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Le développement de l'imagerie in vivo du petit animal dans le but d'étudier des pathologies humaines est aujourd'hui devenu indispensable. Le projet ImaBio de l'Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien s'intègre dans une dynamique de développement de nouveaux instruments en réalisant une plate-forme d'imagerie multimodale dédiée au petit animal (AMISSA). Ce travail de thèse représente l'étude, la conception et le développement d'un Tomographe à Emission MonoPhotonique (TEMP) qui devra s'intégrer à la plate-forme AMISSA. Le résultat de ces développements permet d'obtenir la distribution spatiale de la molécule injectée à l'animal. Les solutions techniques choisies pour le développement du TEMP s'appuient sur des savoir-faire du laboratoire permettant de concevoir un imageur composé de gamma caméras adaptées à la détection des photons γ produits par les radiotraceurs utilisés en imagerie monophotonique. Afin de couvrir la totalité du champ de vue transversal, quatre gamma caméras sont disposées en couronne autour du volume d'intérêt. Chacune d'entre elles est composée de 5 modules de détection indépendants basés sur le couplage entre une matrice de cristaux de YAP:Ce, d'un photomultiplicateur multianode et d'un dispositif électronique multivoie dédié. Au total, 20 modules de détection ont été équilibrés puis étalonnés afin que chaque voie de détection puisse donner le même résultat lors d'un dépôt d'énergie identique. Les données générées sont collectées puis traitées afin d'en extraire les positions et les énergies déposées par des photons γ dans les cristaux. Ces dernières informations sont ensuite regroupées pour construire les projections. La reconstruction 3D des images à partir des projections est réalisée par l'enchaînement de deux algorithmes, analytique et itératif OS-EM, tous deux modifiés pour tenir compte de la géométrie singulière de notre système de détection. L'image ainsi obtenue est fusionnée avec l'information anatomique délivrée par le tomodensitomètre X déjà présent sur la plate-forme.

L'expérience CBM (Compressed Baryonic Matter) a pour objet d'explorer le diagramme des phases de la matière nucléaire dans la région des hautes densités baryoniques au moyen de collisions d'ions lourds à des énergies de faisceau comprises entre 10 et 40 AGeV. Dans le but d'étudier le charme ouvert (D0 et D+) avec CBM, un détecteur de vertex (MVD) présentant à la fois un faible budget de matière, une excellente résolution spatiale et une bonne tolérance aux radiations est requis. Cette étude vise à déterminer dans quelle mesure un MVD constitué de capteurs CMOS (MAPS) peut garantir de telles performances. Dans cette optique le cahier des charges du MVD a été établi. Les mécanismes de dégradation par irradiation des MAPS ont été étudiés pour en améliorer la tolérance d'un ordre de grandeur. Les résultats de ces études ont permis de réaliser des simulations avec GEANT, et de démontrer la faisabilité du programme de physique portant sur le charme ouvert avec un tel concept de détecteur

Cette thèse présente les expériences HAPPEX à JLAB et E-158 au SLAC (USA) qui mesurent les asymétries de violation de parité en diffusion élastique d'électrons polarisés sur cibles hadroniques et d'électrons atomiques. Avec les mesures sur cibles hadroniques comme l'hydrogène ou l'Hélium, il est possible d'extraire les contributions des quarks étranges aux distributions de charge et de courant dans le nucléon. De la mesure en diffusion électron-électron il est possible d'effectuer une mesure précise de sin2 θw et de tester le modèle standard dans le secteur électrofaible loin du pôle du Z. Dans ce manuscrit nous décrivons le formalisme relatif à la sonde électrofaible. Nous détaillons les techniques associées à la mesure précise des asymétries de violation de parité. Nous développons en particulier les dispositifs de chaque expérience dont les détecteurs d'électrons et le système de rétroaction sur le courant du faisceau pour HAPPEX et l'analyse des données du run III de l'expérience E-158 avec une étude des systématiques du faisceau à l'échelle sub-impulsion. Finalement, les résultats préliminaires sont présentés en regard des autres mesures existantes et à venir.

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Les travaux de recherche présentés ont pour objectif l'étude des non-linéarités photoréfractives en vue de la réalisation de composants optiques pour application dans le domaine de l'instrumentation pour des dispositifs de protection laser et dans le domaine des communications optiques pour des fonctions de routage, commutation et interconnexions optiques. Mise à part la limitation optique qui concerne plutôt l'optronique, ces applications s'inscrivent essentiellement dans des applications de traitement tout optique de l'information. Nous nous intéressons plus particulièrement à la propagation d'ondes solitaires spatiales dans des matériaux photoréfractifs et à la possibilité d'utiliser les phénomènes d'interactions de solitons pour application au routage et interconnexions optiques. Une possibilité est notamment la réalisation de fonctions simples ou plus complexes comme des liaisons point à point, des coupleurs (X ou Y). <br />Dans ces objectifs, des études, à la fois expérimentales et théoriques, des phénomènes d'autofocalisation photoréfractive et de solitons spatiaux ont été réalisées : elles concernent des travaux de recherches sur des matériaux isolants (Bi12TiO20, Sr1-xBaxNb2O6) pour la limitation optique et sur des matériaux semi-conducteurs (InP :Fe, SPS) pour les applications dans les communications optiques. Des études supplémentaires sur les interactions de solitons sont en cours pour la réalisation de démonstrateurs de routage et d'interconnexions optiques. Des travaux récents s'intéressent également à l'auto-organisation de lumière en cavité optique non-linéaire (formation de structures spatiales auto-organisées, structures localisées, solitons de cavité) pour des applications de télécommunications optiques.

Le flux de données et son stockage est un besoin immédiat de l'ère de l'information. Il existe une demande énorme de supports de stockage appropriés pour l'usage immédiat et pour l'archivage de données. Les Photopolymères sont des matériaux le plus intéressants avec des grands potentiels de stockage à un coût extrêmement bas. Les photopolymères sont des matériaux attrayants pour l'enregistrement holographique, le multiplexage d'images, les circuit optiques, et ainsi de suite parce qu'ils ont la possibilité d'enregistrer des hologrammes avec une bonne fréquence spatiale et l'efficacité de diffraction. Dans cette thèse nous étudions et optimisons les diverses compositions de photopolymères solubles dans l'eau pour leur capacité de stockage et comme médias d'enregistrement en utilisant l'interférométrie optique. De telles compositions optimisées sont sélectivement sensibilisées en utilisant des colorants dans le bleu pour le stockage optimum d'information. Nous présentons également deux colorants nouvellement synthétises absorbant dans la région bleue en tant que médias promoteurs pour le stockage de données à haute densité. Les résultats expérimentaux sont expliqués en utilisant plusieurs caractérisations et mesures de support telles qu'UV-Vis, la spectroscopie de FT-IR, CV, DSC, TGA, RMN. Pour augmenter la modulation d'indice de réfraction la dispersion des nanoparticules de SiO2 conduit, également à une réduction remarquable de rétreint du film.

Le développement de nouveaux outils et de nouvelles techniques pour la biologie et la médecine a toujours été un moteur pour la recherche en microscopie. Les premiers microscopes permirent à Antoine Von Leeuwenhoek en 1677 de découvrir les bactéries, les spermatozoïdes et les globules rouges et aujourd'hui nous cherchons à visualiser les processus intracellulaires, l'interaction des protéines, l'interaction des cellules dans les tissus... Chaque année de nouvelles techniques apparaissent pour voir plus petit, plus spécifique, plus physiologique. Le laboratoire d'optique et biosciences dans lequel j'ai effectué ma thèse s'intéresse plus particulièrement aux techniques de microscopie multiphoton. Ce type de microscopie, qui re- pose sur les interactions non linéaires entre la matière et la lumière, est principalement utilisé aujourd'hui pour suivre des marqueurs fluorescents dans les tissus grâce au processus de fluo- rescence sous excitation à deux photons. En cela, elle sert à suppléer la microscopie confocale pour visualiser des phénomènes à des profondeurs de pénétration qui lui sont inaccessibles, et permet ainsi de travailler sur l'ensemble d'un tissu. Toutefois, la microscopie multiphoton ne se borne pas à la fluorescence sous excitation à 2 photons ; elle donne aussi accès à des processus non linéaires comme la génération d'harmoniques ou l'émission Raman anti-Stockes stimulée. Ces interactions non linéaires sont encore peu utilisées en biologie et font l'objet de recherches dans notre laboratoire. L'un des processus non linéaires étudiés au laboratoire est la génération de second harmo- nique (SHG). Celle-ci a été mise en évidence en 1961 par P. A. Franken[1] dans des cristaux non linéaires et s'utilise couramment pour doubler la fréquence des lasers. En 1979, ce proces- sus a été appliqué en biologie par Samuel Roth et Isaac Freund[2] sur des tendons de rat où l'organisation du collagène permet d'obtenir l'effet non linéaire. Presque trente années se sont écoulées depuis cette expérience, mais la génération de second harmonique par le collagène reste mal comprise. De plus, même si de nombreuses études ont montré le potentiel de cette technique, elle reste peu utilisée par les biologistes. Cette thèse, sous la direction de Marie-Claire Schanne-Klein, veut répondre à plusieur questions : - Quel est le rôle de l'organisation submicrométrique du collagène dans la génération du signal de second harmonique ? - Que peut apporter cette technique dans la visualisation du collagène par rapport aux autres techniques déjà existantes ? - Quelle est la pertinence de cette technique pour répondre à des problématiques biolo gique ? Nous nous sommes focalisés sur la fibrose qui est une accumulation anormale de collagèn dans les tissus. Une thèse précédente réalisée dans notre laboratoire par Ana-Maria Pena avai déjà montré le potentiel de la génération de second harmonique pour évaluer la gravité d fibroses pulmonaires induites par la bléomycine. Toutefois, ces études réalisées en collabora tion avec le service de pneumologie de l'hôpital Bichat sont restées à l'état de démonstration de principe. Nous avons alors engagé une collaboration étroite avec une équipe de néphro logues composée de Pierre Louis Tharaux, Monica Hernest et Cécile Fligny (Cardiovascula Research Center Inserm Lariboisière INSERM U689, France) qui travaillent sur les phéno mènes de fibroses dans le rein, et nous avons appliqué la microscopie par génération de second harmonique à cette problématique biomédicale. Dans ce manuscrit, le premier chapitre introduit les notions biologiques sur le collagèn et la fibrose nécessaires à la compréhension de la suite. Le deuxième chapitre présente le diverses techniques de visualisation du collagène, insiste sur les principes et le dispositif d microscopie multiphoton et enfin développe une modélisation du signal de génération de se cond harmonique par le collagène observé en microscopie. Nous proposons ensuite dans l troisième chapitre une méthodologie pour quantifier la fibrose rénale, que nous validons su un modèle murin de fibrose rénale. Enfin, le dernier chapitre est consacré à l'application d notre méthodologie à diverses problématiques biologiques liées à la fibrose rénale.

Ce travail de these s'inscrit dans le contexte des recherches sur la fusion par confinement inertiel. Il concerne plus particulierement le schema de l'allumage rapide, qui prevoit l'utilisation d'impulsions laser ultra-intenses pour amorcer les reactions nucleaires dans le combustible. Jusqu'a present, la faisabilite de ce scenario n'a pas encore ete prouvee. Il depend de nombreux aspects fondamentaux de la physique mise en jeu, qui ne sont pas encore entierement maıtrises. Dans ce travail, nous nous sommes proposes d'etudier experimentalement un des aspects fondamentaux de ce nouveau schema : le transport d'energie par les electrons relativistes crees par un faisceau laser ultra-intense.

Dans cette thèse, les caractéristiques des plasmas MDECR ont été étudiées en utilisant des mesures d'émission optique (OES), de spectroscopie de masse (QMS) et de sonde Langmuir plane. Ces techniques combinées avec des observations sur la pression avec et sans plasma nous ont permis de construire une image assez claire sur les propriétés chimiques et physiques des plasmas MDECR, notamment des plasmas de silane. A cause des conditions de fonctionnement à faible pression (~ mTorr), grande puissance (~kW) et à cause du confinement électronique dû à l'effet ECR, la distribution électronique dans le plasma est divisé en deux familles : une famille d'électrons rapides et une autre d'électrons froids. Les mesures OES des plasmas d'argon et de silane ont montré le confinement des électrons rapides dans les zones ECR autour de chaque antenne, toute la chimie du plasma (la dissociation, l'excitation et l'ionisation) se produit essentiellement dans ces zones. Les mesures par sonde Langmuir plane ont montré que la température des électrons froids est dans la gamme 1-2 eV qui est en bon accord avec les résultats de l'équipe de S. Béchu. Ces mesures (OES, QMS, sonde Langmuir) et les mesures de la pression ont montré la présence très importante d'hydrogène atomique et ionique dans un plasma de silane. Les mesures de spectroscopie de masse ont montré que dans un plasma de silane, la présence des radicaux et d'ions à base de Si, SiH et SiH2 est aussi importante que celle des radicaux SiH3. La contribution de ces radicaux et ions avec un grand coefficient de collage à la croissance du film a également été observée par des études de dépôt à travers un masque contenant des petits orifices. Toutes les mesures ont montré que pour un plasma de silane, un rapport «puissance totale/débit du gaz» faible est favorable à la formation de radicaux SiH3, tandis qu'un rapport «puissance/débit du gaz» grand rend le rapport [SiH*]/[Hα] petit. Cela suggère que les conditions de fortes puissances, faibles débits de silane favorisent le dépôt du matériau microcristallin tandis que les conditions de faibles puissances, forts débits de gaz devraient favoriser la formation d'un matériau amorphe.