Abstract : The objective of this work is the characterization of heat and mechanical damage in the mortar by the nonlinear acoustic waves. The correlation between non-linear/linear acoustic parameters and damage in mortar is studied based on experiments and modelling. Experimental measurements of non-linear acoustic parameters as a function of temperature and crack size were performed on mortar. The velocities showed a decrease when increasing the degradation and the non-linear parameters showed an increase when increasing the damage. For the heat damage, cylindrical specimens were prepared and were characterized by studying the porosity and saturation. Then, the temperature controls the degradation. Indeed, the linear acoustic (UPV) and non-linear acoustic (Higher harmonic generation) were applied to characterize the damage. The linear acoustic tests have shown that the longitudinal, transverse velocities and modulus of Young of the mortar decreases in function of the temperature. The non-linear acoustic tests have shown that beta increases in function of the temperature. For the mechanical damage and the self-healing, an annular specimens were prepared and cracked by controlling the size of each crack. Then the self-healing phenomenon was characterized by the permeability and the acoustic tests. Indeed, the permeability tests have shown that the airflow and the crack size decreases quickly in the first month then slowly for the rest of the self-healing process. On the other hand, the non-linear acoustic tests shown that the alpha and beta decreases according to the self-healing process which means that the nonlinear parameters are good indicators to characterize the self-healing. Moreover, the analysis of the experimental results indicates that the frequency resonant technique is more efficient to characterize the defects in the mortar than the higher harmonic generation. From the experimental tests and to get a general result independent for our case study, the nonlinear parameters were related to a damage index. A polynomial correlations of a 2nd degree was established between the nonlinear parameters and the index damage. A numerical model based on the finite element volume was proposed to establish a correlation between the crack size and the airflow. The numerical results were compared with the results of the permeability tests and shown a good agreement. The findings of this work should be most appropriate as a foundation for the study of the self-healing by the nonlinear acoustic waves. / Résumé : L'objectif de ce travail est la caractérisation de l’endommagement thermique et mécanique dans le mortier par les ondes acoustiques non linéaires. La corrélation entre les paramètres acoustiques linéaires et non linéaires est basée sur les essais expérimentaux et la modélisation. Des mesures expérimentales des paramètres acoustiques non linéaires en fonction de la taille de la fissure et la température ont été effectuées sur mortier. Les vitesses ont montré une diminution et les paramètres non linéaires ont montré une augmentation en augmentant le degré de fissuration. Pour l’endommagement thermique, des éprouvettes cylindriques ont été préparées et ont été caractérisées par l'étude de la porosité et de la saturation. L'acoustique linéaire (UPV) et l’acoustique non linéaire (génération d'harmoniques) ont été appliquées afin de quantifier l’endommagement. Les essais acoustiques linéaires ont montré que les vitesses transversales, longitudinales et le module d'Young du mortier diminuent en fonction de la température. Les essais acoustiques non linéaires ont montré l'augmentation du bêta est fonction de l’endommagement thermique. Pour l’endommagement mécanique et l'autocicatrisation, des anneaux de mortier ont été préparés et fissurés en contrôlant la taille de chaque fissure. Ensuite, le phénomène d'autocicatrisation est suivi par la perméabilité et des essais acoustiques. Les essais de perméabilité ont montré que le débit d'air et la taille de la fissure diminuent rapidement au cours du premier mois, puis lentement durant le reste du processus d'autocicatrisation. D'autre part, les tests acoustiques non linéaires ont montré que « alpha » et « bêta » diminuent durant le processus de l’autocicatrisation, ce qui signifie que les paramètres non linéaires sont des bons indicateurs pour caractériser ce phénomène. En outre, l'analyse des résultats expérimentaux indique que la technique de résonance de fréquence est plus efficace pour caractériser les défauts dans le mortier que la génération d'harmoniques plus élevés. À partir des essais expérimentaux et dans le but d'obtenir un résultat plus général indépendant de notre cas d’étude, les paramètres non linéaires ont été liés à un index d’endommagement. Une corrélation polynomiale de 2e degré a été établie entre les paramètres non linéaires et l’index d’endommagement. Un modèle numérique basé sur la méthode des volumes finis a été proposé afin d'établir une corrélation entre la taille de la fissure et le flux d'air. Les résultats numériques ont été comparés avec les résultats des tests de perméabilité et montré un bon accord. Les résultats de ce travail représentent un bon départ pour étudier le phénomène de l'autocicatrisation par les ondes acoustiques non linéaires.

L’hyperthermie guidée par IRM permet l’ablation thermique des tumeurs, l’activation de l’expression d’un transgène sous contrôle d’un promoteur thermo-sensible ainsi que le dépôt local de médicaments à l’aide de nanovéhicules sensibles à la température ou à la pression locale. L’imagerie de température par IRM, basée sur la technique du décalage de la fréquence de résonance du proton permet le monitorage des interventions d’hyperthermie. Les procèdes interventionnels guides par IRM sur cible mobile requièrent des séquences d’imagerie rapides afin d’obtenir des images de phases ayant une résolution spatio-temporelle élevée. Nous avons démontré l’efficacité de l’association des méthodes adaptatives d’imagerie parallèle telles que TSENSE et TGRAPPA et de la méthode multi-référence de l’atlas de mouvement afin de compenser les variations du champ magnétique induites par les organes en mouvement. Les procédés interventionnels guides par IRM sont basés sur des séquences d’imagerie rapides capables de fournir des images en temps-réel ayant une relation précise entre la position de la cible représentée dans l’image et sa vraie position spatiale. Les séquences écho-planar sont très rapides mais possèdent des distorsions géométriques. Nous avons proposé une méthode de correction des distorsions des images EPI. Cette technique est basée sur des approches existantes utilisant l’acquisition de deux images EPI ayant deux temps d’écho différents. L’efficacité de la méthode proposée a été démontrée pour une expérience de thermométrie par IRM. La rapidité du traitement des données, associée à une faible diminution de la rapidité d’acquisition, rend cette méthode particulièrement adaptée pour les procédés interventionnels guides par IRM. La perfusion sanguine, la diffusion thermique ainsi que le coefficient d’absorption des ondes acoustiques ou électromagnétiques déterminent la distribution de la température durant les procédés interventionnels. Certaines tumeurs ont des taux de perfusion élevés conduisant à une évacuation importante de la chaleur et par conséquent, un refroidissement rapide de la cible. Cet effet réduit la température maximale atteinte pour une puissance donne et peut conduire à des zones d’ablation plus petites réduisant ainsi l’efficacité de l’intervention. La connaissance précise des paramètres thermiques du tissu peut aider à la planification des procédés interventionnels. Dans ce but, nous avons proposé une méthode permettant la détermination précise des paramètres cités précédemment. / MR-guided HIFU-induced hyperthermia allows for thermal ablation of tumors, for gene therapy by thermal induction of transgenic expression (based on a thermo-sensitive promoter) and for local drug delivery using thermo-sensitive liposomes. These applications require accurate temperature measurement during the therapeutic intervention. Dynamic MR-temperature imaging based on the proton resonance frequency shift technique allows monitoring the local temperature evolution during hyperthermia. MR-guided thermotherapy on moving organs requires imaging sequences providing phase images with high temporal and spatial resolution. We demonstrated the feasibility of combining adaptive parallel imaging techniques such as TSENSE or TGRAPPA with the atlas-based multi-baseline method for compensating the magnetic field variations produced by moving organs during the respiratory cycle. Many MR-guided interventional procedures rely on real-time imaging sequences for providing precise relations between the target position in the image and the true position in the scanner. Although echo-planar imaging (EPI) sequences are very fast, they are prone to geometric distortions. For correcting these distortions, we proposed a real-time correction method by applying existing approaches based on a dual EPI acquisition with varying echo times. It is demonstrated that this method works well in combination with MR-thermometry for guiding thermal therapies. Short data-processing times as well as a small penalty in acquisition speed make this method well-adapted for MR-guided interventions. Local blood perfusion, thermal conductivity and the absorption coefficient of acoustic or electro-magnetic waves determine the temperature distribution in living tissue. Some tumors have high perfusion rates resulting in considerable heat evacuation. This effect reduces the maximal temperature increase achievable for a given deposited energy and produces smaller ablation zones, which can impair the efficiency of the therapeutic procedure. A method for accurately estimating the above mentioned tissue parameters, was presented. This method could thus be useful in quantifying the influence of perfusion during thermal interventions.

Cette thèse avait pour objectif d'augmenter la fréquence de travail d'un multicouche magnéto-diélectrique pour des applications des Nouvelles Technologies de l'Information et de la Communication (NTIC). Ainsi, deux types de structures ont été étudiés : des multicouches (CoO=CoFeB)n et des tricouches Py/Ru/Py. Dans les empilements (CoO=CoFeB)n, la montée en fréquence est assurée par une anisotropie de surface du CoFeB induite par une rugosité orientée à la surface de la couche CoO. Cette rugosité est générée par la géométrie de dépôt. La fréquence de résonance de ce système est ajustable sur toute la gamme de fréquence des NTIC par le choix des épaisseurs de CoO et de CoFeB. Ces propriétés magnétiques sont modélisées en ajoutant à l'anisotropie intrinsèque du CoFeB un terme démagnétisant. Celui-ci est calculé à partir des observations de la surface de la couche CoO par microscopie à force atomique. Les propriétés magnétiques obtenues sur le bicouche sont maintenues dans le cas d'un multicouche, montrant que la rugosité est peu affectée par l'empilement. Dans les tricouches Py/Ru/Py, le terme s'ajoutant à l'anisotropie intrinsèque du Py est induit par le couplage des deux couches de Py via les électrons de conduction de la couche de Ru (couplage RKKY). Selon les échantillons, le terme de couplage antiferromagnétique ou quadratique est prépondérant. La modélisation du comportement statique permet de quantifier ces termes de couplage. La modélisation du comportement dynamique prédit les deux fréquences de résonance caractéristiques observées expérimentalement. / The aim of this thesis was to increase the working frequency of a magneto-dielectric multilayer for ICT applications. Two structures were studied : (CoO=CoFeB)n multilayers and Py/Ru/Py trilayer. In (CoO=CoFeB)n stacks, the CoFeB resonance frequency is increased thanks to a surface anisotropy induced by the CoO oriented roughness. This roughness is generated by the deposition geometry. The resonance frequency of this system is adjustable over the entire ICT frequency range by choosing the CoO and CoFeB thicknesses. These magnetic properties are simulated by adding a demagnetizing term to the CoFeB intrinsic volume anisotropy. This term is calculated from AFM observations of CoO surface. The magnetic properties of the bilayer are not degraded in multilayers because the roughness is poorly affected by the stacking. In trilayer Py/Ru/Py, the term added to the Py intrinsic anisotropy is induced by the coupling of the two Py layers via the conduction electrons of Ru (RKKY coupling). Depending on the samples, the quadratic or antiferromagnetic coupling term is dominant. The hysteresis loop fitting leads to the coupling terms values. The dynamic properties calculus predicts the two resonance frequencies experimentally observed.