Le travail de cette thèse intitulée "Nanomatériaux luminescents pour des applications en diagnostic" consiste en la synthèse, la caractérisation et les applications en bioimagerie des nanomatériaux. Des nanoparticules de silicium ont été synthétisées et modifiées avec des groupements fonctionnels (amino, carboxylate, sucre et complexes de platine(II)) sur la surface et appliquées dans l'imagerie cellulaire avec des cellules HeLa. En outre, l'ensemble des nanoparticules de silicium modifiées avec des complexes de platine(II) présentent un effet d’émission d’agrégation induite (AIE) intéressant. Par ailleurs, une série de complexes d'iridium(III) ont été synthétisés permettant d’obtenir une émission allant du jaune au rouge. Ces complexes d'iridium(III) ont en outre été utilisés pour une application en électrochimiluminescence (ECL). L’ECL est un outil d'imagerie qui génère des émissions sans excitation lumineuse et qui attire de plus en plus l’attention dans les analyses biologiques. Des nanosytèmes de « carbon dots » et des nanoparticules de silicium modifiés avec des complexes métalliques ont également été étudiés pour des propriétés en ECL. / The work of this thesis titled “Luminescent Nanomaterials for diagnostic applications” is synthesis, characterization and bioimaging applications of nanomaterials. Silicon nanoparticles were synthesized and modified with different functional groups such as amino, carboxylate, sugar and platinum(II) complex on the surface, and applies for cellular imaging at HeLa. Moreover, the assembly platinum(II) complexes modified silicon nanoparticles exhibit an interesting aggregation induced emission (AIE) effect. In addition, a series of iridium(III) complexes were synthesized with tunable emission color from yellow to red. Those iridium(III) complexes were further used for electrochemiluminescence (ECL) application. ECL is an imaging tool that generate emission without light excitation and has gained more attention in many bioassays. Besides, nanosystem of metal complex modified carbon dots and silicon nanoparticles were also investigated the ECL properties.

Notre alimentation et notre santé sont à la base du métabolisme des différents substrats. La sélection des substrats énergétiques principalement utilisés, soit le glucose ou les acides gras (AG), est modulée entre autre par l'insuline, les niveaux de glycémie et la disponibilité des lipides circulants. Un excès d'apport d'AG aux organes est associé à une série de phénomènes physiopathologiques collectivement désignés par le terme"lipotoxicité". La lipotoxicité sous-tend le développement de la résistance à l'insuline et du diabète mellitus de type 2 (DMT2). Par ailleurs, il est à la base de dysfonctions organiques associées à cette pathologie, notamment la dysfonction du système cardiovasculaire et l'augmentation de la susceptibilité du myocarde diabétique au développement de l'insuffisance cardiaque. Une augmentation de l'apport myocardique d'AG pourrait être en cause dans la grande dépendance du coeur diabétique aux AG comme source pratiquement unique d'énergie. De plus, ceci pourrait mener à une diminution de l'utilisation du glucose au niveau cardiaque, augmentant la susceptibilité du myocarde diabétique aux dommages ischémiques. L'apport tissulaire des AG est un processus très complexe. D'une part, les AG circulant liés à l'albumine plasmatique (acides gras libres--AGL) sont immédiatement disponibles aux tissus par diffusion simple ou facilitée, donc dépendant directement de la concentration circulante et du flot sanguin à l'organe. Le tissu adipeux est le siège du stockage et de la libération des AGL dans la circulation sanguine et ainsi régule la disponibilité de ces substrats aux autres organes. L'autre source d'AG disponible aux tissus, la lipolyse intravasculaire des triglycérides (LIVTG), est régulée par l'activité de la lipoprotéine lipase (LpL). Cette enzyme est présente à la surface luminale de l'endothélium des capillaires des tissus et hydrolyse les TG des chylomicrons et des lipoprotéines de très basse densité (VLDL). Or, le rôle précis joué par la LIVTG dans la régulation de l'utilisation in vivo des substrats énergétiques cardiaques dans les différentes conditions physiologiques et pathologiques n'est pas bien connu. En particulier, la contribution de cette source à la lipotoxicité cardiaque observée dans les états de résistance à l'insuline doit être davantage investiguée. Le but de ce présent mémoire est de mieux connaître le rôle que joue la LIVTG sur la sélection des substrats énergétiques cardiaques en condition normale et dans le DMT2. Nous avons utilisé le rat, un modèle animal chez lequel nous avons pu établir un DMT2 à l'aide d'une diète riche en fructose et en gras et d'une faible dose de streptozotocine. Nous avons inhibé la LIVTG à l'aide de l'injection intraveineuse de Triton WR1339, un détergent non-ionique inhibiteur de la LpL. Nous avons eu recours à des méthodes isotopiques conventionnelles mais aussi à la tomographie par émission de positrons (microTEP) afin de quantifier l'impact de la LIVTG sur le captage myocardique des AGL et des AG dérivés des TG, le flot sanguin coronarien, le métabolisme glucidique (MMRG) et oxydatif total (MVO 2 ) au niveau cardiaque. Ce mémoire a pour rôle de suggérer que la disponibilité des AG via la LIVTG régule de façon complexe l'utilisation des substrats énergétiques myocardiques in vivo chez le rat. Par ailleurs, nous avons pu établir un excellent modèle de DMT2 chez le rat. La disponibilité de ce modèle pourra nous permettre dans un futur rapproché d'examiner le rôle potentiel de la LIVTG dans la régulation du métabolisme énergétique cardiaque dans le DMT2.

La majorité des cancers du sein surexpriment des récepteurs d'oestrogènes (RO) et/ou de progestérone. Connaître le statut en RO est primordial pour déterminer le meilleur traitement à offrir aux patientes. Ce statut est habituellement déterminé par biopsie, une technique invasive et limitée aux sites accessibles, en plus d'être sujette à l'hétérogénéité de l'expression des RO au sein d'une même lésion tumorale et entre les lésions (lésion primaire et métastases). L'imagerie des RO est une alternative non-invasive pour déterminer in vivo le statut en RO des tumeurs. Parmi les nombreux traceurs des RO radiomarqués développés durant les 3 dernières décennies, le 16[alpha]-[[indice supérieur 18]F]-fluoroestradiol (FES), un traceur pour la tomographie par émission de positrons (TEP), est celui ayant connu le plus de succès. Cependant, il est métabolisé rapidement in vivo, ce qui limite son accumulation optimale au niveau des tumeurs exprimant les RO (RO+). Parmi une série de nouveaux traceurs des RO, le 4-fluoro-11[bêta]-méthoxy-16[alpha]-[[indice supérieur 18]F]fluoroestradiol (4FMFES) a démontré des résultats précliniques prometteurs. Comparativement au FES, le 4FMFES à une très faible affinité pour la sex hormone-binding globulin (SHBG). Certains auteurs ont suggéré qu'une bonne affinité pour la SHBG est souhaitable en imagerie des RO chez l'humain. L'activité spécifique effective (ASE), ou la quantité de radioactivité par quantité de masse biologiquement active, est un paramètre important en imagerie des RO, un système saturable. Dans nos expériences de saturation in vivo chez la souris, un effet de masse fut observé au niveau de l'utérus et de tumeurs murines RO+ implantées à partir d'une masse équivalente d'estradiol d'environ 100 pmol. Nous avons développé une méthode simple et efficace pour mesurer de routine l'ASE des traceurs des RO, qui utilise la scintillation par proximité lors d'un essai compétitif de liaison sur des RO purifiés. Nous avons évalué la biodistribution et la dosimétrie du 4FMFES lors d'une étude de phase I chez dix femmes saines. Après avoir été injecté avec du 4FMFES, chaque participante a subi 4 acquisitions TEP rapides sériées, couplées à 2 acquisitions tomodensitométriques (TDM) à faible dose, durant 2 heures, sur une caméra TEP/TDM. Le logiciel OLINDA fut utilisé pour calculer les courbes temps-activité, les temps de résidence et la dosimétrie. L'activité sanguine et plasmatique fut mesurée par des prises de sang sériées.La sûreté du 4FMFES a été évaluée par le monitoring des signes vitaux et de certains paramètres sanguins et urinaires. Le 4FMFES fut bien toléré chez toutes les participantes. Le foie a démontré une captation intense, associée à une excrétion hépatobiliaire massive, et relativement peu d'excrétion urinaire. Les demi-vies de clairance de l'activité sanguine et plasmatique, entre 30-150 minutes post-injection, étaient d'environ 110 minutes.La captation utérine fut visualisée chez toutes les participantes et est demeurée relativement constante en fonction du temps. L'activité de bruit de fond était faible et décroissante en fonction du temps, résultant en un ratio utérus-sur-bruit croissant. L'organe critique fut la vésicule biliaire (0.80 « 0.51 mGy/MBq), suivie par le côlon proximal, l'intestin grêle et le foie. Pour une dose typique de 185 MBq, la dose effective (DE) fut calculée à 4.82 « 0.70 mSv. Le 4FMFES est considéré sécuritaire pour usage chez l'humain et sa DE demeure dans des limites acceptables. Le 4FMFES a démontré une captation utérine significative tant chez les participantes préménopausées que ménopausées, qui est probablement médiée par les RO, i.e. spécifique. Aussi, ces résultats suggèrent que la liaison à la SHBG n'est pas nécessaire pour imager les RO in vivo chez l'humain. Une comparaison directe entre le FES et le 4FMFES chez des patientes atteintes du cancer du sein sera nécessaire pour déterminer quel est le traceur optimal pour l'imagerie TEP des RO.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La Tomographie par Émission de Positon (TEP) combinée à l'imagerie scanner est intéressante pour la planification de traitement en radiothérapie. Elle réduit la variabilité inter et intra-observateur dans la définition du volume cible et permet de visualiser les hétérogénéités biologiques. Plusieurs algorithmes de segmentation ont été proposés mais aucun ne fait consensus. Pour valider ces algorithmes, les simulations de Monte-Carlo offrent la possibilité de maîtriser la vérité terrain et l'ensemble des paramètres d'acquisition.Nous avons proposé plusieurs méthodologies d'amélioration du réalisme des simulations. Des jeux de données présentant une variabilité anatomique, une hétérogénéité tumorale réaliste et intégrant les mouvements respiratoires ont ainsi été générés.Ces données ont été utilisées dans une première étude sur la segmentation du volume cible. Plusieurs algorithmes ont été comparés dans le cadre de la planification de traitement. L'utilisation de données simulées a permis de relier la précision de la segmentation à la qualité de la couverture de la vérité terrain. Nous avons aussi étudié l'impact de la respiration sur la précision de la segmentation.L'utilisation d'un algorithme de segmentation avancé permettant de définir un sous-volume plus actif pour la prescription d'une dose hétérogène a été proposée. Plusieurs scénarios de prescription ont été comparés en terme de probabilité de contrôle tumorale (TCP) calculée sur la TEP. La variabilité de la TCP liée aux paramètres d'acquisitions a été quantifiée. L'impact du contraste et de la taille du sous-volume fut étudié. Pour finir l'apport d'un ajout de compartiments à de telles prescriptions a été analysé. / There has been an increasing interest for the use Positron Emission Tomography (PET) combined with Computed Tomography for radiotherapy treatment planning. It improves target volume delineation by reducing inter and intra-observer variability and allows visualizing biological heterogeneities. Plethoras of segmentation algorithm have been proposed but there is a lack of consensus regarding which one to use. Monte Carlo simulations are interesting to validate these algorithms since they allow creating datasets with known ground-truth and for which all acquisition parameters are controlled.We proposed several methodologies for improving the realism of simulations. Several datasets incorporating patient specific variability in terms of anatomy and activity distributions, realistic tumor shape and activity modeling and integrating the respiratory motions were created.These data were used in a first study concerning target volume definition. Several algorithms were compared for radiotherapy treatment planning. The accuracy of segmentation was related to the quality of ground-truth volume coverage. We also studied the impact of respiratory motion on segmentation accuracy.We investigated the use of an advanced segmentation method able to define high uptake sub-volumes, for heterogeneous dose prescriptions. Several scenarios of prescriptions were compares in terms of Tumor Control Probability (TCP) computed on PET images. Variability of this TCP due to acquisition parameters was quantified. The impact of contrast and size of sub-volume was studied. Finally we studied the usefulness of the addition of compartments to such heterogeneous prescriptions.

La recherche sur les sources d'électrons modulées en temps connaît actuellement un vif intérêt, notamment dans le domaine des sciences fondamentales ou pour certaines applications exigeantes. C'est dans ce contexte que ce travail exploratoire sur l'émission de champ (EC) photo-assistée de nanofils de silicium s'inscrit. Nous explorons dans un premier temps les caractéristiques émissives de ces nanofils semi-conducteurs présentant un régime de saturation très prononcé, très sensible à la température et à la lumière, et encore jamais observé pour de telles structures à température ambiante. Le rôle important joué par la surface dans la saturation est prouvé par des traitements in-situ ayant des conséquences radicales sur les caractéristiques courant-tension de l'EC. Grâce à des cycles de passivation à l'hydrogène nous avons pu montrer le rôle des liaisons pendantes à l'interface matériau/oxyde dans la saturation et basculer de façon réversible entre un comportement quasi-métallique et semiconducteur. Nous étudions ensuite la réponse de ces émetteurs à une excitation optique modulée en temps. Leur réponse est attribuée à la photoconduction due à l'absorption directe : les effets thermiques peuvent être exclus à ces puissances laser. Nous avons alors mis en évidence la présence de deux constantes de temps associées à l'éclairement et la relaxation de l'échantillon. Le rôle des états pièges en surface prend là encore une part importante dans le temps de réponse de l'échantillon en limitant celui-ci à quelques dizaines de microsecondes seulement. Enfin nous avons mis en évidence un effet complètement nouveau en EC sous éclairage laser : une double résistance différentielle négative. Dans les dispositifs à semiconducteurs, cet effet est généralement associé à des oscillations de courant à haute fréquence et ouvre la perspective vers des sources EC compactes et auto-oscillantes à très hautes fréquences / There is currently a notable rise in research on time modulated electron sources for new fundamental science and for several demanding applications. Our exploratory work on photo-assisted field emission (FE) from silicon nanowires falls within this context. We first explore FE characteristics of these semiconducting nanowires, which are very sensitive to temperature and light and present a very pronounced current saturation regime, never observed before on such structures. The strong influence of surface states on the saturation regime is proven by in-situ treatments, which radically alter the FE current-voltage characteristics. H-passivation cycles reveal the role of dangling bonds at material/oxide interface in the saturation regime and allow to reversibly switch between a quasi-metal and semiconductor behavior. We then study the response of these emitters to a time modulated optical excitation. The response is attributed to direct absorption photoconduction after excluding thermal effects at these laser powers. The existence of two time constants associated with illumination and relaxation time is shown. The role of the surface state traps again plays an important part in the response time, limiting it to some tens of microseconds. Finally, a completely new effect in FE under laser illumination is identified : a double negative differential resistance. In semiconductor devices this effect is usually associated with high frequency current oscillations and thus opens perspectives toward compact and high frequency self-oscillating FE sources

L’objectif de ma thèse est de conduire et d’utiliser les observations de haute précision de gaz à effet de serre pour estimer les émissions de ces gaz à différentes échelles en France, du locale au régionale. Le réseau français de mesure de gaz à effet de serre, géré par l’équipe RAMCES, est constitué de trois observatoires équipés de systèmes de mesure par chromatographie en phase gazeuse. Ces chromatographes en phase gazeuse sont situés à Gif-sur-Yvette, Trainou (forêt d’Orléans) et au sommet du Puy-de-Dôme. Ils ont été optimisés pour la mesure continue et de haute précision des principaux gaz à effet de serre : CO2, CH4, N2O et SF6. Ayant installé le GC au Puy-de-Dôme au cours de l’année 2010, je présenterai et analyserai en détail la série temporelle obtenue depuis son installation. Les mesures de gaz à effet de serre et des traceurs associés m’ont permis d’utiliser une approche multigaz pour contraindre leurs émissions à différentes échelles. A une échelle départementale et régionale, j’ai utilisé le 222Rn comme traceur de masses d’air pour quantifier les flux surfaciques mensuels de N2O à Gif-sur-Yvette et Trainou. Les émissions annuelles de N2O estimées à Gif-sur-Yvette et Trainou sont respectivement de 0.34/0.51 et 0.52 g(N2O) m-2 a-1. Le cycle saisonnier des émissions de N2O a permis de mettre en évidence l’impact de l’agriculture sur les émissions lors de l’apport d’engrais azoté dans les sols. J’ai mis en évidence une corrélation entre les flux de N2O annuels et les précipitations annuelles à Gif-sur-Yvette. A une échelle locale, j’ai utilisé le CO2 et ses isotopes mesurés lors d’une campagne réalisée pendant l’hiver 2010 à Paris, pour estimer les flux de CO2 parisien. Les mesures de 14CO2 atmosphérique m’ont permis de montrer que les flux de CO2 parisien en hiver sont essentiellement anthropiques (77 %) avec une contribution significative des émissions biogéniques (23 %). L’analyse du 13CO2 à quant à lui mis en évidence que les 77 % d’émission de CO2 d’origine fossile sont dues à 70 % à l’utilisation de gaz naturel et 30 % à l’utilisation de pétrole. / The aim of my PhD is to use high precision measurements to evaluate greenhouse gas emissions at different scales in France, from local to regional. These measurements are made in the framework of the French greenhouse gases network operated by the RAMCES team. Three stations in France are equipped with gas chromatography measurement systems located at Gif-sur-Yvette, Trainou (Orléans forest) and on the summit of Puy-de-Dôme. They were optimized to measure continuously with high precision the main greenhouse gases: CO2 , CH4 , N2O and SF6. In July 2010, I have installed the gas chromatograph at Puy-de-Dôme and I present here the analysis of the past two years. I used an approach with measurements of greenhouse gases and related trace gases to constrain the emissions of greenhouse gases at different scales. At a regional scale, I used the 222Rn as an air mass tracer to quantify the monthly N2O fluxes at Gif-sur-Yvette and Trainou. Annual N2O emissions, derived from the atmospheric approach at Gif-sur-Yvette and Trainou are 0.34/0.51 and 0.52 g(N2O) m−2 a−1 , respectively. I found a clear seasonal cycle of N2O emissions with larger values in spring and summer, demonstrating the large contribution of agricultural emissions from fertilized soils. A correlation between annual N2O fluxes and annual precipitations was observed at Gif-sur-Yvette. At a local scale, I used carbon isotopes to estimate the fossil fuel CO2 contribution. Measurements were performed during a campaign in winter 2010 in Paris. Atmospheric 14 CO2 measurements showed that 77 % of total CO2 emissions are anthropogenic with a significant contribution of biospheric fluxes (23 %). Additionally, 13CO2 analysis showed that natural gas and fuel combustion amounted to 70 % and 30 %, respectively, of fossil fuel emissions.

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Les solitons de cavité (SC) sont des structures spatiales localisées que l'on peut générer dans une cavité optique non-linéaire. Ces structures se présentent sous la forme de pics lumineux de sur-intensité, "posées" sur un fond de lumière homogène. Depuis leur découverte, de nombreuses démonstrations de principe ont été réalisées, mettant en évidence leurs utilisations pour le traitement tout optique de l'information. Néanmoins, l'implémentation de dispositifs capables de générer des solitons de cavité dans le réseau télécom reste à l'heure actuelle improbable. Une simplification mais surtout une miniaturisation, qui passe par l'invention de nouveaux dispositifs, est un objectif majeur de la recherche sur les SC. L'objectif de cette thèse est de montrer qu'un système simple, miniaturisable, appelé Laser à solitons de cavité, permet d'obtenir ce type de structures spatiales localisées. Ce dispositif est obtenu en couplant mutuellement deux lasers de large section transverse. L'un des lasers joue le rôle d'un amplificateur alors que le second sert d'absorbant saturable fournissant le mécanisme de bistabilité. Les structures spatiales localisées obtenues sont indépendamment contrôlables à l'aide d'un faisceau dit d'écriture. La différence fondamentale entre les SCs obtenus avec un laser à SC et les SCs obtenus auparavant est due à la symétrie de phase du système laser. Cette symétrie de phase nous permet de générer des structures composites dont la phase entre les différents constituants n'est pas identique. Nous avons également observé des structures localisées circulaires possédant un défaut de phase en leur centre. Bien que prédit théoriquement, ce type de structure, appelé vortex optique localisé, n'avait jusqu'alors jamais été observé expérimentalement.

Cette thèse est consacre à l'étude de la poussière et du gaz dans les quasars (QSO) grand décalage spectral à l'aide d'observations (sub)millimétrique et radio.<br /><br />Les relevés dans le continuum infrarouge et radio de QSO optiquement lumineux et radio faibles 1.96. La relation entre l'émission infrarouge et radio des galaxies locales est vérifiée pour les QSO grand z, indiquant que le chauffage dominant provient des étoiles massives nouvellement formées. Ces études ont mis en évidence une relation entre les activités du trou noir et de la formation stellaire. Les taux de formation stellaire très élevés (~1000Mo/yr) indiquent d'intenses flambées stellaires nécessitant dimportants réservoirs de gaz moléculaire.<br /><br />La détection de CO dans J1409+5628 z=2.56 est décrit en détail et une étude globale du gaz moléculaire des sources grand z est présentée. Dans quelques cas, la détection de plusieurs transitions de CO permet de contraindre les conditions physiques indiquant des températures de 60-100K, et des densités de 10^(3-4) cm-3, comparables M82 ou Arp220. Enfin, la détection de CI et de HCN est rapporte pour deux QSO grand z.<br /><br />Ces travaux ont permis de contraindre les conditions physiques dans les galaxies hôtes de QSO à grand z, parmi les objets les plus massifs formés dans l'Univers. Ces programmes exploratoires, qui ouvrent la voie l'étude du milieu interstellaire dans l'environnement extrème des premières galaxies, connaîtront leur plein essor avec la mise en opération du satellite Herschel et des interféromètres eVLA et ALMA.