La caractérisation isotopique des éléments présents dans les combustibles nucléaires irradiés est d'une importance majeure pour la qualification et la validation des codes de calculs neutroniques ainsi que la gestion des déchets nucléaires. Le protocole conventionnel pour l'analyse de ces échantillons nécessite plusieurs étapes de séparation par chromatographie liquide. L'uranium (U), le plutonium (Pu) et une fraction contenant les produits de fission et les actinides mineurs, sont séparés par chromatographie sur résine échangeuse d'ions puis les fractions purifiées d'U et de Pu sont analysées par spectrométrie de masse. L'objectif de cette thèse consiste à étudier et développer un protocole analytique applicable sur des échantillons de type combustibles irradiés et employant une technique séparative transposable sur plateforme miniaturisée qui devra pouvoir être couplée à un spectromètre de masse à source plasma et à système multicollection (ICPMS-MC) afin de réaliser en ligne l'analyse isotopique et élémentaire des éléments présents dans le combustible irradié. Une méthode de séparation de l'U, du thorium (Th) et des lanthanides par électrophorèse capillaire (EC) avec préconcentration de l'échantillon a été développée en utilisant le Th(IV) comme analogue chimique du Pu(IV). L'électrolyte de séparation se compose d'acide acétique 0,25M comme complexant ainsi que de sel d'ammonium 0,1M, pour ajuster la force ionique et permettre la préconcentration. Le montage d'EC a été adapté afin d'être intégré en boite à gants et couplé à un ICPMS-MC. La séparation de l'Am de l'U et du Pu a été réalisée sur quelques nL d'une solution de combustible irradié. / Precise isotopic and elemental characterization of nuclear spent fuel is a major concern for the validation of the neutronic calculation codes and waste management in the nuclear industry. The conventional protocol for the analysis of nuclear fuel samples uses several purification steps by liquid chromatography. Uranium (U) and plutonium (Pu) and a fraction containing fission products and minor actinides are separated using ion exchange chromatography prior to the isotopic characterization of the U and Pu fractions by multi-collector mass spectrometry techniques. The objective of the work presented is to develop a new analytical approach based on miniaturized separation techniques like capillary and microfluidic electrophoresis coupled with a multicollector inductively coupled plasma mass spectrometry (MC-ICPMS) detection for online isotopic ratio measurements. An electrophoretic separation method of U, Pu and fission products with a stacking step was developed using thorium (Th) as a chemical analog for Pu(IV). The separation electrolyte is composed of acetic acid (0.25M) as complexing agent for the separation and 0.1M of ammonium salt to realize the stacking step. The instrumentation was adapted to be used in glove box and directly coupled to a MC-ICPMS. The separation of Am, Pu and U was realized with few nL of a spent nuclear fuel solution. The reproducibilities obtained on the isotope ratios were in the order of few ‰ and comparable with those obtained with the conventional analytical protocol. This new protocol will help to reduce the quantities analyzed from µg to ng, the liquid waste volume scale from mL to µL and the sample volumes form µL to nL.

Au début des temps modernes (16ème - 18ème siècles), la construction de grands navires était primordiale pour le développement des rencontres culturelles dans ce qui est devenu l'âge de la découverte et de l'expansion européenne. L’Espagne était une des grandes puissances de l’époque. Le projet européen « ForSEAdiscovery » cherche dans ce contexte à répondre aux questions clés suivantes : les ressources forestières ibériques de l’époque soutenaient-elles la demande croissante de bois, ou bien ce bois était-il importé d’autres pays ? Si ces bois ne provenaient pas de l’Espagne, comment les réseaux de commerce étaient-ils organisés ? Ce projet aborde ces questions à travers un programme de recherche multidisciplinaire et innovant pour améliorer la compréhension de notre passé historique et de notre patrimoine culturel, et développer notre connaissance sur l'utilisation passée des ressources en bois pour la construction navale. L'objectif de cette thèse, qui s’insère dans ce projet, est d’identifier la provenance des bois utilisés dans la construction navale ibérique en utilisant des traceurs géochimiques. L’hypothèse est que les arbres se développant sur des roches et des sols contrastés possèdent des signatures géochimiques spécifiques héritées des roches. Les signatures isotopiques en strontium (87Sr/86Sr) peuvent notamment être des indicateurs de provenance géographique. Dans ce contexte, la démarche suivie dans la thèse a consisté à caractériser la signature isotopique en Sr dans des bois d'épaves de bateaux et dans les bois d’arbres actuels, les sols et roches prélevés dans les principaux peuplements forestiers espagnols pointés comme lieux de production des bois entre le 16ème - 18ème siècles. Les signatures en δ88/86Sr, traceur peu connu encore, ont également été caractérisées dans les échantillons. Les types et les âges des roches ont été caractérisés et les liens entre les rapports isotopiques 87Sr/86Sr et δ88/86Sr dans les roches, sols et arbres ont été étudiés sur les sites espagnols échantillonnés. La signature locale des sites espagnols potentiels de provenance de bois a été déterminée. Nos résultats mettent en évidence que le rapport isotopique 87Sr/86Sr dans les arbres reflète la signature de la fraction échangeable des sols sur lesquels ils croissent alors que le δ88/86Sr est affecté par le fractionnement, les isotopes légers (86Sr) étant préférentiellement incorporés dans les arbres laissant la fraction échangeable du sol enrichie avec les isotopes lourds (88Sr). Ce fractionnement observé pour les chênes, n’est pas marqué dans le bois des pins suggérant que le fractionnement isotopique durant le transfert du Sr entre le sol et l’arbre est dépendant de l’espèce. La contamination des bois d’épaves par les éléments marins a été identifiée. Le Sr marin se retrouve notamment sous forme adsorbée ou dans la structure des minéraux précipités dans les bois immergés. Différentes expériences d’extractions ont été testées et un protocole adapté a été développé pour extraire les éléments marins et retrouver la signature originelle du bois archéologique. Nous avons réussi à valider un protocole d’extraction et retrouver la signature originelle d’un échantillon de bois d’épave. Ce résultat souligne le potentiel et l’importance d’une nouvelle méthode combinant 87Sr/86Sr et δ88/86Sr pour des futures études de provenance de bois ou autres matériaux. Cependant, nos résultats indiquent également que beaucoup de nos échantillons de bois archéologiques n’ont pas conservé leur Sr originel. Partant de ce constat, des préconisations sont proposées pour améliorer la possibilité d’utilisation de ce traceur dans les études futures de provenance de bois archéologiques sous-marins / In the Early Modern Age (16th - 18th centuries), the construction of ocean-going ships was paramount to the development of cultural encounters in what became the Age of Discovery and European expansion. Spain was one of the biggest forces of that time. The European project “ForSEAdiscovery” seeks answers in this context to the following key questions: Could Spanish forest resources sustain the increasing demand of timber, or were the wood imported from elsewhere? If Spanish forests were not the only wood supplier, how were the trade networks organized? This project will address these questions through a multidisciplinary and innovative training research program to improve the understanding of our historical past, our cultural heritage, and our knowledge of the use of resources for shipbuilding. The objective of this PhD thesis, taking part of this project, is to identify the provenance of the Iberian shipbuilding wood using geochemical tracers. The hypothesis is that trees growing on contrasted rocks and soils have specific geochemical signatures, which can be an indicator of geographic provenance. In this context, the Sr isotopic signature (87Sr/86Sr) was characterized in shipwreck wood samples and wood from living trees, soils and rocks collected from the Spanish forest stands indicated as potential source of wood between the 16th - 18th centuries. The δ88/86Sr signatures were also characterized in the samples. The rock types and ages were characterized at the selected sites and the link between the 87Sr/86Sr and δ88/86Sr in rocks, soils and trees was studied on the sampled Spanish sites. The local signature of Spanish potential sites was determined for provenance of wood. Our results indicate that 87Sr/86Sr isotope ratios in trees reflect the signature of the corresponding soil exchangeable pool while δ88/86Sr was shown to be affected by mass-dependent fractionation with trees taking up lighter (86Sr) isotopes, leaving the soil exchangeable pool enriched with the heavier isotopes (88Sr). This fractionation observed for oak trees, was not found in pines suggesting that the isotopic fractionation during tree uptake is species dependent. The contamination of wood from shipwrecks by seawater elements was identified. Marine Sr was found to be adsorbed on the wood or included in the precipitated minerals in the waterlogged wood. Several extraction experiments were tested and an adapted protocol was developed to extract the seawater elements and retrieve the original signature of the archaeological wood. We succeeded to validate an extraction protocol and retrieve the original signature of one wood sample. This result underline the potential and importance of a new method combining 87Sr/86Sr and δ88/86Sr values for future provenance studies on wood or other materials. However, our results also indicated that most of our shipwreck wood samples did not conserve their original Sr. Therefore, preconizations were suggested in order to extend the use of this tracer in future provenance studies on archaeological wood from shipwrecks

L'étude des apports atmosphériques des éléments traces métalliques (ETM) dans la vallée d'Aspe (Pyrénées Atlantiques) a un double objectif : (1) établir un état de référence des contaminants métalliques pour le suivi des émissions du trafic routier liés à l'ouverture du tunnel du Somport et, (2) évaluer les sources et les conditions climatologiques qui contribuent aux apports des ETM dans la vallée d'Aspe. La détermination des ETM (Al, Na, Mg, K, V, Mn, Cr, Zn, Cu, Rb, Cd, Sn, Sb, Ba, Ce, Pb et U) et des rapports isotopiques du plomb (208Pb/206Pb, 206Pb/207Pb et 208Pb/207Pb) dans les récepteurs atmosphériques (neiges fraîches, dépôts humides, particules atmosphériques et lichens) a permis de mettre en place des indicateurs de la qualité de l'air. La quantification des ETM a nécessité la mise en oeuvre de protocoles de prélèvements et d'analyses ultra-traces. Les différents récepteurs atmosphériques étudiés permettent d'intégrer une échelle temporelle journalière à pluriannuelle et un gradient spatial dans l'axe Nord-sud de la vallée et en fonction de l'altitude.<br />La vallée d'Aspe présente un niveau de contamination spécifique des zones éloignées des émissions anthropiques et les contaminants métalliques identifiés sont le Cd, Sb, Zn, Cu, Pb et Sn. Dans sa partie basse, les indicateurs de la qualité de l'air présentent une contribution des contaminants (i) liée aux émissions locales des combustions domestiques, à la pratique saisonnière de l'écobuage et au trafic routier, et (ii) aux sources anthropiques régionales de l'incinération des déchets ménagers, de l'industries métallurgique et des centres urbains. Dans sa partie haute, la vallée est soumise significativement, d'une part, à l'érosion éolienne et, d'autre part, à la contribution des sources du transport à grande échelle de l'hémisphère Nord. La caractérisation des ETM et des rapports isotopiques du plomb dans le tunnel du Somport indique (i) que le trafic routier émet significativement du Cu, Sb, Zn et Ba et (ii) bien que Pb présente de faibles émissions sa composition isotopique montre une source faiblement radiogénique du trafic routier. Toutefois, la faible circulation des véhicules dans la vallée d'Aspe ne permet pas de mettre évidence une contamination significative provenant des émissions du trafic routier.

L'authenticité et la traçabilité des aliments gagnent un intérêt croissant au cours de la dernière décennie puisque la connaissance de la provenance des aliments est considérée comme une garantie supplémentaire de leur qualité. Les consommateurs ont également des inquiétudes et des préoccupations par l'origine de la nourriture qu'ils consomment car divers produits sont sujets à l'adultération ou à la fausse dénomination. L'intérêt accru à l’égard de la protection des consommateurs et de la lutte antifraude ont entraîné un accroissement de la recherche scientifique appliquée et le développement d'outils efficaces pour contrôler l'authenticité des produits alimentaires. Entre techniques analytiques appliquées à l'authenticité et à la traçabilité des aliments, les méthodes les plus prometteuses sont basées sur les empreintes d'éléments lourds mesurées par la spectroscopie atomique. La spectrométrie de masse à multicollection à couplage à plasma induit (MC-ICP-MS) est reconnue comme la méthode optimale pour effectuer des mesures de haute précision de nombreux éléments du tableau périodique en contrôlant simultanément les rapports entre leurs isotopes stables. Cette étude présente une nouvelle stratégie analytique basée sur des isotopes stables non-traditionnels combinés avec des éléments traces déterminés par ICP-MS. Les avantages de combiner les informations de deux systèmes isotopiques, l'un traçant le sol (Sr), et l'autre traçant la pollution environnementale ambiante (Pb), ont permis d'obtenir de nouvelles informations exceptionnelles sur la traçabilité et l'authenticité des matrices alimentaires sélectionnées : vins de Bordeaux, jambons secs et thé. En utilisant des techniques analytiques complémentaires telles que les empreintes des élémentaires traditionnelles, la spécification régionale, ainsi que le traçage du processus de préparation des aliments sont possibles. Traitée par la chimiométrie, cette approche analytique constitue un nouvel outil efficace et prometteur pour détecter des fraudes alimentaires, y compris l’imitation de produits de grande valeur, l’étiquetage erroné et la substitution par des produits moins cher. / Food authenticity and traceability have received an increasing interest during the last decade since the knowledge of food provenance is regarded as an additional warranty of its quality. The world's globalization brought to the consumers is more and more concerned with the origin of the food they eat because various products are subjected to adulteration or false denomination. The augmentative interest in anti-fraud and consumer protection has led to the extension of scientific research and development of effective tools of food authenticity control. Among the analytical technics applied to food authenticity and traceability, one of the most rapidly developing and promising method is based on fingerprinting of heavy elements detected by atomic spectroscopy. The multicollection inductively coupled plasma mass spectrometry (MC-ICP-MS) is recognized as a method of choice for the high precision measurement of numerous elements of the periodic table as well as ratios of their stable isotopes. This study present a new analytical strategy based on combined non-traditional stable isotopes and trace elements determination by ICP-MS. The benefits of combining information from two isotopic systems, one tracing the soil (Sr), and the other tracing environmental ambient pollution (Pb), allowed to obtain an exceptional new information about traceability and authenticity of selected food matrixes: prestigious Bordeaux wines, dry-cured hams and tea. Using complementary analytical techniques such as traditional elemental fingerprinting, the regional specification, as well as tracing of the food preparation process are possible. When combined with chemometrics, these analytical advances constitute an efficient and promising tool to detect food frauds, including adulteration of high value products with cheaper substitutes, forgery and falsification.