This work targeted the growth of gadolinium (Gd)-doped gallium nitride (GaN) thin films (Ga₁₋ₓGdₓN) by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Characterization and evaluation of these Ga₁₋ₓGdₓN thin films for application in spintronics/optoelectronics devices also formed part of this work. This work presents: (1) the first report of stable, reproducible n- and p-type Ga₁₋ₓGdₓN thin films by MOCVD; (2) the first Ga₁₋ₓGdₓN p-n diode structure; and (3) the first report of a room temperature spin-polarized LED using a Ga₁₋ₓGdₓN spin injection layer. The Ga₁₋ₓGdₓN thin films grown in this work were electrically conductive, and co-doping them with Silicon (Si) or Magnesium (Mg) resulted in n-type and p-type materials, respectively. All the materials and structures grown in this work, including the Ga₁₋ₓGdₓN-based p-n diode and spin polarized LED, were characterized for their structural, optical, electrical and magnetic properties. The spin-polarized LED gave spin polarization ratio of 22% and systematic variation of this ratio at room temperature with external magnetic field was observed.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:45:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 07311.pdf: 9342627 bytes, checksum: 39f8e07895fc9a569490672b14452137 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

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Ce travail de thèse a consisté en la synthèse et l’étude de dérivés du macrocycle pyclen (3,6,9,15-tétrazabicyclo[9.3.1]pentadéca-1(15),11,13-triène) pour la complexation de l’90Y3+ et du Gd3+ pour le traitement et le diagnostic du cancer du foie par les techniques respectives de radiothérapie interne et d’IRM. Notre objectif a été de développer des chélates stables et inertes répondant aux critères imposés par le milieu biologique. La lipophilie et la neutralité de ces composés ont également été recherchées en raison des applications visées. Nous avons synthétisé des dérivés du pyclen N-fonctionnalisés par des groupements phosphonate puis développé une série de quatre ligands diversement N-fonctionnalisés par des groupements picolinate et acétate. Ces derniers ont été synthétisés grâce au développement de nouvelles voies de N-fonctionnalisation régiospécifiques. Ces synthèses ont été optimisées et les complexes d’Y3+ et Gd3+ étudiés. Les résultats obtenus nous ont amené à synthétiser un analogue lipophile qui forme avec l’yttrium 90 un excellent chélate pour le traitement du cancer du foie. Enfin, ces études ont mis en évidence le potentiel de certains chélates de Gd3+ à être utilisés comme agents de contraste hépatobiliaires. / This work consisted in the synthesis and study of Y3+ and Gd3+ pyclen derivatives for liver cancer’s treatment and diagnosis by means of internal radiotherapy and MRI techniques. For these applications, the chelates of interest must fulfill numerous criteria: being thermodynamically stable and kinetically inert but also being lipophilic and neutral. In this work, we have synthesized a pyclen derivative N-functionalized by three phosphonate pendant arms and developed four new pyclen derivatives N-functionalized by either picolinate or acetate moities arranged in various way, thanks to the development of new synthetic pathways leading to regiospecific N-functionalization. These syntheses were optimized and the properties of Y3+ and Gd3+ chelates were studied. The good results we have obtained encouraged us to synthesize a lipophilic analogue which forms with yttrium 90 a very promising chelate, suitable for liver cancer’s internal radiotherapy. The gadolinium(III) chelates also show good properties for a use as a liver-specific MRI contrast agent.

Les polymères synthétiques sont largement utilisés aujourd’hui comme implants prothétiques. Malheureusement, ces implants sont invisibles en imagerie par résonance magnétique IRM. La visualisation de ces implants est une nécessité afin d'obtenir des informations concernant leur fixation dans le corps et leur situation post-opératoire.Un des défis est alors de fixer un agent de contraste sur l'implant médical. Pour cet objectif, un premier polymère va être fonctionnalisé avec un agent de contraste de manière covalente, puis on le dépose par enduction sur la surface de la prothèse. Les polymères seront fonctionnalisés par polymérisation radicalaire et par chimie "click". Dans une première étape, le poly(méthacrylate de méthyle-co-méthacrylate de propargyle) avec un faible rapport molaire en méthacrylate de propargyle (F <10%) est préparé par copolymérisation radicalaire du méthacrylate de méthyle et du méthacrylate de propargyle. Dans une deuxième étape, l'agent de contraste sera greffé avec par réaction de chimie « click » sur le poly(méthacrylate de méthyle) porteur de fonctions propargyles (PMMA-co-PMA). Sur ce squelette polymérique, un nouveau agent de contraste à base de gadolinium sera greffé. Le polymère obtenu sera déposé sur une maille de polypropylene commercial par la technique de l'aérographie et la maille sera évaluée pour l'IRM visualisation sur un7T instrument. Des tests de cytotoxicité et de cytocompatibilité seront effectuées pour évaluer l'utilisation de cet agent de contraste dans des applications biomédicales.En même temps, les techniques d'imagerie de fluorescence gagnent aussi en popularité . Pour cela, le même polymère synthétisé (PMMA–co-PMA) sera fonctionnalisé avec différents précurseurs fluorescents: anthracène , fluorescéine, complexe d’europium. / Synthetic polymers are widely used nowadays as prosthetic implants. Unfortunately, these implants are invsisble by magnetic resonance imaging (MRI). The visualization of these implants is a necessity in order to gain information concerning their fixation in the body and post-operation fate. One of the challenges is then to fix a contrast agent on the implant. Thus the objective is to develop novel strategies for the long-term visualization of prosthetic implants by MRI. For this goal, a polymer will first be functionalized with a contrast agent in a covalent way, and then it will be deposited by coating on the surface of the prosthesis. Polymers will be functionalized by free radical polymerization followed by “click chemistry. In a first step, poly(methyl methacrylate-co-propargyl methacrylate) with low molar ratio in propargyl methacrylate (F< 10 %) will be prepared by free radical copolymerization of methyl methacrylate with propargyl methacrylate. In a second step, a novel gadolinium based contrast agent will be grafted by click chemistry onto the propargylated poly(methyl methacrylate) (PMMA-co-PMA) polymer. The obtained polymeric contrast agent will be spread on a commercial polypropylene mesh by the airbrushing technique and the mesh will be assessed for MRI visualization on a 7T instrument. Cytocompatibility and cytotoxicity tests will be performed to evaluate the use of this contrast agent in biomedical applications.At the same time, fluorescence imaging techniques are also gaining popularity. For this, the same synthesized polymer (PMMA-co-PMA) will be attached to different fluorescent precursors: anthracene, fluoresceine, and europium complex.

Les nanoparticules AGuIX® sont des petites plateformes paramagnétiques qui ont été développées pour des applications en imagerie médicale. Ces nanoparticules se composent à leur surface de plusieurs fonctions amines utilisées pour le greffage de ligands Gd-DOTAGA. Ces nanoparticules paramagnétiques ont un diamètre inférieur à 5 nm. Différentes études dans le domaine du cancer ont montré que ces nanoparticules disposaient de propriétés théragnostiques, permettant à la fois la réalisation d'un diagnostic et d'une thérapie. En effet, la surface rigide des AGuIX permet une multimodalité dans l'usage des techniques d'imagerie médicale. Par ailleurs, leur faible diamètre hydrodynamique assure un ciblage tumoral passif par effet EPR (Enhanced Permeability and Retention) et la présence de Gd permet la réalisation de radiothérapies guidées plus localisées au niveau tumoral. Par ailleurs, leur taille permet une excrétion du corps rapide par la voie rénale. La vitesse de transmétallation relativement faible des ions Gd3+ complexés par les ligands DOTA, en présence d'ions métalliques tels que le Zn2+, assure des effets toxicologiques négligeables dans le cadre d'études précliniques. Des études ont montré que le peptide TLVSSL a une forte affinité pour la phosphatidylsérine, un phospholipide surexposé sur des cellules en processus de mort cellulaire par apoptose. Le ciblage des cellules apoptotiques est intéressant dans le cadre du suivi de l'efficacité d'une thérapie anti-tumorale mais aussi pour le diagnostic des maladies liées à ce processus. Dans ce travail, les nanoparticules AGuIX ont ainsi été greffées avec ce peptide (AGuIX-E3) pour ensuite être caractérisées. Pour augmenter la mobilité des peptides fixés à la surface de la plateforme rigide, les AGuIX ont également été greffées avec des peptides liés à un linker, l'acide 8-amino-3,6-dioxaoctanoïque, par l'intermédiaire d'une liaison amide (AGuIX-L-E3), mais également avec un peptide scramble (AGuIX-E3Sc, AGuIX-L-E3Sc).Les nanoparticules AGuIX® ont été greffées avec le peptide en considérant l'activation préalable des fonctions carboxyliques disponibles en surface avec de l'EDC. En outre, l'addition d'un marqueur fluorescent (rhodamine ou cyanine 5.5) a été réalisée afin de permettre des applications en microscopie de fluorescence, FACS et imagerie optique. Plusieurs techniques de caractérisations physico-chimiques telles que PCS, la spectroscopie de fluorescence, l'HPLC et la relaxométrie protonique ont été réalisées pour étudier ces plateformes. Des mesures relaxométriques et la réalisation de profils Nl\IRD ont confirmé l'augmentation du temps de corrélation rotationnelle après la fixation du peptide et ont aussi permis d'étudier la stabilité des nanoparticules en fonction du temps. Des tests biologiques sur cellules effectués en utilisant les techniques de microscopie à fluorescence, de cytométrie en flux ainsi que de relaxométrie, ont permis de déterminer l'affinité des nanoparticules pour les phosphatidylsérines surexposées à la surface d'une lignée de cellules T humaines lymphoblastiques (.Jurkat) au cours du processus de mort cellulaire. L'apoptose a été chimiquement induite par le traitement préalable des cellules avec de la camptothécine, un composé chimique connu pour ses propriétés anti-tumorales. Cependant, bien que les analyses in vitro ont confirmé l'impact réel du greffage des AGuIX sur l'efficacité de ciblage de l'apoptose, des études in vivo n'ont pas montré une influence significative du peptide lors de l'injection des nanoparticules (AGuIX, AGuIX-E3, AGuIX-E3Sc) sur un modèle de souris traitées avec de la dexaméthasone (DEX). En effet, la DEX a. fait l'objet d'études qui montrent son influence dans le déclenchement d'une apoptose cellulaire au niveau du thymus. En conclusion, plusieurs caractérisations chimiques et des tests biologiques réalisés lors de nos recherches ont confirmé le greffage des peptides E3 et E3Sc sur les nanoparticules AGuIX / AGuIX® nanoparticles are small platforms of polysiloxane developed for applications in medical imaging. These nanoparticles present on their surface several amine functions used for the grafting of Gd-DOTA complexes. These paramagnetic platforms have a diameter less than 5 nm. Different studies have been achieved showing that they allow to combine multimodal diagnosis and theranostic properties with a passive tumoral targeting observed by EPR effect (Enhanced Permeability and Retention). Otherwise, their small size allows a quick body excretion by the kidneys. The low transmetalation rate of Gd3+ ions complexed by DOTA provides negligible toxicological effects in pre-clinical studies.Some studies showed that TLVSSL peptide has a high affinity for phosphatidylserine, a phospholipid overexposed on cells in apoptosis process of death. The targeting of apoptotic cells is interesting to follow the efficiency of an antitumoral therapy and for diagnosis of diseases related to this process. In this work, AGuIX nanoparticles have thus been grafted with this peptide and characterized (AGuIX-E3). To increase the peptide mobility against the rigid platform, AGuIX were also grafted with peptides bound to a linker through an amide bond with 8-amino-3,6-dioxaoctanoic acid, (AGuIX-L-E3) and with a peptide scramble (AGuIX-E3Sc, AGuIX-L-E3Sc).AGuIX® nanoparticles were grafted with peptide by activation with EDC of the carboxylic functions available on nanoparticle surface. Furthermore, previous addition of an optical dye allows their applications in optical imaging (rhodamine or cyanine 5.5). Different physicochemical techniques such as PCS, fluorescence spectroscopy, HPLC and proton relaxometry were used to characterize these platforms. Relaxometric studies by NMRD profiles confirmed the increase of the rotational correlation time after linking of peptide and allow to study the time stability of the platform. Biological tests were performed using fluorescence microscopy, relaxometry and flow cytometry techniques to determine the affinity of nanoparticles for lymphoblastic human T cell line (Jurkat) cells overexposing phosphatidylserine, suggesting an efficiency to target apoptosis. In vitro cell apoptosis was chemically induced by incubation with campthothecin. However, though in vitro analysis confirmed the real impact of the grafting of AGuIX on the efficiency to target apoptosis, first in vivo studies didn’t showed a significant influence of peptide when nanoparticles (AGuIX, AGuIX-E:), AGuIX-E3Sc) were injected on mice. Injected-mice were previously treated with dexamethasone to trigger apoptosis in thymus. In conclusion, several chemical characterizations and biological tests achieved on our research confirmed the binding of peptides on AGuIX nanoparticles. In vitro analyses have showed an efficient targeting of cells with overexposed phosphatidylserine by grafted­AGuIX nanoparticles. Nevertheless, in vivo experiments didn't confirm the conclusion suggested in vitro tests. Indeed, the intake of active targeting of apoptotic cells by grafted­AGuIX is not relevant in front of the non-specific targeting observed with non-grafted AGuIX. Further in vivo tests should be however achieved to confirm these observations

Background: During the recent years, magnetic resonance imaging (MRI) has evolved to become one of the most commend used diagnostic methods. Although MRI is considered safe and a good diagnostic method of foetuses and pregnant women, the research data is too small to claim that it is completely risk-free. Purpose: The purpose of this literature study was to identify possible risks of foetal defects in connection with MRI examination of pregnant women. Method: This essay is a quantitative systematic literature study where 13 articles were included after being searched in three different databases. Result: No significant differences in biological effects or hearing loss in foetuses exposed to MRI were detected. Heat increase could occur in connection with MRI examination and was influenced by the examination time and the field strength. However, the temperature generally stayed below the approved limit values. The using of gadolinium contrast agents could increase the risk of some foetal disease states as well as miscarriage and stillbirth. Conclusion: MRI could be a good alternative for anatomical imaging of pregnant women, although it should be used with great caution because of the limited research base. Thus, more research is needed in this area to determine the impact of MRI and gadolinium contrast agent on foetal development. / Bakgrund: Under de senaste åren har magnetresonanstomografi (MR) utvecklats till att bli en av de mest använda diagnostiska metoderna. Trots att MR anses vara säkert samt en bra diagnostisk metod av foster och gravida, så är forskningsunderlaget för litet för att påstå att det är helt riskfritt. Syfte: Syftet med denna litteraturstudie var att kartlägga vilka eventuella risker som finns för fosterskador i samband med MR-undersökning av gravida kvinnor. Metod: Detta examensarbete är en kvantitativ systematisk litteraturstudie där 13 artiklar inkluderades efter att ha sökts fram i tre olika databaser. Resultat: Inga signifikanta skillnader gällande biologiska effekter eller hörselnedsättning hos foster som blivit exponerade för MR kunde påvisas. Värmeökning kunde ske i samband med MR-undersökning och påverkades av undersökningstiden samt fältstyrkan. Temperaturen höll sig dock i allmänhet under godkända gränsvärden. Vid användande av gadoliniumkontrastmedel kunde det ge ökad risk för somliga sjukdomstillstånd hos fostret samt missfall och dödföddhet. Konklusion: MR skulle kunna vara ett bra alternativ för anatomisk avbildning av gravida kvinnor, men det bör användas med stor varsamhet på grund av det begränsade forskningsunderlaget. Det behöver således forskas mer inom området för att kunna fastställa MR och gadoliniumkontrastmedels påverkan på fostrets utveckling.

Les chélates de Gd sont largement utilisés en tant qu’agents de contraste en imagerie par résonance magnétique. En 2015, un lien a été établi entre l’observation d’hypersignaux T1 de certaines structures cérébrales et le nombre d’administrations préalables de ces chélates de Gd reçues par les patients. Cette observation fortuite pose la question de la tolérance à long-terme de ces molécules. L’ion Gd³⁺ ayant un rayon ionique très proche de celui du Ca²⁺, il interfère avec de nombreux processus biologiques Ca²⁺-dépendants. Sa chélation par un ligand améliore considérablement sa tolérance. Les chélates de Gd sont répartis en 2 classes : macrocycliques et linéaires, différant par leur stabilité thermodynamique et donc leur tendance à se dissocier. Il est classiquement admis que les chélates de Gd ne traversent pas la barrière hémato-encéphalique saine. L’observation de ces hypersignaux au niveau du noyau dentelé du cervelet, du globus pallidus et parfois d’autres structures, remet en cause ce postulat.Les travaux de cette thèse visent à étudier le mécanisme d’accumulation du Gd dans le système nerveux central (voies de passage, localisations, spéciation du Gd accumulé). Les potentiels effets neurotoxiques associés à la présence de Gd dans le cerveau ont aussi été recherchés.Nous avons mis en évidence chez le Rat que l’accumulation cérébrale est d’autant plus importante que la stabilité thermodynamique du chélate de Gd est faible, confirmant les observations cliniques. Les hypersignaux T1 sont en effet liés à des injections répétées de chélates linéaires de Gd. Nous avons aussi établi qu’une insuffisance rénale modérée potentialise la capture cérébrale de Gd dans le cas d’un chélate de Gd linéaire. Nous avons observé que les structures cérébrales accumulent d’autant plus de Gd qu’elles sont riches en fer endogène. Une augmentation de la zincurie, après administration de chélates de Gd linéaires, a également été observée, suggérant un phénomène de transmétallation.La combinaison des techniques de fluorescence X (XRF), de microscopie électronique en transmission (TEM) et du NanoSIMS, a permis l’observation des dépôts de Gd à différentes échelles et sous différentes formes. Cela a permis de documenter les voies de passage du Gd, le rôle des métaux endogènes et du phosphore. L’analyse XRF a permis d’observer qu’au sein des noyaux cérébelleux profonds du Rat, la majorité du Gd est accumulée sous la forme de structures allongées et ramifiées. Ces structures pourraient être des vaisseaux sanguins. Le Gd serait accumulé dans l’espace périvasculaire. En TEM, des dépôts insolubles de Gd ont été observés dans les lames basales de vaisseaux, dans l’interstitium cérébelleux, et dans l’espace périvasculaire. Ces dépôts à l’apparence épineuse sont riches en phosphore, suggérant des dépôts de GdPO₄. Du Gd et du phosphore ont également été identifiés dans des cellules gliales, au sein de pigments intracellulaires de lipofuscine. Aucun dépôt de Gd n’a été trouvé chez des rats traités par un chélate de Gd macrocyclique.L’hypothèse mécanistique établie consiste en l’accès précoce des chélates de Gd au liquide céphalo-rachidien (LCR), puis leur diffusion passive dans le parenchyme proche des ventricules cérébraux, à travers l’épendyme. Arrivés dans des zones riches en métaux endogènes et/ou en phosphore, leschélates de Gd les moins stables thermodynamiquement se dissocieraient, le Gd se liant à des macromolécules endogènes, ou précipitant. La circulation du LCR le long des artérioles pénétrantes piègerait également du Gd au niveau périvasculaire. Les chélates de Gd intacts seraient éliminés par le système glymphatique périvasculaire ou « drainage périartériel intrapariétal ». On retrouve aussi du Gd probablement dissocié à ce niveau.Hormis une hypoactivité, non spécifique, les études neurocomportementales, histopathologiques et neurochimiques menées chez le Rat n’ont pas permis de mettre en évidence une toxicité avérée, même à des doses élevées. / Gd chelates are widely used as contrast agents in magnetic resonance imaging. In 2015, the finding of T1 hyperintensities in brain structures was associated with the prior administrations of these agents in patients. This observation raised the question of the long-term tolerance of these molecules. The Gd³⁺ ionic radius is very close to that of Ca²⁺, and therefore this lanthanide interferes with numerous Ca²⁺-dependent biological processes. Its chelation by a ligand considerably improves its tolerance. Gd chelates are categorized into 2 classes: macrocylic and linear agents, differing in their thermodynamic stabilities, and therefore in their ability to dissociate. It is classically admitted that Gd chelates do not cross the healthy blood-brain-barrier. The observation of these hyperintensities, in the dentate nucleus of the cerebellum, the globus pallidus, and sometimes other structures, questioned this assumption.This thesis aimed to study the mechanism of Gd accumulation in the central nervous system: access pathways, tissue and subcellular location, Gd speciation). Potential neuro-toxicological effects associated with long term Gd presence in the brain were also researched.Using a rat model, we evidenced that the lower the thermodynamic stability of Gd chelates, the greater the cerebral Gd concertation was, thus confirming clinical observations. T1 hyperintensities exclusively appeared following administrations of linear Gd chelates. We also established that moderate renal failure potentiates Gd brain uptake in the case of linear Gd chelate. We also observed that brain structures accumulate even more Gd that their endogenous Fe concentration is high. Administration of linear Gd chelates resulted in an increased zincuria. Gadolinium vs. Zn transmetalation may be responsible for this effect.The combination of X fluorescence, transmission electronic microscopy, and NanoSIMS, showed Gd deposits at various scales and in various forms. It allowed us to document Gd pathways, and the role of endogenous metals and phosphorus in this phenomenon. X fluorescence analysis depicted, in rat deep cerebellar nuclei, that the majority of Gd was accumulated in the form of elongated and ramified structures, believed to be blood vessels where Gd would be retained in the perivascular area. By means of electron microscopy in rats, Gd insoluble deposits were observed in basal lamina of vessels, in cerebellar interstitium, and in the perivascular space. These Gd deposits, of spiny aspect, were rich in phosphorus, thus suggesting the presence of GdPO₄. Co-presence of Gd and phosphorous was also identified into glial cells, accumulated in intracellular lipofuscine pigments. No Gd deposits were found in rats treated with a macrocyclic Gd chelate.The established mechanistic hypothesis consists in the early access of Gd chelates to cerebrospinal fluid, followed by their passive diffusion into the parenchyma close to cerebral ventricles, through the ependyma. Encountering areas rich in endogenous metals and/or phosphorus, the less thermodynamically stable Gd chelates would dissociate, and Gd would bind endogenous macromolecules, or precipitate. Cerebrospinal fluid circulation along penetrating arterioles would also trap Gd at the perivascular level. Intact Gd chelates would be eliminated through perivascular glymphatic pathway, or “intramural periarterial drainage”, where probably dissociated Gd is also found.Except a non-specific hypoactivity, neurobehavioural, histopathological and neurochemical studies performed in rats did not demonstrate any obvious neurotoxicity, even at high doses.

<p>Developing radiation delivery systems for optimisation of absorbed dose to the target without normal tissue toxicity requires advanced calculations for transport of radiation. In this thesis absorbed dose and fluence in different radiotherapy applications were calculated by using Monte Carlo (MC) simulations.</p><p>In paper I-III external neutron activation of gadolinium (Gd) for intravascular brachytherapy (GdNCB) and tumour therapy (GdNCT) was investigated. MC codes MCNP and GEANT4 were compared. MCNP was chosen for neutron capture reaction calculations. Gd neutron capture reaction includes both very short range (Auger electrons) and long range (IC electrons and gamma) products. In GdNCB the high-energetic gamma gives an almost flat absorbed dose delivery pattern, up to 4 mm around the stent. Dose distribution at the edges and inside the stent may prevent stent edge and in-stent restenosis. For GdNCT the absorbed dose from prompt gamma will dominate over the dose from IC and Auger electrons in an in vivo situation. The absorbed dose from IC electrons will enhance the total absorbed dose in the tumours and contribute to the cell killing.</p><p>In paper IV a model for calculation of inter-cluster cross-fire radiation dose from β-emitting radionuclides in a breast cancer model was developed. GEANT4 was used for obtaining absorbed dose. The dose internally in cells binding the isotope (self-dose) increased with decreasing β-energy except for the radionuclides with substantial amounts of conversion electrons and Auger electrons. An effective therapy approach may be a combination of radionuclides where the high self-dose from nuclides with low β-energy should be combined with the inter-cell cluster cross-fire dose from high energy β-particles.</p><p>In paper V MC simulations using correlated sampling together with importance sampling were used to calculate spectra perturbations in detector volumes caused by the detector silicon chip and its encapsulation. Penelope and EGSnrc were used and yielded similar results. The low energy part of the electron spectrum increased but to a less extent if the silicon detector was encapsulated in low z-materials.</p>

Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes intéressés à un concept innovant d’empoisonnement homogène des neutrons par insertion de terres rare (erbium et gadolinium) dans les gaines en alliage de zirconium pour les réacteurs à eau pressurisée. L’étude des équilibres entre phases des alliages erbium–zirconium et gadolinium–zirconium est indispensable comme préalable à la mise en oeuvre industrielle de ce procédé prometteur d’empoisonnement. Ce travail a consisté à déterminer expérimentalement le diagramme de phases du système erbium–zirconium. Nous avons, par le biais de différentes caractérisations, obtenu des données diagrammatiques. Avec celles-ci, nous proposons un nouveau tracé du diagramme de phases. Celui-ci est radicalement différent de celui disponible dans la littérature. Nous avons modélisé le système par l’approche CALPHAD. Nous avons également déterminé les limites de solubilité des solutions solides terminales du système gadolinium–zirconium. Les données obtenues expérimentalement sont en accord avec le tracé expérimental de la littérature et avec le modèle thermodynamique disponible. Afin de prendre en compte l’oxydation des gaines en service, nous nous sommes également intéressés aux systèmes erbium–oxygène–zirconium et gadolinium–oxygène–zirconium. Le premier système a fait l’objet d’une étude expérimentale. Nous avons mis en place un procédé de synthèse par métallurgie des poudres, incluant la synthèse de celles-ci à partir de métaux massifs. La caractérisation des échantillons ternaires nous a permis de proposer deux coupes isothermes (800°C et 1100°C). Pour le système gadolinium–oxygène–zirconium, nous avons prédit les équilibres entre phases à différentes températures à l’aide de calculs effectués à partir d’une base de données que nous avons construite avec les modèles thermodynamiques de la littérature des systèmes oxygène–zirconium, gadolinium–zirconium et sesquioxyde de gadolinium–zircone. Enfin, nous avons travaillé avec des alliages erbium–zirconium fabriqués en milieu industriel. Nous nous sommes intéressés à leurs propriétés mécaniques en traction, en lien avec leur microstructure. Nous avons mis en évidence l’effet durcissant de l’erbium, notamment à 325‰°C / This work is a contribution to the development of innovating concepts for fuel cladding in pressurized water nuclear reactors. This concept implies the insertion of rare earth (erbium and gadolinium) in the zirconium fuel cladding. The determination of the phase equilibrium in the systems is essential prior to the realisation of such a promising solution. This study consisted in the experimental determination of the erbium–zirconium phase diagram. For this, we used many different techniques to get diagram data like solubility limits and solidus, liquidus or invariant temperatures. With these data, we were able to give a new diagram, very different from the literature one. With the experimental data we collected, we also assessed the diagram, using the CALPHAD approach. In this work, we also determined the solubility limits of the gadolinium–zirconium system. Those limits had never been determined before, and the values we obtained are in excellent agreement with the experimental and with the assessed diagrams. Because these alloys are subjected to oxygen diffusion throughout their life, we focused our attention on the erbium–oxygen–zirconium and gadolinium–oxygen–zirconium system. The first system has been investigated experimentally.We used many different synthesis techniques, and we finally have opted for a powder metallurgy one. As raw material, we fabricated powder from erbium and zirconium bulk metals using hydrogen absorption/desorption. With the formed ternary pellets, we investigated the phase equilibria at 800°C and 1100°C. With the obtained data, we propose two isotherms at those two temperatures. For the gadolinium–oxygen–zirconium system, we calculated the phase equilibria at temperatures ranging from 800°C to 1100‰°C, using a homemade database compiled from literature assessments of the oxygen–zirconium, gadolinium–zirconium et gadolia-zirconia systems. We also determined the mechanical properties, in connexion with the microstructure, of industrial quality alloys in order to identify the influence of erbium content. We highlighted the hardening influence of erbium at 325‰°C