shows that the hydrogen bond interaction is stronger in the presence of benzene. This is verified both by ab initio quantum mechanical methods and classical Monte Carlo simulation. Temperature dependence is investigated. Although increasing temperature increases the disorder the hydrogen bonds between the water molecules are still stronger for those in the proximities of the benzene. Hydrophobic interaction is also investigated. It is seen that the benzene-benzene interaction is stronger in the water environment.

Uma simulação baseada em métodos Monte Carlo foi criada com o intuito de avaliar a potencialidade da utilização do espalhamento Compton em altas energias para a obtenção de medidas absolutas e de alta precisão da energia de fótons marcados. Esse método se baseia em medidas angulares dos produtos desse espalhamento para reconstruir a energia dos fótons incidentes, utilizando a cinemática do espalhamento Compton em aproximação de impulso. A simulação inclui vários efeitos relevantes à medida, como espalhamento múltiplo de elétrons, momento interno dos elétrons nos átomos do alvo, resolução do detetor e vários parâmetros geométricos do arranjo experimental. Através da simulação de um experimento que utiliza esse método para a calibração em energia de um feixe de fótons marcados, foi possível identificar duas fontes de erros sistemáticos. Métodos de análise que minimiza um desse erros sistemáticos foram desenvolvidos, bem como métodos para a criação de correções para as medidas de energia. Verificou-se que, pelo menos no arranjo experimental estudado, é possível obter medidas da energia dos fótons incidentes com precisão da ordem de 0.07%. / A simulation based on Monte Carlo methods was created in order to evaluate the potentiality of using Compton scattering at high energies to obtain high precision absolute measurements of tagged photon energies. This method is based on angular measurements of the scattering products to reconstruct the incident photon energy using the kinematics of Compton scattering in impulse approximation. The simulation includes several effects that are relevant to the measurement, such as electron multiple scattering, internal momentum of the electrons in the atoms of the target, detector resolution and several geometrical parameters of the experimental setup. Through simulation of an experiment that uses this method for energy calibration of a tagged photon beam, it was possible to identify two sources of systematic errors. Analysis methods that minimize one of these systematic errors were developed, as well as methods for the creation of corrections to the energy measurements. Our results show that, at least in the studied experimental setup, it is possible to obtain energy measurements with a precision in the order of 0.07%.

La prévention des effets biologiques radio-induits en radiologie interventionnelle nécessite une estimation complète de l’exposition à la peau et aux organes du patient. Dans ce contexte, un logiciel permettant une reconstruction post-opératoire précise et rapide de la dosimétrie du patient par méthode Monte Carlo, a été développé. L’utilisation de techniques de réduction de variance et de navigation voxélisée avancées permet une amélioration significative du temps de calcul. Des fantômes anthropomorphes de dernière génération, couplés à la lecture des paramètres d’irradiation, permettent une prise en compte réaliste de l’anatomie du patient et de la géométrie de la machine. La précision de la modélisation Monte Carlo associée à un temps d’exécution réduit ainsi qu’à une complète automatisation rend cet outil particulièrement adapté à un calcul systématique en radiologie interventionnelle. / The prevention of the radio-induced biological effects in interventional radiology require a complete estimation of the patient skin and organs exposition. In this context, a software allowing a precise and fast postoperative reconstruction of the patient’s dosimetry using the Monte Carlo method was developed. The use of advanced methods of variance reduction and voxelized navigation allows a significant improvement in computing time. Last generation anthropomorphic phantoms, coupled with the reading of the irradiation parameters, allow to take realistic account of the patient's anatomy and the geometry of the machine. The precision of the Monte Carlo modelization associated with a reduced execution time as well as a complete automation makes this tool particularly suitable for a systematic calculation in interventional radiology.

This thesis participates to the effort launched after the Fukushima-Daiichi disaster to improve the robustness of national institutions involved in nuclear safety because of the role that the failing nuclear regulator had in the accident. The driving idea is to investigate how engineering techniques used in high-risk industries can be applied to institutions involved in nuclear safety to improve their robustness. The thesis focuses specifically on the Office for Nuclear Regulation (ONR), the British nuclear regulator, and its process for structured inspections. The first part of the thesis demonstrates that the hazard and operability (HAZOP) technique, used in the nuclear industry to identify hazards associated with an activity, can be adapted to qualitatively assess the robustness of organisational processes. The HAZOP method was applied to the ONR inspection process and led to the identification of five significant failures or errors. These are: failure to focus on an area/topic deserving regulatory attention; failure to evaluate an area/topic of interest; failure to identify a non-compliance; failure to identify the underlying issue, its full extent and/or safety significance and failure to adequately share inspection findings. In addition, the study identified the main causal chains leading to each failure. The safeguards of the process, i.e. the mechanisms in place to prevent, detect, resolve and mitigate possible failures, were then analysed to assess the robustness of the inspection process. The principal safeguard found is the superintending inspector who performs reviews of inspection reports and debriefs inspectors after inspections. It was concluded that the inspection process is robust provided recruitment and training excellence. However, given the predominant role of the superintending inspector, the robustness of the process could be improved by increasing the diversity of safeguards. Finally, suggestions for improvement were made such as establishing a formal handover procedure between former and new site inspectors, formalising and generalising the shadowing scheme between inspectors and setting minimum standards for inspection debriefs. These results were shared with ONR, which had reached the same conclusions independently, thus validating the new application for the HAZOP method. The second part of the thesis demonstrates that computational modelling techniques can be used to build digital twins of institutions involved in safety which can then be used to assess their effectiveness. The knowledge learned thanks to the HAZOP study was used in association with computational modelling techniques to build a digital twin of the ONR and its structural inspection process along with a simple model of a nuclear plant. The model was validated using the face-validity and predictive validation processes. They respectively involved an experienced ONR inspector checking the validity of the model’s procedures and decision-making processes and comparing the model’s output for oversight work done to data provided by the ONR. The effectiveness of the ONR was then evaluated using a scenario where a hypothetical, newly discovered phenomenon threatens the integrity of the plant, with ONR inspectors gradually learning and sharing new information about it. Monte-Carlo simulation was used to estimate the cost of regulatory oversight and the probability that the ONR model detects and resolves the issue introduced before it causes an accident. Different arrangements were tested and in particular with a superintending inspector reviewing inspection reports and a formal information sharing process. For this scenario, these two improvements were found to have a similar impact on the success probability. However, the former achieves it for only half the cost.

A presente dissertação devolveu uma metodologia para determinar a probabilidade de escape de nêutrons conforme a energia e posição no reator. Para tanto, simulou-se um reator qualitativo semi-infinito de secção quadrada composto por três regiões homogêneas distintas. O domínio do reator foi subdividido em cem subcamadas concêntricas uniformes para a análise da fuga de nêutrons. Desta maneira, o nascimento de cada nêutron em cada camada foi registrado, bem como sua energia inicial. Os cálculos das trajetórias dos nêutrons foram efetuados usando o Método de Monte Carlo Físico. Assim, o código gerou a história paralela de 4x106 nêutrons, armazenando a energia final, posição final e fluxo angular na superfície. Desta forma, foi possível atribuir a probabilidade de escape de nêutrons provenientes de diferentes camadas conforme suas energias e posições iniciais. O método foi capaz de estabelecer o espectro de fuga, relações de dependência entre energia inicial e probabilidade de escape, além de observar que, sob certas condições, a probabilidade de escape possui crescimento exponencial ao longo do domínio. / This work presents a methodology to determine the neutron escape probability according to its energy and start position in the reactor. A semi-infinite qualitative reactor was simulated by a C++ program. This reactor has three distinct homogeneous regions. It was subdivided into hundred uniform concentric layers for a statistical analysis, allowing to record the birth and initial energy of each neutron in each layer. The neutron's path calculation was performed using Monte Carlo. The program generated 4x106 parallel neutron stories and has stored the final energy, position and angular flux. Thus, we determined the neutron escape probability from different layers. The method was able to estimate the leakage dependency with initial energy and position and it showed that the escape probability has a exponential growth tendency along the domain in certain conditions.

As incertezas na área da economia demandam modelos teóricos de previsão de resultados cada vez mais complexos e precisos, onde a análise de riscos, através da simulação de Monte Carlo, torna-se imprescindível, já que os modelos determinísticos não suprem as necessidades estratégicas das empresas. Esse trabalho aplica diferentes técnicas que visam uma análise econômica preliminar na área de mineração para uma jazida de feldspato: os métodos qualitativos SWOT e modelo de Porter aplicado; e os métodos quantitativos análise determinística, análise de sensibilidade, análise de cenários e simulação de Monte Carlo. O crescimento da fabricação de porcelanatos e da busca por fundentes mais baratos têm elevado o consumo de feldspato. Esta matéria-prima tem grande importância no setor cerâmico graças a sua ótima relação custo-benefício. Através de simulações de Monte Carlo, foram obtidos os intervalos de variação do valor presente líquido que as jazidas podem alcançar, suas probabilidades de insucesso e os valores máximos de lucro e prejuízo. Os métodos qualitativos indicam que, apesar dos obstáculos inerentes, o projeto tem uma posição de destaque no setor de minerais industriais com aplicação cerâmica. A análise SWOT demonstra a procura pelo produto, a experiência da empresa executora do projeto e a localização da jazida como os maiores trunfos; E que deve-se ficar atento aos empecilhos impostos pelo porte da empresa e pela crise econômica e ameaça de novos entrantes. Enquanto o modelo de Porter aplicado demonstrou que o projeto é competitivo comparado a outros de mesmo porte e do mesmo setor, que sempre foi relegado a empresas familiares e de pequeno porte, porém, seu crescimento tem despertado o interesse de multinacionais, fazendo com que a ameaça de novos entrantes seja alta. Já os quantitativos indicaram a viabilidade do projeto, com valor presente líquido positivo, taxa interna de retorno maior que a taxa mínima de atratividade e baixo tempo de retorno; as análises de cenários e sensibilidade apontaram a alta dependência da taxa de produção e do preço do feldspato, fazendo com que qualquer recuo do mercado possa inviabilizá-lo; e as simulações de Monte Carlo apontaram para uma baixa probabilidade de insucesso. Avalia-se que o projeto é sólido e produzirá bom retorno, mas não em condições adversas da economia brasileira. Em um momento mais estável economicamente, onde não haja tantos riscos relativos ao mercado, poderá tornar-se viável. / Uncertainties in the area of economics demand theoretical models of prediction of increasingly complex and accurate results, where risk analysis through the Monte Carlo simulation becomes essential, since the deterministic models do not achieve the strategic needs of the companies. This work applies different techniques that aim at a preliminary economic analysis in the mining area for a feldspar deposit: the qualitative methods SWOT and the applied Porter model; and the quantitative methods deterministic analysis, sensitivity analysis, scenario analysis and Monte Carlo simulation. The growth of the porcelain making and the search for cheaper fluxes have raised the consumption of feldspar. This raw material has great importance in the ceramic sector thanks to its great cost-benefit ratio. Through Monte Carlo simulations, the ranges of the net present value that the deposits can reach, their probabilities of failure and the maximum values of profit and loss were obtained. Qualitative methods indicate that, despite the inherent obstacles, the project has a prominent position in the sector of industrial minerals with ceramic application. The SWOT analysis demonstrates the demand for the product, the experience of the company executing the project and the location of the deposit as the greatest asset; And we must be aware of the obstacles imposed by the size of the company and the economic crisis and threat of new entrants. While the applied Porter model showed that the project is competitive compared to others of the same size and the same sector, which has always been relegated to small and family businesses, but its growth has attracted the interest of multinationals, making the threat of new entrants high. The quantitative ones indicated the feasibility of the project, with positive net present value, internal rate of return higher than the minimum rate of attractiveness and low return time; the analysis of scenarios and sensitivity indicated the high dependence of the rate of production and the price of the feldspar, causing that any retreat of the market can make it unfeasible; and the Monte Carlo simulations pointed to a low probability of failure. It is evaluated that the project is solid and will produce good returns, but not in adverse conditions of the Brazilian economy. At a more economically stable time, where there are not so many market-related risks, it may become viable.

Ce travail de thèse a pour but de proposer des potentiels d'interaction et des méthodologies pour prédire, au travers de simulations Monte Carlo, les équilibres et propriétés de phases de systèmes oxygénés rencontrés dans les procédés de conversion de la biomasse. Le potentiel AUA4 a ainsi été étendu aux alcools, éthers, cétones, aldéhydes et esters carboxyliques. Une attention particulière a été portée à la transférabilité de ce champ de forces, afin de pouvoir simuler de manière prédictive un grand nombre de molécules oxygénées. Différentes propriétés d'équilibre de corps purs sont correctement prédites (masses volumiques, pressions de saturation, enthalpies de vaporisation, propriétés critiques, tensions de surface, structure de la phase liquide). De nombreux mélanges ont également été simulés dans le pseudo-ensemble point de bulle, qui a été étendu aux molécules polaires dans le cadre de ce travail. Les résultats de simulation de mélanges complexes comme des bioessences ont été validés par l'acquisition de nouvelles mesures expérimentales. Enfin, une nouvelle méthodologie pour le calcul des interactions électrostatiques intramoléculaires a été mise au point dans ce travail pour la simulation de molécules oxygénées multifonctionnelles (polyols, éthers de glycol, composés aromatiques oxygénés). L'utilisation de cette méthode, qui permet d'éviter l'emploi de paramètres empiriques additionnels, conduit à des résultats très encourageants, ce qui laisse entrevoir de nombreuses perspectives pour la prédiction de propriétés de mélanges industriels complexes. / The goal of this thesis work is to propose interaction potentials and numerical methods to predict through Monte Carlo simulations the phase equilibrium and properties of oxygenated systems involved in biomass conversion processes. The AUA4 potential was therefore extended to alcohols, ethers, ketones, aldehydes and carboxylic esters. A special care was paid to the transferability of this force field to allow the predictive simulation of a large number of oxygenated compounds. Various equilibrium properties of pure compounds are correctly predicted (densities, saturation pressures, vaporization enthalpies, critical properties, surface tensions, liquid phase structure). Many mixtures have also been simulated in the bubble point pseudo-ensemble which was extended in this work to polar molecules. The simulation results of complex mixtures such as biofuels have been validated through new experimental data acquisition. Finally, a new methodology for the intramolecular electrostatic energy interaction has been developed in this work to simulate multifunctional oxygenated molecules (polyols, glycol ethers, oxygenated aromatic compounds). The use of this method, which allows to avoid the use of additional empirical parameters, leads to promising results, giving thus future opportunities to predict properties of complex mixtures of industrial interest