Dans le contexte des études sur les systèmes innovants de production d'énergie, des réacteurs exploitant le combustible thorium sont envisagés. Les sections efficaces de fission induite par neutrons des actinides qui y sont engagés entrent en jeu dans les simulations de scénarios. Pour les alimenter, des bases de données sont produites à partir de résultats expérimentaux et de modèles. Pour certains noyaux, elles présentent des lacunes ou des désaccords. Pour compléter ces bases de données, nous avons construit un dispositif original constitué d'une alternance de PPACs(chambres à avalanches sur plaques parallèles) et des cibles ultra-minces, que nous avons installé auprès de l'installation n_TOF. Nous décrivons les détecteurs, le montage, et le soin apporté à la fabrication et à la caractérisation des cibles. La détection en coïncidence des produits de fission se fait grâce à des mesures de temps très précises et à leur localisation par la méthode de la ligne à retard. Nous avons contribué, au sein de la collaboration n_TOF, à la caractérisation de la nouvelle source intense de neutrons de spallation du CERN, basée sur le temps de vol des neutrons, et nous en décrivons les caractéristiques et les performances. Nous avons pu mener des mesures sur les actinides ^{232}Th, ^{234}U, ^{233}U, ^{237}Np, ^{209}Bi, et ^{nat}Pb relativement aux références ^{235}U et ^{238}U, en utilisant un système d'acquisition innovant. Nous avons pu tirer parti du large domaine d'énergie accessible, de 0,7 eV à 1 GeV, et de l'excellente résolution dans ce domaine. Le traitement des données et l'état d'avancée de l'analyse sont décrits afin d'éclairer les performances et les limites des résultats obtenus.

Ce travail, basé sur l'utilisation des déséquilibres radioactifs des isotopes du thorium (Th), a été réalisé dans le but de quantifier les flux de particules et les échanges entre la phase dissoute et particulaire dans trois bassins océaniques distincts. En mer de Barents, région peu profonde, les mesures de flux de 234Th dans la colonne d'eau ont montré qu'en été les pièges à particules avaient une bonne efficacité de collecte. Pour estimer les flux de Carbone Organique Particulaire (POC) exportés, on utilise un rapport POC/234Th. Ce dernier est 10 fois plus faible dans les grosses particules piégées que dans les particules en suspension. Ceci est sans doute dû à une reminéralisation préférentielle du POC sur le 234Th et à une prépondérance de pelotes fécales dans les pièges. Ces résultats montrent l'importance des grosses particules dans le flux vertical de matière. Cela suggère que les valeurs d'export de carbone basé sur la composition des particules en suspension dans les autres régions de l'Arctique ont été sans doute surestimées. Dans le secteur Indien de l'océan Austral, les estimations des flux de POC exportés sont maximum dans la région du Front Polaire (PFZ). Les profils de 230Th dans la colonne d'eau montrent un renouvellement rapide des eaux de fond (1-15 ans) dû à l'écoulement de l'eau Nord-Atlantique Profonde (NADW) et de l'eau Antarctique de Fond (AABW) dans la zone d'étude. Les processus dynamiques concernant les particules marines en surface ont pu être quantifiés grâce au couplage 230Th-234Th. Ces estimations suggèrent que les grosses particules filtrées ont une vitesse de chute plus faible dans la zone au nord du front des Aiguilles (AF). En outre, on a pu constater que les processus de désorption et de désagrégation étaient rapides conséquence, sans doute, de la présence de matière détritique importante et/ou d'activité bactérienne intense limitant ainsi l'export de matière organique vers le fond. Dans le cadre des travaux menés en mer Méditerranée Occidentale, l'utilisation des isotopes 230Th et 232Th dans les expériences d'incubations in vitro de grosses particules marines nous ont permis de montrer que le processus d'agrégation des grosses particules filtrées doit être pris en compte dans les modèles concernant la dynamique des particules. D'autre part, les résultats suggèrent que les flux d'éléments réfractaires sont dominés par la dissolution des particules continentales provenant des marges. Pour quantifier les apports des particules lithogènes en Méditerranée Occidentale, il convient donc de prendre en compte le transport advectif.

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De nombreuses études de datation ont été réalisées dans le passé afin d'obtenir de plus amples connaissances sur les formations géologiques côtières de la Méditerranée. Cependant, il arrive souvent que les limites propres aux méthodes de datation ne permettent pas d'obtenir des résultats acceptables. Dans une nouvelle tentative d'obtenir des plus amples connaissances, une série de 20 échantillons prélevés sur des plateformes marines de la région côtière de l'Algarve (sud du Portugal) ont été analysés par la méthode de datation U -Th. Puisqu'il est très difficile de trouver des coraux dans la région, nous avons effectué ces analyses sur des Balanus, un fossile qui a très peu été utilisé jusqu'à maintenant. L'analyse des résultats semble démontrer que le système isotopique a été ouvert pour les raisons suivantes: une augmentation de la concentration en 238U avec l'âge des échantillons, et une évolution anormale du rapport d'activité 234U/238U et 230Th/234 de pIusieurs échantillons. Suite à l'analyse de la distribution du rapport d'activité 234U/238U Vs. la concentration en 238U, il a été possible d'établir un modèle de mélange isotopique avec une limite inférieure. Une estimation des proportions des fractions d'uranium marin et diagénétique à été proposé, ce qui nous a permis de poser comme hypothèse que la source d'uranium est demeurée constante depuis la mort de l'individu. Il est alors possible que l'uranium diagénétique soit provenu en partie de la dissolution des roches carbonatées du Miocène ayant servi de substrat aux Balanus, ce qui aurait pu avoir comme effet de tendre les valeurs des rapports isotopiques vers l'équilibre séculaire. Seul trois échantillons ont fourni des âges finis, le reste des résultats étant hors-âge. Il nous est donc permis d'affirmer que la méthode de datation U-Th est difficilement applicable sur des Balanus puisque le système isotopique semble demeurer ouvert longtemps après la mort de l'individu. L'absence de matériel propice aux méthodes actuelles de datation font en sorte que bien des études devront continuer à se baser sur diverses observations sur le terrain afin de mieux comprendre la géologie étudiée. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Balanus, Datation, ²³⁴U/²³⁸U, Plateforme, Isotopique, Uranium.

The boreal landscape is complex mosaic of vast forests, lakes and wetlands. Through the landscape flows a fine network of streams and rivers, carrying dissolved and suspended material from atmospheric deposition and weathering of soils and bedrock to downstream recipients. This thesis investigates the transport of U, Th and other metals in the boreal landscape by comparing a set of catchments with contrasting characteristics, ranging from 0.12-68 km2 in area. Using uranium (234U/238U) and oxygen isotopes (δ18O) it was demonstrated that catchment size has a strong impact on the hydrological pathways and on the mobilisation of uranium. Both tracers also displayed a consistent shift towards more superficial sources and more superficial flow pathways when going from winter baseflow conditions to the spring flood. Large spatiotemporal variability was observed with U fluxes ranging from 1.7 -30 g km-2 a-1. Using a wide set of hydrochemical parameters and landscape characteristics it was demonstrated that wetlands play a decisive role for the biogeochemical cycling of many metals. Comparing normalised fluxes of 13 different elements (Al, Ba, Ca, Cr, Cu, La, Mg, Na, Ni, Si, Sr, U and Y) 73% of the spatial variance could be explained based on the wetland coverage and the affinity for organic matter, the latter of which was quantified using thermodynamic modelling. Hence, it was possible to link the large-scale transport patterns of a wide range of metals to fundamental biogeochemical properties. When restraining the analysis to the smaller streams (<10 km2), the explanatory power increased to 88%. For elements such as Na and Si with low affinity for organic matter the decrease in wetland-dominated catchments corresponded closely to the area of mineral soils that had been replaced by peat, indicating that reduced weathering was the main cause of the decrease. For organophilic metals the decrease in wetland-dominated catchments was even greater, suggesting that there also was an accumulation of these metals in the peat. This was confirmed by investigating the distribution of radionuclides in local mire, which revealed considerable accumulation of uranium and thorium along the edges of the mire. Based on the inventories of uranium and thorium and their distribution in the peat it was concluded that the mire historically had been a sink for these metals and that it most likely will continue to be so for a long time to come. All and all, wetlands were estimated to decrease the fluxes of metals from the boreal forests to downstream lakes and oceans by 20-40%, depending on how strongly they bind to organic matter.

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The radioactivity contributions of several daughter products of the 235,238 U and 232Th isotope decay chains within geological matrices can be assumed to be in equilibrium due to their age if they have remained undisturbed for an extended period of time. Similarly, one can assume that the isotopic mass proportions are equal to natural isotopic abundance. Current methods used to ascertain activity in these decay chains involve alpha particle spectrometry or ICP-MS, both of which can be laborious and time consuming. In this research, thermal and epithermal neutron activation analysis of small samples of various geological materials is used in order to ascertain activities. Through the use of NAA, cumbersome sample preparation and the need for large sample size and extended counting time are obviated. In addition to the decay chains of uranium and thorium, 40K, another large contributor to naturally occurring radioactivity, is determined using epithermal neutron activation analysis to determine total potassium content, and then calculating its isotopic contribution based on its natural isotopic abundance. / text

The ACME collaboration aims to measure the eEDM via Ramsey spectroscopy of a cryogenic beam of ThO molecules in their metastable H state. This thesis describes the launch of this new experimental effort. A set of diode lasers has been built to address all the necessary ThO transitions. The laser frequencies were stabilized to a stable reference laser via a \(Fabry-P\acute{e}rot\) transfer cavity. A measurement of the magnetic dipole moment of the H state has been performed that is complementary to a previous measurement by the collaboration. This value is important for determining the sensitivity of the H state to magnetic fields, which can be a source of noise and systematic errors in the eEDM measurement. Experimental efforts to prepare the coherent superposition of the \(M = \pm1\) Zeeman sublevels in the H,J = 1 state that is the starting point of the eEDM experiment using transitions to the G state resulted in a better understanding of transitions between \(\Omega\)-doublet states in an electric field. This led to a new technique for normalizing out shot-to-shot fluctuations in the molecular beam flux, which has also been demonstrated experimentally. / Physics

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This thesis presents the investigations of Rubidium atoms in magneto-optical traps and triply charged Thorium ions in electrodynamic traps for future advances in long-distance quantum telecommunication, next generation clocks, and fundamental tests of current physical theories. Experimental realizations of two core building blocks of a quantum repeater are described: a multiplexed quantum memory and a telecom interface for long-lived quantum memories. A color change of single-photon level light fields by several hundred nanometers in an optically thick cold gas is demonstrated, while preserving quantum entanglement with a remotely stored matter excitation. These are essential elements for long-distance quantum telecommunication, fundamental tests of quantum mechanics, and applications in secure communication and computation. The first trapping and laser cooling of Thorium-229 ions are described. Thorium-229 nuclear electric quadrupole moment is revealed by hyperfine spectroscopy of triply charged Thorium-229 ions. A system to search for the isomer nuclear transition in Thorium-229 is developed and tested with the excitation of a forbidden electronic transition at 717 nm. Direct excitation of the nuclear transition with laser light would allow for an extremely accurate clock and a sensitive test bed for variations of fundamental physical constants, including the fine structure constant.