Le CERN a décidé de remplacer le LEP par le collisionneur LHC. Celui-ci va utiliser des hadrons et devrait être mis en service en 2005. Auprès de ce nouvel accélérateur, plusieurs expériences sont prévues dont CMS pour laquelle la Belgique participe à l'élaboration et la construction d'une partie du trajectographe central qui sera constitué de détecteurs à micro-pistes et à volume sensible gazeux, les MSGC. Cette thèse s'inscrit dans le cadre des développements instrumentaux de l'expérience CMS. En effet, d'après les résultats de simulations, le flux des neutrons rapides y sera important. Nous nous sommes donc attelés à l'études du comportement des détecteurs MSGC sous flux intense de neutrons rapides. Pour ce faire, nous avons développé un nouveau faisceau de neutrons rapides à partir de la réaction 9Be(d,n)10Be en utilisant un faisceau de deutons sur une cible épaisse de béryllium. Dans le même temps, nous développions un système de mesure de très faibles courants (nanoampèremètre) sous des différences de potentiel aussi élevées que 5000 volts ainsi que l'enregistrement en ligne des mesures. Ce système permet en effet d'étudier le comportement du détecteur et plus particulièrement la présence de décharges. En collaboration avec les instituts belges (UIA, IIHE, UMH) et français (Strasbourg), plusieurs irradiations neutrons ont été effectuées sur différents prototypes de MSGC. Les principales conclusions qui ont été tirées sont : - Les neutrons produisent des particules fortement ionisantes par réactions nucléaires avec les atomes des détecteurs. Celles-ci peuvent déposer un signal sur un grand nombre de pistes augmentant ainsi l'occupation du détecteur. - A partir d'une certaine valeur de gain, liée au type de MSGC, des décharges peuvent apparaître qui peuvent limiter la marge de fonctionnement des MSGC et causer des dégâts irréversibles. Du fait de la présence de neutrons rapides dans CMS et tenant compte des résultats des tests effectués à Louvain-la-Neuve, les MSGC, dans leurs conceptions originales, ne sont pas adaptés pour CMS en terme de robustesse. Par contre, des tests dans un faisceau de pions au PSI ont montré des résultats très encourageants pour la combinaison GEM+MSGC.

En cas accident grave dans un réacteur à eau pressurisée (REP), des Produits de Fission sont susceptibles d’être rejetés dans l’enceinte de confinement. Le manque de données expérimentales validées sur la chimie de l’iode dans ce type de conditions constitue un frein au développement de codes de calculs prédictifs. Pour remédier à ces lacunes, un réacteur expérimental de type brûleur à flamme plate a été développé afin d’établir une base de données expérimentales caractéristiques du système {I,O,H} via l’étude de flammes H2/H2O/O2/Ar enrichies en iode (HI). Les profils d’évolution de la température et d’espèces chimiques (HI, H2O, OH) présentes dans le milieu réactionnel ont été mesurés par différentes méthodes analytiques appropriées (IRTF, FIL, absorption laser). Des essais complémentaires ont été réalisés sur un réacteur à écoulement permettant l’injection d’iode moléculaire dans un flux d’hydrogène ou de vapeur d’eau dans des conditions de température représentatives. Les espèces iodées gazeuses formées ont été quantifiées par ICP-MS et par spectrométrie UV-Visible. La base de données expérimentale établie a servi de base pour le développement d’un mécanisme cinétique détaillé capable de rendre compte de la chimie de l’iode dans des conditions représentatives d’une situation accidentelle. La modélisation cinétique a été réalisée à l’aide du code PREMIX pour les essais en condition de flamme et avec le code SOPHAEROS pour les essais sur réacteur. La comparaison expérience-modélisation a permis de valider le mécanisme et une analyse des voies réactionnelles a également permis de mettre en évidence les réactions prépondérantes impliquées dans la chimie de l’iode. / To assess kinetics aspects of iodine chemistry in an environment of a severe accident in a Pressurized Water Reactor (PWR), at the laboratory scale, an experimental reactor named “flat flame burner” has been implemented. Low pressure flames of H2/O2/Ar premixed gas seeded with known amounts of iodhydric acid and steam were studied. The quantification of chemical species (HI, H2O, OH) in such environment was obtained by specific analytical techniques (Fourier Transform InfraRed absorption spectrometry, FTIR and Laser Induced Fluorescence, LIF), the evolution of the temperature was determined by LIF and by thermocouple measurements. Further assays were performed in a flow reactor in which gaseous molecular iodine was injected and transported in a stream or hydrogen flow and a strong temperature gradient, representative of the primary circuit in the case of a severe accident. The resulting gaseous species (I2 and HI) were quantified by ICP-MS and UV-Visible spectrometry. This experimental database has been used as a support to develop a detailed kinetic mechanism for the {I, O, H} system. It is composed of 37 reversible reactions involving 5 iodinated species. The thermokinetic parameter database has been actualized by using theoretical chemistry tools and also completed with data found in the literature. Modelling was performed by using the PREMIX code for flame assays, and with the in IRSN’s severe accident simulation code ASTEC/SOPHAREOS code for flow reactor assays. The comparison between experiment and modelling shows that this detailed mechanism is able to reproduce the iodine chemistry in conditions representative of a PWR severe accident.

Dans cette étude, par une approche de type "génome entier", les profils d'expression génique des macrophages du tissu adipeux viscéral (ATM) et ceux des macrophages issus de la différenciation in vitro de monocytes (MDM) circulants, provenant d’un même individu obèse, ont été comparés à l'état basal. Nos résultats ont permis d’identifier plusieurs voies de signalisation différemment exprimées entre ces deux types cellulaires. En particulier des cytokines inflammatoires et leurs récepteurs, des composants de la matrice extracellulaire de même que des molécules attractantes telles que les chimiokines de type CCL et CXCL, sont fortement exprimés dans les ATM. Fait intéressant, les protéines appartenant à ces voies ont été retrouvées sécrétées dans le milieu conditionné provenant de la culture des ATM, ou en concentrations élevées dans le sérum des patients obèses comparés à celui de patients minces. Nous avons voulu valider les différences observées, en reconstituant l’environnement obésogène des ATM dans le TA grâce à l’utilisation de "co-cultures" indirectes de préadipocytes et de MDM. Dans leur ensemble, nos résultats montrent que les ATM ont un profil génomique et fonctionnel qui ressemble à celui des macrophages associés aux tumeurs (TAM). De plus, nous retrouvons au sein des gènes spécifiquement exprimés par les ATM une surexpression et une activation des facteurs de transcription NF-kB, HIF1a et STAT-3, connus comme impliqués dans le développement des cancers et qui sont à l’origine de la plasticité des TAM. Dans ce contexte, les Liver X Receptors (LXR) a et b, de même que les Peroxisomes Proliferator-Ativated Receptor gamma (PPARg) sont des récepteurs nucléaires exprimés dans les MDM qui apparaissent comme des cibles thérapeutiques de grand intérêt du fait de leurs propriétés anti-inflammatoires. Le second objectif de notre étude a été de savoir, toujours par une approche de type "génome entier", si les ATM et les MDM répondent différemment aux agonistes de LXR. De nouveaux gènes cibles de LXR spécifiques des ATM, ont été identifiés et en particulier nous montrons que les chimiokines ligands CXCL5 et CXCL11 surexprimés dans les ATM (et impliquées dans les cancers), sont négativement régulés par les agonistes de LXR. De plus, notre étude nous a permis d’analyser le rôle des LXR dans la modulation du "cross-talk" entre ATM et adipocytes en évaluant l’influence des facteurs sécrétés par les ATM, préalablement traités ou non par les agonistes des LXR, sur le métabolisme adipocytaire. En effet, nos travaux démontrent que le milieu conditionné des ATM traités par les ligands de LXR restaure partiellement l'expression de gènes impliqués dans la lipogenèse et le métabolisme du glucose e diminue l’expression des gènes impliqués dans la réponse inflammatoire dans les adipocytes.Dans une autre partie de notre étude, la capacité de PPARg et/ou de LXR à réguler l’expression de la visfatine dans les macrophages a été analysée, de même que l’influence de cette régulation sur sa sécrétion et sur la production intracellulaire de NAD+. Au sein du TA, les ATM sont la principale source de visfatine dont l'implication dans le développement de certaines pathologies dont le DT2 est largement reconnue. La visfatine (Nampt) est une adipokine pro-inflammatoire mais aussi une enzyme assurant la synthèse du NAD+, cofacteur ou substrat de nombreuses enzymes cellulaires. Nos résultats permettent de montrer que l’activation de LXR ou de PPARg par leurs ligands entraîne respectivement une diminution ou une augmentation de l'expression génique de la visfatine. L’augmentation de l’expression de l’ARNm de la visfatin suite à l’activation de PPARg s’accompagne d’une augmentation de l’expression protéique et de la sécrétion. / X

Mon travail de thèse a porté sur deux sujets distincts : (i) l’application de la DNP-RMN pour les matériaux hybrides et inorganiques et (ii) le développement de méthodes RMN avancées pour sonder la structure des solides à l’échelle atomique. Dans le domaine de la DNP RMN, nous avons cherché à démontrer comment le gain en sensibilité DNP peut fournir des informations nouvelles sur la structure des matériaux. Nous avons notamment proposé un protocole DNP sans solvant. Nous avons aussi montré que la DNP est faisable pour des nanoparticules dispersées dans une solution gelée contenant des radicaux exogènes. Nous avons mis en évidence la complémentarité entre la DNP avec polarisation croisée ou polarisation directe. En outre, nous avons démontré que le gain en sensibilité DNP permet de sonder (i) les proximités 27Al-27Al au voisinage de la surface de l’alumine mésoporeuse et (ii) les proximitiés 27Al-13C dans un solide hybride microporeux, le MIL-100(Al). Nous avons aussi établi que la DNP-RMN permet d’augmenter les signaux RMN des sites 13C et 29Si de silices mésoporeuses remplies de surfactants, bien que ces sites soient situés à plusieurs centaines de nanomètres des agents polarisants. Pour ces systèmes, nous avons analysé les différentes contributions au gain en sensibilité pour des expériences CP-MAS 13C et 29Si. Mon travail de thèse a aussi conduit au développement de nouvelles méthodes RMN conventionnelles, telles que (i) un découplage dipolaire ajustable permettant d’obtenir des spectres RMN 1H haute-résolution à différentes fréquences MAS et (ii) des nouvelles séquences de polarisation croisée permettant se sonder les proximités entre noyaux quadripolaires. / My PhD work focused on two topics: (i) the extension of Dynamic Nuclear Polarization (DNP) to inorganic and hybrid materials and (ii) the development of advanced NMR methods to probe the atomic-level structure of solids. In the field of DNP NMR, we aim at demonstrating how the DNP sensitivity enhancement can provide new insights into the structure of inorganic and hybrid materials. We have introduced a solvent-free DNP alternative to post-synthesis impregnation which permits fast polarization build-up. We have also shown that DNP is feasible for nanoparticles dispersed in a frozen solution containing exogenous radicals. The complementarity of DNP cross-polarization (CP) and direct polarization (DP) has been demonstrated. Furthermore, we have demonstrated that the DNP sensitivity enhancement allows probing 27Al-27Al proximities near the surface of mesoporous alumina and 27Al-13C proximities in the microporous metal organic framework MIL-100(Al). It was also shown that in the case of functionalized mesoporous silica nanoparticles loaded with surfactants, the DNP CP-MAS can be used to enhance NMR signals of 13C and 29Si nuclei located at several hundred nanometers from the polarizing agent. In addition, we have analyzed the different contributions to the sensitivity enhancement in 13C and 29Si CP-MAS experiments of functionalized mesoporous silica nanoparticles. My PhD has also led to the development of conventional NMR methods, including (i) tunable homonuclear dipolar decoupling for 1H high-resolution NMR and (ii) novel cross polarization (CP) pulse sequence to probe proximities between half-integer quadrupolar isotopes.

Les réactions (p, gamma) et (p, alpha) jouent un rôle déterminant lors de la combustion thermonucléaire de l'hydrogène dans les étoiles. Au cours de phénomènes violents, comme l'explosion des noyaux, ces réactions peuvent impliquer des noyaux radioactifs dans le voie d'entrée. Dans le but de mieux comprendre et de pouvoir simuler ce type d'évènement, des données fiables concernant ces réactions sont indispensables. Or l'étude expérimentale des réactions impliquant des noyaux instables requiert souvent l'utilisation de faisceaux d'ions radioactifs. De tels faisceaux sont disponibles depuis une dizaine d'années à Louvain-la-Neuve. Leur application à la mesure de sections efficaces de réactions d'intérêt astrophysique a nécessité le développement de méthodes expérimentales adaptées. Ce travail présente les conséquences de l'utilisation d'un faisceau d'ions lourds sur une cible de noyaux légers, qui est la caractéristique définissant la cinématique inverse. Un programme de simulation a été développé dans un but de reproduire la forme des spectres de produits d'une réaction donnée en tenant compte des pertes d'énergie et du straggling des ions dans la cible. L'étude de la réaction 18F(p, alpha) aux énergies de collision comprises entre 270 et 730 keV est décrite en détail. Deux résonances sont observées dans cet intervalle et leurs énergies et forces respectives sont mesurées. L'analyse de la diffusion résonante 19F(p,p)18F permet de compléter et préciser la mesure des paramètres de la résonance supérieure, et notamment de déterminer son spin. Les implications de cette mesure pour l'astrophysique sont ensuite évoquées. Enfin, un projet de séparateur de recul destiné à l'étude des réactions (p, gamma) est brièvement présenté.

Les réactions (p, gamma) et (p, alpha) jouent un rôle déterminant lors de la combustion thermonucléaire de l'hydrogène dans les étoiles. Au cours de phénomènes violents, comme l'explosion des noyaux, ces réactions peuvent impliquer des noyaux radioactifs dans le voie d'entrée. Dans le but de mieux comprendre et de pouvoir simuler ce type d'évènement, des données fiables concernant ces réactions sont indispensables. Or l'étude expérimentale des réactions impliquant des noyaux instables requiert souvent l'utilisation de faisceaux d'ions radioactifs. De tels faisceaux sont disponibles depuis une dizaine d'années à Louvain-la-Neuve. Leur application à la mesure de sections efficaces de réactions d'intérêt astrophysique a nécessité le développement de méthodes expérimentales adaptées. Ce travail présente les conséquences de l'utilisation d'un faisceau d'ions lourds sur une cible de noyaux légers, qui est la caractéristique définissant la cinématique inverse. Un programme de simulation a été développé dans un but de reproduire la forme des spectres de produits d'une réaction donnée en tenant compte des pertes d'énergie et du straggling des ions dans la cible. L'étude de la réaction 18F(p, alpha) aux énergies de collision comprises entre 270 et 730 keV est décrite en détail. Deux résonances sont observées dans cet intervalle et leurs énergies et forces respectives sont mesurées. L'analyse de la diffusion résonante 19F(p,p)18F permet de compléter et préciser la mesure des paramètres de la résonance supérieure, et notamment de déterminer son spin. Les implications de cette mesure pour l'astrophysique sont ensuite évoquées. Enfin, un projet de séparateur de recul destiné à l'étude des réactions (p, gamma) est brièvement présenté.

Les méthodes de zones, des plans imaginaires et les transferts discrets ont été adaptés à la modélisation du transfert de chaleur radiatif dans les enceintes complexes en trois dimensions. Puisque l'accent a été mis sur les aspects géométriques du rayonnement, le milieu gazeux a été considéré gris pour ne pas alourdir indûment la présentation. Des techniques de dépistage de rayons ont été adaptées spécifiquement à chacune des méthodes, ouvrant ainsi la voie à l'utilisation des coordonnées cylindriques et curvilignes. Des comparaisons sont données pour évaluer la justesse et le temps de calcul des méthodes des plans imaginaires et des transferts discrets par rapport à la méthode de zones. Ces comparaisons ont été réalisées pour des enceintes rectangulaire et cylindrique en faisant varier l'émissivité de surface et le coefficient d'absorption du gaz. Quatre cas complexes simulant de près des problèmes industriels ont été traités par les différentes méthodes, de façon à mettre en lumière les possibilités des techniques utilisées.

Les méthodes de zones, des plans imaginaires et les transferts discrets ont été adaptés à la modélisation du transfert de chaleur radiatif dans les enceintes complexes en trois dimensions. Puisque l'accent a été mis sur les aspects géométriques du rayonnement, le milieu gazeux a été considéré gris pour ne pas alourdir indûment la présentation. Des techniques de dépistage de rayons ont été adaptées spécifiquement à chacune des méthodes, ouvrant ainsi la voie à l'utilisation des coordonnées cylindriques et curvilignes. Des comparaisons sont données pour évaluer la justesse et le temps de calcul des méthodes des plans imaginaires et des transferts discrets par rapport à la méthode de zones. Ces comparaisons ont été réalisées pour des enceintes rectangulaire et cylindrique en faisant varier l'émissivité de surface et le coefficient d'absorption du gaz. Quatre cas complexes simulant de près des problèmes industriels ont été traités par les différentes méthodes, de façon à mettre en lumière les possibilités des techniques utilisées.

Le sujet des travaux de recherche effectués au cours de mon doctorat consiste à contourner la difficulté liée au seuillage utilisé pour visualiser les images obtenues en tomographie par émission de positrons (TEP), de manière à obtenir des images tumorales plus précises qui par la suite pourraient être utilisées en radiothérapie. Pour cela, nous avons proposé de mettre à profit la simulation Monte Carlo que nous avions développée pour décrire le transport d’électrons et de particules lourdes chargées dans l’eau. Lors de cette étude, nous avons donc cherché à décrire dans les détails les plus fins (à l’échelle de la cellule) les dépôts d’énergie induits par le positron dans la matière biologique, et ce à partir de la simulation Monte Carlo de suivi de trace que nous avons déjà mise au point pour les électrons et les ions et qui a été modifiée pour décrire le suivi des positrons, notamment par la prise en compte du processus de capture qui vient d’être récemment calculé par notre équipe. L’intérêt de ce travail est multiple. D’une part, il permet de mesurer les risques encourus par le patient soumis à une irradiation +, ce qui est le cas lors d’examens médicaux comme la Tomographie par Emission de Positrons. D’autre part, la simulation numérique de transport de positrons dans la matière biologique, couplée à une simulation de suivi de photons dans l’eau, a permis d’appréhender avec précision la détection des photons après annihilation des positroniums (paires électron-positron formées lors du ralentissement du positron dans la matière). Une modélisation simple des paramètres géométriques et physiques de l’appareil de détection nous a ainsi permis de quantifier le nombre d’événements de chaque type détectés sur l’anneau à savoir le nombre de paires de photons dits diffusés, fortuits et vrais. A partir de ces données, il nous est alors possible de construire un sinogramme nous permettant la reconstruction d’images TEP. / The subject of my PhD work is to outline the problem linked to threshold used to visualize PET images, in order to obtain more accurate tumoral volumes which could be treated more efficiently in radiotherapy. To do that, we have proposed to use the Monte Carlo code we have already developed to study the following-up of electrons and ions in water. During this PhD study, we have also tried to describe with the best accuracy (at a cellular scale) the deposited energy induced by positrons in the biological matter thanks to the Monte Carlo simulation previously cited that we have adapted to describe the following-up of positrons, especially in adding the capture process which has recently been calculated by our team. In one hand, the goal of this work is to measure the risks taken by the patient during a medical exam (such as a PET acquisition). In another hand, the simulation of the following-up of positrons in the biological matter coupled to the simulation of the following-up of photons in water, has allowed the detection of photons after the Positronium (electron-positron pair formed during the positron slowing-down in the matter) annihilation. Then a simple modelling of the geometrical and physical parameters of the medical device has allowed a quantification of the number of events detected on the ring. More precisely, we have access to the number of true, scattered and random pairs. Thanks to these data, we are thus able to reconstruct a sinogram as well as the initial radiative volume. Then a comparison with some experimental results gives access to a semi-empirical relation between the volume and the threshlod.

En cas d’accident grave sur un réacteur à eau sous pression, l’évaluation de la quantité d’iode susceptible d’être rejetée dans l’environnement revêt une grande importance du fait de la radiotoxicité et du caractère volatil de cet élément. A ce jour, les connaissances acquises et les modèles utilisés ne permettent pas de rendre compte complètement du comportement de l’iode observé lors d’essais à grande échelle (programme PHEBUS-FP). Ces essais ont mis en évidence le rôle de la chimie hydrothermale de produits de fission (PF) tels que Cs et Mo sur la formation d’iode gazeux dans le circuit primaire. Des expériences de laboratoire dans un montage spécialement conçu reproduisent la chimie de mélanges CsI/MoO3 sous vapeur d’eau entre 1600 et 150°C. Les analyses globales (ICP-MS, DRX) et locales (MEBE-EDX, microspectrométrie Raman) ont permis d’identifier CsI, MoO3,xH2O et Cs2MonO3n+1 (n=1,2,3,5,7) dans les particules d’aérosols submicroniques collectés à 150°C. La formation des molybdates de césium Cs2MonO3n+1 conduit à la présence d’iode en phase gazeuse à 150°C. La modélisation de la chimie et du transport des espèces gazeuses et particulaires du système {I, Cs, Mo, O, H}. dans la ligne expérimentale a été réalisée à l’aide du code de calcul SOPHAEROS. La comparaison des résultats expérimentaux et des résultats des simulations met en avant des écarts, en particulier sur la prévision de la quantité d’iode gazeux présente à 150°C. / Iodine and cesium radio nuclides constitute important fission products (FP) of 235U. If the volatile forms (gas, aerosol) of FP would be released into the environment during a hypothetical severe accident of pressurized water reactor (PWR), a potential health hazard would be the ensue. Understanding their behaviors is an important prerequisite for planning appropriate mitigation measures. Severe reactor accident simulations are conducted in several tests of the international PHEBUS-FP program. The suspected connection existing between FP such as Cs, Mo and I, hydrothermal chemistry and its role on the iodine speciation in the primary circuit of reactor coolant system are highlighted. An experimental setup was developed to study the chemical behavior of CsI/MoO3 mixtures at 1600°C under steam and then during the steam cooling to 150 °C. These hydrothermal conditions are representative of the primary circuit of PWR. The analyses using ICP-MS, powder XRD, MEBE-EDX and Raman microspectrometry identify submicrometric aerosol particles as CsI, MoO3.xH2O and Cs2MonO3n+1 (n=1, 2, 3, 5, 7) according to the starting CsI/MoO3 ratio. The formation of Cs2MonO3n+1 induces the generation of gaseous iodine. This later result is in agreement with PHEBUS-FP experiments. The simulations of vapor phase chemistry and aerosol phenomena of the {I, Cs, Mo, O, H} system in the experimental setup were carried out using the SOPHAEROS code based on the thermodynamic chemical equilibriums. Some discrepancies were observed between experimental and simulated results, particularly for Mo rich particles and the volatile iodine species release.