La première partie de ce travail porte sur le développement de nouvelles méthodes pour l'analyse de spéciation du mercure et des butylétains dans les matrices environnementales. La mise au point de ces nouvelles techniques analytiques de spéciation est basée sur la quantification par dilution isotopique. Les techniques développées sont axées principalement sur la détermination simultanée des composés de mercure et des butylétains ce qui comprend la préparation d'échantillon simultanée ainsi que l'analyse simultanée. Le développement porte sur les différentes matrices composant les environnements aquatiques : l'eau, les tissus biologiques et les sédiments.<br />Dans la deuxième partie de ce travail, les méthodes analytiques développées ont été appliquées à des études environnementales sur les cycles biogéochimiques du mercure et des butylétains dans les environnements aquatiques. Des méthodes expérimentales utilisant des espèces enrichies isotopiquement comme traceurs ont été développées et mises en œuvre. Elles permettent d'évaluer les taux de transformations du mercure (méthylation/déméthylation) dans les différents compartiments des environnements aquatiques que sont les sédiments et la colonne d'eau. Les facteurs environnementaux et notamment les paramètres biologiques sont aussi contrôlés afin de déterminer le lien entre les transformations du mercure et les activités des organismes vivants tels que les bactéries et le phytoplancton.

La prévision de la durée de vie des composants des centrales REP, en particulier les générateurs de vapeur, est cruciale. De nombreux travaux ont été menés pour comprendre les mécanismes de détérioration des composants par corrosion sous contrainte. Ces mécanismes restent mal connus. La couche d'oxyde doit jouer un rôle prépondérant. Une méthodologie, associant les techniques ToF-SIMS in situ et XPS, a été développée pour déterminer les cinétiques d'oxydation et comprendre les mécanismes de croissance des couches d'oxyde. La cinétique, la composition et la stratification des couches d'oxyde formées dans l'eau à haute température sur l'alliage 600 ont été comparées à des couches d'oxyde modèles formées in situ dans les bâtis XPS et ToF-SIMS en milieu gazeux à 300°C sous faible pression d'oxygène. On montre ainsi que l'oxydation en milieu gazeux à 300°C est un bon modèle pour simuler l'oxydation en milieu primaire. Une méthodologie originale a ensuite été mise au point à l'aide du ToF-SIMS pour déterminer les mécanismes de transport des espèces. Des échantillons préalablement oxydés en phase gazeuse ou dans l'eau à haute température ont été, dans une deuxième étape, réoxydés in situ dans le bâti ToF-SIMS à la même température, sous basse pression d'oxygène isotopique 18. Il apparait que la croissance de l'oxyde est localisée à l'interface métal/oxyde du fait de la diffusion des anions O2-, des phénomènes d'échange isotopique se produisant simultanément à l'oxydation. Le coefficient de diffusion de l'oxygène a pu être déterminé à l'aide d'un modèle approprié développé au cours de ce travail. / The lifetime prediction of pressurized water reactor (PWR) components, especially the steam generators (SG), is of high interest. Several works have been dedicated to the understanding of the stress corrosion cracking (SCC) mechanisms. However these mechanisms are still relatively poorly understood. The oxide layer should play an important role. A methodology, combining in situ ToF-SIMS and XPS techniques, has been developed to determine the oxidation kinetics and to understand the oxide layer growth mechanisms. Kinetics, composition and stratification of the oxide layers, formed in high temperature water on Alloy 600, were compared to model oxide layers formed in situ at 300°C under a low oxygen pressure. It shows that thermal oxidation under low oxygen pressure is a suitable model to simulate the oxidation in high temperature water. Finally, an original methodology based on ToF-SIMS has been developed to determine the transport mechanisms governing the oxide growth. Samples previously oxidized under a low oxygen pressure or in high temperature water, are, in a second step, re-oxidized in situ in the ToF-SIMS chamber at the same temperature under low oxygen isotope 18 pressure. It appears that the oxide growth is located at the metal/oxide interface due to the diffusion of O2- anions, isotopic exchange phenomena occuring simultaneously with oxidation. The oxygen diffusion coefficient was determined using an appropriate model developed in this work.

Ce travail s’inscrit dans la problématique d’évaluation de sûreté préalable au possible stockage de déchets radioactifs HAVL en couches géologiques profondes. Afin de consolider les modèles de prédiction à longue terme des risques associés à une contamination potentielle de la biosphère par le 79Se, la biogéochimie du sélénium stable a été explorée, en visant dans un premier temps un éclairage sur la dynamique du cycle global de Se dans un écosystème forestier en terme de stock et flux annuels. Suite aux résultats de la première partie, qui suggèrent l’importance du sol et son pool organique dans le cycle global de Se, deux études basées sur l’utilise des traceurs isotopique stables ont été ensuite menées afin de clarifier les processus impliqués (i) dans la rétention et la réactivité de Se dans les sols et (ii) dans la bio-incorporation de Se inorganique dans la biomasse des plantes au sein d’une fraction organique. / This work was performed in the frame of the safety assessment program prior to the possible construction of an underground repository for nuclear waste (HAVL). To consolidate risk assessment models associated to a potential 79Se biosphere contamination, biogeochemistry of stable selenium was investigated, aiming firstly to highlight the dynamics of Se cycling in a forest ecosystem, in terms of inventories and annual fluxes. Consequently to these first results, which suggest a clay role of soil and its organic pool in the global Se cycle, two studies based on the use of isotopically enriched tracers were further carried out in order to clarify the processes involved in (i) Se retention and reactivity in soils and (ii) incorporation of inorganic Se within organic pool of vegetal biomass.

La composition isotopique de néodyme (C.I. de Nd) est un traceur de circulation océanique et d'échanges de matière océan/continent. Nous avons mesuré cette grandeur sur près de 200 échantillons d'eau de mer des mers Nordiques (Groenland, Islande, Norvège) et de l'Atlantique Subarctique (au nord de 50°N). L'interprétation de ces données en relation avec l'hydrologie et la géologie de la zone d'étude a permis d'améliorer notre connaissance de la circulation et du traceur CI de Nd.<br /><br />L'étude des signatures isotopiques de l'Eau Subarctique Intermédiaire (SAIW), de l'Eau Profonde de la Mer de Norvège et de l'Eau Modale Subpolaire (SPMW) nous a permis de préciser leur histoire (trajectoires, mélanges). En particulier, nous confirmons que l'origine de la SAIW se trouve dans le courant du Labrador et nous suggérons que la SPMW résulte d'un mélange à deux pôles : l'Eau Centrale Nord Atlantique et des eaux provenant du courant du Labrador.<br /><br />Les C.I. de Nd sont en accord avec les schémas admis pour la formation des couches supérieure et inférieure de l'Eau Profonde Nord Atlantique (NADW). En revanche, elles suggèrent une composition de l'Eau Profonde Nord Est Atlantique significativement différente de celle de la couche centrale de la NADW. Ce point nécessitera des études complémentaires.<br /><br />Nous confirmons robustement la conservativité de la CI de Nd à l'abri d'influence terrigène. Nous mettons en évidence l'influence de sédiments d'origine cristalline sur la C.I. de Nd des masses d'eau et confirmons celle de sédiments d'origine basaltique. Nous suggérons que la CI de Nd perd partiellement la mémoire de l'histoire des masses d'eau lors d'interactions sédiment/océan, dans des zones de forte énergie hydraulique.<br /><br />Enfin nous suggérons que des variations de taux d'érosion dans le passé modifieraient la signature de la NADW, au même titre que des variations de circulation, si ce n'est d'avantage.

L'insuffisance intestinale chronique résulte le plus souvent d'une malabsorption nécessitant une nutrition parentérale pour maintenir l'équilibre nutritionnel. Sa cause habituelle est le syndrome de grêle court (SGC). Dans ce dernier (n=124) nous avons déterminé par analyse actuarielle multidimensionnelle les facteurs de dépendance à la nutrition parentérale et de survie. Nous avons ainsi discriminé l'insuffisance intestinale transitoire et permanente par les césures de longueur de grêle selon le type anatomique et de période adaptative post-résection (2 ans). Notre objectif a ensuite été de déterminer, dans l'insuffisance intestinale, un marqueur biologique de la masse entérocytaire absorptive. Après avoir optimisé chez l'homme sain l'administration digestive des traceurs isotopiques du métabolisme protéique (leucine, glutamine) en démontrant que seule la perfusion duodénale, par rapport à la perfusion gastrique, permettait d'obtenir des résultats reproductibles pour l'état stationnaire et l'extraction splanchnique, nous avons fait l'hypothèse que la citrullinémie, acide aminé non protéique produit du métabolisme entérocytaire de la glutamine, pouvait être un marqueur candidat. En préalable, dans le SGC, nous avons validé une méthode radiologique pour évaluer anatomiquement la masse intestinale et modélisé la masse intestinale fonctionnelle grâce aux bilans d'absorption. Nous avons montré que l'hyperphagie était l'un des facteurs majeurs qui caractérisait ces patients (présente chez 82%) et qu'elle participait à l'expression de l'adaptation intestinale. Nous avons alors, dans le SGC (n=57), pu démontrer que la citrullinémie est un marqueur de la masse entérocytaire du fait : a) de son abaissement par rapport aux contrôles, b) de sa corrélation positive (r=0.83, P<0.0001) avec la longueur de grêle, c) de sa liaison avec les coefficients d'absorption, d) de son pouvoir discriminant pour le type et la sévérité de l'insuffisance intestinale. Nous avons confirmé notre hypothèse en montrant dans un 2ème type d'insuffisance intestinale potentielle, le syndrome d'atrophie villositaire (n=52 dont 42 maladies cœliaques), que la citrullinémie indiquait l'intensité et l'étendue des lésions sur l'intestin grêle. Par contre dans la pseudo-obstruction intestinale chronique (n=6), la citrullinémie est (sauf en cas de lésions histologiques intestinales) subnormale. Nous avons vérifié que la dénutrition pure (marasme par anorexie mentale restrictive, n=57) n'influençait pas la citrullinémie. L'évolution et la normalisation de la citrullinémie après transplantation intestinale pour insuffisance intestinale permanente nous a confirmé que, in vivo chez l'homme, la citrullinémie est bien d'origine grêlique. Ainsi la citrullinémie veineuse post-absorptive peut être utilisée comme marqueur de la masse entérocytaire absorptive.

Les organoétains sont parmi les polluants les plus dangereux connus à ce jour à avoir été introduits dans les écosystèmes aquatiques par l'homme. Les lixiviats de décharge sont des sources importantes de ces substances toxiques. Afin de minimiser leur rejet dans l'environnement, il est important de comprendre les transformations que les organoétains subissent dans ces lixiviats et d'appliquer des procédures d'assainissement appropriées. Cette thèse a eu pour objectifs principaux i) de contribuer à une meilleure connaissance des processus de transformation des organoétains dans les lixiviats de décharge et ii) d'évaluer le potentiel d’élimination des organoétains par des nanaoparticules de fer (FeNPs). Dans la première partie, les synthèses de TBT enrichi en 117Sn, DBT enrichi en 119Sn, SnCl2 et SnCl4 enrichi en 117Sn, ont été effectuées à partir d’étain métallique enrichi en Sn. La dégradation et la biométhylation des organoétains dans des lixiviats ont été ensuite suivies pendant six mois, en utilisant des traceurs isotopiques enrichis en Sn. Pour discriminer entre les transformations biotiques et abiotiques des organoétains et de l'étain inorganique, des lixiviats stérilisés et non stérilisés ont été considérés et les concentrations en organoétains, mesurées dans chaque lixiviat, ont été comparées. Par la suite, les procédés pouvant conduire à l'élimination du TBT et du TMeT présents dans les lixiviats de décharge, par traitement du lixiviat par différents type de FeNPs ont été étudiés. Le TBT est plus efficacement éliminé (96%) lorsque un traitement séquentiel des lixiviats avec nZVI (dispersé par agitation) est appliqué, d'abord par mise en contact à pH 8, puis par traitement de la phase aqueuse avec nZVI acidifiée à pH 3 avec de l'acide citrique. Enfin, afin de prendre en compte les effets induits par les procédés de traitement par les nanoparticules de fer, leur comportement a été étudié après leur introduction dans des eaux environnementales (eau de source et lixiviat de décharge) différant par leur force ionique et leur contenu de matière organique. L'efficacité de l'élimination des métaux sélectionnés par les FeNPs a également été évaluée. Les nanoparticules ayant des éléments adsorbés à leur surface peuvent contribuer à une contamination du milieu dans lequel elles ont été introduites. / OTCs are among the most hazardous pollutants known so far to have ever been introduced into aquatic ecosystems by man. Landfill leachates are an important pool of these toxic substances. In order to minimise their release to the nearby environment it is important to understand the transformations that OTCs undergo in landfill leachates and to apply appropriate remediation procedures. This thesis has as main objectives i) to contribute to a better knowledge on transformation processes of OTCs in landfill leachates and ii) to evaluate the potential of OTCs removal by iron nanoparticles (FeNPs). In the first part, ‘‘In house’’ synthesis of individual 117Sn-enriched TBT, 119Sn-enriched DBT, 117Sn-enriched SnCl2 and 117Sn-enriched SnCl4 was performed, starting from Sn-enriched metallic tin. Next, the degradation and biomethylation of OTCs in landfill leachates were investigated over a time span of six months, using Sn-enriched isotopic tracers. To discriminate between biotic and abiotic transformations of OTCs and inorganic tin species, sterilized and non-sterilized leachate samples were investigated and the concentrations of OTCs in each sample were compared. Thereafter, the processes for the removal of TBT and TMeT from landfill leachates by different FeNPs were studied. It was proven that TBT could be the best removed by a sequential treatment procedure by first adding nZVI (dispersed by mixing) at pH 8, and then by treating with nZVI the aqueous phase, which is acidified to pH 3 with citric acid. Last, to take in account the effects that are induced by treatment procedures with FeNPs, their behaviour was studied after their introduction to environmental waters (forest spring water and landfill leachate), which differ in their ionic strength and the content of organic matter. The efficiency of the removal of selected metals by FeNPs was also evaluated. It was observed that elements which are adsorbed on the surface of FeNPs can contribute to the contamination of the environment in which they are introduced.

Lors du projet Kerguelen Ocean and Plateau compared Study (KEOPS), la dynamique des particules (vitesses de chute, temps de résidence) et les interactions entre dissous et particules (" boundary scavenging ") ont été étudiées afin de mieux comprendre les mécanismes responsables de la fertilisation naturelle en fer observée sur le plateau des Kerguelen. <br />Notre étude utilise deux radionucléides le 230Th et le 231Pa - tous deux produits de désintégration de l'uranium et très réactifs vis-à-vis des particules - comme traceurs de la dynamique des particules.<br />L'étude des vitesses de chute des particules, estimées à partir des distributions de 230Th a montré que, paradoxalement à son fort export de C, le plateau avait des vitesses de chute des particules plus faibles (S= 500 m.an-1) que les stations du large dans les eaux HNLC (S=800 m.an-1). Ce résultat, assez surprenant, soulève une question quant à la limitation du modèle de scavenging 1D dans le cadre de l'étude de la dynamique des particules des systèmes côte-large et suggère l'utilisation d'un modèle 2D pour reproduire le scavenging de ces régions.<br />Sur le plateau, les fortes concentrations de 231Pa dissous suggèrent que du 231Pa a été relâché lors de la dégradation bactérienne d'agrégats, riches en opale (phase pour laquelle le Pa a une forte affinité).<br />Sur l'escarpement à l'Est du plateau, la diminution des concentrations de 230Th et de 231Pa dissous, concomitante à l'augmentation de leur concentration dans les particules, a montré un intense boundary scavenging le long de la pente du plateau, sous l'effet de couches néphéloïdes ou de re-suspension depuis les sédiments, riches en opale.