Laser thermal ablation (LTA) is an in situ ablative technique that induces heat destruction of liver tumours. Despite increasing clinical use of LTA, reports of long-term outcomes and limitation of treatment in specific cohorts of patients with liver tumours are lacking. In addition, the mechanisms of action of therapy have not been fully elucidated. This study highlights the long-term clinical results and limitations of LTA in the treatment of a cohort of patients with unresectable colorectal liver metastases and examines the mechanisms of action of thermal ablative injury in a murine model.

La technique de la double impulsion laser a été développée pour améliorer les performances analytiques de l'Ablation Laser couplée à la Spectrométrie d'Emission Optique (AL/SEO). Cette approche repose sur l'ajout d'une deuxième impulsion laser résolue temporellement au système AL/SEO classique. Elle a été étudiée sur des alliages d'aluminium selon différentes géométries des deux faisceaux laser (géométrie orthogonale et géométrie colinéaire) avant d'être appliquée sur différents matériaux (verre synthétique, roche, acier, chlorure de sodium). Le gain d'intensité mesuré en double impulsion dépend des paramètres temporels, du niveau d'énergie de départ de la raie d'émission, de la concentration de l'élément étudié et de la matrice analysée. La technique de la double impulsion laser en AL/SEO peut s'avérer particulièrement intéressante afin d'améliorer la sensibilité analytique vis-à-vis de matrices vitreuses contenant des éléments émettant des raies à partir de hauts niveaux d'énergie de départ.

Le développement actuel de la technologie induit une constante nécessité d'obtenir des tailles de plus en plus petites pouvant descendre jusqu'à des dimensions micrométriques et sub -micrométriques. L'ablation laser, qui a le grand avantage d'un enlèvement de matière très précis, est un candidat prometteur. Dans cette thèse on démontre la faisabilité de tirer avantage des impulsions laser femtosecondes avec la matière pour la micro et nano structuration, et ceci en ayant développé une machine compacte de grande précision et flexibilité. Une approche théorique comparant les régimes d'interaction à haute et basse cadence est présentée. Des investigations de l'efficacité du temps de procédé aussi bien que l'effet de la cadence pendant l'ablation de métaux ont été effectuées. Le potentiel de l'outil multifonctionnel couplé avec un oscillateur laser femtoseconde à haute cadence est montré pour différentes applications en biotechnologie. Les résultats sur la cartographie d'une large zone aussi bien que la nano découpe de précision de tissus biologiques et de matériaux variés sont présentés. Cet outil polyvalent couvre de larges domaines de recherche de la nano découpe d'échantillons biologiques aussi bien que la nanostructuration de différents types de matériaux. C'est d'un grand intérêt pour de nombreuses applications en science des matériaux, nanobiotechnologie et nanomédecine

Lors de la rentrée atmosphérique, la protection thermique d'un véhicule spatial est soumise à un plasma d'air. Le transfert de l'énergie cinétique de l'oxygène atomique à la surface conduit à une importante élévation de température. L'énergie libérée lors de la recombinaison de l'oxygène atomique provoque une élévation de température supplémentaire. Cet excès de température endommage la protection thermique. Cette étude a pour objectif de comprendre les transferts de matière (coefficient de recombinaison γ) et de chaleur (coefficient d'accommodation β) mis en jeu lors de cette rentrée atmosphérique. Ces phénomènes sont quantifiables par la mesure de la catalycité. Ces mesures seront réalisées sur des oxydes semi-conducteurs de type n jusqu'à 1100 K, avec pour objectif de réduire la recombinaison de l'oxygène atomique. Cette dernière conduit à l'oxydation de la surface et à un vieillissement accéléré de la surface. En effet grâce à l'utilisation de l'oxygène isotopique couplée à la spectrométrie de masse, les phénomènes d'oxydation (active et passive), d'ablation et de diffusion de l'oxygène à cœur ont été identifiés. A l'aide d'analyses SIMS, une cinétique de diffusion de l'oxygène sera établie dans ce genre de couche afin de tester leur effet barrière. Un nouveau genre de dépôt (UHTCs) possédant des propriétés de résistance à l'oxydation et de barrière de diffusion, sera également soumis à différents traitements thermiques (jusqu'à 1500 K). Enfin cette étude sera complétée par des simulations de recombinaison de l'oxygène atomique à l'aide du code de calcul Chemkin®.

<p>This thesis concerns the fate of the meteoric smoke in the Middle Atmosphere, and its effect on ice phenomena such as noctilucent clouds (NLC) and polar stratospheric clouds (PSC). </p><p>The potential role of NLC as tracer for mesospheric processes and variability, and as a tool for monitoring this remote and inaccessible region, has generated substantial interest within the scientific community. The nucleation of ice in such a dry environment is not trivial. Supersaturation is considered too low for homogeneous nucleation. Hence, pre-existing condensation nuclei are deemed necessary, with smoke particles having long been considered the most likely candidate. Here we show that the atmospheric circulation transports meteoric smoke particles away from the polar region before they coagulate large enough to efficiently act as ice condensation nuclei. We also show that the charging of meteoric smoke, in combination with deviations from the mean thermal state, may solve this dilemma by significantly altering the ice nucleation properties of smoke. Thus, while it is highly questionable whether neutral smoke can provide sufficient amounts of condensation nuclei for ice formation at the polar summer mesopause, charged meteoric smoke proves to be a promising candidate to explain mesospheric ice phenomena as we observe them.</p><p> We further show that the bulk of the meteoric material is transported to the Arctic winter stratosphere, yielding significantly higher concentrations of meteoric smoke in the region of PSC nucleation than has previously been believed. Our new predictions of meteoric smoke in this region may thus shed new light on open questions relating to PSC nucleation.</p>

La composition élémentaire des coquilles de bivalves pourrait, selon la communauté scientifique internationale, être modulée par les variations spatiales ou temporelles du milieu ambiant tel la température, la salinité, la productivité primaire.... Toutefois, un ensemble de travaux ont mis en évidence que la présence des éléments mineurs et en traces dans les coquilles sont souvent spécifiques aux espèces considérées ou dépendent de plusieurs paramètres environnementaux. En conséquence, des recherches supplémentaires s'avèrent nécessaires afin de mieux comprendre la modalité d'incorporation de ces potentiels traceurs dans la matrice carbonatée. L'objectif de ce travail de thèse était de développer des méthodologies analytiques sur un spectromètre de masse haute-résolution couplée à une source plasma (HR-ICP-MS Element 2 de Finigan) pour déterminer quantitativement un nombre important d'éléments en traces dans des matrices de carbonate de calcium (CaCO3). Deux méthodes (le couplage LA-ICP-MS et l'analyse en mode liquide) ont été développées afin de placer sur une échelle calendaire (± 3 jours) les variations ontogéniques des teneurs élémentaires dans les valves de P. maximus. Les résultats d'analyses obtenus sur une même valve gauche par les deux méthodes, montrent que les profils élémentaires demeurent reproductibles quels que soient les concentrations rencontrées et le transect choisi sur la valve. Les teneurs élémentaires dans les valves de P. maximus mesurées sur l'ICP-MS Element 2 sont en accord avec les valeurs obtenues précédemment sur la même population et la même année de croissance lorsque l'on se réfère aux résultats pionniers acquis par le laboratoire de Pau (LA-ICP-MS quadripolaire) L'analyse en mode liquide de trois transects de croissance d'une même valve démontre que la distribution élémentaire est homogène dans la matrice carbonatée de la coquille Saint-Jacques. Les résultats d'analyses de deux éléments en traces (Mo et Li) dans les valves de P. maximus ont été détaillés. Les variations de la concentration valvaire en molybdène sont reproductibles entre plusieurs individus issus d'une même population pendant différentes années et lorsque différents écosystèmes côtiers bretons sont étudiés (Rade de Brest, baie de Saint-Brieuc et Belle-Ile en mer). Chaque profil varie à un niveau voisin des limites de détection de l'appareil de mesure, mais est ponctué par un voire deux enrichissements épisodiques printaniers (mai). Parmi toutes les hypothèses discutées pour expliquer ces événements (pics en Mo), l'ingestion de cellules phytoplanctoniques ayant utilisées les nitrates comme source d'azote apparait la plus vraisemblable (ces cellules présenteraient une concentration forte en Mo suite au rôle de Mo lors de l'activité enzymatique de la nitrate réductase) La faible variabilité inter-individuelle des concentrations valvaires en Li d'une même population suggère l'influence d'un paramètre environnemental ou physiologique pour expliquer l'incorporation du lithium au sein des valves. Toutefois, les variations ontogéniques de la teneur coquillière en lithium chez P. maximus diffèrent selon l'année étudiée. Certaines populations de P. maximus présentent de brusques augmentations transitoires de la teneur en Li pendant leur période de croissance. Notre étude n'a pas pu mettre en évidence un lien généralisable entre ces pics en Li et un paramètre environnemental. Cependant, ces enrichissements en Li semblent apparaître quelques jours après des floraisons phytoplanctoniques de diatomées. En outre, nous constatons que le bruit de fond de la teneur en Li serait majoritairement lié à la vitesse de croissance de l'animal.

<p>Radio-frequency (RF) lesioning is a method utilising high frequency currents for thermal coagulation of pathological tissue or signal pathways. The current is delivered from an electrode with a temperature sensor, permitting control of the current at a desired target temperature. In the brain RF-lesioning can e.g. be used for severe chronic pain and movement disorders such as Parkinson’s disease. This thesis focuses on modelling and simulation with the aim of gaining better understanding and predictability of the lesioning process in deep brain structures. The finite element method (FEM) together with experimental comparisons was used to study the effects of electrode dimensions, electrode target temperature, electric and thermal conductivity of the brain tissue, blood perfusion and cerebrospinal fluid (CSF) filled cysts. Equations for steady current, thermal transport and incompressible flow were used together with statistical factorial design and regression analysis for this purpose.</p><p>Increased target temperature, electrode tip length and electrode diameter increased the simulated lesion size, which is in accordance with experimental results. The influence of blood perfusion, modelled as an increase in thermal conductivity in non-coagulated tissue, gave smaller simulated lesions with increasing blood perfusion as heat was more efficiently conducted from the rim of the lesion. If no consideration was taken to the coagulation the lesion became larger with increased thermal conductivity instead, as the increase in conducted heat was compensated for through an increased power output in order to maintain the target temperature. Simulated lesions corresponded well to experimental in-vivo lesions.</p><p>The electric conductivity in a homogeneous surrounding had little impact on lesion development. However this was not valid for a heterogeneous surrounding. CSF-filled cysts have a much higher electric conductivity than brain tissue focussing the current to them if the electrode tip is in contact with both. Heating of CSF can also cause considerable convective flow and as a result a very efficient heat transfer. This affected simulated as well as experimental lesion sizes and shapes resulting in both very large lesions if sufficient power compared to the cysts size was supplied and very small lesions if the power was low, mitigating the heat over a large volume.</p><p>In conclusion especially blood perfusion and CSF can greatly affect the lesioning process and appear to be important to consider when planning surgical procedures. Hopefully this thesis will help improve knowledge about and predictability of clinical lesioning.</p>

La recherche constante de l'amélioration des modélisations complexes multi-physiques est aujourd'hui un enjeu primordial et être capable de proposer de telles approches devient une nécessité à la fois dans un besoin d'analyse fine et d'amélioration des performances des systèmes ainsi étudiés. Par exemple, proposer des systèmes balistiques de nouvelle génération nous force à maîtriser à la fois l'aérodynamique externe et ses transferts thermiques associés tout en y intégrant la dynamique du vol et les possibles modifications de la géométrie liés aux agressions thermiques. S'attaquer à un tel système couplé constitue la motivation première de ce travail. Cependant, résoudre des systèmes si fortement couplés impose de proposer une véritable stratégie dans la modélisation retenue. La technique des frontières immergées a été retenue et intégrée à un solveur compressible s'appuyant sur un générateur de maillage automatique structure en 2nTree. Avant même de s'attaquer aux mécanismes d'ablation, le travail s'est plus particulièrement focalisé sur la caractérisation d'écoulements externes autour de projectiles, académique dans un premier temps pour très vite converger vers des projectiles SOCBT et des munitions flèches volant à très grandes vitesses. La qualité des résultats obtenus et les excellentes corrélations avec les résultats de la littérature nous ont encouragé à poursuivre le développement par un couplage avec un modèle de dynamique du vol à 6° de liberté et la prise en compte de l'échauffement du projectile pour tenir compte des conditions en vol (notamment la stabilité du projectile). Les flux thermiques peuvent également engendrer des dégradations thermiques et le modèle proposé permet la prise en compte des phénomènes d'ablation. Bien que sa modélisation soit simpliste dans un premier temps, le modèle proposé a permis de décrire de manière assez facile un problème à frontière mobile comme l'est un mécanisme d'ablation. Les calculs ont soulignés le comportement intéressant du modèle numérique sur des cas académiques et sur des ailettes caractéristiques d'une munition flèche. Un calcul couplé mécanique des fluides/thermique du projectile/ ablation témoigne du fort potentiel du modèle ainsi proposé.

This thesis concerns the fate of the meteoric smoke in the Middle Atmosphere, and its effect on ice phenomena such as noctilucent clouds (NLC) and polar stratospheric clouds (PSC). The potential role of NLC as tracer for mesospheric processes and variability, and as a tool for monitoring this remote and inaccessible region, has generated substantial interest within the scientific community. The nucleation of ice in such a dry environment is not trivial. Supersaturation is considered too low for homogeneous nucleation. Hence, pre-existing condensation nuclei are deemed necessary, with smoke particles having long been considered the most likely candidate. Here we show that the atmospheric circulation transports meteoric smoke particles away from the polar region before they coagulate large enough to efficiently act as ice condensation nuclei. We also show that the charging of meteoric smoke, in combination with deviations from the mean thermal state, may solve this dilemma by significantly altering the ice nucleation properties of smoke. Thus, while it is highly questionable whether neutral smoke can provide sufficient amounts of condensation nuclei for ice formation at the polar summer mesopause, charged meteoric smoke proves to be a promising candidate to explain mesospheric ice phenomena as we observe them. We further show that the bulk of the meteoric material is transported to the Arctic winter stratosphere, yielding significantly higher concentrations of meteoric smoke in the region of PSC nucleation than has previously been believed. Our new predictions of meteoric smoke in this region may thus shed new light on open questions relating to PSC nucleation.

Le sujet de cette thèse est l'étude de nanofils de cobalt dans une matrice d'oxyde de cérium (CeO2) épitaxiée sur SrTiO3(001). L'auto-assemblage de nanofils a été mis en évidence lors de la croissance de couches minces de CeO2 fortement dopées au cobalt par ablation laser pulsée. Le caractère métallique du cobalt a été vérifié par des mesures d'absorption X au seuil K du cobalt réalisées au synchrotron. La formation de nanofils a été mise en évidence par des études de microscopie électronique en transmission en mode haute résolution et en mode d'énergie filtrée. Ces études combinées montrent la formation de fils métalliques de Co dans la matrice, orientés le long de la direction de croissance, de longueur limitée par l'épaisseur de la couche et de diamètre dans la gamme 3-7 nm. Ces nanofils constituent des systèmes modèles en nanomagnétisme. Deux assemblées de fils (diamètre 3 nm et 5 nm) ont été étudiées en détail. La structure interne des fils a été déterminée par microscopie électronique et le renversement de l'aimantation au moyen de mesures magnétiques statiques et dynamiques. L'anisotropie magnétique de ces systèmes a été sondée par résonance ferromagnétique. Ces mesures et leurs interprétations ont permis de mettre en évidence la localisation du renversement de l'aimantation dans les fils. Ce phénomène de localisation a été corrélé à la structure interne des fils, plus précisément à l'existence de grains hexagonaux au sein desquels l'anisotropie magnétocristalline est en compétition avec l'anisotropie de forme. L'ensemble de ces résultats a permis de corréler le comportement magnétique à la structure interne réelle de ces objets.