Face à une croissance effrénée de la demande en indium et aux enjeux à la fois socio-économiques et politiques potentiels qu'il représente, le recyclage de l'indium contenu dans les équipements en fin de vie reste la seule alternative pour remédier à des risques de pénuries. Au-delà des aspects économique et stratégique, le recyclage de l'indium peut permettre de préserver l'environnement en évitant l'exploitation à grande échelle des gisements de minerais contenant l'indium. Par ailleurs, la toxicité de l'indium justifie à elle seule le développement de procédés de traitement de déchets en contenant. Pourtant, la récupération de l'indium à partir de déchets électroniques est actuellement assez peu développée, mis à part au Japon, où plusieurs procédés existent à l'échelle industrielle. Ces procédés sont toutefois peu respectueux de l'environnement et fortement énergivores. Dans ce travail de doctorat, le recyclage de l'indium par extraction liquide/liquide dans un liquide ionique suivie de son électrodéposition in situ nous est apparu comme un procédé prometteur, permettant de s'affranchir de l'étape souvent difficile de dés-extraction du cation métallique. Parmi les liquides ioniques que nous avons synthétisés et caractérisés, en termes de structure et de propriétés physico-chimiques, le bis(trifluorométhylsulfonyl) amidure de 1-butyl-1-éthylpipéridinium (BEPipNTf2) s'est avéré le plus adapté du fait de sa bonne stabilité cathodique, de sa faible viscosité, de son caractère hydrophobe et peu hygroscopique. Nous avons montré qu'en synergie avec l'oxyde de trioctylphosphine (TOPO) comme extractant, il est possible d'extraire plus de 90% de l'indium contenu dans une phase aqueuse 10-2 M en HCl. Le système électrochimique In(III)/In(0) dans le BEPipNTf2 a alors été étudié en présence de chlorures, d'eau, d'oxygène et de TOPO, espèces présentes à l'issue de l'étape d'extraction liquide/liquide de l'In(III). Une étude détaillée de l'influence des ions chlorures a notamment été réalisée, mettant en évidence la formation de chlorocomplexes d'indium lors de l'application d'un potentiel cathodique de réduction de l'In(III), ce qui modifie considérablement les caractéristiques électrochimiques du système In(III)/In(0). Les résultats obtenus montrent qu'il est possible d'électrodéposer de l'In(III) sous sa forme métallique dans le domaine de stabilité électrochimique du liquide ionique, et ceci de façon non réversible en présence de TOPO, dont l'électroactivité dans le domaine de potentiel correspondant porte néanmoins à croire que la réduction pourrait entraîner la présence d'impuretés organiques dans le dépôt d'indium et limiter la quantité de métal déposée. / Faced with explosive growth in demand for indium and, faced with challenges to both socio-economic and political potential it represents, the recycling of indium content in the equipments of end of life remains the only alternative to address risk of shortages. Beyond the economic and strategic aspects, recycling of indium can help preserving the environment by preventing large-scale exploitation of mineral ores containing indium. In addition, the toxicity of indium alone justifies the development of methods for treating waste containing indium. However, the recovery of indium from electronic waste is currently fairly limited, except in Japan where there are several processes at an industrial scale. However, these processes are not environmentally friendly and are energy-intensive In this PhD work, recycling of indium by liquid / liquid extraction in an ionic liquid followed by its electrodeposition in situ appeared to us as a promising process, to overcome the often difficult step of de-extraction of the metal cation. Among the ionic liquids that we have synthesized and characterized in terms of structure and of physicochemical properties, 1-butyl-1-ethylpiperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide (BEPipNTf2) has been shown most suitable because of its cathodic stability, its low viscosity, its hydrophobic and weakly hygroscopic character. We have shown that in synergy with the trioctylphosphine oxide (TOPO) as extractant, it is possible to extract more than 90% of the indium contained in a 10-2 M HCl aqueous phase. The electrochemical system In(III)/In(0) in the BEPipNTf2 was then studied in the presence of chlorides, of water, of oxygen and of TOPO, which are the species present after the liquid/liquid extraction step of the In(IIII). A detailed study of the influence of chloride ions has been particularly carried out, highlighting the formation of chlorocomplexes of indium when applying a cathodic potential of reduction of In(III), which significantly changes the electrochemical characteristics of the system In(III)/In(0), The results obtained show that indium (III) can be electrodeposited in its metallic form in the range of electrochemical stability of the ionic liquid and that this is non-reversible in presence of TOPO, whose electroactivity in the corresponding potential range suggests that the reduction could result in the presence of organic impurities in the deposition of indium and could limit the amount of metal deposited.

Ce doctorat a pour de comparer deux procédés d’extraction de biomolécules, comme l’acide gallique. Le phosphate de tributyle (TBP), dilué dans le dodécane, est choisi comme extractant et Na2HPO4 comme désextractant pour leur efficacité. Avec ces réactifs, nous avons déterminé le mécanisme des deux systèmes extractifs. L’extraction liquide-liquide est limitée par l’équilibre thermodynamique : elle est efficace pour des concentrations élevées de TBP. Quant à l’extraction par émulsion, elle ne l’est pas ; si l’émulsion est stable, l’extraction peut être rapide et totale avec des concentrations de TBP plus faibles, ce qui rend ce procédé plus vert que le précédent. La dernière partie de l’étude porte sur le remplacement du dodécane par des agrodiluants afin d’obtenir des procédés encore plus verts. L’utilisation d’esters éthyliques d’acide gras permet d’augmenter l’extraction en présence de TBP et même d’éviter son emploi en extraction par émulsion. / This aim of this study was to compare liquid-liquid extraction (LLE) and extraction by emulsion (ELM) of biomolecules as gallic acid. TBP as the extractant and Na2HPO4 as the stripping agent were chosen thanks to their efficiency. The influence of many parameters on these two processes was studied to determine their mechanism. LLE process is limited by equilibrium: the extraction is efficient for high TBP concentrations (> 20 % v/v). This is not the case for ELM process: if the emulsion was stable, the extraction was quantitative within a few minutes with lower extractant concentrations, which made ELM process more environment-friendly. By using agrodiluents to replace dodecane for more environmental-friendly processes, interesting results were obtained. In ELL, higher extraction yields were obtained with TBP diluted in ethylic esters of fatty acids. Even, in ELM, gallic acid was quantitatively extracted without TBP.

La synthèse et caractérisation de deux nouveaux liquides ioniques à base de cholinium nommés N-(2-hydroxyethyl)-N, N-dimethyl-N-octylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [C8linChol]+[NTf2]- et N-(2-hydroxyethyl)-N-(2-ethylhexyl)-N, N-dimethyl ammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [C8ramChol]+[NTf2]- ont été synthétisés et caractérisés par 1H NMR, 13C NMR, ATR-FTIR et ESI-MS. Les propriétés thermodynamiques comme l’énergie d’activation pour le flot visqueux, le volume molaire et l’entropie molaire ont été déduits de mesures de la masse volumique et de la viscosité. Ces calculs ont montré que les liquides ioniques possédant des chaînes alkyles ramifiées sont plus ordonnés que ceux qui ont des chaînes alkyles linéaires. L’étude des propriétés d’extraction du liquide ionique ramifié et du liquide ionique linéaire montre qu’ils sont capables d’extraire respectivement 98,6% et 40,5% d’Ag(I) à pH 5. L’extraction d’Ag(I) avec un liquide ionique dérivé du phosphonium (2,4,4 dimethyl(penthyl) phosphinate de trihexyl (tetradecyl) phosphonium a également été étudié. Cette étude montre en particulier que 80 à 85% de l’Ag(I) pet être extrait à un Ph 3 par ce liquide ionique dilué dans un kérosène modifié ou non par du decan-1-ol. La spectroscopie infrarouge montre que l’extraction provient probablement de l’anion protonné du liquide ionique. / Synthesis and characterization of two new cholinium-based ionic liquids, named N-(2-hidroxyethyl)-N,N-dimethyl-N-octylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [C8linCol]+[NTf2]- and N-(2-hidroxyethyl)-N-(2-ethylhexyl)-N,N-dimethyl-ammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [C8ramCol]+[NTf2]- has been developed by 1H NMR, 13C NMR, ATR-FTIR y ESI-MS. Properties as the viscous flux activation energy, the volume or the molar entropy have been calculated from the experimental data on density and viscosity. Calculations showed that the ramified ionic liquid possess a higher degree of structural order when compared with the linear ionic liquid. Also, their capacity for the recovery of Ag (I) was determined and an extraction level of 98.6% for the linear and 40.5% for the ramified ionic liquid was found. Maximum extraction was found at pH 5.0 with an important selectivity on the extraction of Ag (I) and Cu (II) towards Fe (III). Ag (I) extraction with a phosphonium-based ionic liquid (2,4,4 dimethyl(penthyl) phosphinate de trihexyl(tetradecyl) phosphonium) was also tested. Extraction tests were developed at different concentration values when dissolved in kerosene or kerosene plus decan-1-ol. An extraction level of 80 to 85% was determined with the different mixtures at a maximum recovery pH of 3.0. Spectroscopic characterization (ATR-IR) showed the protonation of the anion in the ionic liquid forming the acid specie. This specie is probably the responsible for the extraction of silver. The formation of a dimeric specie was found in the 31P NMR and the value of the formation constant was calculated.

Cette thèse avait pour objectif de développer de nouveaux systèmes d’extraction liquide-liquide compatibles avec le procédé Prayon pour la purification de l’acide phosphorique produit par voie humide. Une étude bibliographique complète des solvants d’extraction étudiés dans la littérature pour l’extraction liquide-liquide de l’acide phosphorique nous a permis d’identifier des candidats potentiellement intéressants. Une étude approfondie des propriétés d’extraction de ces systèmes et de leur sélectivité vis-à-vis des espèces métalliques nous a finalement permis de nous focaliser par la suite sur trois solvants d’extraction : le dibutyl éther (DBE), le diisobutyl carbinol (DiBC) dilué dans le diisopropyl éther (DiPE) et la Fentamine T0810 (ATS) dilué dans le DiPE. La formulation de ces mélanges a ensuite été optimisée en veillant à étudier le comportement de ces systèmes à chaque étape du procédé d’extraction liquide-liquide, c’est à dire l’extraction, la désextraction et le lavage. Cette étude a également permis de fixer les conditions opératoires optimales, notamment le rapport des volumes des phases. Au cours de cette étude, des phénomènes complexes de transitions de phases réversibles de la phase organique de monophasique vers biphasique (formation de troisième phase) et biphasique vers monophasique (retour à une phase organique unique) ont été mis en évidences expérimentalement. Pour finir, un modèle physicochimique d’extraction fondé sur des bilans de masse a été développé. Ce modèle s’avère très utile pour décrire l’extraction de l’acide phosphorique et de l’eau et la variation des volumes des phases au cours de l’extraction. / This PhD thesis was focused on the development of new extraction systems to purify phosphoric acid from wet phosphoric acid (WPA). The new system should be respectful of the current Prayon’s process flowsheet designed for the use of the mixture tri-n-butyl phosphate(TBP) and diisopropyl ether (DiPE) as extraction solvent. Firstly, extractants exhibiting different structures and functional groups were screened in order to assess their efficiency and selectivity towards phosphoric acid. Three new promising extraction systems were identified: diisobutyl ether (DBE), diisocarbinol (DiBC) in DiPE, and Fentamine T0810 (ATS) in DiPE. Secondly, our effort was directed to the comprehension of the physico-chemical phenomena involved in the extraction of phosphoric acid by the mixture TBP/DiPE at first, and enriched to describe the other systems studied later. Finally, a simulation model describing the solvent extraction of phosphoric acid by the solvent currently employed by Prayon is presented. This model accounts for the significant volume variation during the extraction of phosphoric acid and allows performing optimizations of extraction parameters even at very high phosphoric acid concentrations (6-14M).

La chimie séparative est un pilier du développement technologique en matière d’extraction, de séparation ou de remédiation sélective de molécules ou de métaux. Elle trouve des applications dans les domaines de l’électronique, des énergies renouvelables, de la médecine ou de la chimie, qui nécessitent plus que jamais l’utilisation de « métaux stratégiques ». L’extraction liquide-liquide est une technique de séparation qui intervient dans les procédés hydrométallurgiques pour la récupération de métaux stratégiques issus de gisements primaires, secondaires et de mines urbaines.Ce travail s’inscrit donc dans une vision globale d’optimisation des procédés d’extraction liquide-liquide appliqués en synergie, par une démarche de compréhension des mécanismes à l’origine de la synergie, et de généralisation de ces mécanismes mis à jour à l’ensemble des systèmes d’extraction synergiques. Cette compréhension des mécanismes devant ainsi permettre de prédire et de concevoir de nouveaux mélanges d’extractants synergiques.Pour mieux comprendre les moteurs à l’origine des phénomènes synergiques, une méthodologie adaptée pour la caractérisation des structures supramoléculaires des systèmes extractants en phase organique a été exploitée pour ces travaux de thèse. L’utilisation des techniques de Diffusion de Rayons-X/Neutrons aux Petits Angles (DXPA/DNPA) et de tensiométrie interfaciale ont été déterminantes pour la compréhension des mécanismes sous-jacents à la synergie. L’approche thermodynamique de l’extraction liquide-liquide qui présente l’intérêt d’estimer quantitativement les moteurs essentiels mis en jeu dans les mécanismes d’extraction liquide-liquide, apparait ainsi comme un outil essentiel pour la compréhension des systèmes synergiques. L’application de ces clés de compréhension a permis de concevoir un nouveau système synergique pour l’extraction des terres rares en milieu phosphorique. / Separative chemistry is a pillar of technologic development in extraction, separation and selective remediation of metals and molecules. It finds its applications in the fields of electronic, renewable energy, medicine and chemistry, which require more than ever the use of “Strategic Metals”. The liquid-liquid extraction is a separation technique that is involved in hydrometallurgical processes for the recovery of strategic metals from primary deposits, secondary and urban mines.This work is part of global vision of optimization of liquid-liquid extraction processes used in synergy, consisting in understanding the mechanisms underlying the synergy, and generalizing these mechanisms to all synergistic extraction systems. The understanding of these mechanisms underlying synergism aims at predicting and developing new synergistic extractants mixtures.To better understand the driving forces at the origin of synergistic phenomena, a suitable methodology for the characterization of supramolecular structures of extractant in the organic phase was exploited during this thesis work. The use of techniques like Small Angle Neutron / X-ray Scattering X-ray (SAXS /SANS) and interfacial tensiometry was crucial for the understanding of the synergistic mechanisms. A thermodynamical was also proposed to estimate quantitatively the key driving forces involved in the liquid-liquid extraction mechanisms. The application of these keys of comprehension helped to design a new synergistic system for the extraction of rare earths elements from phosphoric medium.

Aujourd’hui le combustible nucléaire usé est retraité via le procédé PUREX afin de récupérer l’uranium et le plutonium. La séparation de ces actinides des produits de fission repose sur différentes étapes d’extraction liquide-liquide avec le tri-n-butyl-phosphate (TBP) comme extractant. Un modèle a été conçu pour décrire précisément les différentes étapes du retraitement afin d’en optimiser le fonctionnement. Mais les mécanismes à l’échelle moléculaire sont encore mal décrits notamment pour le ruthénium qui est partiellement extrait et retenu en phase organique. Les études précédentes concernant le comportement du ruthénium dans le procédé ont montré que sa chimie était complexe et se sont principalement appuyées sur des données macroscopiques telles que les coefficients de distribution ou des constantes cinétiques. Des lacunes demeurent quant au mode de coordination avec le TBP, la structure et la stabilité des espèces extraites en phase organique, ou encore par rapport à la spéciation dans les conditions de faible acidité (CHNO3aq < 3 M).Une analyse de la spéciation du ruthénium en phase aqueuse et en phase organique a donc été entreprise au cours de ce travail. Elle s’appuie sur la combinaison d’outils spectroscopiques (FTIR et EXAFS) et sur l’utilisation de références solides caractérisées par DRX monocristal, FTIR et EXAFS. Cette méthodologie a été développée afin d’améliorer l’interprétation des signaux enregistrés sur les solutions aqueuses et organique de ruthénium.La méthode de couplage entre les données FTIR, les résultats de dosages potentiométriques en phase aqueuse et les informations obtenues lors de l’ajustement des spectres EXAFS nous a permis d’obtenir des structures moyennes des espèces [RuNO(NO3)x(OH)y(H2O)5-x-y]3-(x+y)+ présentes tant en phase aqueuse qu’en phase organique. Elle a permis de démontrer que dans les conditions d’extraction du procédé, les complexes identifiés en phase aqueuse sont extraits en phase organique sans modification de la sphère de coordination. L’hypothèse d’une coordination directe entre le TBP et le ruthénium a pu être exclue. L’influence de la concentration en acide nitrique ainsi qu’en ions nitrates, sur la spéciation du ruthénium dans les phases aqueuses et organiques a été mise en évidence. Différents équilibres d’extraction sont mis en œuvre selon les conditions chimiques. Pour les solutions à forte acidité (CHNO3aq = 4 M), des complexes de ruthénium non-hydrolysés avec un nombre de ligands nitrates proche de 3 ont identifiés (2 < x < 4 et z = 0). Au contraire à faible acidité (CHNO3aq = 1 M), une forme hydrolysée des complexes du ruthénium, présente en solution aqueuse, est extraite par le solvant. Cette espèce hydrolysée s’avère être un complexe bimétallique de la forme [(RuNO)2(NO3)2x(H2O)9-2x(µ-OH)](5-2x)+.Enfin l’étude du vieillissement des phases organiques a permis de mettre en évidence des échanges entre les ligands liés au ruthénium et l’acide nitrique solubilisé en phase organique. Ces processus, relativement lents pour une phase organique isolée, sont accélérés lorsque les mesures sont effectuées en présence d’une phase aqueuse, ce qui engendre une augmentation du coefficient de distribution du ruthénium. Ces échanges de ligands dans la sphère de coordination du ruthénium et les variations importantes de spéciation en fonctions des conditions chimiques (CH+ et CNO3-) pourraient être à l’origine du phénomène de rétention du ruthénium observé au sein du procédé. Finalement cette étude offre des voies d’amélioration pour une meilleure prise en compte de la diversité des équilibres impliquant le ruthénium au sein des modèles thermodynamiques, et soutient ainsi le développement de modèles prédictifs des procédés industriels de séparation. / Currently, used nuclear fuel is reprocessed using the PUREX process to isolate uranium and plutonium. Separation of these actinides is achieved through multiple steps of liquid-liquid extraction using tri-n-butyl-phosphate (TBP) as the extractant. Work aiming to develop a precise model of the fuel retreatment process in order to optimize it fails to accurately reproduce the ruthenium partial extraction and its retention in organic phase. Molecular mechanisms are still badly understood and hinder these developments. Previous studies had shown that ruthenium chemistry is complex but they mostly rely on macroscopic information as distribution coefficients or rate constants. Deficiencies remain about the coordination mode between TBP and ruthenium, about the structure and stability of extracted species or about the speciation for solutions at low acidities (CHNO3aq < 3 M).Ruthenium speciation analysis was undertaken during this work. It relies on the combination of different spectroscopic techniques (FTIR and EXAFS) and on the use of solid reference compounds fully characterized by single crystal XRD, FTIR and EXAFS. This method was developed in order to improve the interpretation of spectroscopic results for ruthenium aqueous and organic phases.This method coupling FTIR analysis, potentiometric determination in aqueous phase and fit results of EXAFS experimental data allowed us to obtain average structure for [RuNO(NO3)x(OH)y(H2O)5-x-y]3-(x+y)+ species in solution. It was demonstrated that ruthenium coordination sphere was not modified during extraction in process conditions. The hypothesis of a direct link between ruthenium and TBP was excluded. Influence of the nitric acid and nitrate concentrations was highlighted for ruthenium speciation in both aqueous and organic phases. Separate equilibria should be implemented to describe ruthenium extraction depending on chemical conditions. At high acidity (CHNO3aq = 4 M), non-hydrolyzed ruthenium complexes with an average nitrate number close to 3 were identified (2 < x < 4 et z = 0). Conversely, at low acidity (CHNO3aq = 1 M), a hydrolyzed ruthenium compound, observed in aqueous phase, is extracted into the organic phase. This compound was shown to be a bimetallic complex which could be written as [(RuNO)2(NO3)2x(H2O)9-2x(µ-OH)](5-2x)+.Finally the ageing study of organic phase allowed us to highlight exchanges between the ruthenium ligands and solvated nitric acid. These phenomena are relatively slow for isolated organic phases but are accelerated in the presence of an aqueous phase. An increase of ruthenium distribution coefficient was also observed. These ligand exchanges in ruthenium coordination sphere and the large fluctuations of speciation depending on chemical conditions (CH+ et CNO3-) may cause the ruthenium retention noticed in the process.This study offers opportunities to improve ruthenium extraction equilibria coverage in thermodynamic models and support the development of predictive models for industrial separation processes.

Ces travaux de thèse, effectués dans le cadre des études sur le retraitement des combustibles nucléaires usés par extraction liquide-liquide, concernent l’évaluation des performances d’extraction d’une nouvelle famille de molécules : les carbamides (R1R2NC(O)NR3R4). Cette famille peu étudiée jusqu’à maintenant apparait comme pertinente pour la séparation chimique de l’uranium et du plutonium à partir d’une solution d’acide nitrique concentrée. Le procédé envisagé permettrait une co extraction de l’uranium et du plutonium à forte concentration d'acide nitrique (4 mol.L 1) ainsi qu’une séparation de ces deux éléments à plus faible concentration d'acide nitrique (0,5 mol.L-1) sans avoir recours à des réactions d’oxydo-réduction comme c’est le cas pour le procédé industriel PUREX actuellement mis en œuvre dans les usines de retraitement de La Hague.En vue de l’optimisation de la structure de ces nouveaux extractants, 17 carbamides ont été étudiés. L’influence de la longueur des chaînes alkyle, du nombre de substituants, du nombre et de la position de ramifications a été évaluée sur l’extraction de l’uranium et du plutonium ainsi que sur la sélectivité U/Pu. Les résultats ont montré que certains carbamides sont des extractants performants vis-à-vis de l’uranium. La présence d’un groupement –NH sur la fonction carbamide améliore l’extraction alors que l’ajout de ramifications sur les chaines alkyles diminue l’extraction ainsi que la séparation U/Pu. Des études complémentaires sur la capacité de charge et la viscosité ont permis d’optimiser la structure et de proposer des candidats répondant aux critères de développement d’un procédé.La spéciation de l’uranium et du plutonium en phase organique en fonction de divers paramètres (structure du carbamide, concentration d'acide nitrique, etc) a mis en évidence les différents complexes formés: UO2(NO3)2L2; UO2(NO3)3(HL) et {UO2(NO3)L2}(NO3)pour l’uranium et Pu(NO3)4L2 et Pu(NO3)6(HL)2 pour le plutonium. Un lien entre les différences de propriétés extractantes et la nature des complexes formés en phase organique a été mis en évidence. En particulier, un changement du mécanisme d’extraction de l’uranium est observé pour les composés portant le groupement –NH. Par ailleurs, l’augmentation de la concentration d’acide nitrique en phase aqueuse favorise fortement la formation des complexes où l’extractant est en sphère externe UO2(NO3)3(HL) et Pu(NO3)6(HL)2 en solution.Enfin la stabilité de ces extractants vis-à-vis de la radiolyse a été étudiée de manière préliminaire. / This thesis, conducted in the framework of the reprocessing of spent nuclear fuels by solvent extraction, concerns the extraction performances evaluation in view of new extractants optimization: carbamide molecules (R1R2NC(O)NR3R4). This extractant family has not attracted much attention in literature but appears as a good substitutes for the chemical separation of uranium and plutonium from an nitric acid aqueous phase. The considering process will allow to extract uranium and plutonium at high nitric acid concentration (CHNO3aq = 4 mol.L-1) and separate these two elements at lower nitric acid concentration (CHNO3aq = 0,5 mol.L-1) without redox chemistry.In these conditions, 17 carbamide extractants were studied to observe the influence of alkyl chains length, substituent number, position and number of (2-ethylhexyl) ramifications on the uranium and plutonium extraction and on the U/Pu selectivity. Results indicate a high uranium extraction by carbamide molecules. Moreover, substituent number have a high influence on the cations extraction whose distribution ratio highly increase with the –NH group presence on the carbamide function. On the other hand, ramifications addition decrease the extraction and the U/Pu separation with the decreasing of distribution ratios. Additional studies on loading capacity and viscosity measurements allow to optimize the structure and some good analogs are proposed to process development.The uranium and plutonium speciation in organic phase as a function of experimental conditions (carbamide structure, nitric acid concentration, etc) allow to highlight formed complexes: UO2(NO3)2L2; UO2(NO3)3(HL) and {UO2(NO3)L2}(NO3) for uranium and Pu(NO3)4L2 and Pu(NO3)6(HL)2 for plutonium. The relation between extracting properties and formed complexes in organic phase has been made. In particular, modification of the uranium extraction mechanism is observed for the compounds containing –NH group. Moreover, the increase of aqueous nitric acid concentration have a favorable effect on the formation of outer sphere complexes UO2(NO3)3(HL) and Pu(NO3)6(HL)2.Then extractant stability of extractant regarding γ radiolysis have also been studied

Cette étude s'intéresse sur la simulation numérique des aires d'alimentation des puits d'eau potable sous l'influence d'une interface eau douce-eau salée (SWI), aux Îles-de-la-Madeleine, au Québec. Trois approches sont étudiées pour représenter l'interface, une entièrement dispersée (ID) considérant l'écoulement des eaux souterraines à densité variable et le transport advectif-dispersif, et les approches simplifiées de l'interface horizontale (IH et MODFLOW) et de Ghyben-Herzberg (GH). Le modèle d'éléments finis 3D SALTFLOW est utilisé pour toutes les simulations, en appliquant l'approche de la probabilité de captage (CP), basée sur le transport advectif-dispersif en mode arrière, pour définir les aires. Une analyse de sensibilité est d'abord appliquée à un domaine rectangulaire 3D simplifié avec un puits de pompage foré dans un aquifère de grès hautement perméable. Cette étude d'analyse de sensibilité porte sur l'influence de la conductivité hydraulique, la profondeur de la crépine et l'augmentation du taux de pompage sur la taille et la forme des aires. Les aires d'alimentation définies avec l'approche de CP sont comparées selon les différentes représentations de l'interface eau douce-eau salée énoncées dans cette étude. L'approche est ensuite appliquée à un sous-domaine 3D hétérogène sur l'Île du Cap aux Meules, qui comprend dix puits de pompage. Pour les conditions considérées dans cette étude, les aires de CP délimitées avec l'IH ou GH sont approximativement égales à 5% des aires simulées avec l'ID. Cependant, les aires ID sont généralement plus grandes comparées à celles simulées avec le traçage de particules basé sur le modèle MODFLOW, en raison des différences dans le modèle conceptuel et l'effet de la dispersion hydrodynamique dans l'approche de CP. L'effet du type d'interface diminue en s'éloignant du littoral. Le CP est une approche potentiellement utile pour définir les aires des aquifères insulaires avec l'intrusion d'eau salée. L'avantage de cette approche de CP est qu'elle inclut les incertitudes à travers le terme de dispersion permettant aux décideurs de choisir des niveaux de risques acceptables. / This study focusses on the numerical simulation of water well capture zones under the influence of a freshwater-saltwater interface (SWI), in the context of groundwater protection on the Magdalen Islands, Québec. Three approaches for representing the interface are investigated, a fully dispersed interface considering density-dependent groundwater flow and advective-dispersive transport, as well as the simplified approaches of a Ghyben-Herzberg interface and a horizontal interface. The 3D finite element model SALTFLOW is used for all simulations, including application of the capture probability (CP) approach, based on backward-in-time advective-dispersive transport, for defining the capture zones. A sensitivity analysis is first applied to a simplified 3D rectangular domain with a single well pumping within a highly permeable sandstone aquifer. Probability capture zones are compared under the different representations of the saltwater interface, highlighting the influence of hydraulic conductivity, the depth of the well screen, and an increase of the pumping rate on the capture zone size and shape. The approach is then applied to a 3D sub-domain of the Island of Cap aux Meules, including ten pumping wells within a heterogeneous system. For the conditions considered in this study, capture zones predicted using the capture probability approach assuming a Ghyben-Herzberg or horizontal interface had surface areas within about 5% of the capture zones simulated using a dispersed interface. These capture zones, however, were generally larger compared to those simulated using advective particle tracks based on a MODFLOW model, due to differences in the conceptual model and to the effect of hydrodynamic dispersion in the CP approach. The effect of the type of interface on the capture zone decreased away from the coastline. Capture probability is a potentially useful approach for defining capture zones in island aquifers under saltwater intrusion as it includes uncertainty through dispersion allowing decision-makers to choose acceptable levels of risk. It is concluded that the Ghyben-Herzberg and horizontale Interface simplifications are acceptable approaches, considering the inherent uncertainties in the conceptual models.

Le couplage fonctionnel des opérations de séparation et de réaction ainsi que les bio-procédés sont deux axes de recherche largement explorés. Cependant, l’industrie du génie des procédés a du mal à se tourner vers des technologies de ce type car il demeure un réel manque de connaissances et d’outils de conception pour ce genre de procédés. Une méthodologie de conception générale pour l'extraction liquide-liquide réactive est introduite dans cette étude. Elle est composée de trois étapes différentes: l'analyse de faisabilité, la synthèse ou dimensionnement du procédé et la validation par simulation. Cette méthodologie conduit à des paramètres structuraux et opératoires de la colonne étudiée à partir seulement des informations concernant le comportement physico-chimique du système étudié, en exploitant les équations d’équilibre chimique et entre phase ainsi que les bilans matières. Les résultats de cette méthode sont un bon point de départ pour une étude d'optimisation ou d'un processus de calcul d'investissement. Cette méthodologie a été appliquée à différentes études de cas: regroupant deux stratégies différentes d'extraction avec plusieurs solvants pour récupérer l'acide succinique dans un milieu de fermentation / The functional coupling of separation and reaction operations and bioprocesses are two widely explored areas of research. However, process engineering industry is struggling to turn to these technologies because it remains a real lack of knowledge and design tools for this kind of processes. A general design methodology for reactive liquid-liquid extraction is introduced in this study. It is composed of three different steps: feasibility analysis, pre-design determination and simulation validation. This methodology leads to the design specifications of the units from the information concerning the physicochemical behaviour of the studied system, exploiting the equilibrium and material balance equations. The results of this methodology are a good starting point for an optimization study or for an investment calculation process. This methodology has been applied to different case studies: two different strategies of extraction and several solvents to recover succinic acid in fermentation broth.

Dans le cadre de la séparation sélective pour le traitement et la valorisation des combustibles nucléaires usés, l’extraction liquide/liquide est largement utilisée au niveau industriel. Néanmoins, ce procédé est encore mal compris en ce qui concerne les phénomènes physico-chimiques qui se produisent à l’interface liquide/liquide. Ce travail porte sur la compréhension de la dynamique de l’interface liquide nanométrique durant le transfert d’une espèce entre une phase aqueuse et une phase organique. Deux techniques expérimentales ont principalement été utilisées: la mesure de tension interfaciale et l’optique non linéaire. Ce travail a également donné lieu au développement d’un modèle numérique de dynamique de transfert de phase prenant en compte à la fois des phénomènes de transport diffusif proche de l’interface et une cinétique chimique sur l’interface décrivant les processus d’adsorption/désorption. Des systèmes modèles constitués de molécules surfactantes et/ou chromophores et/ou complexantes ont été étudiés aux interfaces air/liquide et liquide/liquide. L’adsorption/désorption, l’agrégation en surface, la complexation d’ion à une interface liquide et la structuration des systèmes ont ainsi pu être étudiées tant d’un point de vue des états d’équilibre que de la dynamique. Enfin, ces études ont été appliquées à un système d’intérêt industriel utilisé dans le procédé de dépollution DIAMEX / Liquid-liquid extraction processes are widely used in the industrial fields of selective separation. Despites its numerous applications, the microscopic mechanisms which occur during a liquid liquid extraction processes are really unknown specially at the liquid/liquid interface. Thus, this work deals on the understanding of the phenomena which drive the mass transfer across a liquid/liquid interface. Two experimental techniques were used in this work: dynamic interfacial tension measurement and non-linear optical experiments. Along with the use of this experimental approach, a numerical model describing the mass transfer dynamic has been developed. This model works under the assumption that both diffusion and a chemical step describing adsorption and desorption processes contribute to the global transfer kinetics. Model systems of surfactant molecules, chromophore molecules and complexing molecule were investigated at liquid/liquid and air/liquid interface. Interfacial phenomena like adsorption, surface aggregation and ion complexing were studied. Finally, the methodology developed in this work was applied to studied an extractant molecule with potential industrial application