UNIVERSITE NICE-SOPHIA ANTIPOLIS - UFR Sciences Ecole Doctorale de Sciences Fondamentales et Appliquées T H E S E pour obtenir le titre de Docteur en Sciences de l'UNIVERSITE de Nice-Sophia Antipolis Discipline : Chimie présentée et soutenue par Melody MALOUBIER SPECIATION ET BIOACCUMULATION DANS UN ORGANISME MODELE DE U, NP ET AM EN MILIEU MARIN Thèse dirigée par Christophe DEN AUWER et Christophe MOULIN soutenue le 4 décembre 2015 Jury : M. Uwe MEIERHENRICH Université de Nice-Sophia Antipolis Examinateur M. Richard ORTEGA Université de Bordeaux Rapporteur M. Jérôme ROSE Aix Marseille Université Rapporteur M. David SHUH Lawrence Berkeley National Laboratory Invité Mme. Marguerite MONFORT CEA Examinateur M. Christophe MOULIN CEA Directeur de thèse M. Christophe DEN AUWER Université de Nice-Sophia Antipolis Directeur de thèse Remerciements Cette thèse a été effectuée au sein de l’Institut de Chimie de Nice dans le laboratoire de Processus Chimiques et Radiochimiques dans l’environnement. Je tiens tout d’abord à remercier Elisabet Dunac de m’avoir accueillie au sein de l’Institut afin de mener à bien ce travail de recherche. Je remercie également la Direction de la Propulsion Nucléaire ainsi que le CNRS/INC pour avoir financé cette thèse. Je remercie chaleureusement mes directeurs de thèse, Christophe Den Auwer pour m’avoir initiée à l’EXAFS et m’avoir fait découvrir l’ambiance aux synchrotrons et Christophe Moulin pour avoir pris le temps de m’expliquer la SLRT. Merci à tous les deux de m’avoir guidée tout au long de ce travail. Merci pour votre enthousiasme, vos conseils et votre pédagogie. Je tiens également à remercier Marguerite Monfort pour son encadrement. Merci Margot d’avoir pris le temps de m’expliquer les calculs d’impact, pour tes conseils et pour toute ton aide durant ces 3 ans. Mes sincères remerciements à Richard Ortega et Jérôme Rose de m’avoir fait l’honneur d’être rapporteurs de ce travail et à Uwe Meierhenrich et David Shuh pour avoir accepté de participer à mon jury de thèse. Je remercie également l’ensemble des membres de l’équipe PCRE, en particulier Gaëlle Creff et Hervé Michel. Merci Gaëlle pour l’aide précieuse que tu m’as apportée, pour tout le temps que tu m’as consacré et pour ton soutien et surtout d’avoir supporté mes moments de stress! Merci Hervé pour ton aide pour la spectrométrie et pour ta pédagogie. Ça a été un réel plaisir de travailler avec vous tous. Mes sincères remerciements aussi à l’ensemble du service SRCE du CEA-DAM. Merci de m’avoir accueillie au sein de votre service. Un grand merci à Olivier Marie pour les mesures MEB, d’avoir pris le temps de m’expliquer et surtout de passer mes échantillons. Je tiens également à remercier Benoît Brunel, Jean Aupiais, Amélie Hubert et Fabien Pointurier pour leur aide et leurs contributions. La liste serait longue si je devais énumérer tout le monde. Merci à tous de votre aide mais aussi de votre gentillesse. Je tiens également à remercier toutes les personnes ayant collaboré de près ou de loin à ces travaux de thèse. La réalisation de ma thèse n’aurait pas été possible sans de nombreuses collaborations, qui m’ont permis de découvrir différents domaines et de bénéficier des compétences de beaucoup de personnes. Dans un premier temps, je remercie toutes les personnes que j’ai pu côtoyer à l’AIEA de Monaco, pour leur accueil et leur gentillesse. Un grand merci à l’équipe de Radioécologie de m’avoir ouvert les portes de leur laboratoire. Je remercie Yasmine Bottein pour sa gentillesse, pour s’être intéressée à mon sujet et pour son aide. Merci également à Marc Metian pour les discussions très enrichissantes sur mes expériences de contamination et un grand merci à François Oberhaensli. Merci Franky pour le temps et l’aide que tu m’as accordés pendant mes expériences au laboratoire, pour ta connaissance sur le milieu marin, pour ta gentillesse et également ta grande taille !! Je remercie également Sophie Pagnotta, du service de la microscopie de l’université de Nice, pour les images d’éponges mais également pour sa patience et les super coupes d’éponge malgré la difficulté. Merci également aux scientifiques de lignes que j’ai eu la chance de côtoyer lors des sessions synchrotrons. Merci à Pier Lorenzo Solari, pour ta bonne humeur et tout ton aide. Je tiens également à remercier Jean Vacelet, celui qui a découvert l’éponge Aplysina cavernicola, pour sa gentillesse et pour m’avoir expliqué le fonctionnement de cette éponge et tous les aspects biologiques. Je remercie également toutes les personnes que j’ai rencontrées et qui m’ont aidé sur différent sujet : Philippe Moisy, Eric Ansoborlo, Alain Michalowicz. Merci également aux personnes du Lawrence Berkeley National Laboratory dont David Shuh, Stefan Minasian et Rebecca Abergel. Enfin j’adresse mes remerciements à tous les non permanents que j’ai pu côtoyer et qui m’ont aidé à garder le moral : Julien, Claire, Johana, Kévin, Florian, Vincent, Sébastien, Amandine, Pierrick et tous les autres. Une attention particulière à Eva pour ton écoute et ta bonne humeur ainsi que pour Daniel et Marie-Aude pour avoir plongé aussi pour moi et pour votre sympathie depuis le début. Merci pour ces bons moments. Merci aussi à Isa, pour son aide à Monaco et pour sa gentillesse. Un merci également à Christelle Colin, pour sa contribution lors de son stage. Je tenais aussi à remercier Alexandre Ruas de m’avoir aidé et encouragé pour avoir cette thèse. Une grand merci à ma famille, mes amis et une attention particulière pour mon mari Fabrice. Je les remercie pour leur soutien et surtout pour m’avoir supporté même dans les moments de grand stress. 1 Table des matières Liste des abréviations ................................................................................................................. 4 Introduction ................................................................................................................................ 6 Chapitre 1 : Comportement des radionucléides dans le milieu marin : Etat de l’art ........ 9 Généralités sur les radionucléides ................................................................................ 10 Les sources de radionucléides dans l’eau de mer ......................................................... 12 Radionucléides naturels ......................................................................................... 12 Radionucléides anthropogéniques.......................................................................... 13 Les essais nucléaires .......................................................................................... 13 Les installations nucléaires ................................................................................. 16 Tchernobyl ......................................................................................................... 18 Fukushima .......................................................................................................... 19 Inventaire des sources ............................................................................................ 20 Cas de la mer Méditerranée ................................................................................... 21 Accumulation des RN dans les organismes marins ................................................... 24 Végétaux marins .................................................................................................... 24 Mollusques, crustacés et poissons .......................................................................... 25 Eponges .................................................................................................................. 27 La spéciation des radionucléides dans l’eau de mer .................................................. 28 Propriétés de l’eau de mer/ Complexité du milieu marin ...................................... 28 Espèces inorganiques ......................................................................................... 28 Espèces organiques ............................................................................................ 30 Utilisation de bases de données ............................................................................. 30 Césium ................................................................................................................... 32 Américium ............................................................................................................. 32 Neptunium .............................................................................................................. 35 1 Uranium ................................................................................................................. 36 Positionnement de ce travail ........................................................................................ 38 Chapitre 2 : Méthodologie ..................................................................................................... 40 Stratégie générale ......................................................................................................... 41 Spéciation des radionucléides dans l’eau de mer ......................................................... 44 Quels outils pour la spéciation dans l’eau de mer ? ............................................... 44 Spectroscopie Laser Résolue en Temps (SLRT) ................................................... 46 Spectroscopie d’Absorption X (SAX) ................................................................... 47 Montages en SAX .................................................................................................