Ce document présente la mesure de rendements isotopiques issus de la fission de l'U238 obtenus suite à l'expérience SOFIA réalisée au GSI à Darmstadt (août 2012). Cette expérience novatrice utilise la technique de la cinématique inverse relativiste, qui présente plusieurs avantages : les fragments de fissions sont focalisés vers l'avant dans un cône de faible ouverture angulaire (grande efficacité géométrique), et possèdent un état de charge nul ce qui facilite considérablement la mesure des rendements élémentaires. Le dispositif SOFIA se compose tout d'abord d'une cible active, dans laquelle a lieu la fission par excitation coulombienne et d'une chambre d'ionisation qui permet à la fois la mesure de la charge nucléaire et de l'angle horizontal des deux fragments en coïncidence. La mesure des masses est faite en déterminant le rayon de courbure des fragments, déviés par un puissant aimant (ALADIN), grâce à deux détecteurs de positions (MWPC), et par une mesure de temps de vol, qui nécessite une résolution extrême d'environ 40 ps FWHM pour que la séparation des isotopes lourds voisins soit acceptable. L'analyse des données montre que les objectifs initiaux ont étés remplis, puisque la séparation isotopique est atteinte sur toute la gamme des fragments de fission. Un effet pair-impair significatif est observé dans les rendements en charge, dont le spectre présente, comme attendu, une valeur moyenne pour la charge lourde très proche de Z = 54. L'effet pair-impair neutron présente, étonnamment, une amplitude et une forme très similaire à celle mesurée sur des fissions en neutrons thermiques. Le rapport pic/vallée des distributions en masses indiquent que l'énergie d'excitation est proche des 14 MeV attendus. Enfin, nos mesures sont très souvent comparées au code GEF qui donne des résultats toujours très proches des nôtres. / The isotopic fission yields of U 238 following the SOFIA experiment, conducted at the GSI facility (Darmstadt), are presented here. This experiment takes advantage of the inverse kinematics technique at relativistic energies. Benefits are several : fission fragments are highly focused (high geometrical efficiency) and are also completely stripped, which greatly simplifies their nuclear charge measurement. The first detector of the SOFIA setup is an active target in which fission occurs via electromagnetic excitation, followed by an ionization chamber to measure the nuclear charge and the horizontal angle of both fission fragments. The masses are deduced by the bending radius measurement of the fragments, deflected by a strong magnet (ALADIN), thanks to two position detectors (MWPC), and also by a highly resolved time-of-flight measurement (40 ps FWHM) so that heavy neighboring isotopes can be separated. The data analysis shows that the main goals are achieved since the isotopic separation is reached over the whole range of the fission fragments. A strong even-odd effect is seen in the charge spectrum, which also exhibits a mean heavy charge close to Z = 54. Surprisingly, the neutron even-odd effect of the light region is seen to be very close to the one in thermal neutron induced fission. The peak-to-valley ratio of the mass spectrum confirms that the mean excitation energy at fission is close to the expected one (14 MeV). The GEF code is used for comparison and always gives results very close to ours.

Dans ce travail, nous étudions la désexcitation des noyaux formés dans les réactions 78,82Kr+40Ca à 5,5 AMeV. Le détecteur INDRA est utilisé pour mesurer les particules légères, les résidus d'évaporation et les fragments de numéro atomique 3 ≤ Z ≥ 28.Pour les deux réactions, les caractéristiques des fragments sont compatibles avec un processus de fission. Des oscillations dans les sections efficaces des fragments légers (6 ≤ Z ≥ 11) signalent la persistance d'effets de structure. L'amplitude des oscillations ne dépend pas de manière significative du nombre de neutrons du système. Les coïncidences entre particules légères et fragments suggèrent que ces fragments légers sont excités à des énergies inférieures aux seuils d'émission. Pour le système pauvre en neutrons, la section efficace des résidus d'évaporation est légèrement plus élevée et la composante de fission est ~ 25% plus importante. Pour les deux réactions, le modèle de l'état transitoire décrit raisonnablement la distribution de charge autour de la symétrie, mais surestime fortement les sections efficaces des fragments légers et n'explique pas les oscillations associées. La forme de la distribution de charge et les effets pair-impair sont reproduits de manière satisfaisante dans le cadre du système dinucléaire qui associe principalement les fragments lourds à la quasi-fission alors que les fragments légers seraient majoritairement peuplés par fusion. Ces modèles n'expliquent pas les distributions d'énergie cinétique. Cela indiquerait la nécessité de mieux décrire les grandes déformations subies par le système lors de la phase de séparation.

Le spectre des neutrons prompts de fission (PFNS) est une donnée très importante pour diverses applications de la physique nucléaire. Cependant, en dehors du spectre de la fission spontanée du 252Cf, qui est reconnu comme un standard international et est utilisé pour la métrologie, le PFNS reste mal connu pour la plupart des noyaux fissionnants. En particulier, pour la fission rapide (induite par un neutron de plus de 100 keV environ), il existe peu de mesures, et les évaluations internationales présentent de fortes contradictions. De plus, il existe très peu de données sur les covariances associées aux diverses évaluations du spectre. Dans cette thèse, trois aspects de l'évaluation du PFNS sont abordés. Le premier aspect est la modélisation du spectre via le code FIFRELIN, développé au CEA Cadarache, qui simule la chaine de désexcitation des fragments de fission par émissions successives de neutrons et gammas prompts par la méthode de Monte-Carlo. Ce code a pour vocation de calculer les observables de fission dans un même calcul cohérent, à partir des distributions en masse, en énergie cinétique et en spin des fragments de fission. FIFRELIN a donc un caractère prédictif que n'ont pas les modèles analytiques utilisés pour décrire le PFNS. Une étude des paramètres de modèle influents, notamment le paramètre de densité de niveaux, est mené afin de tenter de mieux reproduire le spectre. Le deuxième aspect de la thèse concerne l'évaluation du PFNS et de sa matrice de covariance. On propose une méthodologie pour évaluer le spectre et sa matrice de covariance de manière rigoureuse, à travers l'outil CONRAD du CEA Cadarache. Ceci implique la modélisation du spectre à travers des modèles simples, notamment celui de Madland-Nix qui est le plus utilisé dans les évaluations, en ajustant les paramètres de ces modèles afin de reproduire les données expérimentales. La matrice de covariance provient de la propagation rigoureuse des sources d'incertitude qui interviennent dans le calcul. En particulier, les incertitudes systématiques liées au dispositif expérimental sont propagées par des techniques de marginalisation. La marginalisation permet de propager ces incertitudes sur le spectre calculé, en obtenant des incertitudes réalistes sans besoin d'être artificiellement rehaussées comme c'est souvent le cas dans le cadre d'ajustements bayésiens. La propagation de ces incertitudes expérimentales impacte aussi la matrice de corrélation du spectre calculé. On présente les résultats pour la fission induite par neutron thermique de l'235U et du 239Pu. Pour le modèle de Madland-Nix avec section inverse constante, l'énergie moyenne des neutrons prompts obtenue est de 1.979 MeV pour l'235U, et de 2.087 MeV pour le 239Pu. Le dernier aspect de la thèse est l'étude de l'impact du PFNS et de ses covariances sur le calcul du flux neutronique sur la cuve d'un réacteur. L'enjeu est de taille, car l'estimation de la fluence au niveau de la cuve d'un réacteur détermine l'intégrité de celle-ci, et donc la durée de vie du réacteur. On observe l'importance des termes de corrélations du spectre pour calculer notamment l'incertitude sur le flux intégré au-dessus de 1 MeV, de l'ordre de 6% (incertitude due seulement au spectre). / The prompt fission neutron spectrum (PFNS) is very important for various nuclear physics applications. Yet, except for the 252Cf spontaneous fission spectrum which is an international standard and is used for metrology purposes, the PFNS is still poorly known for most of the fissionning nuclides. In particular, few measurements exist for the fast fission spectrum (induced by a neutron whose energy exceeds about 100 keV), and the international evaluations show strong discrepancies. There are also very few data about covariances associated to the various PFNS evaluations. In this work we present three aspects of the PFNS evaluation. The first aspect is about the spectrum modeling with the FIFRELIN code, developed at CEA Cadarache, which simulates the fission fragment de-excitation by successive emissions of prompt neutrons and gammas, via the Monte-Carlo method. This code aims at calculating all fission observables in a single consistent calculation, starting from fission fragment distributions (mass, kinetic energy and spin). FIFRELIN is therefore more predictive than the analytical models used to describe the spectrum. A study of model parameters which impact the spectrum, like the fragment level density parameter, is presented in order to better reproduce the spectrum. The second aspect of this work is about the evaluation of the PFNS and its covariance matrix. We present a methodology to produce this evaluation in a rigorous way, with the CONRAD code, developed at CEA Cadarache. This implies modeling the spectrum through simple models, like the Madland-Nix model which is the most commonly used in the evaluations, by adjusting the model parameters to reproduce experimental data. The covariance matrix arises from the rigorous propagation of the sources of uncertainty involved in the calculation. In particular, the systematic uncertainties arising from the experimental set-up are propagated via a marginalization technique. The marginalization allows propagating these uncertainties on the calculated spectrum, and obtaining realistic uncertainties without having to artificially raise them, as it is sometimes necessary in Bayesian adjustments. The experimental uncertainty propagation also impacts the spectrum correlation matrix. We present the result for thermal neutron-induced fission of 235U and 239Pu. For the Madland-Nix model with constant inverse cross-section, the prompt neutron mean energy is 1.979 MeV for 235U and 2.087 MeV for 239Pu. The last aspect of this work is the calculation of the impact of the PFNS and its covariance matrix on a reactor vessel flux. This calculation is of major importance, since the vessel fluence estimation determines the vessel integrity, and therefore determines the reactor lifetime. We observe the importance of the PFNS correlation terms, to compute in particular the vessel flux uncertainty above 1 MeV, which is of the order of 6% (uncertainty only due to PFNS).

Les variations latérales d'exhumation de l'Himalaya sont peu documentées, notamment dans la partie est. Dans ce mémoire, l'évolution de la chaîne himalayenne est étudiée à partir de trois coupes réalisées dans le bassin d'avant-pays mio-pliocène où l'âge des sédiments a été déterminé par magnétostratigraphie. La contribution des différents domaines sources ainsi que leur exhumation ont été définies par des analyses géochimiques (εNd) et de thermochronologie détritique (apatite et zircon). Dans la partie orientale, nos observations suggèrent que les surrections concomitantes du plateau du Shillong et du prisme Indo-Birman ont repoussé le Brahmapoutre vers 7 Ma le long du front de la chaîne himalayenne. Les résultats des analyses de thermochronologie détritique soulignent une dynamique et des vitesses d'exhumation (1,7 km/Ma) semblables à celles de la partie centrale de la chaîne, en dépit de précipitations plus intenses et malgré la présence du plateau du Shillong au sud qui pourrait avoir absorbé une partie du raccourcissement tectonique. En revanche, l'installation d'une exhumation contrastée semble légèrement plus tardive que dans la partie centrale et ouest de la chaîne. Enfin, ces travaux suggèrent qu'au niveau de la syntaxe orientale il a existé un temps de latence d'au moins 3 Ma avant l'installation d'une rétroaction tectonique-érosion dans le massif du Namche Barwa liée à l'installation d'un drainage transverse à la chaîne. Au sein même de la partie centrale de la chaîne des variations latérales d'exhumation ont été mises en évidence, notamment, la mise en place au Népal occidental d'une exhumation rapide, reconnue dès 13 Ma, alors que celle-ci semble plus tardive dans la partie orientale du Népal. L'étude de la coupe occidentale a montré que le réseau de drainage du paléo-Indus est stable dans le bassin d'avant-pays depuis le Miocène moyen. En revanche, la proportion de matériaux provenant de l'Himalaya augmente à partir du Pliocène et ceci de manière généralisée le long de la partie ouest de la chaîne, suggérant un changement drastique des conditions d'exhumation de la chaîne. L'exhumation de la chaîne himalayenne apparaît donc comme étant segmentée latéralement. La mise en place d'une exhumation contrastée et diachrone le long de la chaîne ne semble donc pas liée à d'éventuels changements climatiques qui auraient affecté la chaîne de manière globale. La dynamique d'exhumation du prisme himalayen observée actuellement semble donc liée à des hétérogénéités de la croûte indienne, qui contrôlerait la mise en place des structures profondes de la chaîne. / From west to east along the Himalayan range, exhumation rates are variable and remain poorly constrained for the most part, especially in the eastern part of the mountain belt. To better understand their variability and to determine the influence of climatic and tectonic control, this thesis investigates the evolution of the range thanks to samples collected from three sections located in the eastern, central and western parts of the Mio-Pliocene Himalayan foreland basin. In these sections, sediment depositional ages were determined using magnetostratigraphy. Sediment provenance and contribution of the main litho-tectonic source-rock units were identified using geochemical analyses (Nd), while exhumation rates were determined with detrital apatite and zircon thermochronology. In the eastern part of the Himalaya, our results from the Kameng section in Arunachal Pradesh suggest that the surface uplift of both the Shillong Plateau and the Indo-Burman range have pushed the Brahmaputra River to the north, in front of the Himalayan range at about 7 Ma. Miocene-Pliocene exhumation rates inferred from detrital thermochronology are on the order of 1.7 km/Myr for the fastest exhuming areas, which is close to the rates reported for the central part of the range. Therefore, the distribution of precipitation, as well as the Shillong Plateau uplift which may have modified the convergence rate between the Indian and Eurasian plates, seem to have minor influence on the exhumation of eastern Himalaya. However, the onset of contrasting exhumation seems to have begun somewhat earlier than in the western and central parts of the range. In addition, our results highlight a 3 Myr time-lag between the installation of the Brahmaputra as a trunk river in the eastern syntaxes, and the onset of a fast exhumation there. Within the central part of the Himalaya, our work along the Muksar section in eastern Nepal documents lateral variations in exhumation rates, as western Nepal has been exhuming rapidly since 13 Ma, whereas the onset of fast exhumation seems to have occured later in eastern Nepal. Our results from the Chinji section in Pakistan, in western Himalaya, suggest that the Indus drainage network in the foreland basin has been stable since the middle Miocene. However, the Himalayan source contribution has been increasing since the Pliocene all along the western part of the range, and this suggests that a drastic change in the exhumation dynamics of the range occurred at that time. The Himalayan exhumation seems to be divided into independent segments along the range. The lateral variability in exhumation rates and timing of changes in exhumation rates do not seem to be linked to climatic change, which should produce a global response of the range. The exhumation dynamics is more likely to be linked to the tectonics structuring the wedge, possibly controlled by the crustal heterogeneity within the Indian plate.

Cette thèse a essentiellement été motivée par la montée en puissance de la thématique des échauffements nucléaires en réacteurs. Elle avait pour objectif la mise en place de méthodes permettant la simulation de l'émission des gammas prompts de fission. Pour répondre à cette attente, différents algorithmes de désexcitation d'un noyau ont été implémentés. Ils ont été testés avec succès via plusieurs calculs d'application (rapport d'embranchement isomérique, largeur radiative totale, etc). Ces méthodes ont ensuite été mises en oeuvre dans le cadre du code de fission FIFRELIN. L'outil qui en résulte, permet la détermination d'un grand nombre d'observables de fission, dans le cadre d'un modèle unique. Une étude de sensibilité des résultats à différents éléments du calcul a été réalisée. Enfin, des simulations de la fission spontanée du 252Cf, et des fissions induites par neutrons thermiques sur l' 235U et le 239Pu ont été menées. Les spectres des gammas prompts pour ces trois systèmes fissionnants ont pu être déterminés. Les résultats obtenus sont en très bon accord avec les données expérimentales disponibles, dont certaines ont été publiées récemment (2012 et 2013). / This PhD thesis has essentially been motivated by the nuclear heating problematic in reactors. The main goal of this work was the production of methods capable of simulating the prompt gamma emission from fission. First of all, several algorithms for the treatment of the nucleus deexcitation were implemented. They have been succesfully tested through various calculations (isomeric branching ratio, total radiative width, etc). These methods were then incorporated in the frame of the fission code FIFRELIN. The tool which results from this work, enables the determination of numerous fission observables in the frame of a single consistent model. A sensitivity study of the results to several numerical and nuclear models has been realized. At last, calculation have been lead for the 252Cf spontaneous fission and the thermal neutron induced fission of 235U and 239Pu. The prompt gamma spectra obtained for those three fissionning systems have been determined. The results are in good agreement with available experimental data, including recent measurements published in 2012 and 2013.

Plusieurs études ont découvert et renforcé l'implication de la dynamique mitochondriale dans le cancer. J'ai découvert un rôle inattendu des protéines kinases de la famille PKD dans la fission mitochondriale. La perte de l'activité PKD a conduit à un blocage de la fission et a entraîné une élongation significative des mitochondries par fusion continue. D'un point de vue mécanique, nous avons montré que les protéines PKD régulent la dynamique mitochondriale en activant le facteur de fission mitochondrial (MFF) par phosphorylation de plusieurs sites. MFF agit comme un récepteur principal de la GTPase DRP1, qui resserre les mitochondries, et il est essentiel à une bonne division mitochondriale. Les trois membres de la famille PKD peuvent phosphoryler MFF. La phosphorylation de MFF est médiée par PKD et la fragmentation mitochondriale se produit pendant la mitose. Comme démontré dans études sur les phosphoprotéomes, la phosphorylation du MFF est augmentée dans les cancers très mitotiques. Ainsi, l'axe de signalisation PKD-MFF régulant la dynamique mitochondriale en mitose pourrait devenir une voie thérapeutique attrayante pour le traitement du cancer. / Over the last two decades, multiple studies have uncovered and strengthen the implication of mitochondrial dynamics in cancer. During my thesis, I discovered an unanticipated role for the PKD kinase family in mitochondrial fission. Loss of PKD activity led to blockade of mitochondrial fission and resulted in a significant elongation of mitochondria by unopposed fusion. Mechanistically, we showed that PKDs regulated mitochondrial dynamics by activating the mitochondrial fission factor (MFF) through phosphorylation of multiple sites. MFF acts as a main receptor for the large GTPase DRP1, which constricts mitochondria, and it is critical for proper mitochondrial division. All three PKD family members could phosphorylate MFF. PKD-mediated MFF phosphorylation and mitochondrial fragmentation occurred specifically during mitosis. As MFF phosphorylation was found to be significantly upregulated in highly mitotic cancers, which was evidenced in several global phosphoproteome studies, the discovered PKD-MFF signaling axis regulating mitochondrial dynamics in mitosis could become an attractive therapeutic avenue for cancer treatment.

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L'irradiation génère dans le combustible des gaz de fission, principalement xénon et krypton, présents sous forme dissoute et sous forme de bulles. L’objectif de ces travaux de recherche est de contribuer à la méthodologie de caractérisation de ces bulles et d’apporter ainsi des éléments de validation de référence pour la modélisation. Deux approches sont étudiées. Sur la base d’une méthode existante de détermination de la pression moyenne des bulles par le couplage de trois techniques : EPMA, MEB et SIMS, une nouvelle méthode complémentaire a été mise au point sur une bulle isolée sous la surface. La méthodologie consiste à repérer une bulle fermée et remplie en xénon par des cartographies microsonde et images MEB et de mesurer la quantité de gaz présent par SIMS. Une observation 3D, par abrasion FIB, donne une estimation du volume de la bulle et permet ainsi de calculer la pression de gaz. A 300 K, une estimation des niveaux de pression est obtenue, sur des bulles intragranulaires, micrométriques du centre de pastilles de combustibles irradiés. En parallèle, une méthode de mesure du champ de déformation élastique engendré par la présence de bulles pressurisées, est développée par HR-EBSD. Un modèle par éléments finis permet d’évaluer les niveaux de déformation autour des bulles de gaz de fission et met en évidence que seules les bulles nanométriques engendrent des déformations élastiques mesurables par cette technique. Au préalable, la méthode a été calibrée à partir d’essais de flexion quatre points sur du silicium monocristallin et sur des céramiques implantées en xénon, permettant une exploitation étendue de la méthode par la prise en compte de déformations libres. Cette étape définit les paramètres d’acquisition et de traitement optimum pour son application sur combustible irradié. La mesure de déformation élastique par HR-EBSD sur combustible irradié reste une mesure relative qui demandera davantage de réflexion quant au choix de la référence. / The irradiation generates in the fuel, fission gases, mainly xenon and krypton, present in dissolved form and in the form of bubbles. This research objective is to contribute to the fission gas bubbles methodology of characterization and thus to bring elements of reference for the models validation. Two approaches are studied. Based on an existing method of bubbles average pressure evaluation by the coupling of three techniques: EPMA, SEM and SIMS, a new complementary method has been developed on an isolated bubble under the surface. The methodology consists in identifying a closed and filled bubble with xenon by microprobe mapping and SEM images and to measure the amount of present gas by SIMS. 3D observation by FIB abrasion provides an estimation of the bubble volume and thus allows to calculate the bubble pressure. At 300 K, an estimation of the pressure levels is obtained on intragranular micrometric bubbles from the fuel pellets center area. Meanwhile, a method of elastic field strain measurement, produced by the presence of pressurized bubbles, is developed by HR-EBSD. A finite element model evaluates the levels of strain around the fission gas bubbles and shows that only nanometric bubbles generate measurable elastic strain by this technique. First, the method was calibrated from four points bending tests on monocrystalline silicon and ceramics implanted with xenon, allowing to take into account free strains. This step defines the parameters of acquisition and optimum treatment for its application on irradiated fuels. Measurement of elastic strain with HR-EBSD on irradiated fuel is a relative measure that will require further consideration in the choice of the reference.

Dans le cadre de la vérification du Traité d'Interdiction Complète des Essais nucléaires (TICE), la mesure des traces de produits de fission dans l'environnement est fondamentale. Ces mesures sont des indicateurs indéniables du caractère nucléaire d'une explosion. Afin d'améliorer ses capacités de mesures, le CEA/DAM-Ile de France s'est équipé d'un nouveau spectromètre de surface. Ce spectromètre, baptisé GAMMA3, est équipé de trois détecteurs au germanium, de deux détecteurs au silicium (intégrés à une cellule de mesure des gaz, la PIPSBox) et d'un blindage optimisé. Ce blindage permet de diminuer très fortement les interférences dues au flux de muons, neutrons ou photons environnementaux. Le bruit de fond radiologique au sein de l'enceinte de mesure est parmi les plus bas rencontrés dans le domaine. Cet ensemble de détecteurs à hautes résolutions énergétiques permet d'optimiser la mesure d'un échantillon suivant son activité, sa géométrie ou sa nature. En particulier, un gaz noble sera mesuré en coïncidence photon/électron, un échantillon actif sera mesuré en coïncidence photon/photon, et un échantillon faiblement actif sera mesuré avec un fort rendement de détection. En combinant ces deux points, les Activités Minimales Détectables requises pour un laboratoire expert du TICE sont atteintes très rapidement. En particulier, elles sont obtenues en 5h pour le 140-Ba (24 mBq), en 6h30 pour les 131m/133m-Xe (5 mBq) et en 7h15 pour le 133-Xe (5mBq) contre les 6 jours réglementaires. / For the verification of the Comprehensive nuclear Test Ban Treaty (CTBT), the measurement of fission products trace levels in the environment is fundamental. Such measurement is a key indicator of a nuclear explosion. For constant amelioration of these measurements, the CEA/DAM-Ile de France has developed and installed a new dedicated surface spectrometer. Named GAMMA3, it is equipped with three germanium detectors, two silicon detectors (integrated in a dedicated gas cell, the PIPSBox) and includes an optimized shielding.This shielding reduces greatly the interference of environmental photons, muons and neutrons with the detectors. The residual radiological background measured inside the shielding is the community’s lowest for a surface laboratory. This set of high energy resolution detectors allows the operator to optimize a measurement according to the sample geometry, activity or nature. More precisely, a radioactive noble gas can be measured by photon/electron coincidence, an active sample can be measured by photon/photon coincidence, and a low-active sample can be measured in a high-efficiency configuration. Combining optimized shielding and optimized measurement, Minimum Detectable Activities required for CTBT certification are obtained quickly. Specifically, MDA is reached in 5 hours for 140-Ba (24 mBq), in 6h30 hours for 131m/133m-Xe (5 mBq) and in 7h15 for 133-Xe (5 mBq), when CTBT requirement is in 6 days.