La mise en œuvre des hautes pressions permet d'inactiver des micro-organismes contaminants (levures, bactéries, spores, virus...) au sein de divers milieux. Cette technologie a tout d'abord été utilisée puis développée à l'échelle industrielle pour décontaminer des produits alimentaires. Du fait de la faible énergie générée par les hautes pressions, seules les liaisons faibles et correspondant à une valeur de ?V négative sont altérées, ce qui, en outre, ouvrait la voie à de nombreuses applications biologiques. L'objectif de cette thèse était d'inactiver l'ensemble des micro-organismes pathogènes au sein d'un produit sanguin : le plasma. L'enjeu principal était d'une part de sauvegarder la fonctionnalité des principales protéines contenues dans le plasma (facteurs de coagulation notamment) et d'autre part d'inactiver les micro-organismes contaminants. Afin d'atteindre cet équilibre, plusieurs paramètres ont été utilisés : - la valeur de la pression (de 100 à 300 MPa), - la durée du traitement, - les températures négatives... Plusieurs résultats originaux seront présentés, notamment en ce qui concerne la différence de sensibilité aux hautes pressions des protéines d'une part et l'inactivation de micro-organismes d'autre part.

Les fluides contenus dans les circuits des centrales nucléaires sont épurés en continu grâce à des circuits de purification contenant des résines échangeuses d'ions. Un optimum doit être trouvé entre limitation des rejets liquides et diminution des volumes de déchets solides générés, tout en maîtrisant les coûts d'exploitation. La sélectivité des résines échangeuses de cations vis-à-vis des ions Co2+, Ni2+, Cs+ et Li+ varie en fonction de l'état de saturation globale de la résine. D'autre part, plus le débit de passage du fluide est élevé et plus la fuite ionique est précoce et s'accompagne d'un étalement du front de sortie des éléments. L'implémentation au sein du code de transport réactif HYTEC des nouveaux modèles d'équilibre (modèle des solutions régulières) et de cinétique d'échange d'ions (coefficients de transfert de masse) a été validée sur les expériences et permet de prédire l'impact de ces phénomènes sur la rétention des éléments par une colonne de résine échangeuse d'ions.

Avec une législation devenant de plus en plus stricte concernant les sédiments de dragages, la décontamination des polluants et plus particulièrement, à cause de leur forte toxicité, des composés organostanniques, notamment le tributylétain (TBT) représente un enjeu très important. Différents procédés de décontamination des sédiments pollués existent. Certains reposent sur les phénomènes d'atténuation naturelle souvent longs et limités à certains polluants, tandis que d'autres consistent à stabiliser et confiner la pollution par voie chimique ou thermique. L'électrodécontamination est une technique innovante qui n'a encore reçu que peu d'applications au stade pilote ou sur le terrain au plan international. Le principe de base de ce procédé consiste à exploiter le déplacement d'espèces ioniques polluantes sous l'effet d'un champ électrique entre une ou plusieurs cathodes et une ou plusieurs anodes implantées dans un milieu poreux. D'une manière simplifiée, la dépollution qui s'effectue essentiellement par électromigration pour les espèces ioniques (métaux libres...) vers l'électrode correspondante (cathode pour les cations et anode pour les anions) et par électroosmose pour les espèces neutres (composés organiques ou organométalliques neutres...) le plus souvent vers la cathode. Son efficacité est contrôlée par le flux de polluants dans la solution du sol donc par leur vitesse de transport et de leur concentration dans la phase liquide. L'optimisation du procédé dépend donc simultanément de facteurs électrochimiques qui contrôlent le transport des polluants et de facteurs physico-chimiques qui influencent le transfert de matière. Plusieurs expériences ont été menées sur un modèle de matrice solide (kaolinite dopée en tributylétain (TBT)) et sous diverses conditions de pH et de gradient de potentiel. Des essais ont été également réalisés sur un sédiment naturel avec diverses conditions opératoires concernant le pH, le gradient de potentiel et la température. Les résultats montrent que nous obtenons des pourcentages d'abattements en TBT supérieurs à 90 % pour un modèle de matrice solide, la kaolinite dopée en TBT, et peuvent atteindre jusqu'à 70 % d'abattement pour un sédiment naturel. Ils montrent également que les composés migrent préférentiellement vers la cathode. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence la compétition entre deux mécanismes : le transfert / transport des composés butylés de l'étain vers les électrodes et le transport du réactif facilitant la dégradation in-situ de ces espèces. Les travaux ont montré des résultats très satisfaisants et extrêmement prometteurs quant à l'application du procédé au stade pilote. Ils ont ouverts une voie particulièrement intéressante sur la décontamination des sédiments et leur gestion future.

La majorité des travaux présentés dans le présent mémoire ont été effectués entre les mois de septembre 2008 et de janvier 2010 en vue de déterminer l'efficacité d'une méthode de décontamination. Les travaux ont été effectués ex situ en l'absence d'un terrain adéquat au test de notre technologie et d'un partenaire désireux d'effectuer un projet pilote. Les travaux ex situ ont été effectués entièrement par l'auteur du présent mémoire. Les travaux en laboratoire ont consisté en trois phases. La première phase a été d'évaluer, de façon concomitante, la possibilité de réhabiliter les résidus miniers de Murdochville et d'évaluer le potentiel de revalorisation d'un résidu industriel. La seconde phase a été de mettre sur pied une méthodologie ex situ pour simuler les écoulements souterrains au travers d'une BRP. La dernière phase a été de collecter les résultats, d'effectuer des analyses chimiques et d'analyser les résultats. Les expériences de simulation des BRP ont été effectuées sur de multiples métaux, notamment l'arsenic, le cuivre, le plomb, le zinc, le chrome. Le but était de mesurer contaminée à environ 10 ppm de chacun des métaux et métalloïdes mentionnés précédemment comme temps t0 et de comparer avec de l'eau ayant passée par le système de BRP. Les BRP simulées ont décontaminées dans une proportion de 93,64 à 99,79% l'ensemble des contaminants qui lui ont été soumis. La moyenne de décontamination est de 99,46% pour l'As, 96,96% pour le Cr, 97,9% pour le Pb, 99,42% pour le Cu et 99,26% pour le Zn. La méthode est la plus efficace pour décontaminer l'arsenic, mais est efficace pour tous les autres métaux. En comparant avec des travaux ciblés sur le même type de contaminant, il appert que la méthode de décontamination mise sur pied dans le cadre du présent mémoire offre une technologie de décontamination originale. Toutefois, la méthodologie des BRP est une méthodologie déjà existante. La technologie a fait l'objet de modélisations numériques visant à améliorer la forme et la géométrie des BRP, ayant pour résultat de mettre en lumière le peu d'impact qu'une variation notable dans la géométrie d'une BRP peut avoir sur le débit qui y passe. À la lumière des résultats obtenus, il sera intéressant d'appliquer la méthode décrite dans le présent mémoire et de la tester in situ. Il sera nécessaire de conduire des essais pilotes pour mesurer la durée de vie d'une telle barrière. Il semble que la technologie soit efficace à décontaminer les di vers métaux présentés dans le présent mémoire, du moins à court terme et avec des volumes d' eau modérés. ______________________________________________________________________________

Dans l'industrie nucléaire, les peintures murales doivent être décontaminées à la fin de vie des installations ou lors d'opération de maintenance. L'ablation par laser de la peinture permet de réduire considérablement le volume de déchets engendrés lors de l'opération, par rapport aux techniques actuelles. <br />Les peintures sont constituées d'une base polymérique dans laquelle des charges et des pigments sont inclus. Le dépôt d'énergie du faisceau laser dans ce milieu diffusant est étudié à l'aide d'un modèle de diffusion multiple, et de mesures de réflexion / transmission de faisceau à travers des couches minces.<br />L'ablation des peintures est analysée avec plusieurs lasers Nd : YAG et un laser TEA-CO2, permettant de faire varier la fluence, la longueur d'onde, la durée de l'impulsion, la cadence de tir et le nombre de tirs appliqué. Des bancs optiques ont été réalisés, et des tests paramétriques permettent de définir les paramètres optimaux de l'ablation, en terme d'efficacité de l'ablation.<br />L'ablation à haute cadence de tir est étudiée à l'aide d'un pyromètre optique et d'un modèle thermique spécifiquement développé. Les mesures et la modélisation permettent de mettre en évidence l'accumulation de chaleur qui apparaît lors de l'utilisation de laser à haute cadence. Cette accumulation permet de réduire les fluences seuils d'ablation et d'augmenter les efficacités d'ablation. <br />Une analyse de l'interaction et des régimes d'ablation est proposée sur la base des résultats expérimentaux et des modèles, et permet l'optimisation du procédé de décontamination.

L'industrie nucléaire produit, de nos jours, une large gamme d'effluents radioactifs liquides contenant du césium. Les matériaux à base de cyanométallates présentent une très forte affinité pour l'incorporation de cet élément sur une grande plage de pH ainsi qu'une bonne résistance à l'irradiation ce qui les rend très intéressant pour la décontamination. Chaque année, à La Hague, plusieurs centaines de m3 d'effluents radioactifs sont traités par un précipité préformé de ferrocyanure de nickel massif (nommé PPFeNi, de formule générale K2xNi2-x[Fe(CN)6] avec 0,5>x>1,1). Cette technique présente de bons rendements de décontamination mais elle est lourde à mettre en œuvre et produit une boue qui se doit ensuite d'être traitée par les filières de déchets disponibles. L'objet de cette thèse est de trouver un matériau pour la décontamination du Cs à la fois efficace, sélectif, adapté au procédé de décontamination en continu (colonne) et compatible avec les déchets classiques (ciments ou verres). Pour atteindre ce but, nous avons plusieurs objectifs :i) L'étude de matériaux massif à base de cyanométallate afin d'améliorer les connaissances sur le mécanisme de fixation du césium sur ces composés en variant la nature du métal de transition et la présence ou non de potassium au sein de la structure cristalline,ii) La synthèse de nanocomposites contenant des nanoparticules de cyanométallates incorporées dans des matrices inorganiques de type silice mésostructurée et verre poreux. La silice est utilisée comme modèle, alors que le verre poreux mise en forme de bille sera utilisé en vue d'un procédé de décontamination. Les matériaux massifs à base de cyanométallate contenant du potassium dans la structure sont ceux qui possèdent la plus grande capacité de sorption vis-à-vis du Cs. Les matériaux hybrides contenant des nanoparticules de cyanométallates possèdent une capacité maximale absolue inférieure à celle des matériaux massifs respectifs, cependant rapporté à la quantité de particule sorbante, la capacité maximale de sorption des matériaux hybrides est supérieure à celle des massifs. En revanche, la sélectivité est comparable pour les matériaux hybrides et les matériaux massifs, avec un coefficient de distribution de l'ordre de 104 à 105 mL.g-1.Les performances des matériaux hybrides ont été évaluées sur des effluents réels. Ces matériaux semblent très prometteurs pour la décontamination d'effluents à partir d'un procédé de traitement en colonne puisqu'ils présentent d'une part une forte sélectivité vis-à-vis du césium et ce malgré une forte salinité de la solution à décontaminer et d'autre part une mise en forme (bille de verre) adaptée à ce type de procédé. / Nuclear industry produced, nowadays, a wide range of liquid radioactive waste containing cesium. Materials based on cyanométallates exhibit a very high affinity for the inclusion of this element in a wide range of pH and a good resistance to ionising radiation which makes them very interesting for decontamination. Every year, at La Hague, several hundred m3 of radioactive waste are treated by a nickel ferrocyanide preformed precipitate in bulk form (PPFeNi, general formula K2xNi2-x [Fe (CN) 6] with 0,5> x> 1,1). This process shows a good decontamination but it's difficult to implement and it produces a sludge that must then be treated by waste channel available.The purpose of this thesis is to find a material for the decontamination of Cs which have a good capacity, selectivity, adapted for continuous decontamination process (column) and compatible with conventional waste (cement or glass). To achieve this goal, we have several objectives:i) The study of solid materials based on cyanometallate to improve knowledge on the mechanism of fixation of cesium on these compounds by varying the nature of transition metal and the presence or not of potassium in the crystal structure,ii) Synthesis of nanocomposites containing cyanometallate nanoparticles incorporated into inorganic matrices which are mesostructured silica and porous glass. Silica is used as a template, whereas the porous glass shaping ball will be used for a decontamination process.Bulk materials containing potassium in the structure present the greater sorption capacity toward Cs. Hybrid materials containing cyanometallate nanoparticles have a lesser absolute capacity than the respective bulk materials, however, based on the amount of sorbent particles, the maximum sorption capacity of hybrid materials is higher than bulk materials. However, the selectivity is comparable for hybrid and bulk materials with a distribution coefficient about 104 to 105 mL.g-1.The performance of the hybrid materials were evaluated on real effluents. These materials are very promising for the decontamination of effluents from a treatment process in column one hand they have a high selectivity towards cesium and despite high salinity of the solution to decontaminate and other formatting (glass beads) adapted to this type of process.

La CLD est un composé toxique qui (i) pollue plus de 15% des surfaces agricoles de la Guadeloupe et de la Martinique, (ii) résiste à la dégradation biotique et abiotique, (iii) s’accumule le long de la chaine alimentaire et dont la disparition des sols par lessivage est estimée à plusieurs centaines d’années. Les animaux de rente originaires de ces zones polluées sont contaminés et l’état de l’art a révélé un manque d’information évident sur le comportement de la CLD dans l’organisme de ces animaux et moins de dix publications sur leur décontamination. Deux protocoles expérimentaux ont été conduits sur des caprins mâles en croissance afin de caractériser le comportement de la CLD dans l’organisme des ruminants non lactants et de développer des méthodes optimisant leurs processus de décontamination. Les résultats ont montré que (i) les chevreaux éliminaient plus de 70% de leur CLD tissulaire après 3 à 4 semaines de décontamination et (ii) ni leur état d’engraissement initial ni l’ajout de charbon actif ou d’huile de paraffine dans leur alimentation ne modifiaient ces taux d’excrétion. Ces études ont également montré que la CLD se comportait différemment des autres polluants lipophiles car sa concentration tissulaire (exprimée sur la base de la matière grasse) était plus importante dans le foie et les muscles des animaux contaminés que dans leurs tissus gras. Ces résultats soulèvent des questions sur les mécanismes à l'origine de la distribution tissulaire de la CLD, son métabolisme et sur l’interaction de ce dernier avec le cycle entéro-hépatique. La compréhension de ces processus permettra de mieux ajuster les stratégies de décontamination pour les rendre plus efficaces / Chlordecone (CLD) is a toxic molecule which (i) contaminates more than 15% of agricultural land in Guadeloupe and Martinique islands, (ii) resists to biotic and abiotic degradation, (iii) accumulates along the food chain and whose the disappearance by soil leaching is estimated at several hundred years. The contamination of livestock in polluted areas is a health, social and economic issue. A literature review on CLD revealed a crying lack of information on its behavior in livestock’s organism and currently, there are less than ten studies which deal with livestock’s decontamination. Two experimental protocols were developed to characterize the behavior of CLD in ruminants’ organism and to evaluate methods that can optimize the decontamination processes of these animals. Results showed that all animals have eliminated more than 70% of Chlordecone in 3 to 4 weeks and neither the initial kids’ body fatness nor the addition of activated carbon or the addition of paraffin oil in the diet during the decontamination period altered these rates of excretion. Following these studies, the lipophilic behavior of CLD in animals is, also, questioned because the results showed that the concentrations of this pollutant, expressed on the fat matter basis, were higher in the liver and the muscles than in the peri-renal fat. These results raised new questions: firstly, on the mechanisms which control the CLD tissue distribution and secondly, on the role of the CLD metabolism and its interaction with the entero-hepatic cycle. The understanding of these processes should help to better adjust the decontamination strategies in order to make them more efficient

Au cours de la vie d'une installation dans laquelle est utilisée de la matière radioactive, des étapes de maintenance, ou bien à terme de démantèlement, sont nécessaires afin d'assurer une protection convenable des travailleurs et de l'environnement. Parmi les procédés existants, des gels de décontamination ont été développés au CEA afin de pallier aux inconvénients des méthodes classiquement utilisées. Ces gels colloïdaux, formulés à l'origine de façon plutôt empirique, ont une structure qu'il convient de connaitre, celle-ci étant la clef de voute du comportement rhéologique du matériau. La façon dont ils s'écoulent est en effet un paramètre important du procédé, et les mesures en laboratoire qui sont effectuées sur ces systèmes permettent d'en améliorer l'implémentation. En outre, de nombreux raffinements du procédé, par le biais notamment d'additifs, en étendent le champ d'utilisation, et l'efficacité / During the exploitation of a nuclear plant, or all other installation which uses radioactive materials, maintenance tasks or decommissioning operations are mandatory in order to preserve people health and environment. Among existing processes, decontaminating gels have been development by CEA in order to overcome the drawbacks of the traditionally used methods. These colloidal gels were originally formulated in an empirical way; however, the knowledge of their structures is important as it rules all the rheological behaviors of the material. The way these gels flow is an important parameter to the process and our laboratory measurements can be transposed to the industrial world. Moreover, other composition refinements have been developed in order to extend their field of use and efficiency

La mise en œuvre des hautes pressions permet d'inactiver des micro-organismes contaminants (levures, bactéries, spores, virus…) au sein de divers milieux. Cette technologie a tout d'abord été utilisée puis développée à l'échelle industrielle pour décontaminer des produits alimentaires. Du fait de la faible énergie générée par les hautes pressions, seules les liaisons faibles et correspondant à une valeur de ?V négative sont altérées, ce qui, en outre, ouvrait la voie à de nombreuses applications biologiques. L'objectif de cette thèse était d'inactiver l'ensemble des micro-organismes pathogènes au sein d'un produit sanguin : le plasma. L’enjeu principal était d'une part de sauvegarder la fonctionnalité des principales protéines contenues dans le plasma (facteurs de coagulation notamment) et d'autre part d'inactiver les micro-organismes contaminants. Afin d’atteindre cet équilibre, plusieurs paramètres ont été utilisés : - la valeur de la pression (de 100 à 300 MPa), - la durée du traitement, - les températures négatives… Plusieurs résultats originaux seront présentés, notamment en ce qui concerne la différence de sensibilité aux hautes pressions des protéines d'une part et l'inactivation de micro-organismes d'autre part. / High hydrostatic pressure (HHP) has shown its capacity to inactivate contaminating micro-organisms (yeasts, bacteria, spores, viruses…) present in various media. This technology has been first used and developed to an industrial scale for the food industry. Because of the low energy raised using high pressure, only weak interactions characterized by a negative ?V will be altered. This statement opens the way to numerous applications in the biology field. The objective of this PhD work was to inactivate all the pathogens that may contaminate blood products, and blood plasma in particular. The main challenge was to inactivate the contaminating micro-organisms while maintaining the activity of the plasma proteins (such as blood coagulation factors). To achieve this balance, several parameters were used: - the pressure value (from 100 to 300 MPa), - the treatment duration, - negative temperatures… Some original results will be presented, concerning differences in the high pressure sensitivity of proteins and the inactivation of pathogens.

Les problèmes de pollution chimique de l'eau sont devenus une source de préoccupation importante et un enjeu prioritaire pour les industriels du nucléaire. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier certains minéraux échangeurs ioniques utilisables pour une décontamination liquide en strontium (radioisotope toxique pour l'homme). Mais également de relier les propriétés physico-chimiques de ces matériaux avec leurs propriétés de rétention du radioisotope. Ce mémoire présente donc la synthèse de deux matériaux choisis pour leurs propriétés de sorption spécifique et quantitative du strontium : le nonatitanate de sodium et la zéolithe A. Une seconde partie du travail est dédiée à l'étude des capacités d'échange spécifique de ces matériaux vis-à-vis du strontium en présence d'autres éléments comme le sodium et le calcium. Le nonatitanate de sodium et la zéolithe A ont également été testés sur des effluents réels. Les performances d'un monolithe de zéolithe A ont été évaluées pour un procédé de traitement en colonne. Ce matériau semble prometteur pour la décontamination d'effluents car il permet de cumuler les avantages de la poudre de zéolithe A avec ceux d'un transfert de matière sans perte de charge du solide. / The problems of chemical pollution of water have become a major concern and a priority for the nuclear industry.The aim of this work is to study some ion exchangers used for the removal of strontium ions because 90Sr is one of a major pollutant in nuclear liquid wastes. This study allows linking the physical and chemical properties of these materials and their sorption properties. This work presents therefore the synthesis of two materials - sodium nonatitanate and zeolite A - selected for their specific sorption properties of strontium: A second part of this work is dedicated to the study of specific exchange capacities of these materials for the strontium in presence of other elements such as sodium and calcium. Batch experiments were performed and kinetic and ion exchange models have been applied to understand the selectivity of the materials for strontium removal. Sodium nonatitanate and zeolite A are also studied in actual effluents.Monoliths of zeolite A have been also tested in dynamic ion exchange process. This material is promising for the treatment of radioactive effluents in continuous flow because it joins the sorption properties of the zeolite powder with the advantage of a solid with a macroporous network.