Enraciné dans l'histoire, le bois est aussi un matériau d'avenir. Sa résistance et ses propriétés mécaniques remarquables par rapport à sa densité en font un matériau très intéressant pour la construction. D'autre part son utilisation permet de réduire l'empreinte environnementale des bâtiments. Cependant, pour certaines applications d'apparence, sa dureté constitue un frein à son utilisation dans les projets de construction non résidentiels. La densification du bois par imprégnation de monomères et leur polymérisation in-situ permet d'améliorer sa dureté. Parmi les systèmes, les monomères acrylates polymérisés par faisceaux d'électrons présentent de nombreux avantages comme la polymérisation instantanée en profondeur et à température ambiante. L'utilisation du procédé est malheureusement limitée compte tenu des coûts élevés de matières premières. Dans le cadre de ce projet, on souhaite développer un nouveau matériau en bois densifié en surface par imprégnation de monomères acrylates et leur polymérisation in-situ par faisceaux d'électrons. Dans un premier temps une méthode d'analyse de la dureté du bois densifié en fonction de la composition du matériau est proposée et permet de comparer les performances de différents mélanges de monomères. Par la suite, un nouveau matériau densifié en surface par imprégnation unilatérale a été développé et a montré une amélioration significative de la dureté du bouleau jaune (Betula alleghaniensis, Britt.), de l'érable à sucre (Acer saccharum, Marsh.) et du chêne rouge (Quercus rubra, L.) grâce à un profil de densité asymétrique. La faisabilité du procédé pour la fabrication de couvre-planchers d'ingénierie préfinis densifiés en surface a été démontrée. Le procédé a permis d'améliorer non seulement la dureté, mais aussi l'adhérence du revêtement photopolymérisable. Finalement, l'effet des faisceaux d'électrons et de la dose sur le bois, le polymère in-situ et le bois densifié en surface a été étudié et a permis de déterminer la dose optimale pour augmenter la dureté sans endommager le bois. Le développement d'un tel procédé et la démonstration de ses performances dans le cadre de son utilisation en couvre-planchers d'ingénierie constitue la nouveauté de ce travail et une innovation majeure dans le domaine. / Invented billion years ago by nature, wood is still a revolutionary material. Its mechanical properties and remarkable resistance compared to its density make it a very interesting material as a building component and its use may reduce the environmental footprint of buildings. However, its hardness remains an obstacle to its use in non-residential construction projects for certain appearance applications. Processes such as densification through impregnation of monomers and their in-situ polymerization increases its density and hardness. Electron beam cured acrylates have many advantages as densification system, such as instantaneous curing deep inside the wood and at room temperature. However, the use of this process is limited given the high costs of raw materials due to impregnation. The aim of this project is to develop a new wood material densified by impregnation of acrylate monomers and their in-situ polymerization through electron beam irradiation. First, a statistical approach to analyze hardness of densified wood as a function of the material's composition is proposed and allows to compare the performance of different mixtures of monomers. Subsequently, a new surface densified material prepared by unilateral impregnation was developed and showed significant hardness improvements for yellow birch (Betula alleghaniensis, Britt.), sugar maple (Acer saccharum, Marsh.) and red oak (Quercus rubra, L.). The feasibility and efficiency of the process to improve hardness of prefinished engineered wood flooring has been demonstrated and also showed increased adhesion strength of UV-cured coating. Finally, the effect of electron beam on wood, in-situ polymer and surface densified wood allowed to establish the optimal dose to increase the hardness without damaging the wood. The development of such a process and the demonstration of its performances in the context of its use for engineered wood flooring constitutes the novelty of this work and is a major innovation in the field.

En radiothérapie, la tomodensitométrie (CT) fournit l’information anatomique du patient utile au calcul de dose durant la planification de traitement. Afin de considérer la composition hétérogène des tissus, des techniques de calcul telles que la méthode Monte Carlo sont nécessaires pour calculer la dose de manière exacte. L’importation des images CT dans un tel calcul exige que chaque voxel exprimé en unité Hounsfield (HU) soit converti en une valeur physique telle que la densité électronique (ED). Cette conversion est habituellement effectuée à l’aide d’une courbe d’étalonnage HU-ED. Une anomalie ou artefact qui apparaît dans une image CT avant l’étalonnage est susceptible d’assigner un mauvais tissu à un voxel. Ces erreurs peuvent causer une perte cruciale de fiabilité du calcul de dose. Ce travail vise à attribuer une valeur exacte aux voxels d’images CT afin d’assurer la fiabilité des calculs de dose durant la planification de traitement en radiothérapie. Pour y parvenir, une étude est réalisée sur les artefacts qui sont reproduits par simulation Monte Carlo. Pour réduire le temps de calcul, les simulations sont parallélisées et transposées sur un superordinateur. Une étude de sensibilité des nombres HU en présence d’artefacts est ensuite réalisée par une analyse statistique des histogrammes. À l’origine de nombreux artefacts, le durcissement de faisceau est étudié davantage. Une revue sur l’état de l’art en matière de correction du durcissement de faisceau est présentée suivi d’une démonstration explicite d’une correction empirique. / Computed tomography (CT) is widely used in radiotherapy to acquire patient-specific data for an accurate dose calculation in radiotherapy treatment planning. To consider the composition of heterogeneous tissues, calculation techniques such as Monte Carlo method are needed to compute an exact dose distribution. To use CT images with dose calculation algorithms, all voxel values, expressed in Hounsfield unit (HU), must be converted into relevant physical parameters such as the electron density (ED). This conversion is typically accomplished by means of a HU-ED calibration curve. Any discrepancy (or artifact) that appears in the reconstructed CT image prior to calibration is susceptible to yield wrongly-assigned tissues. Such tissue misassignment may crucially decrease the reliability of dose calculation. The aim of this work is to assign exact physical values to CT image voxels to insure the reliability of dose calculation in radiotherapy treatment planning. To achieve this, origins of CT artifacts are first studied using Monte Carlo simulations. Such simulations require a lot of computational time and were parallelized to run efficiently on a supercomputer. An sensitivity study on HU uncertainties due to CT artifacts is then performed using statistical analysis of the image histograms. Beam hardening effect appears to be the origin of several artifacts and is specifically addressed. Finally, a review on the state of the art in beam hardening correction is presented and an empirical correction is exposed in detail.

En radiothérapie, la tomodensitométrie (CT) fournit l’information anatomique du patient utile au calcul de dose durant la planification de traitement. Afin de considérer la composition hétérogène des tissus, des techniques de calcul telles que la méthode Monte Carlo sont nécessaires pour calculer la dose de manière exacte. L’importation des images CT dans un tel calcul exige que chaque voxel exprimé en unité Hounsfield (HU) soit converti en une valeur physique telle que la densité électronique (ED). Cette conversion est habituellement effectuée à l’aide d’une courbe d’étalonnage HU-ED. Une anomalie ou artefact qui apparaît dans une image CT avant l’étalonnage est susceptible d’assigner un mauvais tissu à un voxel. Ces erreurs peuvent causer une perte cruciale de fiabilité du calcul de dose. Ce travail vise à attribuer une valeur exacte aux voxels d’images CT afin d’assurer la fiabilité des calculs de dose durant la planification de traitement en radiothérapie. Pour y parvenir, une étude est réalisée sur les artefacts qui sont reproduits par simulation Monte Carlo. Pour réduire le temps de calcul, les simulations sont parallélisées et transposées sur un superordinateur. Une étude de sensibilité des nombres HU en présence d’artefacts est ensuite réalisée par une analyse statistique des histogrammes. À l’origine de nombreux artefacts, le durcissement de faisceau est étudié davantage. Une revue sur l’état de l’art en matière de correction du durcissement de faisceau est présentée suivi d’une démonstration explicite d’une correction empirique. / Computed tomography (CT) is widely used in radiotherapy to acquire patient-specific data for an accurate dose calculation in radiotherapy treatment planning. To consider the composition of heterogeneous tissues, calculation techniques such as Monte Carlo method are needed to compute an exact dose distribution. To use CT images with dose calculation algorithms, all voxel values, expressed in Hounsfield unit (HU), must be converted into relevant physical parameters such as the electron density (ED). This conversion is typically accomplished by means of a HU-ED calibration curve. Any discrepancy (or artifact) that appears in the reconstructed CT image prior to calibration is susceptible to yield wrongly-assigned tissues. Such tissue misassignment may crucially decrease the reliability of dose calculation. The aim of this work is to assign exact physical values to CT image voxels to insure the reliability of dose calculation in radiotherapy treatment planning. To achieve this, origins of CT artifacts are first studied using Monte Carlo simulations. Such simulations require a lot of computational time and were parallelized to run efficiently on a supercomputer. An sensitivity study on HU uncertainties due to CT artifacts is then performed using statistical analysis of the image histograms. Beam hardening effect appears to be the origin of several artifacts and is specifically addressed. Finally, a review on the state of the art in beam hardening correction is presented and an empirical correction is exposed in detail.

Suite à l'allongement de la survie des patients atteints de la mucoviscidose (CF), des études ont montré la présence d'une perte osseuse chez les patients CF. Dans ce travail de thèse, une étude de l'évolution de la densité minérale osseuse chez des souris atteintes de mucoviscidose a été effectuée en utilisant un système de micro-tomodensitométrie X. Afin d'améliorer les précisions des mesure, deux méthodes de correction de deux phénomènes physiques ont été appliquées. La première méthode est une correction du durcissement de faisceau X et basée sur une segmentation de l'objet reconstruit après une première reconstruction et en utilisant des courbes d'atténuations précalculées. La deuxième méthode est une méthode de correction de la diffusion des rayons dans l'animal basée sur l'estimation des projections des diffusés en utilisant des noyaux de diffusion précalculées. Des améliorations au niveau de la qualité de l'image et les mesures de densité osseuses ont été obtenues. / Due to the increased survival of the patients with cystic fibrosis (CF), studies showed the presence of osteoporosis in CF patients. In this work, a follow-up study of the bone mineral density (BMD) formice with CF is done using a micro-CT system. In order to perform accurately the measurements, weapplied two correction methods aiming to reduce artifacts in CT images. The first correction method is abeam hardening correction technique based on a post-reconstruction procedure and usingpre-calculated linearization curves. The second correction method is a hybrid elimination approach of scatter radiations from acquisition projections and based on the use of pre-calculated scatter kernels,simulated analytically. Improvements have been shown concerning image quality (contrast, artifactsreduction) and BMD measurements.

Suite à l'allongement de la survie des patients atteints de la mucoviscidose (CF), des études ont montré la présence d'une perte osseuse chez les patients CF. Dans ce travail de thèse, une étude de l'évolution de la densité minérale osseuse chez des souris atteintes de mucoviscidose a été effectuée en utilisant un système de micro-tomodensitométrie X. Afin d'améliorer les précisions des mesure, deux méthodes de correction de deux phénomènes physiques ont été appliquées. La première méthode est une correction du durcissement de faisceau X et basée sur une segmentation de l'objet reconstruit après une première reconstruction et en utilisant des courbes d'atténuations précalculées. La deuxième méthode est une méthode de correction de la diffusion des rayons dans l'animal basée sur l'estimation des projections des diffusés en utilisant des noyaux de diffusion précalculées. Des améliorations au niveau de la qualité de l'image et les mesures de densité osseuses ont été obtenues.