Th. Univ.--Sciences des matériaux--Aix-Marseille 3, 1988. / Résumé en anglais. Bibliogr. p. 85-90.

Th. doct.--Biochim.--Nantes, 1994. / Bibliogr. p. 257-275. Résumé en français et en anglais.

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology and Woods Hole Oceanographic Institution, 1986. / Vita. Chapter 5: ²³⁹⁻²⁴⁰Pu and excess ²¹⁰Pb inventories along the shelf and slope of the northeast U.S.A. / Ken O. Buesseler, Hugh D. Livingston and Edward R. Sholkovitz, reprinted from Earth and planetary science letters, 76 (1985/86) 10-22, Elsevier Science Publishers B.V. Amsterdam. Includes bibliographical references (p. 193-207).

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:38:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 12890.pdf: 2186659 bytes, checksum: 087fa0b384ece6d4147a0d60df0a8644 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Universitaet Karlsruhe - Fakultaet fuer Maschinenbau

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Universite de Lille, McMaster University / The main question of this thesis is: do we have today the tools to efficiently describe the structure, the bonding and the thermodynamics of actinide systems? This broad question is answered thanks to three studies. The first two are directly applied to the plastic industry and the nuclear plant safety. The last one, more fundamental, concerns the benchmarking of newly developed theoretical approach on f-element systems. First, actinides and transition metal arene-coordinated alkyl cations have been recently proven to be efficient catalysts for ethylene polymerizations. Interestingly, thorium, uranium and zirconium alkyl cations? catalytic activity depends on the solvent. To understand these behaviors and to confirm the tendency of these complexes to engage in unusual-arene coordination, relativistic DFT calculations combined with a characterization of the interaction thanks to the ETSNOCV method are used. Second, in accident scenario along the reprocessing of spent nuclear fuel, plutonium can be released in various volatile forms (PuO2, PuO3 or PuO2(OH)2, ...). The exploration of these scenarios by the use of simulations requires, among the various parameters, the knowledge of the thermodynamic properties of the possibly formed elements. Our insilico study focusses on the determination of the enthalpies of formation of the former two species for which experimental uncertainties remain, using multi-configurational relativistic wavefunction method. The last part of the thesis focusses on the benchmark of the B2-PLYP functional for f-element systems, which turns out quite accurate with respect to the experimental data and the gold-standard CCSD(T) method. La question générale traitée dans cette thèse est de déterminer si, aujourd’hui, nous disposons d óutils théoriques efficaces pour d’ écrire la structure, la liaison et les propriétés thermodynamiques de système comprenant un actinide. Cette large question va être abordée à láide de trois études différentes. Les deux premières sont directement liées à l?industrie plastique et à la sureté nucléaire. La dernière, plus fondamentale concerne une analyse comparative d?une approche théorique nouvellement développée sur des systèmes comprenant des éléments f. Tout dábord, les cations alkyles contenant un actinide (Th, U) ou un métal de transition (Zr) coordonné à un arène se sont révélés efficaces pour la catalyse de la synthèse du polyéthylène. étonnamment, les activités catalytiques des cations alkyles dépendent du solvant. Pour comprendre cela et confirmer la tendance quónt ces complexes à se lier à l?arène, une étude en DFT dans un contexte relativiste combinée à une caractérisation de liaison avec la méthode ETS-NOCV fut faite. La deuxième étude vise à étoffer les bases de données thermodynamiques qui servent à explorer numériquement les scénarios d?accidents. Notre étude in silico porte sur la détermination des enthalpies de formation des deux espèces pour lesquelles des incertitudes expérimentales subsistent (PuO3 ou PuO2(OH)2, ...), en utilisant une méthode quantique multiconfigurationnelle et relativiste. La dernière partie de la théorie se concentre sur l?estimation de la précision de la fonctionnelle B2-PLYP pour les éléments f, qui sávère assez précise en comparaison aux données expérimentales et à la méthode de référence CCSD(T). / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

La contamination des espèces vivantes par les éléments actinides est une source de toxicité radiologique et chimique conduisant à des séquelles graves pour l'organisme contaminé. La plupart des données disponibles sur l'interaction des actinides avec les systèmes biologiques sont basées sur des mesures macroscopiques physiologiques et fournissent très peu d'informations structurales et mécanistiques. Du fait de la complexité des systèmes impliqués dans ces processus, il est difficile de décrire la formation des complexes par des méthodes de biochimie. Notre stratégie a donc été d'approcher cette question par des systèmes biomimétiques très simplifiés que sont les peptides, en étudiant les mécanismes intramoléculaires affectés ou induits par l'interaction cation – ligand. Un pentapeptide carboxylique Ac-DDPDD-NH2 nous a servi de molécule de référence et de point de départ pour évaluer l'influence de la nature du peptide sur la topologie des complexes correspondants. Pour ce faire, différents analogues linéaires (permutations Asp/Ala, peptoïdes) et cycliques ont été synthétisés. De plus, dans le but d'incorporer des fonctions hydroxamates (très affines du Fe(III)) dans le pentapetide de référence, l'étude de la desferrioxamine et de l'acide acetohydroxamique a également été entreprise. Cependant, des difficultés de synthèse ne nous ont pas permis de tester ces dérivés. Trois cations actinides au degré d'oxydation +IV ont été sélectionnés (Th, Np, Pu) et comparés au cation Fe(III) souvent considéré comme analogue biologique du Pu(IV). L'agencement spatial du ligand autour du cation dans les complexes en solution aqueuse tamponnée a été étudié par spectrophotométrie et par Spectroscopie d'Absorption des rayons X. Les données spectroscopiques et l'ajustement des spectres EXAFS nous ont permis de rationaliser la topologie des complexes formés en fonction du peptide considéré : complexes mixtes hydroxy polynucléaires pour les séquences linéaires et cycliques, complexes mononucléaires pour la desferrioxamine. D'autre part, des différences notables sont apparues entre le Fe(III) et les actinides(IV), ce qui traduit une différence de réactivité en solution aqueuse. / The contamination of living organisms by actinide elements is at the origin of both radiological and chemical toxicity that may lead to severe dysfunction. Most of the data available on the actinide interaction with biological systems are macroscopic physiological measurements and are lacking a molecular description of the systems. Because of the intricacy of these systems, classical biochemical methods are difficult to implement. Our strategy consisted in designing simplified biomimetic peptides, and describing the corresponding intramolecular interactions with actinides. A carboxylic pentapeptide of the form DDPDD has been at the starting point of this work in order to further assess the influence of the peptide sequence on the topology of the complexes. To do so, various linear (Asp/Ala permutations, peptoïds) and cyclic analogues have been synthesized. Furthermore, in order to include the hydroxamic function (with a high affinity for Fe(III)) in the peptide, both desferrioxamine and acetohydroxamic acid have been investigated. However because of difficulties in synthesis, we have not been able to test these peptides. Three actinide cations have been considered at oxidation state +IV (Th, Np, Pu) and compared to Fe(III), often considered as a biological surrogate of Pu(IV). The spatial arrangement of the peptide around the cation has been probed by spectrophotometry and X-ray Absorption Spectroscopy. The spectroscopic data and EXAFS data adjustment lead us to rationalize the topology of the complexes as a function of the peptide sequence : mix hydroxy polynuclear species for linear and cyclic peptides, mononuclear for the desferrioxamine complexes. Furthermore, significant differences have appeared between Fe(III) and actinide(IV), related to differences of reactivity in aqueous medium.

Les polymères de coordination (PC) présentent un intérêt tant fondamental qu'appliqué de par leur structure et composition modulables ouvrant de nouvelles perspectives au niveau des propriétés chimiques (catalyse, conversion matériaux mous-durs…) et physiques (magnétisme, optique…). L'objectif principal de ces études consiste à vérifier le transfert de la structure, méso-structure et composition du PC vers la céramique obtenue par traitement thermique. Dans ce contexte, ce manuscrit décrit des études sur la conversion de polymères de coordination obtenus à partir d'un auto-assemblage entre des métaux 4f, 5f et de la 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone (DHBQ). Dans un premier temps, des méthodes de synthèses, aqueuse et anhydre en atmosphère contrôlée, ont été mises au point. Ainsi, plusieurs types de PC ont été obtenus (4f, 4f-4f, 4f-5f), les composés mixtes formant des solutions solides. Après caractérisation de ces composés, leur comportement sous traitement thermique a été étudié. Les principaux résultats montrent que les précurseurs à base de DHBQ obtenus par voie aqueuse possèdent une méso-structure micrométrique, formée par l'assemblage de sous-unités monocristallines possédant la même structure cristallographique quelle que soit la morphologie observée. L'étude de l'assemblage de cette méso-structure a permis de contrôler la morphologie du grain élémentaire (cylindre, cube, disque…) avec une très bonne distribution en taille. La mise en œuvre de systèmes anhydres en atmosphère contrôlée a permis d'accéder à une plus large gamme de paramètres micro-structuraux (surface spécifique, porosité…). Pour l'ensemble des composés de type PC, la conversion thermique en céramique n'a pratiquement pas altéré la morphologie des matériaux. Les aspects microstructuraux ont pu être contrôlés via la méthode de synthèse. / Coordination polymers (CP) are of great academic and industrial interest due to flexible structure and composition and offer prospects for original chemical (catalysis, soft-hard materials conversion…) and physical properties (magnetism, optics…). The major interest of these studies is to check the transfer of the structure, meso-structure and composition from the CP to the ceramic via a thermal treatment. In this context, this thesis describes studies on conversion of coordination polymers obtained by self-assembly of 4f and 5f metal ions with 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone (DHBQ). Aqueous and anhydrous synthetic ways were developed, which yielded different kinds of CPs (4f, 4f-4f, 4f-5f) ; solid solutions were obtained with the mixed compounds. The products were characterized and their behaviour under thermal treatment was studied. The main results show that the DHBQ-based precursors obtained by aqueous way have a micrometric meso-structure, formed by the assembly of micro-crystalline subunits which all posses the same crystallographic structure. The study of the assembly of the meso-structure allowed controlling the morphology of the elementary grain (cylinder, cube, disk ...) with very good size distribution. The implementation of anhydrous systems in a controlled atmosphere allowed yielded a wider range of micro-structural parameters (surface area, porosity ...). For all CP-type compounds, the thermal conversion to ceramic has barely altered the morphology of the materials. The microstructural aspects could be controlled via the method of synthesis.