L'étude des Particules Exopolymériques Transparentes (TEP) fait l'objet d'une attention grandissante depuis les dix dernières années. Leur source principale est l'exsudation de polysaccharides par le phytoplancton et les bactéries. Ces particules formées de façon abiotique, principalement via la coagulation de matière organique colloïdale, sont fortement impliquées dans les processus biogéochimiques des milieux aquatiques. Nous avons comparé deux techniques de mise en évidence des TEP (« Filter-Transfer-Freeze », et méthode des lames blanches dépolies) et évalué leurs limites et avantages afin d'établir un protocole le plus efficace possible. Dans la suite de ce travail, nous privilégierons la méthode des lames blanches dépolies qui offre de meilleurs résultats en termes de précision et de reproductibilité. Une étude des variations saisonnières des TEP en Méditerranée Nord-Occidentale de février 1999 à février 2000 a été effectuée, en deux sites, l'un côtier, l'autre océanique (programme DYFAMED-JGOFS). Les TEP sont présentes en forte abondance durant la totalité de l'année (de 2x104 à 2x105 TEP ml-1) en zone euphotique. Leur dynamique reflète davantage le statut trophique de l'écosystème plutôt que des différences régionales. Globalement, on observe une augmentation du pool de TEP après la floraison printanière et une persistance de ce pool durant la période estivale. Cette étude in situ a révélé également l'importance de ce pool de matière en tant que réservoir de carbone organique (de 0,6 à 20,5 µmol C l-1 ; jusqu'à 15% du carbone organique total). De plus, ces particules possèdent un rapport molaire C/N largement supérieur au rapport de Redfield (C/N = 21 en moyenne). La formation des TEP serait une voie majeure de transfert du carbone lors de la surconsommation de carbone inorganique dissous (CID) par le phytoplancton en période oligotrophe. Les TEP représentent donc une composante importante dans le cycle du carbone en séquestrant le carbone organique sous forme particulaire. L'effet des conditions trophiques, associées à différentes intensités de turbulence sur la dynamique des TEP a fait l'objet d'un suivi en milieu contrôlé, dans le cadre du projet européen NTAP (Nutrient dynamics mediated through Turbulence And Plankton interactions). Une forte turbulence (1x10-4 cm2 s-3) induit la persistance de ce pool en surface entraînant l'agrégation des particules. Elle favorise également la colonisation bactérienne des TEP. L'hydrodynamisme de l'écosystème influencera donc la formation des TEP ainsi que le devenir de ce pool de matière (accumulation et/ou sédimentation). L'utilisation de la microscopie électronique à transmission couplée à une micro-analyse aux rayons X a permis de déterminer la composition élémentaire (C, N, P, Mg, Ca, Fe, Mn) des TEP en fonction des conditions trophiques du milieu. Les résultats confirment l'importance de ces particules en termes de carbone et leur rôle dans la surconsommation de CID lorsque le milieu est déficient en azote. De plus, les TEP adsorbent du fer et du manganèse (jusqu'à 1,7 nM Mn et 18,7 nM Fe dans un fjord Norvégien) laissant présumer de leur rôle dans le cycle biogéochimique des éléments-traces.

Dans l'éventualité d'une contribution significative du nucléaire aux besoins énergétiques mondiaux, le problème de la gestion des déchets actuels remet en question la pérennité de la liere REP. En complément des recherches sur le stockage et l'incinération de ces déchets, il convient donc d'envisager des systemes innovants dédiés à une production d'énergie nucléaire durable, aussi sobre, propre et sûre que possible. Nous nous intéressons ici au concept de réacteur à sels fondus, dont le combustible est liquide. Cette particularité autorise un retraitement en ligne pyrochimique, qui peut permettre de s'affranchir de certaines limites neutroniques. Le projet MSBR (Molten Salt Breeder Reactor) d'un réacteur à sels fluorures et à modérateur graphite a ainsi montré à la fin des années 1960 que la surgénération en cycle thorium et en spectre thermique est accessible avec un retraitement en ligne approprié.<br> A l'aide d'outils de simulation développés autour du code Monte Carlo MCNP, nous réévaluons dans un premier temps les performances d'un système de référence inspiré du projet MSBR. L'étude complète de la phase de mise à l'équilibre de ce réacteur d'une puissance de 2500 MWth, démarré en 232Th/233U, nous permet de valider nos choix de référence. L'équilibre obtenu montre une réduction importante des inventaires et des radiotoxicités induites par rapport aux autres cycles possibles. Le retraitement en ligne associé est suffisamment efficace pour rendre le systeme surgénérateur, avec un temps de doublement d'une trentaine d'années à l'équilibre.<br> A partir du système de référence, nous testons ensuite différentes options en termes d'économie de neutrons, de transmutation et de contrôle de la réactivité. Il en ressort que c'est le retraitement en ligne qui apporte le plus de flexibilité à ce système particulièrement bien adapté à la production d'énergie en cycle thorium. L'étude de scenarios de transition à cette filière quantifie les limites d'un éventuel déploiement à partir du parc français actuel, et montre enfin qu'une gestion raisonnée du plutonium disponible serait nécessaire dans tous les cas.

Un nouveau procédé électromagnétique est mis en œuvre afin d'améliorer les transferts de masse entre un métal liquide et un laitier placé en couverture. Le principe du procédé consiste à fondre et brasser le métal dans un four à induction à creuset froid alimenté par un courant alternatif bifréquence. Ce courant inducteur est constitué d'une moyenne fréquence pour chauffer et assurer un brassage électromagnétique au sein du métal ainsi que d'une basse fréquence de modulation destinée à agiter l'interface métal - laitier. Un tel courant inducteur est obtenu en modulant la consigne d'entrée d'un générateur à induction standard à l'aide d'un signal sinusoïdal délivré par un générateur de fonctions. Une étude du comportement hydrodynamique de la surface libre de gallium dans un tel système d'induction bifréquence a montré qu'il est possible d'exciter des modes de surface axisymétriques (0,n) lorsque la fréquence de modulation du courant inducteur correspond à la fréquence propre d'un des modes de surface. Les amplitudes maximales et la fréquence des déformations de la surface libre ont été mesurées en fonction des paramètres de consigne d'entrée imposés au générateur. Il ressort une assez bonne corrélation entre les caractéristiques expérimentales des déformations et les valeurs issues d'un modèle analytique. Un système de détection de résonance, sans contact avec la surface libre, a été mise en place afin de détecter les déformations de la surface libre engendrées par l'excitation des modes de surface. L'aptitude du procédé à améliorer la cinétique du transfert de zirconium d'un sel fluoré vers un métal liquide contenant l'aluminium comme métal réducteur a été étudiée. Des expériences de transferts ont été réalisées sans et avec modulation du courant inducteur. Elles montrent que pour une valeur d'intensité du courant donnée, le transfert peut être accéléré sous l'effet de l'agitation interfaciale engendrée par la modulation du courant inducteur.

A partir d'une revue générale des données physico-chimiques relatives au globe terrestre, puis d'hypothèses avancées par certains auteurs, nous allons tenter de discerner les princip ux facteurs connus qui président à la répartition des éléments sur notre planète et plus particulièrement dans son enveloppe.

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Le but de ce travail est d'étudier l'évolution de la perméabilité d'agrégats de sels sous contrainte lorsque les fluides circulant dans ces agrégats peuvent réagir avec le solide par des dissolutions et/ou des colmatages. Des essais de circulation de divers fluides à travers des échantillons de briques de sels sous contrainte ont permis de suivre l'évolution de la composition des fluides en cours d'essai. L'évolution des matériaux a été aussi caractérisée en cours d'essai (mesure de vitesse acoustique) et après essai (scanner, microscope optique et à balayage, mesure de porosité mercure). Les résultats ont été discutés d'abord du point de vue de l'équilibre des réactions entre la solution qui percole et les différents minéraux des briques de sels (théorie de l'espace des réactions, modèles thermodynamiques à l'équilibre) . Ensuite a été introduite la notion de cinétique des réactions (processus limitant) pour déboucher sur un modèle d'évolution de la circulation des fluides dans un ouvrage de brique de sels au contact d'un fluide plus ou moins saturé en sels. L'effet des contraintes a été trouvé différent à court terme et à long terme. A court terme, sur des matériaux poreux, les contraintes et des réactions chimiques de mise à l'équilibre induisent des processus instables comme le développement de dissolutions en doigts de gants qui peuvent contribuer à amplifier la perméabilité. En revanche, à long terme les contraintes (au moins avec les valeurs modérées utilisées) ont un effet stabilisateur. La perméabilité décroît par une compaction chimique (dissolution-cristallisation sous contrainte), puis la déformation à long terme tend vers un processus de fluage lent par dissolution-cristallisation sous contrainte.

L'objectif est de développer des méthodes permettant de suivre et de quantifier la réactivité chimique de surface à l'échelle micrométrique. Nous proposons une approche optique qui utilise une détection sans marquage basée sur un changement d'indice de réfraction. Le principe repose sur le couplage entre techniques d'imagerie, de microscopie optique et de micro-électrochimie pour étudier et cartographier en temps réel et in situ des processus (électro)chimiques interfaciaux. Les potentialités de ces techniques sont mises en évidence sur un système modèle : l'électrogreffage de films minces organiques sur des surfaces par réduction de sels de diazonium. La réactivité (bio)chimique est étudiée ex situ et in situ sur différentes surfaces d'or : des microélectrodes ou des macroélectrodes décorées par impression par microcontact ou par lithographie. La méthode est intéressante pour examiner la réactivité chimique de diverses molécules immobilisées vis-à-vis de radicaux électrogénérés. Ces microscopies opto-électrochimiques montrent que la microlithographie modifie la réactivité de surface et qu'elle doit donc être réalisée soigneusement quand on cherche à déterminer la réactivité de la surface. Finalement, ces travaux sont appliqués au développement d'une méthode analytique par microscopie électrochimique (SECM) pour détecter des mouvements mécaniques de microleviers suite à un changement de tension de surface.

Ce travail consacré à l'étude des différents paramètres influençant l'hydratation de la phase silicate principale du Ciment Portland Ordinaire (OPC) a été réalisé au Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB). Cette étude s'inscrit dans le cadre du projet " Crystal Growth Control " initié par BASF dans le but de contrôler et de prévoir le mieux possible l'hydratation du Ciment Portland Ordinaire. La dissolution de l'alite, comme celle du C3S pur, est rapide dans l'eau pure. La vitesse diminue avec l'écart à l'équilibre et la concentration en ions aluminates en solution. On observe également une adsorption sur la surface de l'alite de l'aluminium libéré par la dissolution. La germination et la croissance des C-S-H a été étudié d'une part, en présence d'aluminates en solution et d'autre part en présence de sels inorganiques connus pour être des accélérateurs de l'hydratation du ciment Portland Ordinaire. La présence d'aluminium ne modifie pas la germination initiale des C-S-H mais semble participer directement à l'origine de la période dormante du ciment. L'hydratation du C3S dans des solutions salines conduit à former pendant la germination initiale d'autant plus de C-S-H que la solution est concentrée. De plus la morphologie des germes est modifiée. Chaque germe doit contenir plus de matière en occupant moins de surface. La simulation de l'ensemble de la courbe d'avancement de l'hydratation observée dans les solutions de sels de nitrates et d'halogénures de calcium, sodium et potassium à l'aide du modèle de croissance par agrégation de particules cubiques confirme l'anisotropie au cours de la croissance des germes. La vitesse de croissance des C-S-H perpendiculairement à la surface des grains augmente avec la concentration et l'effet est très dépendant de la nature de l'anion. Ce comportement est à rapprocher des séries d'Hofmeister

Ce manuscrit d'HDR comprend trois parties comprenant pour certaines plusieurs chapitres. Mes travaux de recherche depuis le post-dosctorat (2001) jusqu'à 2012 y sont présentés synthétiquement. Ceux-ci concernent les thématiques de microscopie à force atomique en mode non-contact et de microscopie de sonde de Kelvin appliquées à la caractérisation structurale et à la mesure des propriétés électroniques de phases de molécules organiques adsorbées sur des surfaces de sels alcalins sous ultra-vide.

L'objectif de ces travaux était de synthétiser, caractériser et étudier le potentiel d'une sélection de liquides ioniques, pour la séparation de l'éthane et de l'éthène. L'influence dans l'absorption de l'éthène de la présence de trois cations métalliques, le lithium (I), le nickel (II) et le cuivre (II) dans un liquide ionique était également étudiée. Les liquides ioniques sélectionnés sont basés sur le cation imidazolium contenant des groupes fonctionnels au niveau de la chaine alkyle latérale. Les anions choisis sont le bis(trifluorométhylsulfonyl)imide, [NTf2], la dicyanamide, [DCA] et le méthylphosphite, [C1HPO3]. Sachant qu'un solvant de séparation idéale doit avoir une capacité d'absorption et une sélectivité de séparation élevées, une faible viscosité, une haute stabilité thermique et une cinétique d'absorption rapide pour le gaz sélectionné. Pour évaluer ces propriétés pour les milieux sélectionnés, plusieurs paramètres ont été déterminés la densité et la viscosité des liquides ioniques ainsi que l'absorption de chaque gaz dans les liquides ioniques. L'absorption de l'éthane et de l'éthène dans les liquides ioniques purs ainsi que dans les solutions de liquide ionique + sel métallique a été mesurée dans une gamme de températures comprises entre 303.15 K et 353.15 K et pour des pressions proches de l'atmosphérique. La sélectivité idéale des liquides ioniques pour l'absorption de l'éthane par rapport à l'éthène a ainsi pu être déterminée. La détermination de l'absorption en fonction de la température a permis d'accéder aux propriétés thermodynamiques de solvatation de ces gaz dans des liquides ioniques et à comprendre la manière dont les liquides ioniques interagissent avec ces solutés comment les liquides ioniques se structurent autour de ces molécules