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The aim of this thesis is to dope soda-lime glasses with either silver, gold or cobalt nanoparticles. The experimental procedure is based on the successive combination of thermal ion exchange techniques (conventional or assisted by electric field) and continuous UV laser irradiation (244 nm).The first part of this work concerns the effect of oxygen on the growth of silver nanoparticles. We have demonstrated a reducing effect of oxygen on silver ions which favors the growth of silver nanoparticles during the laser exposure.The second part of this work is dedicated to the doping of the glass with gold nanoparticles. We have shown that the formation of gold nanoparticles strongly depends on the temperature applied during the ion exchange. After optimization of the experimental parameters, we have been able to show the efficiency of our substrates for the detection of very low concentrated molecules diluted in liquid solution, using the well-known SERS technique.The last part of this work deals with the results obtained with cobalt. We have demonstrated the formation of either Co3O4 or CoO nanoparticles located at the glass surface. Raman study has shown the possibility to favor etiher one of these two phases. The feasibility of co-doping the glass by silver and cobalt has also been demonstrated and we have highlighted the preferential oxidation of cobalt with respect to silver, opening new perspectives such as the optimization of SERS sensors or for potential magneto-optical applications., L’objectif de cette thèse est de doper des verres sodocalciques avec des nanoparticules d’argent, d’or et de cobalt. La procédure suivie dans ce travail repose sur l’association des techniques d’échange ionique thermique (classique ou assisté par champ électrique) et d’une insolation laser UV continue (244nm). La première partie de la thèse concerne l’effet de l’oxygène sur la croissance des nanoparticules d’argent. Nous avons démontré un effet réducteur de l’oxygène sur les ions argent et par suite un effet positif sur la croissance des nanoparticules. La deuxième partie de la thèse concerne le dopage des verres avec des nanoparticules d’or. Nous avons démontré que la formation de nanoparticules d'or dépend fortement de la température appliquée durant l’échange ionique. Après optimisation des paramètres expérimentaux, nous avons pu montrer l’efficacité de nos substrats pour la détection par effet SERS de molécules très peu concentrées. La dernière partie de ce travail porte sur les résultats obtenus avec le cobalt. Nous avons démontré la formation de nanoparticules de Co3O4 et de CoO à la surface des verres. L’étude Raman menée a permis de montrer la possibilité de contrôler la phase cristalline de l’oxyde de cobalt. Mes travaux s’achèvent sur l’étude du co-dopage des verres par des nanoparticules d’argent et de cobalt. La faisabilité de ce co-dopage a été démontrée et nous avons pu mettre en évidence l’oxydation préférentielle du cobalt vis-à-vis de l’argent, ouvrant de nouvelles voies autant sur l’optimisation des capteurs à effet SERS, que vers des applications magnéto-optiques potentielles.

The nuclear industry produces high amounts of contaminated water from various sources that require specific treatments depending on their chemical composition. Cesium-137 and strontium-90 are among the most abundant radionuclides in those effluents, which have to be removed as efficiently as possible in order to generate the lowest amount of waste. The column process is one of the most suitable processes to achieve this solid-phase extraction. Its principle is based on the sorption capacity of the radionuclide by copper hexacyanoferrates (HCF), highly cesium-selective mineral ion-exchangers. Investigations on HCF pointed out the structural effects of the cesium insertion within the crystal, which were linked to the high affinity of HCF for this ion. The functionalization of HCF on silica monolith with hierarchical pore structure was carried out in order to benefit the remarkable properties of these supports used as a column. Sorption kinetics evaluated down to trace concentrations have shown a fast capture of the cesium, which proves the interest of this material for a column process purpose. In addition, the performances of functionalized silica monolith have been highlighted in comparison with those made of particulate fixed beds. Finally, those materials were implemented for a simultaneous decontamination of cesium and strontium by a double extraction mechanism of ion exchange and coprecipitation of barium sulfate, allowed by the high permeability of the monolith. A simplified model of reactive transport was built with the HYTEC code, based on the actual morphology of the monolith. To do so, a dispersive flow in the macroporous intraskeletal channels and a diffusive flow inside the walls of the structure and the HCF aggregates were assumed.; L’industrie du nucléaire produit de grandes quantités d’effluents radioactifs de sources diverses nécessitant des traitements spécifiques en fonction de leur composition chimique. Le césium 137 fait partie, avec le strontium 90, des radioéléments majoritairement présents dans ces effluents qui doivent être extraits le plus efficacement possible en produisant un minimum de déchets secondaires. Le traitement en colonne est parmi les procédés les plus adaptés pour ce type d’extraction sur support solide. Son principe repose sur la capacité de sorption du radioélément par des hexacyanoferrates (HCF) de cuivre, des échangeurs ioniques minéraux très sélectifs du césium. Des investigations sur les HCF ont permis de mettre en avant les modifications structurales intervenant lors de l’échange avec le césium, à l’origine de leur forte affinité pour cet ion. La fonctionnalisation des HCF sur des monolithes de silice à porosité hiérarchique a mis à profit les propriétés remarquables de ces supports pour une utilisation en colonne. Les cinétiques de sorption évaluées jusqu’aux concentrations traces ont montré une capture rapide du césium qui justifie l’intérêt de ce matériau pour un emploi en colonne. Par ailleurs, la compétitivité des monolithes fonctionnalisés par rapport à des lits particulaires a été démontrée. Ces matériaux ont enfin été mis en œuvre pour la décontamination simultanée du césium et du strontium par des mécanismes couplés d’échange d’ions et de coprécipitation du sulfate de baryum, rendue possible par la grande perméabilité des monolithes. Un modèle simplifié du transport réactif basé sur la morphologie du monolithe a été développé avec le code HYTEC en supposant un écoulement dispersif dans les canaux du squelette et la diffusion dans les parois du squelette et les agrégats de HCF.

The nuclear industry produces high amounts of contaminated water from various sources that require specific treatments depending on their chemical composition. Cesium-137 and strontium-90 are among the most abundant radionuclides in those effluents, which have to be removed as efficiently as possible in order to generate the lowest amount of waste. The column process is one of the most suitable processes to achieve this solid-phase extraction. Its principle is based on the sorption capacity of the radionuclide by copper hexacyanoferrates (HCF), highly cesium-selective mineral ion-exchangers. Investigations on HCF pointed out the structural effects of the cesium insertion within the crystal, which were linked to the high affinity of HCF for this ion. The functionalization of HCF on silica monolith with hierarchical pore structure was carried out in order to benefit the remarkable properties of these supports used as a column. Sorption kinetics evaluated down to trace concentrations have shown a fast capture of the cesium, which proves the interest of this material for a column process purpose. In addition, the performances of functionalized silica monolith have been highlighted in comparison with those made of particulate fixed beds. Finally, those materials were implemented for a simultaneous decontamination of cesium and strontium by a double extraction mechanism of ion exchange and coprecipitation of barium sulfate, allowed by the high permeability of the monolith. A simplified model of reactive transport was built with the HYTEC code, based on the actual morphology of the monolith. To do so, a dispersive flow in the macroporous intraskeletal channels and a diffusive flow inside the walls of the structure and the HCF aggregates were assumed.; L’industrie du nucléaire produit de grandes quantités d’effluents radioactifs de sources diverses nécessitant des traitements spécifiques en fonction de leur composition chimique. Le césium 137 fait partie, avec le strontium 90, des radioéléments majoritairement présents dans ces effluents qui doivent être extraits le plus efficacement possible en produisant un minimum de déchets secondaires. Le traitement en colonne est parmi les procédés les plus adaptés pour ce type d’extraction sur support solide. Son principe repose sur la capacité de sorption du radioélément par des hexacyanoferrates (HCF) de cuivre, des échangeurs ioniques minéraux très sélectifs du césium. Des investigations sur les HCF ont permis de mettre en avant les modifications structurales intervenant lors de l’échange avec le césium, à l’origine de leur forte affinité pour cet ion. La fonctionnalisation des HCF sur des monolithes de silice à porosité hiérarchique a mis à profit les propriétés remarquables de ces supports pour une utilisation en colonne. Les cinétiques de sorption évaluées jusqu’aux concentrations traces ont montré une capture rapide du césium qui justifie l’intérêt de ce matériau pour un emploi en colonne. Par ailleurs, la compétitivité des monolithes fonctionnalisés par rapport à des lits particulaires a été démontrée. Ces matériaux ont enfin été mis en œuvre pour la décontamination simultanée du césium et du strontium par des mécanismes couplés d’échange d’ions et de coprécipitation du sulfate de baryum, rendue possible par la grande perméabilité des monolithes. Un modèle simplifié du transport réactif basé sur la morphologie du monolithe a été développé avec le code HYTEC en supposant un écoulement dispersif dans les canaux du squelette et la diffusion dans les parois du squelette et les agrégats de HCF.

The use of nuclear energy for electricity production presents an important concern with radiotoxic waste management for present and future generations. In view of this fact, the chemists’ community has been searching for solutions to treat and recycle nu-clear fuel. The miniaturization of chemical processes is extensively sought out nowerdays, in an attempt to reduce laboratory acivity risks, delays and costs. The researched ana-lytical innovation requires subsequent development of appropriate analysis tools. In this respect, the work presented here addresses the development of co-integrated optofluidic micro-systems on borosilicate glass, compatible with nuclear e˜uent analysis constraints. A spectrometric sensor is designed, fabricated, interfaced and characterized in a nuclear environement. An optical waveguide and a microfluidic channel are designed adjacent to one another in order to obtain wide-spectrum absorption spectroscopy measurements by light/fluid evanescent interaction. Both ion-exchange technology and wet-etching tech-nologies were used to create the optical and fluidic planar functions. The device is assem-bled by direct molecular bonding with an optimized protocole which withstands surface energies > 2, 5 J·m2. Sensor optical and fluidic functions are interfaced with fiber optics and fluid capillaries in order for the chip to be used within a plug-and-play detection chain. Spectral measurements of a plutonium(VI) in nitric acid solution have allowed to verify the technological solution’s compatibility with harsh acid manipulation and irra-diation resistance. The system put together for the detection of plutonium(VI) displays a detection limit of 1.6×10−2 mol·L−1 for a probed volume below 1 nano-liter, inside a 21 micro-liter channel. A new sensor design is studied in the thesis work perspectives in order to optimize sensor detection limit and channel volume and reach industrial tools analytical performances with nano-liter sample volumes., L’exploitation de l’énergie nucléaire pour la production d’électricité présente un défi de gestion des e˜uents radiotoxiques pour les générations présentes et futures. Face à ce constat, la communauté des chimistes recherche continument à améliorer les solutions de traitement et de recyclage du combustible usé. Dans le contrôle de ces procédés, les opérations d’analyse jouent un rôle primordial. La miniaturisation des procédés est un des enjeux principaux de la recherche en sûreté nucléaire, dans un e˙ort de réduction des risques, des délais et des coûts des activités de laboratoire. Dans ce contexte, les travaux présentés ici sont issus d’une collaboration entre le CEA de Marcoule et l’IMEP-LAHC et traitent de la mise au point d’un microsystème optofluidique sur verre, adapté à la mesure de concentration de plutonium (VI) en acide nitrique. Une source de lumière sonde est confinée dans un guide d’onde obtenu par échange d’ions et interagit par onde évanescente avec un canal microfluidique. La raie d’absorption à 832 nm du Pu(VI) dans la solution à analyser devient donc observable dans le spectre de la lumière après une certaine longueur d’interaction. Un des enjeux principaux est de fabriquer un capteur très robuste, fonctionnel en boîte à gants. L’assemblage du dispositif est e˙ectué par collage moléculaire avec un procédé permettant d’atteindre une énergie de surface > 2, 5 J·m2 suÿsante à garantir la tenue du dispositifs à des pressions testées jusqu’à 2 bars dans les canaux. Les fonctions optiques et fluidiques du dispositif sont complètement interfacées avec des fibres optiques et des capillaires fluidiques. Des mesures spectrales d’une solution de plutonium (VI) en acide nitrique ont permis de vérifier la compatibilité de la solution technologique abordée pour la manipulation d’acides forts et la résistance à l’irradiation. Le système présente une limite de détection de 1,6·10−2 mol·L−1 Pu(VI) pour un volume sondé inférieur à 1 nano-litre, au sein d’un microcanal de 21 micro-litres. Une structure permettant d’optimiser la sensibilité du capteur ainsi que le volume du canal est étudiée en perspective du travail de thèse, afin d’atteindre les performances équivalentes à des outils commerciaux pour des volumes sondés de l’ordre de quelques nano-litres.

The use of nuclear energy for electricity production presents an important concern with radiotoxic waste management for present and future generations. In view of this fact, the chemists’ community has been searching for solutions to treat and recycle nu-clear fuel. The miniaturization of chemical processes is extensively sought out nowerdays, in an attempt to reduce laboratory acivity risks, delays and costs. The researched ana-lytical innovation requires subsequent development of appropriate analysis tools. In this respect, the work presented here addresses the development of co-integrated optofluidic micro-systems on borosilicate glass, compatible with nuclear e˜uent analysis constraints. A spectrometric sensor is designed, fabricated, interfaced and characterized in a nuclear environement. An optical waveguide and a microfluidic channel are designed adjacent to one another in order to obtain wide-spectrum absorption spectroscopy measurements by light/fluid evanescent interaction. Both ion-exchange technology and wet-etching tech-nologies were used to create the optical and fluidic planar functions. The device is assem-bled by direct molecular bonding with an optimized protocole which withstands surface energies > 2, 5 J·m2. Sensor optical and fluidic functions are interfaced with fiber optics and fluid capillaries in order for the chip to be used within a plug-and-play detection chain. Spectral measurements of a plutonium(VI) in nitric acid solution have allowed to verify the technological solution’s compatibility with harsh acid manipulation and irra-diation resistance. The system put together for the detection of plutonium(VI) displays a detection limit of 1.6×10−2 mol·L−1 for a probed volume below 1 nano-liter, inside a 21 micro-liter channel. A new sensor design is studied in the thesis work perspectives in order to optimize sensor detection limit and channel volume and reach industrial tools analytical performances with nano-liter sample volumes.; L’exploitation de l’énergie nucléaire pour la production d’électricité présente un défi de gestion des e˜uents radiotoxiques pour les générations présentes et futures. Face à ce constat, la communauté des chimistes recherche continument à améliorer les solutions de traitement et de recyclage du combustible usé. Dans le contrôle de ces procédés, les opérations d’analyse jouent un rôle primordial. La miniaturisation des procédés est un des enjeux principaux de la recherche en sûreté nucléaire, dans un e˙ort de réduction des risques, des délais et des coûts des activités de laboratoire. Dans ce contexte, les travaux présentés ici sont issus d’une collaboration entre le CEA de Marcoule et l’IMEP-LAHC et traitent de la mise au point d’un microsystème optofluidique sur verre, adapté à la mesure de concentration de plutonium (VI) en acide nitrique. Une source de lumière sonde est confinée dans un guide d’onde obtenu par échange d’ions et interagit par onde évanescente avec un canal microfluidique. La raie d’absorption à 832 nm du Pu(VI) dans la solution à analyser devient donc observable dans le spectre de la lumière après une certaine longueur d’interaction. Un des enjeux principaux est de fabriquer un capteur très robuste, fonctionnel en boîte à gants. L’assemblage du dispositif est e˙ectué par collage moléculaire avec un procédé permettant d’atteindre une énergie de surface > 2, 5 J·m2 suÿsante à garantir la tenue du dispositifs à des pressions testées jusqu’à 2 bars dans les canaux. Les fonctions optiques et fluidiques du dispositif sont complètement interfacées avec des fibres optiques et des capillaires fluidiques. Des mesures spectrales d’une solution de plutonium (VI) en acide nitrique ont permis de vérifier la compatibilité de la solution technologique abordée pour la manipulation d’acides forts et la résistance à l’irradiation. Le système présente une limite de détection de 1,6·10−2 mol·L−1 Pu(VI) pour un volume sondé inférieur à 1 nano-litre, au sein d’un microcanal de 21 micro-litres. Une structure permettant d’optimiser la sensibilité du capteur ainsi que le volume du canal est étudiée en perspective du travail de thèse, afin d’atteindre les performances équivalentes à des outils commerciaux pour des volumes sondés de l’ordre de quelques nano-litres.

As part of the environmental monitoring of its installations under nominal operating conditions or in accident situation, CEA must ensure the implementation of operational methods and tools to measure, control and predict the discharge of its installations into the environment, atmosphere, soil and groundwater. This work is part of the implementation of a reactive transport tool, which allows predicting the migration of radionuclides in trace concentration such as 90Sr and 137Cs, the main radionuclides of interest, in soils and rocks. The aim of this thesis is to evaluate the applicability and predictive nature of a coupled chemistry-transport model in the case of migration of Cs and Sr in a natural sediment, representative of the aquifer underlying the nuclear site of Cadarache. The retention model used is based on the Multi-Site Ion Exchange Theory, integrated in PhreeqC coupled with HYDRUS 1D (HP1) or Crunchflow.The characterization of the physico-chemical properties of the sediment studied and the identification of the reactive minerals allow to develop a database of retention of Sr2+, Cs+ and Ca2+ (major cation of the medium) on the clay minerals mostly present, illite and smectite. The construction of this database was based on a critical review of the data in the literature, supplemented by the acquisition of missing data. From this database and assuming the additivity of the retention properties of pure minerals in a material considered as a mixture of pure minerals, it was possible to verify the applicability of the retention model in the case of the adsorption of Sr2+ and Cs+ on the sediment. Finally, this retention model could be coupled to a transport model and applied to the case of the migration of Sr and Cs in sediment columns. These experiments were carried out on two types of column, at the centimeter scale on standard columns and at a decimetric scale on an experimental device equipped with a X generator recording continuously the physicochemical parameters within the column. Simulations of the Sr reactive transport experiments by the multi-sites ion exchange model coupled with the advection-dispersion equation were able to adequately reproduce the Sr breakthrough curves without any parameter adjustments. The dispersivity coefficients of each column were determined in non-reactive transport experiments using inert tracers (2H, Cl- and I-). Moreover, the Cs breakthrough curves seem more difficult to reproduce, which could be due to the uncertainties still existing on the retention parameters related to this element or a kinetic effect.The good agreement between the results of the reactive Sr transport experiments in a column at two different scales and the simulations showed that the reactive transport model implemented allows reproducing the behavior of Sr in the Cadarache sediment without parameter adjustment by considering the chemical retention by an ion exchange process on the clay minerals of the system. This first step, essential to the evaluation of the model confirms the predictive nature of this model, insofar as physicochemical conditions are well constrained.; Dans le cadre du suivi environnemental de ses installations en conditions nominales d’exploitation ou en situation accidentelle, le CEA doit assurer la mise en place de méthodes et d’outils opérationnels permettant de mesurer, contrôler et prédire les rejets de ses installations dans l’atmosphère, les sols et les nappes. Cette thèse s’inscrit ainsi dans la mise en place d’un outil de transport réactif permettant de prédire la migration de radionucléides en concentration trace tels que 90Sr et 137Cs, les principaux radionucléides d’intérêt, dans les sols et les roches. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’applicabilité et le caractère prédictif d’un modèle couplé chimie-transport, dans le cas de la migration de Cs et Sr dans un sédiment naturel représentatif de la couche aquifère sous-jacente au site de Cadarache. Le modèle de rétention utilisé est basé sur la Théorie des Echangeurs d’Ions multi-sites (TEI), intégré dans PhreeqC couplé à HYDRUS 1D (HP1) ou dans Crunchflow.La caractérisation des propriétés physico-chimiques du sédiment étudié et l’identification des minéraux réactifs a permis dans un premier temps d’élaborer une base de données de rétention de Sr2+, Cs+ et Ca2+ (principal cation du milieu) sur les minéraux argileux majoritairement présents, illite et smectite. La construction de cette base de données s’est faite à partir d’une révision critique des données de la littérature, complétée par l’acquisition de données manquantes. A partir de cette base de données, et faisant l’hypothèse de l’additivité des propriétés de rétention des minéraux purs dans un matériau considéré comme un mélange de minéraux purs, il a été possible, dans un second temps, de vérifier l’applicabilité du modèle de rétention au cas de l’adsorption de Sr2+ et Cs+ sur le sédiment. Enfin, ce modèle de rétention a pu être couplé à un modèle de transport, et appliqué au cas de la migration de Sr et Cs dans des colonnes de sédiment. Ces expériences ont été réalisées sur deux types de colonne, à l’échelle centimétrique sur des colonnes standards et à l’échelle décimétrique sur un banc expérimental équipé d’un générateur X permettant de suivre en continu les paramètres physico-chimiques au sein de la colonne. Les simulations des expériences de transport réactif de Sr par le modèle d’échange d’ions multi-sites, couplé à l’équation d’advection-dispersion ont pu reproduire convenablement les courbes de percée de Sr sans aucun ajustement des paramètres. Les coefficients de dispersivité de chaque colonne ont été déterminés lors d’expériences de transport non réactif à l’aide de traceurs inertes (2H, Cl- et I-). Par ailleurs, les courbes de percée de Cs semblent plus difficiles à reproduire, ce qui serait imputable aux incertitudes existant encore sur les paramètres de rétention relatifs à cet élément ou un effet cinétique.La bonne concordance entre les résultats des expériences de transport réactif de Sr en colonne à deux échelles différentes et les simulations ont montré que le modèle de transport réactif mis en place permet de reproduire le comportement de Sr dans le sédiment de Cadarache étudié, sans ajustement de paramètres, en considérant la rétention chimique par un processus d’change d’ions sur les minéraux argileux du système. Cette première étape indispensable à l’évaluation du modèle mis en place permet de confirmer le caractère prédictif de ce modèle, dans la mesure où les conditions physico-chimiques sont bien contraintes.

As part of the environmental monitoring of its installations under nominal operating conditions or in accident situation, CEA must ensure the implementation of operational methods and tools to measure, control and predict the discharge of its installations into the environment, atmosphere, soil and groundwater. This work is part of the implementation of a reactive transport tool, which allows predicting the migration of radionuclides in trace concentration such as 90Sr and 137Cs, the main radionuclides of interest, in soils and rocks. The aim of this thesis is to evaluate the applicability and predictive nature of a coupled chemistry-transport model in the case of migration of Cs and Sr in a natural sediment, representative of the aquifer underlying the nuclear site of Cadarache. The retention model used is based on the Multi-Site Ion Exchange Theory, integrated in PhreeqC coupled with HYDRUS 1D (HP1) or Crunchflow.The characterization of the physico-chemical properties of the sediment studied and the identification of the reactive minerals allow to develop a database of retention of Sr2+, Cs+ and Ca2+ (major cation of the medium) on the clay minerals mostly present, illite and smectite. The construction of this database was based on a critical review of the data in the literature, supplemented by the acquisition of missing data. From this database and assuming the additivity of the retention properties of pure minerals in a material considered as a mixture of pure minerals, it was possible to verify the applicability of the retention model in the case of the adsorption of Sr2+ and Cs+ on the sediment. Finally, this retention model could be coupled to a transport model and applied to the case of the migration of Sr and Cs in sediment columns. These experiments were carried out on two types of column, at the centimeter scale on standard columns and at a decimetric scale on an experimental device equipped with a X generator recording continuously the physicochemical parameters within the column. Simulations of the Sr reactive transport experiments by the multi-sites ion exchange model coupled with the advection-dispersion equation were able to adequately reproduce the Sr breakthrough curves without any parameter adjustments. The dispersivity coefficients of each column were determined in non-reactive transport experiments using inert tracers (2H, Cl- and I-). Moreover, the Cs breakthrough curves seem more difficult to reproduce, which could be due to the uncertainties still existing on the retention parameters related to this element or a kinetic effect.The good agreement between the results of the reactive Sr transport experiments in a column at two different scales and the simulations showed that the reactive transport model implemented allows reproducing the behavior of Sr in the Cadarache sediment without parameter adjustment by considering the chemical retention by an ion exchange process on the clay minerals of the system. This first step, essential to the evaluation of the model confirms the predictive nature of this model, insofar as physicochemical conditions are well constrained.; Dans le cadre du suivi environnemental de ses installations en conditions nominales d’exploitation ou en situation accidentelle, le CEA doit assurer la mise en place de méthodes et d’outils opérationnels permettant de mesurer, contrôler et prédire les rejets de ses installations dans l’atmosphère, les sols et les nappes. Cette thèse s’inscrit ainsi dans la mise en place d’un outil de transport réactif permettant de prédire la migration de radionucléides en concentration trace tels que 90Sr et 137Cs, les principaux radionucléides d’intérêt, dans les sols et les roches. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’applicabilité et le caractère prédictif d’un modèle couplé chimie-transport, dans le cas de la migration de Cs et Sr dans un sédiment naturel représentatif de la couche aquifère sous-jacente au site de Cadarache. Le modèle de rétention utilisé est basé sur la Théorie des Echangeurs d’Ions multi-sites (TEI), intégré dans PhreeqC couplé à HYDRUS 1D (HP1) ou dans Crunchflow.La caractérisation des propriétés physico-chimiques du sédiment étudié et l’identification des minéraux réactifs a permis dans un premier temps d’élaborer une base de données de rétention de Sr2+, Cs+ et Ca2+ (principal cation du milieu) sur les minéraux argileux majoritairement présents, illite et smectite. La construction de cette base de données s’est faite à partir d’une révision critique des données de la littérature, complétée par l’acquisition de données manquantes. A partir de cette base de données, et faisant l’hypothèse de l’additivité des propriétés de rétention des minéraux purs dans un matériau considéré comme un mélange de minéraux purs, il a été possible, dans un second temps, de vérifier l’applicabilité du modèle de rétention au cas de l’adsorption de Sr2+ et Cs+ sur le sédiment. Enfin, ce modèle de rétention a pu être couplé à un modèle de transport, et appliqué au cas de la migration de Sr et Cs dans des colonnes de sédiment. Ces expériences ont été réalisées sur deux types de colonne, à l’échelle centimétrique sur des colonnes standards et à l’échelle décimétrique sur un banc expérimental équipé d’un générateur X permettant de suivre en continu les paramètres physico-chimiques au sein de la colonne. Les simulations des expériences de transport réactif de Sr par le modèle d’échange d’ions multi-sites, couplé à l’équation d’advection-dispersion ont pu reproduire convenablement les courbes de percée de Sr sans aucun ajustement des paramètres. Les coefficients de dispersivité de chaque colonne ont été déterminés lors d’expériences de transport non réactif à l’aide de traceurs inertes (2H, Cl- et I-). Par ailleurs, les courbes de percée de Cs semblent plus difficiles à reproduire, ce qui serait imputable aux incertitudes existant encore sur les paramètres de rétention relatifs à cet élément ou un effet cinétique.La bonne concordance entre les résultats des expériences de transport réactif de Sr en colonne à deux échelles différentes et les simulations ont montré que le modèle de transport réactif mis en place permet de reproduire le comportement de Sr dans le sédiment de Cadarache étudié, sans ajustement de paramètres, en considérant la rétention chimique par un processus d’change d’ions sur les minéraux argileux du système. Cette première étape indispensable à l’évaluation du modèle mis en place permet de confirmer le caractère prédictif de ce modèle, dans la mesure où les conditions physico-chimiques sont bien contraintes.

The objective of this thesis is the development of new anion exchangers based on ionosilica materials. Various materials containing ammonium groups were synthesized by template directed hydrolysis-polycondensation reactions starting from silylated ammonium precursors. Solids displaying different textures, architectures and morphologies were obtained via the modifications of reaction parameters, such as the nature of the used surfactant. Besides the standard structural and textural characterizations (N2 adsorption, XRD, TEM / SEM), we focused on a more detailed physico-chemical analysis of these original and innovative materials. Ionosilicas show an unusually high hydrophilicity compared to classical mesoporous silica or organosilicas of the PMO-type (Periodic Mesoporous Organosilica). Furthermore, the hydrophilicity of ionosilicas can be finely tuned either by the use of various ammonium precursors or the incorporation via exchange of hydrophobic anions. Finally, we used these new anion exchangers for the removal of various anionic species in aqueous media. Our studies show that ionosilicas are highly efficient anion exchanger displaying high capacity for the adsorption of Cr (VI) (up to 2.5 mmol g-1). These materials exhibit also high capacity of iodide combined with high radiolytic stability for radionuclides uptake. Similar results were obtained for organic anionic pollutants, e.g. drugs (diclofénac, sulindac and p-aminosalicylate) and dyes (methyl orange). Besides the high potential of these materials in separation processes, this study gives interesting insights in the materials morphology through the nearly complete accessibility of the cationic sites. All these features make ionosilicas materials of choice for solid-liquid separation processes in water treatment, depollution of industrial wastewater, the nuclear fuel cycle or catalytic support.; L'objectif de cette thèse est le développement de nouveaux échangeurs d'anions à base d’ionosilices. Différents matériaux contenant des entités ammoniums ont été synthétisés par la procédure d'hydrolyse-polycondensation à partir de précurseurs silylés d'ammonium. Ces solides, présentant différentes textures, différentes architectures ou des morphologies ont été obtenus en faisant varier des paramètres de réaction, comme par exemple la nature du tensioactif utilisé. Outre les caractérisations structurales et texturales (adsorption-désorption d’azote, DRX, MET / MEB), nous nous sommes concentrés sur les analyses plus détaillée des propriétés physico-chimiques de ces ionosilices. En particulier, elles présentent une contribution hydrophile élevée par rapport aux silices mésoporeuses classiques ou les organosilices du type PMO (Periodic Mesoporous Organosilica). En outre, ces propriétés interfaciales d’hydrophilie peuvent être modulées soit par l'utilisation de différents précurseurs d'ammonium, soit par l'incorporation par échange d'anions hydrophobes. Enfin, nous avons utilisé ces nouveaux matériaux pour la rétention d’espèces anioniques en milieu aqueux. Nos études montrent que ces ionosilices sont des échangeurs d'anions très efficaces présentant une capacité d'adsorption de Cr (VI) élevée (jusqu’à 2.5 mmol g-1). Ces matériaux possèdent également une capacité d’adsorption d’iodure élevée combinée à une bonne stabilité radiolytique pour des applications de rétention de radionucléides. Des résultats similaires ont été obtenus pour des polluants organiques anioniques tels que les principes actifs (le diclofénac, le sulindac et le p-aminosalicylate) ou des colorants (méthyl orange). Outre le grand potentiel d’application de ces matériaux dans les procédés de séparation, cette étude donne un aperçu intéressant de la morphologie des matériaux grâce à l'accessibilité presque complète des sites cationiques. Toutes ces caractéristiques font de ces matériaux des systèmes de choix pour les applications dans le traitement de l’eau polluée, le stockage à long terme des déchets radioactifs et en tant que support de catalyseur.

This work is dedicated to the study of a hybrid separation process involving bipolar membrane electrodialysis and ion exchange. This study is applied to the treatment of diluted effluents. The aim is first to acquire a theoretical understanding of transfer processes and mechanisms that affect energy consumption of this hybrid system. Then, in a more applied way, the objective is to be able to propose a cell configuration that allows to remove the acid from the treated solution by transferring it to a concentration compartment. This configuration must allow to obtain the highest purification rates as possible while minimizing energy consumption. Criteria aiming at optimizing ion exchange resins (strong or weak) in dilution compartment are proposed. The interest of the introduction of strong cationic resin under H+ form in the concentrated compartment is highlighted, as it enables reducing compartment resistance and hence energy consumption. Furthermore, experimental measurements successively conducted with “decoupled” and “coupled” systems identified resistive contributions of the different elements of the stack. This approach led to the determination of parameters of a model which predicts the resin bed electrical resistance in a given solution. Specific energy consumption (kWh/Kg transferred acid) was evaluated as a function of the desired purification rate. All the work led to recommendations for the cell design and for the choice of operating parameters.; Le présent travail est dédié à l’étude d’un procédé hybride couplant l’électrodialyse à membrane bipolaire et l’échange d’ions. Cette étude est appliquée au traitement de solutions diluées d’acide acétique. L’objectif est double : acquérir une compréhension théorique des processus de transfert et des mécanismes qui impactent la consommation énergétique de ce système hybride et, de façon plus appliquée, proposer une configuration de cellule qui permette d’éliminer l’acide de la solution traitée en la transférant vers un compartiment de concentration. Cette configuration doit permettre d’obtenir le taux de purification le plus élevé possible tout en minimisant la consommation d’énergie. Des critères visant à optimiser le choix des résines échangeuses d’ions (fortes ou faibles) dans les compartiments de dilution sont proposés. L’intérêt de l’utilisation d’une résine cationique forte sous forme H+ dans le compartiment de concentration est par ailleurs mise en évidence, conduisant à une diminution de la résistance du compartiment et de ce fait de la consommation d’énergie. Une étude réalisée sur des systèmes « couplés » et « découplés » a permis d’identifier les contributions résistives des différents éléments de l’empilement. Cette approche a conduit à la détermination des paramètres d’un modèle qui permet de prévoir la résistance électrique d’un lit de résine dans une solution donnée. Les consommations spécifiques d’énergie (kWh/kg d’acide transféré) ont été évaluées en fonction du taux de purification souhaité. L’ensemble de l’étude a permis d’établir des recommandations pour la conception de la cellule et pour le choix des paramètres opératoires.

In spite of the growing number of available biosensors, many biochemical reactions and biological components have not yet been studied in detail. Among them, some require the combination of several detection techniques in order to retrieve enough information to characterize them fully. An unknown reaction based, for example, on DNA hybridization could be characterized with an electrochemical sensor, a mechanical sensor and an optical sensor, each giving a different type of information.MuThe main objective of the work presented here is to design, fabricate and characterize a flexible integrated optical biosensor based on surface plasmon resonance, intended to be then combined with other detection techniques. Surface Plasmon Resonance (SPR) is well known to be a sensitive technique for surface-based biochemical detection. It has the advantage to be an unlabeled method and provides real time information on the kinetics of a reaction. The use of an integrated technology enables us to integrate several sensors on the same chip for the same sample, making them compact and low-cost. The flexibility of the proposed SPR biosensor comes from the fact that it is designed for a large range of analyte refractive indices, from 1.33 to 1.48 in the 600 nm-1000 nm wavelength range. These values are suitable for most biological entities and their ligand layers, and especially for hydrophilic polymer matrices used to trap DNA or protein entities. These biochemical matrices are used more and more for their ability to trap high densities of analyte, provide a strong binding and serve as an active detection medium with good anti-fouling properties.MuAs several biochemical studies require the simultaneous comparison of measurements to a reference or to another measurement, the second objective of this project is to study the potential of multianalyte detection in an integrated SPR device on glass.The first three chapters of the thesis are focused on the main objective. The design according to predefined specifications is presented, at the same time as the simulation tools. The fabrication process of the glass chip is introduced, as well as the characterization instruments and protocols. Simulation and experimental results are then compared, and the device performance is assessed.The last chapter describes the study of several spectral multiplexing techniques adapted to an integrated SPR system using the glass technology. The goal is to provide at least two simultaneous measurements. Several detection techniques are examined and the related devices are designed, fabricated and characterized., Malgré le nombre croissant de capteurs dans les domaines de la chimie et la biologie, de nombreuses réactions n’ont pas encore été correctement identifiées et étudiées. C’est entre autres le cas des interactions intermoléculaires à l’interface liquide/solide trouvées dans les chimies de surface utilisées pour les méthodes de diagnostics médicaux et l’identification de divers processus biologiques. Afin de correctement comprendre les mécanismes en jeux, il est important de pouvoir croiser différentes méthodes de détection pour obtenir des informations complémentaires.MuLe principal objectif de cette étude est de dimensionner, fabriquer et caractériser un détecteur optique intégré sur verre basé sur la résonance plasmonique de surface, destiné à terme à être combiné avec d’autres techniques de détection. La résonance plasmonique de surface est une technique reconnue pour sa sensibilité adaptée à la détection de surface, qui a l’avantage d’être sans marquage et permet de fournir un suivi en temps réel de la cinétique d’une réaction. L’avantage principal de ce capteur est qu’il a été dimensionné pour une large gamme d’indice de réfraction de l’analyte, allant de 1,33 à 1,48. Ces valeurs correspondent à la plupart des entités biologiques associées à leurs couches d’accroche, particulièrement les matrices de polymères. Ces matrices sont de plus en plus utilisées non seulement pour leur capacité à augmenter la densité d’analytes présents à la surface du capteur, mais aussi pour leurs propriétés favorisant l’adsorption spécifique et leur utilisation comme élément actif de reconnaissance biologique.Étant donné que beaucoup d’études biologiques nécessitent la comparaison de la mesure à une référence ou à une autre mesure, le second objectif du projet est d’étudier le potentiel du système SPR intégré sur verre pour la détection multianalyte.MuLes trois premiers chapitres se concentrent sur l’objectif principal du projet. Le dimensionnement du dispositif suivant un cahier des charges préétabli est présenté, ainsi que les outils de simulation. Le procédé de fabrication de la puce optique sur verre est ensuite décrit, ainsi que les instruments et protocoles de caractérisation. Une comparaison est faite entre les simulations et les résultats expérimentaux, et les performances des outils numériques ainsi que celles du dispositif sont évaluées.Le dernier chapitre de la thèse présente l’étude de plusieurs techniques de multiplexage spectral adaptées à un système SPR intégré, exploitant en particulier la technologie sur verre. L’objectif est de fournir au moins deux détections simultanées. Dans ce cadre, plusieurs solutions sont proposées et les dispositifs associés sont dimensionnés, fabriqués et testés.

Supercapacitors are electric devices able to deliver a large power, enabling their use e.g. for the recovery of breaking energy in cars. This is achieved by using two carbon electrodes and an electrolyte solution or a pure ionic liquid (Room Temperature Ionic Liquid, RTIL). Energy is stored by the adsorption of ions at the surface of the electrodes, but the microscopic mechanism underlying the exceptional performance of Carbide Derived Carbon (CDC) electrodes remained unknown. Using molecular simulation with realistic electrode structures and under constant voltage conditions, we investigate the effect of confinement and solvation on the microscopic charging mechanism. We further analyse the dynamics of the charging process and make the link with equivalent circuit models used by electrochemists., in French

Bioseparations from crude media, vegetable or biological, is a large and complex subject. Future industrial issues depend ontheir understanding and development, namely for biotechnological processes as downstream processes represent up to 80 %of their total cost. This work hopes to contribute to these general questions. It is justified by previous results obtained in thelaboratory showing that it is possible to recover a high molecular weight (HMW) protein from a complex vegetal juice in justone chromatographic operation. Hypotheses have been formulated, to which this work tries to answer: what mechanism couldexplain this behaviour? Is-there a specific location inside particles for the uptake of such protein, facilitating the recoveryduring elution step? Our objective has been to progress on the knowledge of fundamental questions concerning ion-exchangechromatography and their applications for proteins recovery from complex media. The effect of the other proteins in solutionhas been analysed, specifically in the situation where both proteins have a very different molecular weight, as in the previouscited work. Theoretical and experimental approaches, at various scales, have been applied or developed on real or syntheticsystems in order to answer some of these questions. At the process scale, a statistical method for data analysis (PrincipalComponent Analysis or PCA) has been applied. The complete interpretation of its results remains very hard. At thelaboratory scale, equilibrium and kinetics of ion exchange have been studied for synthetic solutions of two proteins: bovineserum albumin (BSA) (as reference protein widely studied), and ferritin (iron storage protein) having similar isoelectric pointas BSA but with higher molecular weight. Classical models for ion-exchange kinetics can explain the experimental results,even for HMW proteins. Mass transfer fluxes seem to be coupled for both proteins, even if they have usually very differentdiffusivities. The interpretation of equilibrium results is much more difficult. Equilibrium uptake of ferritin is not, or lightly,influenced by salt concentration or BSA content. Nevertheless, the presence of ferritin in the medium affects strongly BSAequilibrium uptake (however more favourable). Among the phenomena suggested in the literature, the Vroman effect hasbeen researched but it does not take place under the experimental conditions applied. Simulation of multi-componentisotherms has not been possible by classical models (such as multi-component Langmuir isotherm), while protein isothermsin single solution are standard. Besides, a partial blockage of the resin pores by ferritin is possible, preventing BSA diffusion.Therefore, a methodology has been developed at the microscopic scale, with the aim to observe concentration profiles forrepresentatives elements (P, Fe, Cl …) inside particles. The method, well developed, does not allow to conclude for themoment, because the probes used were not sensible enough.; La séparation et la purification de biomolécules à partir de milieux bruts, végétaux ou biologiques, est un sujet vaste etcomplexe. De sa compréhension et de son développement dépendent des enjeux industriels, et notamment le completdéveloppement des procédés biotechnologiques, les procédés de séparation, ou downstream processes, constituant environ 80% des coûts totaux de ces procédés. Ce travail se veut une contribution à ces problématiques. Il a été motivé par des résultatsobtenus au préalable dans le laboratoire qui montraient qu’il est possible de récupérer une protéine de très grande taille àpartir d’un milieu réel végétal par l’application d’une seule opération chromatographique (Kerfai, 2011). Suite à ce résultat,des hypothèses ont été énoncées, auxquelles ce travail essaie de répondre : quel(s) mécanisme(s) peuvent expliquer cerésultat ? Existe-t-il une localisation spécifique pour la fixation de la molécule sur l’échangeur d’ions qui rend plus simple etefficace sa récupération lors de l’étape d’élution ? Ainsi, notre objectif a été de progresser dans la connaissance des aspectsfondamentaux de la chromatographie d’échange d’ions appliquée à la séparation des protéines à partir d’un milieu brut.Notamment, l’influence de la présence d’autres protéines dans le milieu a été analysée, et ce dans le cas particulier deprotéines de poids moléculaire très différents, comme c’était le cas dans le travail précédemment cité. Des approches variées,théoriques et expérimentales à différentes échelles sur des milieux réels ou synthétiques, ont été appliquées et parfoisdéveloppées, pour essayer de répondre à ces questions. A l’échelle du procédé, une méthode statistique d’analyse desdonnées (Analyse en Composantes Principales ou ACP) a été menée, dont l’exploitation reste délicate. A l’échelle dulaboratoire, l’étude de l’équilibre et de la cinétique d’échange d’ions a été menée sur des solutions synthétiques de deuxprotéines : la sérum albumine bovine (BSA) (en tant que protéine de référence, couramment étudiée) et la ferritine (protéinede stockage du fer) de point isoélectrique proche de celui de la BSA mais de masse molaire plus élevée. Les résultatsmontrent que des modèles relativement classiques peuvent être appliqués, y compris pour les protéines de très grandes tailles,pour expliquer les aspects cinétiques de l’échange. Le couplage des flux de matière des protéines à l’intérieur des particulesde l’échangeur est très probable, malgré des diffusivités très différentes. Interpréter les résultats d’équilibre reste bien plusardu. La concentration en sel ou la présence de la BSA n’ont que très peu d’effet sur la rétention de la ferritine à l’équilibre.En revanche, la présence de la ferritine affecte très fortement la rétention de la BSA (pourtant plus favorable). Parmi lesphénomènes suggérés dans la littérature, l’effet Vroman a été recherché, mais il n’a pas été constaté dans le système pour lesconditions de travail utilisées. Les isothermes d’adsorption en conditions compétitives n’ont pas pu être simulées par lesmodèles habituels (comme l’isotherme multi-constituants de Langmuir), alors que celles des protéines seules sont tout à faitclassiques. En outre, un blocage partiel des pores de la résine par la ferritine reste probable, empêchant la diffusion de laBSA. Afin de vérifier ce dernier point, une méthodologie a été développée afin d’observer à l’échelle microscopique lesprofils de concentration des éléments représentatifs du système (P, Fe, Cl…) dans les particules. Cette méthode qui se trouveà un stade très avancé de développement, n’a pas encore permis de conclure faute de sensibilité suffisante des sondes àdisposition.

Combinations of physical purification processes, i.e. anion-exchange, adsorption, and reverse osmosis were evaluated and compared with single ones for their ability to remove target inhibitory compounds from distillery condensates with the purpose of reusing condensates as fermentation water. Performances of the treatments were evaluated through analyses of residual target compounds and batch and continuous fermentation experiments. Reverse osmosis on BW30 membrane (Dow Chemical) at 25 bar transmembrane pressure and volume reduction ratio (VRR) = 8 followed by anion-exchange (weak Amberlite FPA 51 resin, Dow) was the most efficient process to decrease all inhibitory target compounds (formic, acetic, propanoic, butanoic acids and 2-phenethyl alcohol) present in a distillery condensate below their detection or quantification limit. Water recovery was 87.5%. Such treated condensate proved convenient for reuse as fermentation water. Fermentation tests run in a multistage device exhibited yeast viability and ethanol production performances (concentration and global productivity) equivalent to the blank for a final ethanol concentration of 80 g L − 1 close to practical value encountered in distilleries.

Various optical sensors, such as LIDARs, need laser sources both powerful and narrow-linewidth. In this context, the aim of this project is the realization of integrated pulsed laser sources with a Fourier Transform Limited (FTL) spectrum. To do so, we propose a passively Q-switched DFB laser structure. Ion-exchange technology is used to realize amplifier waveguides on Ytterbium-doped phosphate glass. The DFB cavity is made by dry etching of a Bragg grating on the waveguides surface. The Q-Switched behavior is obtained by depositing a BDN-doped cellulose acetate coating layer, acting as a saturable absorber. This structure allowed us obtaining FTL single-frequency pulsed lasers. When studying the impact of BDN concentration, we observe pulses ranging from 2,5 ns with 40 W peak power, to 100 ns with 14 W peak power. Thus, our device FWHM linewidth goes down to 9 MHz. These results pave the way for the realisation of compact laser sources for embedded lidar systems.; De nombreux capteurs optiques, tels que les LIDARS, nécessitent des sources laser à la fois puissantes et spectralement fines. Dans ce contexte, l'objectif de ce projet est la réalisation de sources laser impulsionnelles intégrées, dont les caractéristiques spectrale et temporelle atteignent la limite théorique prédite par la théorie de Fourier. Pour ce faire, nous proposons une structure laser de type DFB avec un fonctionnement déclenché. La technologie de l'échange d'ions est retenue pour réaliser des guides d'onde amplificateurs dans un verre phosphate dopé ytterbium. La cavité DFB est ensuite constituée par gravure d'un réseau de Bragg à la surface des guides amplificateurs. Le comportement impulsionnel est obtenu par dépôt, sur la structure précédente, d'une couche mince d'acétate de cellulose dopée avec l'absorbant saturable BDN. Cette structure nous a permis d'obtenir des lasers impulsionnels monomodes longitudinaux dont les caractéristiques spectrales atteignent la limite de Fourier. Une étude en concentration d'absorbant saturable du superstrat montrent une variation de la durée des impulsions de 2,5 ns à 100 ns avec des puissances crêtes respectives de 30 W et 14 W. Nous parvenons donc à des spectres de largeur à mi-hauteur de valeur 9 MHz. Ces résultats ouvrent la voie à la réalisation de sources laser compactes pour les lidars embarqués.

Various optical sensors, such as LIDARs, need laser sources both powerful and narrow-linewidth. In this context, the aim of this project is the realization of integrated pulsed laser sources with a Fourier Transform Limited (FTL) spectrum. To do so, we propose a passively Q-switched DFB laser structure. Ion-exchange technology is used to realize amplifier waveguides on Ytterbium-doped phosphate glass. The DFB cavity is made by dry etching of a Bragg grating on the waveguides surface. The Q-Switched behavior is obtained by depositing a BDN-doped cellulose acetate coating layer, acting as a saturable absorber. This structure allowed us obtaining FTL single-frequency pulsed lasers. When studying the impact of BDN concentration, we observe pulses ranging from 2,5 ns with 40 W peak power, to 100 ns with 14 W peak power. Thus, our device FWHM linewidth goes down to 9 MHz. These results pave the way for the realisation of compact laser sources for embedded lidar systems., De nombreux capteurs optiques, tels que les LIDARS, nécessitent des sources laser à la fois puissantes et spectralement fines. Dans ce contexte, l'objectif de ce projet est la réalisation de sources laser impulsionnelles intégrées, dont les caractéristiques spectrale et temporelle atteignent la limite théorique prédite par la théorie de Fourier. Pour ce faire, nous proposons une structure laser de type DFB avec un fonctionnement déclenché. La technologie de l'échange d'ions est retenue pour réaliser des guides d'onde amplificateurs dans un verre phosphate dopé ytterbium. La cavité DFB est ensuite constituée par gravure d'un réseau de Bragg à la surface des guides amplificateurs. Le comportement impulsionnel est obtenu par dépôt, sur la structure précédente, d'une couche mince d'acétate de cellulose dopée avec l'absorbant saturable BDN. Cette structure nous a permis d'obtenir des lasers impulsionnels monomodes longitudinaux dont les caractéristiques spectrales atteignent la limite de Fourier. Une étude en concentration d'absorbant saturable du superstrat montrent une variation de la durée des impulsions de 2,5 ns à 100 ns avec des puissances crêtes respectives de 30 W et 14 W. Nous parvenons donc à des spectres de largeur à mi-hauteur de valeur 9 MHz. Ces résultats ouvrent la voie à la réalisation de sources laser compactes pour les lidars embarqués.

The current needs of optical telecommunications and sensors require developing integrated optical circuits providing different and heterogeneous functions on the same substrate. The main issue is the incompatibility between the manufacturing processes of these optical functions. This work deals with the integration of active (emission, amplification) and passive (multiplexing, filtering, etc.) functions on a passive glass substrate. Its aim is to develop a DFB three-dimensional hybrid laser by ion-exchange in passive glass. This laser is made of a Bragg channel waveguide, selectively buried in the passive glass substrate, loaded by a plane waveguide, defined at the surface of an Er3+:Yb3+ codoped active glass wafer. It emits a (420±15) µW laser signal at 1534 nm for (390±20) mW injected pump power. Hence this device opens the way towards the integration of active functions, located at the surface of the passive glass substrate, with passive ones, spreading at its surface and in its volume.; Les besoins actuels des systèmes de télécommunications et des capteurs optiques poussent à réaliser des circuits intégrés optiques présentant toujours plus de fonctions sur un même substrat. Atteindre un tel niveau d'intégration est difficile, car les matériaux et les procédés technologiques employés pour implémenter les différentes fonctions optiques ne sont pas toujours compatibles entre eux. Cette thèse s'inscrit dans la problématique de l'intégration des fonctions optiques actives (émission, amplification) et passives (multiplexage, filtrage, etc.) sur substrat passif et reporte la réalisation d'un laser DFB hybride tridimensionnel par échange d'ions sur verre passif et report de plaque d'un verre actif codopé Er3+:Yb3+. Ce laser est constitué d'un guide canal de Bragg, sélectivement enterré dans le substrat passif, et chargé par un guide plan, réalisé dans le verre actif (dopé avec une concentration massique de 2,3% en Er2O3 et 3,6% en Yb2O3). Il est caractérisé par une émission monomode de (420±15) µW à 1534 nm, pour (390±20) mW de puissance de pompe injectée. Ce dispositif ouvre ainsi la voie vers l'intégration de fonctions actives, localisées à la surface du substrat passif, avec des fonctions passives, réalisées en exploitant le volume et la surface du même substrat.

The current needs of optical telecommunications and sensors require developing integrated optical circuits providing different and heterogeneous functions on the same substrate. The main issue is the incompatibility between the manufacturing processes of these optical functions. This work deals with the integration of active (emission, amplification) and passive (multiplexing, filtering, etc.) functions on a passive glass substrate. Its aim is to develop a DFB three-dimensional hybrid laser by ion-exchange in passive glass. This laser is made of a Bragg channel waveguide, selectively buried in the passive glass substrate, loaded by a plane waveguide, defined at the surface of an Er3+:Yb3+ codoped active glass wafer. It emits a (420±15) µW laser signal at 1534 nm for (390±20) mW injected pump power. Hence this device opens the way towards the integration of active functions, located at the surface of the passive glass substrate, with passive ones, spreading at its surface and in its volume., Les besoins actuels des systèmes de télécommunications et des capteurs optiques poussent à réaliser des circuits intégrés optiques présentant toujours plus de fonctions sur un même substrat. Atteindre un tel niveau d'intégration est difficile, car les matériaux et les procédés technologiques employés pour implémenter les différentes fonctions optiques ne sont pas toujours compatibles entre eux. Cette thèse s'inscrit dans la problématique de l'intégration des fonctions optiques actives (émission, amplification) et passives (multiplexage, filtrage, etc.) sur substrat passif et reporte la réalisation d'un laser DFB hybride tridimensionnel par échange d'ions sur verre passif et report de plaque d'un verre actif codopé Er3+:Yb3+. Ce laser est constitué d'un guide canal de Bragg, sélectivement enterré dans le substrat passif, et chargé par un guide plan, réalisé dans le verre actif (dopé avec une concentration massique de 2,3% en Er2O3 et 3,6% en Yb2O3). Il est caractérisé par une émission monomode de (420±15) µW à 1534 nm, pour (390±20) mW de puissance de pompe injectée. Ce dispositif ouvre ainsi la voie vers l'intégration de fonctions actives, localisées à la surface du substrat passif, avec des fonctions passives, réalisées en exploitant le volume et la surface du même substrat.

This work has been done in the context of fuel reprocessing in the nuclear industry. In fact, the handling of nuclear waste is one of the major issues in the nuclear industry. Its implications reach from economical to political to ecological dimensions. Since used nuclear fuel consists of 97 % of recyclable substances, many countries have chosen to reprocess used fuel, not only for economical reasons but also to limit the quantity of nuclear waste. The most widely employed extraction technique is the PUREX process, where the used fuel is diluted in nitric acid. The recyclable compounds can then be extracted by solvent techniques. Such processes need to be monitored crucially. However, nowadays, the process supervision is carried out by manually sampling the radioactive fluents and analyzing them in external laboratories. Not only prone to potential risks, this approach is little responsive and produces radiotoxic samples that cannot be reintroduced in the nuclear fuel cycle. In this study, we therefore present the development of a microfluidic glass sensor, based on the detection of a photothermal effect induced in the sample fluid. Microfluidics allows fluid handling on a microliter-scale and can therefore significantly reduce the sample volume and thereby the radiotoxcicity of the analyzed fluids. Photothermal spectrometry is well suited for small-scale sample analysis, since its sensitivity does not rely on the length of optical interaction with the analyte. The photothermal effect is a local refractive index variation due to the absorption of photons by the analyte species which are contained in the sample. On the sensor chip, the index refraction change is being sensed by an integrated Young interferometer, made by ion-exchange in glass. The probed volume in the channel was (33.5 ± 3.5) pl. The interferometric system can sense refractive index changes as low as ∆n_min = 1.2 × 10−6 , allowing to detect a minimum concentration of cobalt(II) in ethanol c_min = 6 × 10−4 mol/l, which is equivalent to an absorption coefficient of alpha_min = 1.2 × 10−2 cm−1 . At the detection limit, we could sense an absolute quantity of cobalt(II) of N_min = (20 ± 2) fmol. The interaction length between the excitation light and the sensing zone was li = 14.9 µm leading to a minimum detectable absorbance of K_min = (1.56 ± 0.12) × 10−5 .; Ce travail s'inscrit dans le contexte du retraitement du combustible irradié dans l'industrie nucléaire. La gestion du combustible usé fait partie des enjeux majeurs de l'industrie nucléaire aujourd'hui. Ses vastes implications sont de nature économique, politique et écologique. Puisque le combustible irradié contient 97 % des matières valorisables, de nombreux pays ont choisi de retraiter le combustible, non tant pour des raisons économiques que pour le besoin de réduire la quantité en déchets radiotoxiques. Le procédé de séparation le plus répandu est connu sous le nom PUREX et consiste à diluer le combustible dans une solution d'acide nitrique afn d'en extraire les matières valorisables, comme notamment l'uranium et le plutonium. Le procédé est soumis à des strictes contrôles qui s'effectuent au présent par prélèvement et analyse manuel des flux radiotoxiques. Il n'existe cependant peu d'outils pour la supervision du procédé en ligne. Ces travaux visent alors à développer un capteur adapté à cet environnement de mesure à la fois acide et ionisant. Les verres borosilicates étant répandus pour leur inertie chimique, nous proposons l'étude d'un capteur optique fondé sur le substrat de verre Borofloat 33 de Schott. Le capteur étudié et réalisé a été fabriqué grâce à deux technologies différentes : l'optique intégrée sur verre par échange d'ions pour la fabrication de fonction de guidage optique, et la microfluidique pour la gestion des flux acides au sein du capteur. L'approche optique permet de répondre aux besoins de polyvalence, de sensibilité et d'immunité au rayonnement électromagnétique. La microfluidique permet, quant à elle, de travailler sur des très faibles volumes d'échantillon, réduisant ainsi la radiotoxicité des flux d'analyse. Le principe de mesure du capteur repose sur l'effet photothermique, induit dans le fluide par absorption optique d'un faisceau laser d'excitation. L'absorption entraîne un changement de l'indice de réfraction du fluide qui est sondé par un interféromètre de Young, intégré sur la puce. Le volume sondé au sein du canal était de (33,5 ± 3,5) pl. Le changement d'indice de réfraction à la limite de détection était de ∆n_min = 1,2 × 10−6 , nous permettant de détecter une concentration minimale de cobalt(II) dans de l'éthanol de c_min = 6 × 10−4 mol/l, équivalent à un coefficient d'absorption de alpha_min = 1,2 × 10−2 cm−1. À la limite de détection du capteur, une quantité de N_min = (20 ± 2) fmol de cobalt(II) peut être détectée. La longueur d'interaction était de li = 14,9 µm et par conséquent l'absorbance minimale détectable égal K_min = (1,56±0,12)×10−5.

This work has been done in the context of fuel reprocessing in the nuclear industry. In fact, the handling of nuclear waste is one of the major issues in the nuclear industry. Its implications reach from economical to political to ecological dimensions. Since used nuclear fuel consists of 97 % of recyclable substances, many countries have chosen to reprocess used fuel, not only for economical reasons but also to limit the quantity of nuclear waste. The most widely employed extraction technique is the PUREX process, where the used fuel is diluted in nitric acid. The recyclable compounds can then be extracted by solvent techniques. Such processes need to be monitored crucially. However, nowadays, the process supervision is carried out by manually sampling the radioactive fluents and analyzing them in external laboratories. Not only prone to potential risks, this approach is little responsive and produces radiotoxic samples that cannot be reintroduced in the nuclear fuel cycle. In this study, we therefore present the development of a microfluidic glass sensor, based on the detection of a photothermal effect induced in the sample fluid. Microfluidics allows fluid handling on a microliter-scale and can therefore significantly reduce the sample volume and thereby the radiotoxcicity of the analyzed fluids. Photothermal spectrometry is well suited for small-scale sample analysis, since its sensitivity does not rely on the length of optical interaction with the analyte. The photothermal effect is a local refractive index variation due to the absorption of photons by the analyte species which are contained in the sample. On the sensor chip, the index refraction change is being sensed by an integrated Young interferometer, made by ion-exchange in glass. The probed volume in the channel was (33.5 ± 3.5) pl. The interferometric system can sense refractive index changes as low as ∆n_min = 1.2 × 10−6 , allowing to detect a minimum concentration of cobalt(II) in ethanol c_min = 6 × 10−4 mol/l, which is equivalent to an absorption coefficient of alpha_min = 1.2 × 10−2 cm−1 . At the detection limit, we could sense an absolute quantity of cobalt(II) of N_min = (20 ± 2) fmol. The interaction length between the excitation light and the sensing zone was li = 14.9 µm leading to a minimum detectable absorbance of K_min = (1.56 ± 0.12) × 10−5 ., Ce travail s'inscrit dans le contexte du retraitement du combustible irradié dans l'industrie nucléaire. La gestion du combustible usé fait partie des enjeux majeurs de l'industrie nucléaire aujourd'hui. Ses vastes implications sont de nature économique, politique et écologique. Puisque le combustible irradié contient 97 % des matières valorisables, de nombreux pays ont choisi de retraiter le combustible, non tant pour des raisons économiques que pour le besoin de réduire la quantité en déchets radiotoxiques. Le procédé de séparation le plus répandu est connu sous le nom PUREX et consiste à diluer le combustible dans une solution d'acide nitrique afn d'en extraire les matières valorisables, comme notamment l'uranium et le plutonium. Le procédé est soumis à des strictes contrôles qui s'effectuent au présent par prélèvement et analyse manuel des flux radiotoxiques. Il n'existe cependant peu d'outils pour la supervision du procédé en ligne. Ces travaux visent alors à développer un capteur adapté à cet environnement de mesure à la fois acide et ionisant. Les verres borosilicates étant répandus pour leur inertie chimique, nous proposons l'étude d'un capteur optique fondé sur le substrat de verre Borofloat 33 de Schott. Le capteur étudié et réalisé a été fabriqué grâce à deux technologies différentes : l'optique intégrée sur verre par échange d'ions pour la fabrication de fonction de guidage optique, et la microfluidique pour la gestion des flux acides au sein du capteur. L'approche optique permet de répondre aux besoins de polyvalence, de sensibilité et d'immunité au rayonnement électromagnétique. La microfluidique permet, quant à elle, de travailler sur des très faibles volumes d'échantillon, réduisant ainsi la radiotoxicité des flux d'analyse. Le principe de mesure du capteur repose sur l'effet photothermique, induit dans le fluide par absorption optique d'un faisceau laser d'excitation. L'absorption entraîne un changement de l'indice de réfraction du fluide qui est sondé par un interféromètre de Young, intégré sur la puce. Le volume sondé au sein du canal était de (33,5 ± 3,5) pl. Le changement d'indice de réfraction à la limite de détection était de ∆n_min = 1,2 × 10−6 , nous permettant de détecter une concentration minimale de cobalt(II) dans de l'éthanol de c_min = 6 × 10−4 mol/l, équivalent à un coefficient d'absorption de alpha_min = 1,2 × 10−2 cm−1. À la limite de détection du capteur, une quantité de N_min = (20 ± 2) fmol de cobalt(II) peut être détectée. La longueur d'interaction était de li = 14,9 µm et par conséquent l'absorbance minimale détectable égal K_min = (1,56±0,12)×10−5.

The present work aims to study the coupling of ion exchange and electrodialysis. This study is applied to the separation of biomolecules. One objective is to reduce the generation of saline wastewater produced by the ion exchange steps used conventionally in bioseparations. One approach has led to the design of architecture with a cyclic mode in 3 steps to purify some families of peptides without using a buffer pH or generate wastes. The experimental device consists of an electrodialysis cell in which are introduced anion exchange resins. The three steps are: loading of biomolecules on the resin initially in the carbonate form, elution with a solution of carbon dioxide dissolved in water, electroregeneration of the resin in its original form leading simultaneously to the regeneration of the carbonic acid solution. Using a modelling of the electroregeneration step, simulations can improve the understanding of coupled processes as the ion exchange equilibria, the equilibria in solution, the electromigration. A second approach has then been to study the possibilities of controlling the pH by electrochemical means to limit the use of buffers. The dissociation of water, leading to the formation of protons and hydroxyl ions, has been particularly studied by accounting the properties of contacts called « bipolar » as a result of an electric field. It was established that the choice of resin type and the current density can modify the pH. However this work must be pursued through research of architectures and operating procedures that deliver appropriate buffer capacity, Le présent travail vise à étudier le couplage de l'échange d'ions et de l'électrodialyse. Cette étude est appliquée à la séparation de biomolécules. Un des objectifs est de diminuer la génération d'effluents salins produits par les étapes d'échange d'ions utilisées de façon classique dans les bioséparations. Une première approche a conduit à la conception d'une architecture avec un mode de fonctionnement cyclique en 3 étapes qui permet de purifier certaines familles de peptides sans utiliser de tampon de pH ni générer d'effluents. Le dispositif expérimental est constitué d'une cellule d'électrodialyse dans laquelle sont introduites des résines échangeuses d'anions. Les trois étapes sont les suivantes : fixation des biomolécules sur la résine initialement sous forme carbonate, élution par une solution de dioxyde de carbone dissous dans l'eau, électrorégénération de la résine sous sa forme initiale, conduisant simultanément à la régénération de la solution d'acide carbonique. L'étape d'électrorégénération a été modélisée et les simulations permettent d'améliorer la compréhension des processus couplés mis en jeu comme les équilibres d'échange d'ions, les équilibres en solution, l'électromigration. Une deuxième approche a ensuite consisté à étudier les possibilités de contrôle du pH par voie électrochimique, afin de limiter l'utilisation de solutions tampons. La dissociation de l'eau, conduisant à la formation de protons et d'ions hydroxyles, a été plus particulièrement étudiée en mettant à profit les propriétés des contacts dits « bipolaires » sous l'effet d'un champ électrique. Il s'est alors avéré que les choix du type de résine et de la densité de courant permettent de jouer sur le pH Toutefois ce travail doit être poursuivi par la recherche d'architectures et de modes opératoires qui permettent d'obtenir un pouvoir tampon adéquat

In beet distillery, recycling condensates stillage to the fermentation step would be an effective way to decrease wastewater production and water consumption. This wastewater, currently discarded in ponds, could be reused as fermentation dilution water provided the fermentation inhibitory compounds (carboxylic acids, phenolics and furans) were removed. Investigations were focused on physico-chemical processes with best ability for target compounds removal: reverse osmosis, ion exchange and adsorption. Best operating conditions and possible combinations were determined with selected membranes and convenient resins in order to propose possible treatments adapted to industrial cases. Impact of RO, IE and combined treatments on the growth kinetics and physiological state of Saccharomyces cerevisiae was investigated in continuous fermentation process to help the choice of an adequate detoxification process. Fermentable effect of treated condensates was linked to the process removal efficiency. RO completed by a subsequent ion-exchange step is the only process to produce a treated condensate that does not hinder yeast growth nor yeast productivity. This recommended scheme was designed for an industrial application with a 100 m³.h⁻¹ flow rate. According to operatory parameters, flow sheet of produced effluents and required reagents as well as the corresponding utilities were presented.; Le recyclage des condensats d'évaporation dans l'étape de fermentation permettrait aux distilleries de diminuer leur consommation d'eau de forage et leur production d'effluents. Actuellement, les condensats sont traités par lagunage avant épandage et pourraient être recyclés comme eau de dilution pour la fermentation si les composés inhibiteurs qu'ils contiennent étaient éliminés : il s'agit de composés phénoliques, acides carboxyliques et dérivés du furane. L'étude du traitement a porté sur les procédés physico-chimiques présentant les meilleures capacités de rétention des composés inhibiteurs cibles : l'osmose inverse, l'échange d'ions et l'adsorption. L'étude des paramètres opératoires de ces procédés et de leurs combinaisons a permis d'optimiser leurs conditions d'application pour améliorer leur efficacité de rétention et de proposer leur mise en œuvre industrielle. L'impact des condensats diversement traités sur l'activité fermentaire des levures a été étudié lors de fermentations en continu. Le caractère fermentescible des condensats traités a été corrélé à l'efficacité de rétention du procédé. L'osmose inverse combinée à l'échange d'ions, permettant l'élimination de 99% des composés inhibiteurs cibles, est le seul procédé qui ne perturbe ni la croissance des levures ni leur production d'éthanol. A partir de cette combinaison on a dimensionné une unité traitant 100 m³.h⁻¹ de condensats. Selon les paramètres opératoires appliqués, on présente le bilan d'effluents produits et de réactifs consommés, ainsi que les installations correspondantes.

National audience; Users of geosynthetic clay liners (GCLs) in landfill applications, need indicators that are relatively simple and cheap to measure, to help them assess whether a given product is suitable for a given application, in particular with respect to medium to long term hydraulic performance. The objective of the LIXAR2 project was to identify such indicators, based on detailed characterizations of the main GCLs used in French landfills. Results highlight in particular the diversity of composition that the term bentonite may cover and the importance of basing choices on performance indicators rather than simply on denominations such as Na-natural, Ca-activated, etc.; Les utilisateurs de géosynthétiques bentonitiques (GSB) en installations de stockage de déchets (ISD) ont besoin d'indicateurs dont la mesure est relativement simple et peu coûteuse, leur permettant de contrôler l'adéquation d'un produit par rapport à une application donnée, notamment pour ce qui concerne les performances hydrauliques à moyen et à long terme. Le projet LIXAR2 a eu pour objectif d'identifier de tels indicateurs, sur la base de caractérisations détaillées des principaux GSB utilisés en ISD en France. Les résultats illustrent notamment la variabilité de composition que peut recouvrir le terme « bentonite » et la nécessité de baser les choix sur des indicateurs de performance plutôt que sur les simples dénominations « Na-naturelle », « Ca-activée », etc.

Ionic liquids, associations of organic cations and anions, are media organized over several nanometers and present a segregation in polar and nonpolar microdomains. As they are used as solvents for catalytic reactions, they can induce specific solvation phenomena. For instance, ion exchange reactions in some catalytic systems and some p-cation interactions with unsaturated hydrocarbons have been observed by NMR. The consequences of the specific solvation on hydrogenation reactions have been studied. It appears that the stronger the interactions between IL and reactants are, the slower the reactions are.The presence of nonpolar and polar microdomains leads to a preferential solvation of organometallic complexes in apolar pockets that enable the use of these media as supramolecular matrices and to control the crystal growth of metal nanoparticles generated in situ according to the alkyl chain length and the temperature.; Les liquides ioniques, associations de cations organiques et d'anions, sont des milieux structurés sur plusieurs nanomètres et présentent une ségrégation en domaines polaires et apolaires. Utilisés comme solvants de réactions catalytiques, ils peuvent de ce fait engendrer des phénomènes de solvatation spécifique. Ainsi des réactions d'échange d'ions dans certains systèmes catalytiques et des interactions de type p-cation avec les hydrocarbures insaturés ont été mises en évidence par RMN. Les conséquences de ces solvatations spécifiques sur des réactions d'hydrogénation ont été étudiées. Il ressort que plus l'interaction entre les liquides ioniques et les réactifs est grande, plus les réactions sont lentes. Enfin la présence de microdomaines polaires et apolaires conduit à une solubilisation préférentielle des complexes organométalliques dans les poches apolaires ce qui permet d'utiliser ces milieux comme moules supramoléculaires et de contrôler la croissance cristalline des nanoparticules de ruthénium générées in situ en fonction de la longueur de la chaîne alkyl et de la température.

The work is devoted to comprehension and modeling, as weIl experimental as numerical, of the electro-deionization on three strong-acid cations exchangers on a pilot at lab scale for copper removal from dilute synthetic solutions of copper simulating rinsing waters issued from galvanic processes. Electrodeionization is a hybrid process based on a combination of ion exchange and electrodialysis. Before apprehending this hybrid process the ~echanisms of transport of ions in the resin bed and the membrane using a kinetic model of J. Janssen et al. were studied. The operating conditions to implement to optimize the electrodeionization were sought and made it possible to establish the feasibility of this process. The effects of the height of the bed, the cross-linking degree, the density of current and the copper concentration in feed solution were studied. From the experimental results of the electrodeionization, the specific conductivity of the bed was estimated using a model which consists in calculation of the potential fields in the cell by integration of the Laplace equation using FEMLAB TM software., Ce travail porte sur la compréhension et la modélisation, tant expérimentale que numérique, de l' électrodéionisation sur trois résines échangeuses de cations fortement acides sur un pilote de laboratoire pour traiter en continu des solutions synthétiques faiblement concentrées en cuivre simulant des eaux de rinçage de procédés galvaniques de dépôt de cuivre. Avant d'appréhender ce procédé hybride qu'est l'électrodéionisation et qui comporte une combinaison de résines échangeuses d'ions et d'électrodialyse, nous avons étudié les mécanismes de transport d'ions dans le lit de résine et la membrane à l'aide du modèle cinétique de J. Janssen et al. . Les conditions opératoires à mettre en oeuvre pour optimiser l'électrodéionisation ont été recherchées et ont permis d'établir la faisabilité de ce procédé. Les effets de la hauteur du lit, le taux de réticulation, la densité de courant et la concentration en cuivre dans la solution d'alimentation ont été étudiés. A partir des résultats expérimentaux de l' électrodéionisation, la conductivité spécifique du lit a été estimée à l'aide d'un modèle qui consiste à calculer les champs de potentiel dans la cellule par résolution de l'équation de Laplace à l'aide du logiciel FEMLAB.

Hitherto, the question of the energetic cost of osmo-ionoregulation in euryhaline crustaceans has received only cursory attention. Many studies are scanty, even contradictory. Most of the experiments carried out on this topic are based on measurements of oxygen consumption and estimates of aerobic metabolic activity. The ATP content of crustacean tissues has also sometimes been measured. Some attempts were made to correlate osmoregulation patterns, ions transport activity and oxygen consumption of some decapod crustacea. The basic aim of this work is to re-examine the question with some new data.

This work deals with the production of very high pulity water using ion exchange. In case of solutions with a very low normality, ion exchange is generally limited by kinetic phenomena. It is important to master these phenomena in arder to madel and to predict the breakthrough curves for a given system. This study implements a simple madel (modified Fick law), coupled to the experimental determination of the parameters by the method of micro-columns. This method consists in using a sufficiently short column, which does not contain the concentration front completely. Measuring the concentration at the column exit gives access to information on the kinetics. The experimental data are processed with the mixing cells model. The operating conditions yielding the most reliable results are investigated. Several cationic and anionic solutions were studied. An extension of this method to electrodeionisation showed that it could lead to interesting results with such systems as well.; Le travail a porté sur la production d'eau de haute pureté par échange d'ions. Dans le cas des solutions de très faibles normalités, l'échange d'ions est généralement limité par des phénomènes cinétiques qu'il est important de maîtriser dans le but de modéliser et de prédire les fronts de percée sur un système donné. Dans cette étude, nous avons utilisé un modèle simple (loi de Fick modifié), couplé à une détermination expérimentale des paramètres à l'aide de la méthode des micro-colonnes. Celle-ci consiste en l'utilisation d'une colonne suffisamment courte pour ne pas contenir tout le front de concentration. La mesure de la concentration en sortie de colonne permet d'avoir accès à des informations d'ordre cinétique. Ces expériences sont exploitées par le modèle des mélangeurs en cascade. Les conditions opératoires à mettre en oeuvre pour permettre à cette méthode de fournir les résultats les plus fiables possibles ont été recherchées. Diverses solutions cationiques et anioniques ont été étudiées. Une extension de cette méthode à l'électrodéionisation a montré qu'elle permettait aussi d'obtenir des informations intéressantes sur la cinétique dans de tels systèmes.

This work deals with the production of very high pulity water using ion exchange. In case of solutions with a very low normality, ion exchange is generally limited by kinetic phenomena. It is important to master these phenomena in arder to madel and to predict the breakthrough curves for a given system. This study implements a simple madel (modified Fick law), coupled to the experimental determination of the parameters by the method of micro-columns. This method consists in using a sufficiently short column, which does not contain the concentration front completely. Measuring the concentration at the column exit gives access to information on the kinetics. The experimental data are processed with the mixing cells model. The operating conditions yielding the most reliable results are investigated. Several cationic and anionic solutions were studied. An extension of this method to electrodeionisation showed that it could lead to interesting results with such systems as well., Le travail a porté sur la production d'eau de haute pureté par échange d'ions. Dans le cas des solutions de très faibles normalités, l'échange d'ions est généralement limité par des phénomènes cinétiques qu'il est important de maîtriser dans le but de modéliser et de prédire les fronts de percée sur un système donné. Dans cette étude, nous avons utilisé un modèle simple (loi de Fick modifié), couplé à une détermination expérimentale des paramètres à l'aide de la méthode des micro-colonnes. Celle-ci consiste en l'utilisation d'une colonne suffisamment courte pour ne pas contenir tout le front de concentration. La mesure de la concentration en sortie de colonne permet d'avoir accès à des informations d'ordre cinétique. Ces expériences sont exploitées par le modèle des mélangeurs en cascade. Les conditions opératoires à mettre en oeuvre pour permettre à cette méthode de fournir les résultats les plus fiables possibles ont été recherchées. Diverses solutions cationiques et anioniques ont été étudiées. Une extension de cette méthode à l'électrodéionisation a montré qu'elle permettait aussi d'obtenir des informations intéressantes sur la cinétique dans de tels systèmes.