Ce travail de thèse consiste à visualiser sur un détecteur sensible en position les oscillations spatiales des électrons lents (~ meV) émis par photoionisation au seuil en présence d'un champ électrique extérieur. La figure d'interférence obtenue représente quantiquement le module carré de la fonction d'onde électronique. Ce travail fondamental nous permet d'avoir accès à la dynamique électronique quelques m autour de l'atome et donc de mettre en évidence plusieurs mécanismes quantiques (champ coulombien, interaction électron/électron..) se déroulant à l'échelle atomique. Malgré la présence d'un cœur électronique quoique limité dans Li, nous avons réussi, expérimentalement et pour la première fois, à visualiser la fonction d'onde associée aux états Stark quasi-discrets couplés au continuum d'ionisation. En outre, à l'aide des simulations quantiques de propagation du paquet d'ondes, basées sur la méthode de " Split-operator ", nous avons réalisé une étude complète sur les atomes H, Li et Cs tout en dévoilant les effets significatifs des résonances Stark. Un très bon accord, sur et hors résonances, a été obtenu entre les résultats simulés et les résultats expérimentaux. Par ailleurs, nous avons développé un modèle analytique généralisable permettant de comprendre profondément le fonctionnement d'un spectromètre de VMI. Ce modèle repose sur l'approximation paraxiale, il est basé sur un calcul d'optique matricielle en faisant une analogie entre la trajectoire électronique et le rayon lumineux. Un excellent accord a été obtenu entre les prédictions du modèle et les résultats expérimentaux.

Dans le but de mieux comprendre le mode d’action et de nous permettre de déterminer la cible de la tomatidine, nous avons dans un premier temps tenté de mieux circonscrire le spectre d’activité de la tomatidine. Grâce à ces travaux, nous sommes, en effet, maintenant en mesure de dire que la tomatidine possède une activité antibactérienne contre les espèces de la division des Firmicutes et plus précisément contre les bactéries de l’ordre des Bacillales dont font partie les genres Bacillus, Staphylococcus et Listeria. Nous avons également découvert, grâce à des expériences en collaboration avec le laboratoire d’Éric Marsault, qu’un analogue de la tomatidine (FC04-100) avait non seulement des propriétés similaires à la molécule naturelle, mais démontrait une activité par lui-même contre S. aureus à phénotype normal alors que la tomatidine possède uniquement une activité contre les « small colony variants ». De plus, alors que la tomatidine possède plutôt une activité bactériostatique contre la forme SCV de L. monocytogenes, le nouveau composé (FC04-100) démontre quant à lui, une forte activité bactéricide contre cette souche, tout comme contre la forme SCV des autres Bacillales. Parallèlement, et toujours dans le but de rechercher le mode d’action et la cible de la tomatidine, nous avons obtenu, par passages successifs dans un milieu avec antibiotiques, des mutants de S. aureus à phénotype normal et des SCV résistants à la tomatidine ou à la combinaison tomatidine et gentamicine. Après le séquençage de ces mutants, l’étude de la position de ces mutations, à l’aide de différents logiciels de bio-informatique, nous a permis d’émettre un modèle-hypothèse quant au mode d’action et à la cible de la tomatidine. Selon les résultats que nous avons à ce stade-ci, la cible de la tomatidine chez S. aureus serait la sous-unité c de l’ATP synthase. Cependant, son mode d’action serait également dépendant de la fonctionnalité de la chaine de transport des électrons et donc de la polarisation membranaire et de la production de ROS intracellulaire, ce qui expliquerait la différence d’activité entre les souches à phénotype normal et les SCV.

Le mécanisme d'appariement donnant naissance à la supraconductivité non conventionnelle reste disputé à ce jour. Une des principales difficultés sous-jacentes nous vient du lien entre cette supraconductivité et la physique de Mott. Dans le but d'éclaircir cela, cette thèse propose de traiter trois points. Tout d'abord, nous nous intéressons aux crossovers caractérisant le régime à haute température du modèle de Hubbard demi-rempli, soit dans une situation où les fluctuations à grande longueur d'onde et même l'ordre à longue portée suggèrent que la transition de Mott n'est pas pertinente. En comparant les résultats issus de la théorie de champ moyen dynamique (DMFT), de la théorie de champ moyen dynamique cellulaire (CDMFT), et de l'approximation d'amas dynamique (DCA), nous montrons que, bien que la plupart des crossovers soient masqués par la température de Néel, le crossover de Mott (séparant le mauvais isolant de l'isolant de Mott et caractérisé par l'ouverture prononcée du gap de Mott) survit à toute température. De plus, les différentes techniques numériques voient leurs crossovers de Mott se rejoindre à une température de l'ordre de $0.45\, t$, démontrant qu'à ces températures, l'effet est dominé par la physique à très courte portée. La deuxième partie de cette thèse cherche à rendre possible l'extraction de quantités donnant accès à la dynamique supraconductrice à température finie, telle que la fonction spectrale anormale, \textit{via} la méthode d'entropie maximale. Nous avons ainsi développé la méthode MaxEntAux qui permet de calculer la fonction spectrale anormale à partir d'une fonction spectrale auxiliaire et de fonctions spectrales normales, toutes de signe constant positif et donc toutes calculables à travers la méthode d'entropie maximale. La dernière partie de cette thèse applique la méthode MaxEntAux à l'étude de la dynamique supraconductrice d'un isolant de Mott dopé aux trous et décrit par le modèle de Hubbard étendu, incorporant l'effet de la répulsion aux premiers voisins $V$. Nous montrons que $V$ joue deux rôles antagonistes dans la dynamique supraconductrice: cette répulsion renforce l'appariement à basse fréquence à travers la constante d'échange antiferromagnétique $J = 4t^2/(U-V)$ tout en accroissant la répulsion coulombienne à haute fréquence. La compétition non triviale qui en résulte tend à augmenter la température critique à faible dopage et à la diminuer à fort dopage. En parallèle, les valeurs du célèbre rapport $\Delta_{SC}/T_c$ que nous obtenons sont significativement plus grandes que les valeurs prédites par la théorie BCS, mais sont en très bel accord avec l'expérience et présentent une certaine universalité, notamment dans le régime de dopages intermédiaires. Enfin, $V$ semble également pousser le système étudié vers un ordre de charge commensurable en y favorisant la double occupation.

Résumé : Lors de l’utilisation de la radiation pour le diagnostic et le traitement du cancer, l’ADN est une cible importante due à son rôle dans la division cellulaire. La radiation y dépose de l’énergie par production abondante (10[indice supérieur 5] e[indice supérieur −]/MeV) d’électrons de basse énergie (EBE) (<50 eV) menant à la production de radicaux et à la dissociation de molécules. Une meilleure compréhension de ces phénomènes physico-chimiques mènera au développement de nouvelles stratégies en radioprotection et en radiothérapie. Il est primordial d’identifier et de quantifier ces dommages initiaux. Suite à des résultats obtenus par des expériences récentes (Li et al., 2010) sur des couches minces d’ADN irradiées par des EBE dans le vide, nous suggérons que certains produits désorbent en quantité significative. Nous proposons une méthode pour mesurer cette perte de matière en utilisant une balance à quartz pour mesurer in situ les changements de masse totale. Ce mémoire présentera la conception et la construction de l’appareil ainsi que les résultats d’irradiation de la thymine et de la thymidine. À 25 ◦ C, le taux de perte de masse spontanée des échantillons joue un rôle important pour les petites molécules comme la thymine (126 uma). L’irradiation augmente d’abord ce taux qui diminue d’un facteur 5 à 15 après une exposition prolongée, signe de modifications notables de l’échantillon. Pour des molécules plus imposantes comme la thymidine (242 uma), il n’y a pas de désorption spontanée et le taux de désorption induite par des électrons de 50 eV est de 0,4 ± 0,1 uma/e[indice supérieur -]. Cette méthode, nécessaire à la calibration d’autres expériences réalisées par HPLC et spectrométrie de masse, permet de compléter la quantificationdes fragments, qui peuvent aussi être l’origine de lésions subséquentes. / Abstract : DNA is the principle target of radiotherapy (RT) due to its crucial role in cellular growth and function. Ionizing radiation (IR) delivers its energy into the cell and its nucleus via sequential ionization events that produce many low-energy electrons (LEE)(10[superscript 5]e[superscript −] per MeV) which drive subsequent molecular dissociations and the formation of radicals and other reactive species. Since a better understanding of these mechanisms is needed to develop new strategies for radioprotection and RT, it is essential to identify and to quantify the initial damage induced by IR. Recent chromatographic (HPLC) analysis of short oligonucleotide irradiated with LEE in vacuo (Li et al., 2010) revealed that only ∼30 % of the loss of intact molecules could be explained by the formation of identifiable radiation products. We hypothesize that electron stimulated desorption (ESD) may account for some of the unexplained loss of the missing molecules. Here we propose a new experimental method to quantify this loss using a quartz crystal microbalance to measure in situ the total mass change due to ESD. This thesis describes the design and the construction of the novel apparatus and presents results for LEE irradiated thymine (thy) and thymidine (dT). We find that at 25 ◦ C, the thermal-induced mass loss is important for small molecules such as thy (126 amu). Upon irradiation at 50 eV, the rate of mass loss initially increases, but then decreased by factors between 5 and 15 indicating structural changes occurring at the sample surface. For larger molecules such as dT (242 amu), there is no thermal evaporation at 25 ◦ C and the LEE induced rate of desorption at 50 eV is 0.4 ± 0.1 amu/e[superscript -]. This work is needed to calibrate HPLC and mass spectrometry experiments allowing us to quantify the fragment species produced by LEE that are expected to induce further and biologically significant damage.

Dans ce mémoire sera présentée une nouvelle méthode numérique envisagée dans le but d’obtenir le pouvoir thermoélectrique à température finie. Une méthode d’entropie maximale est utilisée, ce qui était une caractéristique requise des équations dérivées. Toutes les équations nécessaires y sont présentées, ainsi que certaines astuces reliées au prolongement analytique de quantités bruitées ou de fonctions dont la convergence est lente etc. De plus, les trois fonctions de corrélation d’intérêt y sont calculées de trois façons différentes, avec les détails et les explications nécessaires. On y présente le cas de la conductivité électrique, du pouvoir thermoélectrique ainsi que la fonction de corrélation courant de chaleur-courant de chaleur. L’implémentation numérique finale s’est butée à des difficultés qui sont expliquées dans ce mémoire.

Un électron au dessus de l'hélium présente un spectre quantifié. L'interaction avec l'environnement est estimée suffisamment faible afin de permettre la réalisation d'un bit quantique (qubit) en utilisant les deux premiers niveaux d'énergie.<br />La première étape dans la réalisation de ce qubit consiste à piéger et à contrôler un unique électron. Ceci a été réalisé grâce à un jeu d'électrodes micro-fabriquées définissant un puits de potentiel dans lequel l'électron est piégé. Nous sommes capables avec un tel échantillon de piéger et de détecter un nombre variables d'électrons entre 1 et une vingtaine.<br />Cela nous a alors permis d'étudier le comportement statique d'un petit nombre d'électrons dans un piège. Ils sont supposés cristallisés et formés des structures appelées molécules de Wigner. De telles molécules n'ont pas encore été observées avec des électrons au-dessus de l'hélium. Sans apporter de preuves formelles, nos résultats sont en faveur d'une cristallisation de Wigner.<br />Nous avons ensuite essayé de caractériser plus précisément le qubit. Nous avons cherché à réaliser une lecture projective (dépendant de l'état du qubit) et une mesure du temps de relaxation. Les résultats ont été obtenus en excitant l'électron par un champ électrique incohérent. Une mesure propre du temps de relaxation nécessiterait un champ électrique cohérent. La conclusion ne peut donc pas être définitive mais il semblerait que le temps de relaxation soit plus court que calculé théoriquement. Cela est peut-être dû à une mesure de la relaxation entre les états d'oscillations dans le piège et non entre les états du qubit.

Cette thèse approfondit l'étude de nanoparticules d'or de 5 nm de diamètre recouvertes de diamideéthanethioldiethylènetriaminepentacétate de gadolinium (DTDTPA:Gd), un agent de contraste pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM). En guise de ciblage passif, la taille des nanoparticules a été contrôlée afin d'utiliser le réseau de néovaisseaux poreux et perméable des tumeurs. De plus les tumeurs ont un drainage lymphatique déficient qui permet aux nanoparticules de demeurer plus longtemps dans le milieu interstitiel de la tumeur. Les expériences ont été effectuées sur des souris Balb/c femelles portant des tumeurs MC7-L1. La concentration de nanoparticules a pu être mesurée à l'IRM in vivo . La concentration maximale se retrouvait à la fin de l'infusion de 10 min. La concentration s'élevait à 0.3 mM dans la tumeur et de 0.12 mM dans le muscle environnant. Les nanoparticules étaient éliminées avec une demi-vie de 22 min pour les tumeurs et de 20 min pour le muscle environnant. Les nanoparticules ont été fonctionnalisées avec le peptide Tat afin de leur conférer des propriétés de ciblage actif La rétention de ces nanoparticules a ainsi été augmentée de 1600 %, passant d'une demi-vie d'élimination de 22 min à 350 min. La survie des souris a été mesurée à l'aide de courbes Kaplan-Meier et d'un modèle mathématique évalue l'efficacité de traitements. Le modèle nous permet, à l'aide de la vitesse de croissance des tumeurs et de l'efficacité des traitements, de calculer la courbe de survie des spécimens. Un effet antagoniste a été observé au lieu de l'effet synergétique attendu entre une infusion de Au@DTDTPA:Gd et l'irradiation aux rayons X. L'absence d'effet synergétique a été attribuée à l'épaisseur du recouvrement de DTDTPA:Gd qui fait écran aux électrons produits par l'or. De plus, le moyen d'ancrage du recouvrement utilise des thiols qui peuvent s'avérer être des capteurs de radicaux. De plus, contrairement a ce qui était escompté, un effet chimiothérapeutique de ces nanoparticules a été observé in vitro et in vivo . Par contre, le mécanisme précis de cet effet est encore à être expliquer, mais on sait déjà que les nanoparticules d'or affectent les fonctions des macrophages ainsi que l'angiogenèse.

Les chercheurs savent depuis longtemps que la supraconductivité est engendrée par le couplage de paires d’électrons, appelées paires de Cooper. Par contre, l’origine de l’inter-action conduisant à l’attraction effective entre les électrons formant les paires demeure mal comprise pour certains matériaux découverts durant les trente dernières années. Dans ce mémoire, la supraconductivité a été induite dans des cuprates dopés aux électrons faisant partie de la famille des infinite-layers (IL), ayant la forme Sr[indice inférieur 1−x]Nd[indice inférieur x]CuO[indice inférieur 2]. Les IL ne peuvent être déposés en couches minces par la technique d’ablation laser que depuis très récemment. L’étude systématique de ces composés reste donc entièrement à accomplir. Les IL ont également une structure cristalline extrêmement simplifiée qui facilite l’interprétation des phénomènes physiques mesurés en laboratoire. L’étude des IL est un véritable tour de force. Plusieurs groupes de recherche dans le monde tentent de les synthétiser en couches minces avec beaucoup de difficulté. Ces matériaux sont métastables et d’une sensibilité déconcertante. Obtenir des couches minces exemptes de phases parasites est un travail de longue haleine. Ce défi a non-seulement été relevé, mais il a été possible de réaliser de la microfabrication sur les couches minces crues, rendant toute caractérisation des propriétés de transport beaucoup plus précise. L’ablation laser pulsée est la technique qui a été utilisée pour faire la croissance des couches minces étudiées. La diffraction des rayons-X a permis l’identification des phases de la structure cristalline, mais surtout l’étude des propriétés structurales des couches minces déposées. Une analyse des paramètres en plan (a) et hors plan (c) de la cellule unité de ces couches minces en fonction des conditions de croissance s’est avérée essentielle. Il a été remarqué que le paramètre hors plan joue un rôle limitant dans l’émergence de la supraconductivité. Des mesures de résistivité à très basses températures et sous champs magnétiques intenses ont permis d’établir un lien entre l’apparition de la supraconductivité et la grandeur du paramètre hors plan de la structure cristalline. Une transition complète ne semble être possible que lorsque le paramètre hors plan se trouve sous une grandeur critique, c = 3,41[A rond majuscule]. Des mesures d’effet Hall en fonction de la température sur des échantillons ayant différentes valeurs du paramètre hors plan ont permis de déterminer l’évolution des porteurs de charges présents en fonction de c. Les échantillons supraconducteurs suggèrent que la présence de trous comme porteurs de charge est essentielle à l’émergence de la supraconductivité. Leur présence semble diminuer rapidement à partir d’un paramètre hors plan plus grand que 3,41[A rond majuscule]. Il est possible d’établir un lien fondamental entre le comportement de la densité observé et celui d’une autre famille de supraconducteurs, les dopés aux électrons ayant une structure T’.

Il y a presque trente ans, un des problèmes les plus difficiles de la physique moderne voyait le jour: la supraconductivité à haute température critique dans les cuprates. Depuis, l'hypothèse nommée modèle Hubbard est rapidement devenu un des candidats les plus prometteurs à en détenir la solution. Dans ce contexte, ce mémoire présente des travaux de calculs numériques sur les phases de la matière prédites par le modèle de Hubbard. Le projet poursuit notamment deux objectifs. En premier lieu, on considère un couplage interplan dans le modèle, ce qui le rend plus réaliste que sa version 2D habituelle. Et en deuxième lieu, on laisse les phases antiferromagnétique et supraconductrice coexister avec en plus une autre phase supraconductrice de type pi-triplet. Plus de détails sur le contexte et ces deux objectifs sont présentés au chapitre 1 et le modèle de Hubbard est détaillé au chapitre 2. Pour obtenir des solutions numériques au modèle, les méthodes utilisées sont la théorie de champ moyen dynamique sur amas (CDMFT) et l'approximation de l'amas variationnel (VCA). Ces méthodes ainsi que le formalisme nécessaire pour les aborder sont présentés au chapitre trois. Notons qu'on utilise ces méthodes pour amas avec des méthodes de diagonalisation exacte qui ne feront pas partie de la discussion. Enfin, le dernier chapitre présente tous les résultats obtenus avec ce projet, qui mènent à deux conclusions principales. Premièrement, le couplage tridimensionnel tel qu'ajouté n'a pas fait ressortir de tendance nette dans les résultats. Cela indique une de deux choses: soit les effets interplans sont négligeables dans le modèle de Hubbard, soit il faudra les inclure d'une façon plus complète dans le futur. Deuxièmement, on observe que la phase pi-triplet apparaît lorsqu'il y a coexistence entre l'antiferromagnétisme et la supraconductivité dans le modèle mais que ces deux dernières phases se nuisent fortement l'une à l'autre, confirmant qu'il y a compétition de phases.

ATLAS est un détecteur de particules installé auprès du collisionneur de protons le LHC fonctionnant depuis 2010 avec une énergie dans le centre de masse de 7TeV. L'analyse de ses premières données in situ : les muons cosmiques en 2008, puis les données faisceau du LHC de 2009 ont permis de montrer que le calorimètre électromagnétique est opérationnel et performant sur l'ensemble de sa couverture. une étude visant à évaluer la matière en son amont a montré que les informations issues des électrons permettent une cartographie de la matière du trajectographe interne jusqu'à l'entrée du calorimètre. En 2009 et 2010, l'analyse des collisions à 900GeV et 7TeV a permis de vérifier l'accord entre données et simulation des variables utilisées pour l'identification des électrons. Enfin, la recherche du boson de jauge lourd chargé W' en électron et neutrino reste possible avec une définition exclusivement carlorimétrique de l'energie transverse manquante, plus robuste pour la nouvelle physique / ATLAS is a particule detector based at the Large Collider which has been delivering collisions with an energy in the cenre of masss of 7TeV from the start of 2010. The analysis of the first in situ data, cosmic muons in 2008 and LHC beam data in 2009, showed the electromagnetic calorimeter was operational and efficient on its whole coverage. In order to evaluate the amount of material upstream the calorimeter, a method was developed showing the information from the electron allows mapping the material from the inner tracker to the calorimeter entrance. In 2009 and 2010, the analysis of Vs=900GeV and Vs=7TeV collision data allowed to check the data-simulation agreement for electron identification variables. Finally, the search of a charged heavy gauge boson W' decaying in an electron and a neutrino remains possible using a calorimetric only definition of missing transverse energy.