Ce travail de thèse a été effectué au sein de la collaboration ATLAS au LHC. Il s'intéresse dans un premier temps au développement de nouveaux détecteurs Micromegas pour le projet NSW, et dans un second temps à la recherche d'un processus physique très rare : la production de quatre quarks top au LHC, à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Le programme de physique du LHC prévoit une augmentation significative de la luminosité de l'accélérateur dans les années à venir, en particulier pour la phase haute-luminosité dont le démarrage est prévu en 2026. Certains composants du détecteur ATLAS doivent être mis à jour, notamment les petites roues du spectromètre à muons qui vont devoir supporter une irradiation bien supérieure au niveau actuel. De nouvelles petites roues (NSW) sont en cours de développement et une partie des détecteurs Micromegas pour ces petites roues est construite par l'IRFU. Les performances de ces détecteurs sont validées sur un banc de test utilisant des muons cosmiques. Dans cette thèse, l'objectif a été de développer un code d'analyse des données de ce nouveau banc de test afin de caractériser les détecteurs Micromegas pour le projet NSW. Le code fournit notamment des informations de gain et d'efficacité de détection, et sera utilisé jusqu'à la fin du projet. Les efficacités mesurées sont globalement en accord avec les attentes sauf sur certaines parties des détecteurs qui doivent être investiguées. Le quark top est un élément central de plusieurs théories au-delà du modèle standard, comme par exemple les modèles avec des dimensions supplémentaires, ou encore qui incluent une modification du secteur du boson de Higgs. Certains de ces modèles prédisent une augmentation de la section efficace de production de quatre quarks top qui est un phénomène très rare dans le modèle standard et dont la section efficace ne vaut qu'environ 12 fb à 13 TeV. L'étude du processus à quatre tops dans le canal à deux leptons de même charge électrique est particulièrement intéressante car le niveau de bruit de fond y est très faible. Ce travail de thèse s'intéresse d'abord à l'analyse des événements à quatre tops avec le détecteur ATLAS, portant sur les données prises en 2015 et 2016. L'étude de ce processus est un défi de par le faible nombre d'événements disponibles, mais aussi à cause du bruit de fond dû aux faux leptons qui est difficile à estimer. Plusieurs limites sont posées sur des modèles de nouvelle physique, et sur la production conforme au modèle standard. Cette dernière limite est combinée avec un résultat provenant du canal à un lepton pour fournir la meilleure limite au moment de sa publication. Le processus de production de quatre quarks top conforme au modèle standard est à nouveau étudié avec l'entièreté des données prises entre 2015 et 2018, dans le but d'en effectuer une première observation. L'analyse de données est en cours, et cette thèse se concentre sur le développement d'une nouvelle méthode d'estimation du bruit de fond dû aux faux leptons. / This doctoral work was carried out as a member of the ATLAS collaboration at the LHC, an accelerator with a center-of-mass energy of 13 TeV. The development of new Micromegas detectors for the NSW project has been studied, along with the search for a very rare physics process : the production of four top quarks at the LHC, at a center-of-mass energy of 13 TeV. The physics programme of the LHC plans a significant increase of the luminosity in the coming years, especially for the high-luminosity phase beginning in 2026. Some parts of the ATLAS detectors must be upgraded to cope with the increased radiation levels. The small wheels of the muon spectrometer will be replaced by new small wheels (NSW) using Micromegas detectors. IRFU is responsible for producing some of the detectors, which performances are being validated on a test bench using cosmic muons. During this doctoral work, the aim was to develop an analysis code for the test bench data, in order to characterize the Micromegas detectors of the NSW project. The code provides gain and detection efficiency informations, and will be used until the end of the project. The measured efficiencies are in agreement with the expectations except in some parts of the detectors that are being investigated. The top quark plays a central role in many theories beyond the standard model, for instance in models with extra dimensions, or with a modification of the Higgs boson sector. Many of these models predict an enhanced cross section for the very rare four top quark process, which is predicted to be approximately 12 fb at 13 TeV. The study of the four top quark process is particularly interesting in the channel with leptons having the same electric charge because of the very low background level. This doctoral work is firstly carried out on the data taken in 2015 and 2016 by the ATLAS detector, in order to study the four top quark process and some new physics models. This process is very challenging given the very low number of events, and the difficult estimation of the fake lepton background. Several limits are set on new physics models and on the standard model four top quark production. The results on the standard model process are combined with the results from the single lepton channel to set the tightest limit at the time of its publication. The four top quark production is being studied again, using the data taken from 2015 to 2018 this time, with the aim of making a first observation of this process. The doctoral work is focused on a new method for estimating the fake lepton background.

Malgré de récentes avancées, les traitements par radiothérapie (RT) demeurent insatisfaisants : la tolérance des tissus sains aux rayonnements limite la délivrance de fortes doses (potentiellement curatives) à la tumeur. Pour remédier à ce problème, de nouvelles approches basées sur des modes de dépôt de dose innovants sont aujourd’hui à l’étude. Parmi ces approches, la technique synchrotron “Minibeam Radiation Therapy” (MBRT) a démontré sa capacité à élever la résistance des tissus sains aux rayonnements, ainsi qu’à induire un important retard de croissance tumorale. La MBRT combine des faisceaux submillimétriques à un fractionnement spatial de la dose. Dans ce contexte, l’alliance de la balistique plus avantageuse des particules chargées (et leur sélectivité biologique) à la préservation des tissus sains observée en MBRT permettrait de préserver d’avantage les tissus sains. Cette stratégie innovante a été explorée durant ce travail de thèse. Deux voies ont notamment été étudiées: la MBRT par faisceaux de protons (pMBRT), et d’ions très lourds. Premièrement, la preuve de concept expérimentale de la pMBRT a été réalisée dans un centre clinique (Institut Curie, Centre de Protonthérapie d’Orsay). De plus, l'évaluation de potentielles optimisations de la pMBRT, à la fois en terme de configuration d’irradiation et de génération des minifaisceaux, a été menée dans une étude Monte Carlo (MC). Dans la seconde partie de ce travail, un nouvel usage potentiel des ions très lourds (néon et plus lourds) en radiothérapie a été évalué dans une étude MC. Les combiner à un fractionnement spatial permettrait de tirer profit de leur efficacité dans le traitement de tumeurs radiorésistantes (hypoxiques), un des principaux défis de la RT, tout en minimisant leurs effets secondaires. Les résultats obtenus au terme de ce travail sont favorables à une exploration approfondie de ces deux approches innovantes. Les données dosimétriques compilées dans ce manuscrit serviront à guider prochaines les expérimentations biologiques. / Despite recent breakthroughs, radiotherapy (RT) treatments remain unsatisfactory : the tolerance of normal tissues to radiations still limits the possibility of delivering high (potentially curative) doses in the tumour. To overcome these difficulties, new RT approaches using distinct dose delivery methods are being explored. Among them, the synchrotron minibeam radiation therapy (MBRT) technique has been shown to lead to a remarkable normal tissue resistance to very high doses, and a significant tumour growth delay. MBRT allies sub-millimetric beams to a spatial fractionation of the dose. The combination of the more selective energy deposition of charged particles (and their biological selectivity) to the well-established normal tissue sparing of MBRT could lead to a further gain in normal tissue sparing. This innovative strategy was explored in this Ph.D. thesis. In particular, two new avenues were studied: proton MBRT (pMBRT) and very heavy ion MBRT. First, the experimental proof of concept of pMBRT was performed at a clinical facility (Institut Curie, Orsay, France). In addition, pMBRT setup and minibeam generation were optimised by means of Monte Carlo (MC) simulations. In the second part of this work, a potential renewed use of very heavy ions (neon and heavier) for therapy was evaluated in a MC study. Combining such ions to a spatial fractionation could allow profiting from their high efficiency in the treatment of hypoxic radioresistant tumours, one of the main challenges in RT, while reducing at maximum their side effects. The promising results obtained in this thesis support further explorations of these two novel avenues. The dosimetry knowledge acquired will serve to guide the biological experiments.

Le glioblastome est un cancer du cerveau très agressif dont les thérapies actuelles n’augmentent que très peu la durée de vie. Dans cette thèse, nous étudions un nouveau traitement par effet magnéto-mécanique de particules (TEMMP). Un champ magnétique rotatif à faible fréquence (20 Hz) est appliqué pour faire vibrer des particules magnétiques en contact avec les cellules cancéreuses. Les particules développées sont produites par une approche top-down en salle blanche. Les disques de permalloy utilisés présentent une configuration en vortex avec une faible rémanence et une bonne dispersion en suspension. Des particules multicouches de Co/Pt avec une anisotropie perpendiculaire et des vortex de permalloy en forme d’ellipses sont aussi étudiés. L’efficacité du TEMMP est évaluée in-vitro sur des cellules de glioblastome et les différents paramètres sont optimisés. Une forte diminution du nombre de cellules après traitement est alors observée et le comportement des cellules restantes est affecté. Le TEMMP est ensuite adapté pour une étude in-vivo dans un modèle orthotopique de glioblastome chez la souris nude. L’injection des particules en intra-tumoral est mise au point. Les tissus sont peu affectés par le TEMMP comparé à une injection de particules, et une faible augmentation de la survie est observée. Pour mimer les propriétés mécaniques du cerveau de manière plus pertinente, un modèle in-vitro 3D est alors développé et validé. Conçu avec des sphéroïdes de cellules pris dans un gel d’agarose, ce modèle apporte des pistes d’optimisation. / Glioblastoma is a brain cancer with a very poor prognosis. Existing therapies improve only slightly the median survival. In this work, we study a new treatment by magneto-mechanical actuation of particles (TMMAP). A low frequency (20 Hz) rotating magnetic field is applied to stimulate magnetic particles localized near cancer cells. Magnetic particles are produced by a top-down approach in clean room. Permalloy disks with a vortex configuration have a low remanence and are well dispersed in suspension. Multilayers of Co/Pt with a perpendicular anisotropy and permalloy vortex particles with an ellipse shape are also studied. TMMAP efficiency is tested in-vitro on glioblastoma cell line and the parameters are optimized. A huge diminution of living cells and an affected behavior of the remaining cells are observed after treatment. TMMAP is then adapted to an in-vivo study on glioblastoma orthotopic model on nude mice and the intratumoral injection of the particles is developed. Few differences are observed between tissues submitted to TMMAP or injected with particles, and survival is slightly increased. To mimic mechanical properties of the brain in a more relevant model, an in-vitro 3D model is proposed and validated. Based on cells grown as a spheroid and encapsulated in an agarose gel, this model brings optimization tracks.

Considérant une particule isolée, la différence principale entre un colloïde actif et un colloïde passif réside dans le temps de persistance du régime balistique. La transition du régime balistique vers le régime diffusif est déterminée dans les deux cas par des coefficients de friction ou de manière équivalente par des coefficients de diffusion. Le mouvement d’une particule colloïdale passive micrométrique est diffusif lorsqu’il est observé sur des intervalles de temps d’au moins une microseconde, suffisamment longs pour que la direction de la quantité de mouvement soit rendue aléatoire par des collisions avec les molécules de solvant. A l’échelle macroscopique ces collisions se traduisent par un coefficient de friction de translation. Pour une particule colloïdale active, un mouvement diffusif est observé pour des intervalles de temps de plusieurs secondes, suffisamment longs pour que la direction d’auto-propulsion soit rendue aléatoire par la diffusion rotationnelle de la particule.Dans cette thèse, nous étudions le mouvement d’une particule colloïdale active déposée à la surface de l’eau. Des particules Janus aux propriétés catalytiques ont été préparées par dépôt de platine métal à la surface de particules de silice. La profondeur d’immersion des particules ainsi que leur orientation par rapport à la surface de l’eau ont été caractérisées et discutées en tenant compte des propriétés de mouillage non-uniformes de la surface des particules Janus. Le mouvement de particules isolées en présence de quantités variables d’eau oxygénée utilisée comme source d’énergie, a été enregistré par vidéo-microscopie optique et les trajectoires analysées en termes de déplacement carré moyen et de fonction d’auto-corrélation des vitesses. L’observation de deux types de trajectoires, rectilignes et circulaires, révèle la force effective ainsi que le couple induit par la décomposition catalytique de l’eau oxygénée à la surface de la particule Janus. Le résultat principal de ce travail est que le mouvement des particules actives confinées à l’interface persiste plus longtemps dans le régime balistique que celui de particules actives totalement immergées en solution. Ceci est dû au confinement qui réduit le nombre de degrés de liberté de rotation mais aussi aux conditions de mouillage partiel qui font apparaître des contributions supplémentaires à la friction de rotation. / At the single-particle level, the main difference between active colloids and passive ones is the time scale over which the motion crosses over from ballistic to diffusive regime. In both cases, friction coefficients or equivalently diffusion coefficients determine this time scale. For instance, the motion of a passive colloid of 1m radius is diffusive when observed over lag times longer than a microsecond, once the direction of its momentum has been randomized by collisions with solvent molecules. At the macroscopic scale these collisions are accounted for by the translational friction coefficient. For an active colloid the effective diffusive behavior observed over lag times larger than few seconds results from the randomization of the direction of self-propulsion by rotational diffusion. In this thesis we investigated the motion of an active Janus colloid trapped at air-water interface. Spherical catalytic Janus colloids have been prepared through the deposition of platinum metal at the surface of silica particles. Immersion depth of the Janus colloid as well as their orientation with respect to the water surface, has been characterized and interpreted in terms of the non-uniform wetting properties of the Janus particles. The motion of the active Janus colloids in the presence of various concentration of hydrogen peroxide H2O2 as fuel was characterized by video microscopy and the trajectories analyzed through the mean square displacement and the velocity autocorrelation function. The types of trajectories, directional and circular ones that we observed in our experiments, revealed the effective force and torque induced by the catalytic decomposition of H2O2. At the water surface, active colloids perform more persistent directional motions as compared to the motions performed in the bulk. This has been interpreted as due to the loss of degrees of freedom resulting from the confinement at interface and also to the partial wetting conditions that possibly bring new contributions to the rotational friction at interface.

La supersymétrie est une des théories privilégiées pour expliquer la physique au-delà du Modèle Standard. Le LHC, qui fonctionne à des énergies de centre de masse les plus élevées jusqu’à ce jour, procure une opportunité inégalée de vérifier si cette théorie existe. Le traitement des électrons de signal occupe une place importante dans la recherche de supersymétrie qui inclut des leptons (électrons et muons) dans les états finaux du détecteur ATLAS. En raison des nombreuses sources de di-leptons de charge opposée dans le Modèle Standard et de leur contribution significative dans la recherche de bruit de fond, l’identification de la charge des électrons revêt une très grande importance pour les processus qui impliquent des états finaux consistant en des paires de leptons de même signe. Une estimation du taux d’erreur d’identification de la charge des électrons est présentée au moyen d’une fonction de vraisemblance, une méthode qui a déjà depuis été utilisée avec succès par la communauté d’ATLAS afin d’estimer le bruit de fond dû à une erreur d’identification de charge des électrons. En revanche, les processus qui impliquent la production de paires de gluinos lourds sont fortement motivés par le problème de naturalité ainsi que par le fait que leurs sections efficaces de production sont élevées. Une recherche de paires de gluinos utilisant des données récoltées durant la période 2015-2016 à √s = 13 TeV et correspondant à une luminosité de 36.1 fb⁻¹ est présentée. Les particules à l'état final one une grande impulsion transverse et plusieurs jets sont présents, dont au moins trois doivent être des jets-b. Le canal leptonique, qui nécessite en plus au moins un lepton (un électron ou un muon), est discuté en détail, y compris le schéma de suppression de chevauchement entre jet et muon en fonction du p_T du muon ainsi que l'optimisation des régions de signal. Aucune découverte n'est revendiquée. Des limites indépendantes du modèle sont extraites sur la section efficace visible pour les nouveaux processus physiques, et des limites dépendantes du modèle sont extraites en fonction des masses du gluino et du neutralino. Les masses de gluinos inférieures à 1.97 TeV pour les masses de neutralinos inférieures à environ 300 GeV sont exclues avec un niveau de confiance de 95%, montrant une amélioration marquée par rapport à la même analyse en utilisant uniquement l'ensemble de données de 2015. Les désintégrations de quarks top boostés, dans laquelle les particules filles des quarks top se trouvent près les uns des autres, vont se produire plus fréquemment dans Run 2 car l’énergie du centre-de-masse du LHC a subi une mise à niveau à 13 TeV à partir du début de 2015. Dans les recherches qui impliquent des particules supersymétriques se désintégrant en quarks top, ces désintégrations conduisent à une augmentation considérable de l'acceptation du signal lorsque des électrons se chevauchant avec des jets sont acceptés. Une discussion de la méthode et de la mesure initiale des efficacités d'identification pour les électrons se chevauchant avec des jets est présentée, représentant la première tentative de telles mesures pour les électrons produits à l'intérieur des quarks top boostés. / Supersymmetry is currently the leading candidate for physics beyond the Standard Model. The LHC, operating as the highest centre-of-mass energy collider to date, has been providing physicists with ample opportunities for verifying if supersymmetry exists. The treatment of signal electrons represents a significant part in searches for supersymmetry that involve leptons (electrons and muons) in the final state at ATLAS. In processes that can yield a final state that consists of a pair of same-sign leptons, correct electron charge measurement is extremely important, because of the potentially large contribution to the background due to (overwhelmingly) large Standard Model sources of opposite-sign dileptons. An estimation of the rate of electron charge mis-identification by a likelihood function is presented; the method has been applied to correct simulation predictions for mis-identification rates by the ATLAS collaboration. On the other hand, processes that target gluino pair-production are highly motivated by the naturalness problem and their high cross-section at the LHC. A search on the data collected in the 2015-2016 period, at √s = 13 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 36.1 fb⁻¹, is presented. The final state consists of large missing transverse momentum and multiple jets, of which at least three must be b-jets. The leptonic channel, which requires in addition at least one lepton (an electron or a muon), is discussed in detail, including the boosted p_T-dependent muon-jet overlap-removal scheme used in the analysis as well as the optimization of the signal regions. No discovery is claimed. Model-independent limits are set on the visible cross-section for new physics processes, and model-dependent limits are set for gluino and neutralino masses. Gluino masses of less than 1.97 TeV for neutralino masses below approximately 300 GeV are excluded at the 95% CL, showing an improvement over the same analysis using the 2015 dataset alone. Boosted top quark decays, in which the daughter particles of the top quarks are found close to each other, were expected to occur more frequently as the centre-of-mass of the LHC underwent an upgrade to 13 TeV starting early 2015. In supersymmetry searches that involve supersymmetric particles decaying into the Standard Model top quarks, such decays lead to a considerable increase in signal acceptance as electrons overlapping with jets are selected. A discussion of the method and the initial measurement of the identification efficiencies for electrons overlapping with jets is presented, representing the first attempt at such measurements for electrons produced inside boosted top quarks.

Les incompatibilités entre les simulations numériques, les prédictions théoriques et les observations cosmologiques à courtes et larges échelles suggèrent que la Matière Noire (MN) auto-interagit fortement. Il a été démontré qu’introduire un médiateur léger peut permettre de rendre compte de telles auto-interactions pour la MN. Un tel médiateur permet, de plus, des interactions "portails" entre le "secteur caché" (contenant la MN et le médiateur léger) et le "secteur visible" (contenant les particules que l'on connaît déjà, c'est-à-dire du Modèle Standard). Toutefois, l’espace des paramètres se voit de plus en plus exclu aux vues d’une tension entre, d’une part, les observations cosmologiques et astrophysiques et, d’autre part, le fait que l'on ait à ce jour toujours pas mis en évidence des traces de MN dans aucune expérience de physique des particules.Nous commençons par détailler toutes les contraintes qui s’appliquent aux modèles pour lesquels la MN auto-interagit au moyen d’un médiateur léger. Pour cela, nous considérons les deux exemples de modèles connus du portail de Higgs et du portail de mélange cinétique. Nous discutons ensuite l’effet Sommerfeld et étudions ses nombreuses implications sur de tels modèles. Nous poursuivons en établissant comment rendre compte de la densité relique de MN observée aujourd’hui dans l'Univers dans de tels modèles, c'est-à-dire dans des modèles qui présentent une structure générique composée de trois populations de particules (le Modèle Standard, la MN et le médiateur) connectées les unes aux autres au travers de trois interactions résultantes de deux couplages fondamentaux entre particules. Il apparaît que cela peut être fait selon cinq manières dynamiques différentes qui donnent lieu à neuf régimes de production de la MN dont quatre sont nouveaux. Ces nouveaux régimes de production sont pertinents pour la situation où les particules du secteur caché ne sont pas en équilibre thermique avec les particules du secteur visible.Nous étudions ensuite plus en détail la possibilité d’un secteur caché qui n’est pas thermiquement connecté au secteur visible, en déterminant en particulier l’espace des paramètres autorisé pour des candidats de MN thermaux en termes du ratio des températures des deux secteurs et de la masse de la MN. Nous montrons ensuite que si les deux secteurs ne sont pas thermalement connectés, les deux modèles simples de portails que nous considérons permettent de diminuer les tensions à courtes échelles tout en offrant des candidats de MN viables. Enfin, nous proposons et explorons d’autres modèles minimaux de MN auto-interagissante qui satisfont aux nombreuses contraintes de manière consistante. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les études épidémiologiques sur les effets de la fraction ultrafine de la pollution particulaire et les études sur la toxicité in vitro et in vivo des nanoparticules manufacturées témoignent d’un danger potentiel pour l’homme en raison de nouvelles propriétés physico-chimiques de la matière à l’échelle nanométrique. L’évaluation du risque lié à des expositions professionnelles ou environnementales ou le diagnostic d’un lien causal entre ces expositions et d’éventuelles pathologies peuvent être limités par l’absence de méthode de référence pour caractériser et quantifier les particules nanométriques dans les tissus et fluides biologiques. Ce travail a permis de mettre au point une méthode remplissant ces objectifs, basée sur la préparation des échantillons par digestion alcaline et microfiltration et sur l’analyse en microscopie électronique analytique. L’application de cette méthode dans deux études a permis de confirmer qu’une translocation des particules nanométriques était possible d’une part au niveau pleural avec concentration dans les black spots et d’autre part à travers le placenta avec une possible exposition du foetus. Ce travail a également permis de caractériser des sources d’expositions professionnelles ou environnementales aux particules nanométriques. Sous réserve d’optimiser le coût et le temps nécessaire pour ce type d’analyse, cette méthode pourrait permettre de définir des valeurs de référence sur des échantillons plus larges et représentatifs de la population générale ou être utilisée dans le cadre de la surveillance de travailleurs exposés. / Epidemiologic studies on the health effects of ultrafine particles from atmospheric pollution and in vitro or in vivo studies on manufactured nanoparticles toxicity suggest that potential hazards may result from new physico-chemical properties of materials at nanometric scale. To assess human health risk after occupational or environmental exposure or to demonstrate a causal relationship between such exposures and diseases may be hindered by the lack of reference method to characterize and quantify nanometric particles in biological tissues and fluids. This work allowed us to develop such a method based on samples preparation by alkaline digestion and microfiltration followed by analytical electron microscopy analysis. This method applied in two studies allowed us to confirm that pleural translocation of nanometric particles and accumulation in black spots were possible in human and that they also may pass through the placental barrier with potential fetal exposure. This work also allowed us to characterize some sources of occupational and environmental exposures. After time-cost optimization of this method, it could be used to define reference values on larger population-representative samples or used for the medical follow-up of exposed workers.

Cette thèse a pour but l'étude de théories diverses, toutefois interconnectées, décrivant la nouvelle physique au-delà du modèle standard de la physique des particules. Ces sont des théories d'un nouveau type de particules, les axions, d'un nouveau principe de symétrie, la supersymétrie, et d'une nouvelle description des degrés de liberté fondamentaux, la théorie des cordes. Les progrès instrumentaux et théoriques constamment fait au fil des ans ont confirmé que ces théories sont des candidates privilégiées pour une description de la physique au-delà du modèle standard.Les axions sont d'abord examinés et étudiés d'un point de vue phénoménologique: nous présentons des modèles qui désenchevêtrent les différentes échelles qui décrivent l'espace des paramètres des modèles d'axions, et nous discutons les axions présents dans des modèles de saveur. Inspirés par les recherches autour du swampland, nous nous imposons l'utilisation de symétries de jauge, et non globales, en tant que point de départ pour la construction de modèles.Notre intérêt se porte ensuite sur la supersymétrie. Nous étudions sa brisure, à la fois dans des modèles explicites dans l'ultraviolet qui génèrent une échelle de brisure de supersymétrie basse à partir de matière à haute échelle, et au niveau des théories effectives à l'aide de la supersymétrie non-linéaire. En ce qui concerne ce dernier thème, nous nous restreignons à l'approche des superchamps contraints. Enfin, nous présentons des solutions classiques exactes d'un modèle supersymétrique dont la portée est grande, le modèle de Wess-Zumino d'un superchamp chiral.Finalement, nous nous intéressons à la théorie des cordes. Nous calculons des spectres de cordes en guise d'illustration de la structure de la théorie et de point de départ pour le calcul d'amplitudes du vide à une boucle. Celles-ci nous permettent de tester l'une des conjectures du swampland, qui désigne la gravité comme la plus faible des forces, dans une configuration de théorie des cordes où la supersymétrie est brisée. Enfin, les axions en théorie des cordes sont analysés, en particulier lorsqu'ils sont chargés sous une symétrie de jauge abélienne anormale. / The aim of this thesis is to study various but interconnected theories for new physics beyond the standard model of particle physics. Those are theories of a new kind of particles, axions, a new symmetry principle, supersymmetry, and a new description of fundamental degrees of freedom, string theory. Constant instrumental and theoretical progresses made over the years maintain those already old subjects as leading BSM candidates.Axions are first reviewed and studied from a phenomenological perspective: we present models which disentangle the different scales which define the axion parameter space, and we discuss axions which arise in models of flavour physics. Motivated by swampland considerations, we insist on using gauge, and not global, symmetries as model building inputs.The focus then shifts to supersymmetry. We study its breaking, both in explicit ultraviolet models which generate a low supersymmetry breaking scale from high-scale matter, and at the effective field theory level using non-linearly realized supersymmetry. In our study of the latter topic, we focus on the constrained superfield approach. Finally, we present exact classical solutions of a supersymmetric model with broad application scope, the Wess-Zumino model of a chiral superfield.Last, we discuss string theory. We compute string spectra as illustrations of the structure of the theory and as starting points to compute one-loop vacuum amplitudes. Those are used to understand supersymmetry breaking in string theory, as well as brane interactions. Then, the latter enable us to test one of the swampland criteria, the weak gravity conjecture, in a string theory setup with broken supersymmetry. Finally, axions in string theory are scrutinized, in particular when they are charged under an anomalous abelian factor of the gauge group.

Dans ce travail, des méthodes d’analyses de spéciation exhaustive de lanthanides (Ln), en présence d'acides polyaminocarboxyliques (EDTA, DTPA) utilisés comme agents de desextraction dans les procédés de traitement de combustibles nucléaires usés, ont été développées par couplage simultané HILIC-ESIMS/ICPMS. Pour réduire les volumes d’effluents chromatographiques tout en maintenant des séparations efficaces et rapides, les performances de colonnes remplies de particules entièrement poreuses (FPP) et de particules superficiellement poreuses (SPP) ont été évaluées, aboutissant à la sélection de la technologie FPP de diamètre sub-2-µm. Selon la composition des échantillons, le couplage HILIC-ESIMS peut s'avérer suffisant pour des études de spéciation exhaustive, nécessitant l'évaluation du potentiel de l'ESIMS pour la mesure de composition isotopique d'éléments. Des méthodes de mesure de rapports isotopiques du natSm complexé à l'EDTA ont alors été développées avec deux types d’ESIMS, en introduisant directement l'échantillon. Une méthode de déconvolution a ensuite été développée pour déterminer les rapports isotopiques du natSm. L'approche a été validée avec un complexe de Sm enrichi en 147Sm et 149Sm. L'étape ultérieure a consisté à déterminer les rapports isotopiques du Sm avec le couplage simultané, en appliquant plusieurs méthodes de traitements de signaux transitoires. Des méthodes de quantification par étalonnage externe et par dilution isotopique spécifique ont été ensuite développées avec ce même complexe. Les développements réalisés avec le Sm pourront être étendus à d'autres lanthanides et aux actinides. / In this work, analysis methods of lanthanide (Ln) comprehensive speciation, in the presence of polyaminocarboxylic acids (EDTA, DTPA) used as back extraction agents in spent nuclear fuel treatment processes, were developed by simultaneous coupling HILIC-ESIMS/ICPMS. To reduce chromatographic effluent volumes while maintaining efficient and rapid separations, the performances of columns packed with fully porous particles (FPP) and superficially porous particles (SPP) were evaluated, resulting in the selection of the sub-2-µm FPP technology. Depending on the sample composition, HILIC-ESIMS coupling may be sufficient for comprehensive speciation studies, requiring assessment of the ESIMS potential for isotopic composition measurement of elements. The isotopic ratio measurement methods of natSm complexed with EDTA were then developed with two types of ESIMS, directly introducing the sample. A deconvolution method was then developed to determine the natSm isotope ratios. The approach was validated with Sm complex enriched in 147Sm and 149Sm. The next step was to determine the Sm isotopic ratios with the simultaneous coupling, by applying several methods of transient signal processing. Quantification methods by external calibration and specific isotopic dilution were then developed with this same complex. The developments carried out with Sm may be extended to other lanthanides and actinides.

La recherche et le développement effectué sur les poutrelles en I à base de bois a souvent eu recours aux essais expérimentaux et à des méthodes empiriques. Le panneau OSB (oriented stand board – panneau de lamelles orientées) s’est révélé être adapté lorsqu’il est utilisé comme âme dans ces poutrelles. Cependant, notre compréhension du comportement de cette âme en OSB pourrait être améliorée afin de mieux comprendre le comportement de ces poutrelles et d’en optimiser le design. L’objectif général de cette étude était de développer un modèle numérique permettant de simuler le comportement des poutrelles en I à base de bois afin d’avoir une meilleure compréhension de l’impact des propriétés de l’âme sur l’ensemble du système. Cet objectif a été poursuivi en spécifiant les trois objectifs spécifiques suivants : • Identifier les propriétés mécaniques de l’âme qui devraient être déterminées de manière expérimentale en fonction de leur impact sur la déflection des poutrelles et sur les déplacements relatifs causés par le cisaillement dans l’âme. • Déterminer les propriétés mécaniques requises pour l’âme en OSB, ainsi que leur variabilité, dans le développement d’un modèle numérique simulant les poutrelles en I en flexion. • Déterminer l’impact de la variabilité des propriétés mécaniques de l’âme en OSB sur le comportement en flexion des poutrelles en I. Pour identifier les propriétés mécaniques de l’âme importantes à être déterminées, une étude de sensibilité d’un modèle numérique basé sur la méthode par éléments finis (MEF) a été effectuée. Les propriétés mécaniques de l’âme ont été changées tour à tour dans le modèle, passant de 50% à 200% d’une valeur de référence pour déterminer leur impact sur la déflection de la poutrelle et sur le déplacement relatif en cisaillement dans l’âme. Le modèle s’est révélé être avant tout sensible au module de cisaillement dans le plan du panneau en modifiant la déflection de la poutrelle jusqu’à 23%. Le modèle s’est aussi montré sensible aux modules d’élasticité en tension de l’âme en OSB en directions parallèle et perpendiculaire à la longueur des poutrelles. La déflection de la poutrelle a respectivement été modifiée de 2% et 1% lorsque ces propriétés ont étés modifiées. Pour déterminer les propriétés mécaniques de l’âme en OSB requises et précédemment identifiées comme importantes ou sensibles du modèle pour l’âme en OSB, une méthodologie a été élaborée afin de déterminer les relations qui relient certaines propriétés mécaniques de l’OSB en fonction de la masse volumique de petits échantillons . Des panneaux OSB (n=40) ont d’abord étés scannés par rayons X afin de mesurer la masse volumique et d’en cartographier la variation dans le plan du panneau. Des échantillons ont étés découpés à partir de zones de masse volumique homogène selon trois orientations différentes (parallèle, perpendiculaire et à 45° par rapport à l’axe fort du panneau) afin de mesurer trois propriétés mécaniques requises pour un modèle élastique simulant l’âme en OSB d’une poutrelle en I : Les modules d’élasticité (MOE) parallèle et perpendiculaire à l’axe fort du panneau et le module de cisaillement (G). Étant donnée la faible taille des échantillons, le module de cisaillement à été déterminé suivant une équation de la mécanique des solides en utilisant une combinaison de MOE en tension dans le plan, incluant le MOE à 45°. Les résultats ont montré une forte relation entre la masse volumique de l’OSB et les propriétés mécaniques : les coefficients de détermination (R2) variant de 0,57 à 0,79. Cela a fourni les informations nécessaires pour inclure les propriétés mécaniques de l’OSB en fonction de la masse volumique dans un modèle simulant l’âme des poutrelles en I. Basé sur les équations de régression linéaire entre les propriétés mécaniques et la masse volumique, des augmentations de 207% du MOE en tension dans la direction parallèle, de 187% dans la direction perpendiculaire et de 172% à 45° ont été obtenues en passant de 600 à 900 kg/m3. L’équation utilisée pour déterminer le module de cisaillement s’est révélée juste et fiable. Finalement, pour déterminer l’impact de la variabilité des propriétés mécaniques de l’âme en OSB sur le comportement en flexion des poutrelles en I, plusieurs séries de simulations ont été effectuées. En premier lieu, la flèche et les déplacements relatifs en cisaillement dans l’âme ont été comparés à des résultats de simulation considérant une âme homogène et des résultats d’essais en laboratoire. Les résultats de simulation se sont révélés être près de ceux du laboratoire avec des différences de déflection se situant entre 9 et 24%. Les déplacements relatifs en cisaillement ont cependant été surestimés par le modèle. Les différences étaient potentiellement dues à la variabilité locale de masse volumique et des propriétés physiques et mécaniques l’OSB. Cette variabilité a été spécifiée dans le modèle en se basant sur les relations entre la masse volumique et les propriétés mécaniques de l’OSB préalablement établies. Les résultats de simulation considérant la variabilité des propriétés ont étés comparés avec d’autres considérant l’OSB comme étant homogène. La distribution des déplacements relatifs en cisaillement a été modifiée dans tous les cas et la flèche a en moyenne légèrement augmenté (moins de 1%). En se basant sur la relation entre la masse volumique et les propriétés mécanique des panneaux OSB, l’effet du profil de masse volumique selon l’épaisseur du panneau OSB a été considéré dans la simulation. Une augmentation de la flèche de l’ordre de 1% a été observée ainsi qu’un déplacement latéral de la semelle inférieure lorsque le profil de masse volumique vertical a été pris en compte. Il ressort de cette étude que l’OSB, en tant que matériau, a des propriétés mécaniques grandement variables à une échelle relativement petite. Ces propriétés, dont la plus influente est le module de cisaillement dans le plan du panneau, n’ont cependant pas un impact majeur sur le comportement des poutrelles en I en flexion dans le domaine élastique. / Research and development of wood I-joist design has often relied on laboratory testing and on empirical approach. Oriented strand board (OSB) has been used successfully as web material but its behavior within the I-joist needs to better be defined in order to improve wood I-joist design. The overall objective of this study is to develop a model that would simulate the deflection and shear strain of a wood I-joist in bending and to develop a better understanding of the web properties impact on the overall I-joist bending behavior. This was pursued by specifying three specific objectives: • Identify web mechanical properties that should be determined experimentally due to their impact on I-joist deflection and shear strain. • Determine the OSB web mechanical properties, including their variability, required to develop a finite element model of wood I-joist bending behavior. • Determine the impact of OSB physical and mechanical properties variability on I-joists bending behavior. To determine which OSB properties have higher impact on I-joist shear strain and deflection, a sensitivity study was performed with a finite element method (FEM) based model. The OSB mechanical properties were changed in a numerical model from 50% to 200% of the reference value to determine their impact on web shear strain and I-joist deflection. The model was primarily sensitive to in-plane web shear stiffness, which changed I-joist deflection up to 23%. The model was also sensitive to the web tensile modulus of elasticity parallel and perpendicular to joist length. These properties changed I-joist deflection up to 2% and 1%, respectively. The important or sensitive OSB web mechanical properties were determined by a methodology developed to obtain reliable mechanical properties of I-joists OSB web, including variability. OSB panel samples were scanned by X-rays to measure in-plane density variation. Specimens were cut from pre-defined homogeneous density areas in three different orientations (parallel, perpendicular, and diagonal to the strong axis) to measure three basic elastic properties required for an elastic model of I-joists OSB web: modulus of elasticity (MOE) parallel and perpendicular to the panel’s strong axis and shear modulus (G). Given the required small specimen size, shear modulus was determined using a combination of in-plane tensile MOEs, including MOE at 45 degrees. The results showed a strong relationship between OSB density and small-scale mechanical properties: coefficients of determination (R2) varied between 0.57 and 0.79. This provided information on I-joist OSB web mechanical properties as a function of density for input into a numerical model. Properties showed considerable variability in the 600–900 kg/m3 density range, with a 207% increase in tensile modulus of elasticity in the parallel direction, 187% in the perpendicular direction, and 172% at 45°. The mechanics-based OSB shear modulus equation used proved to be reliable. Finally, to determine the impact of OSB mechanical properties variability on I-joists bending behaviour, a series of simulations were performed. The inclusion OSB web heterogeneous properties over wood I-joist behavior in bending was investigated. The shear strain in the web and the I-joist deflection from full scale experimental results were first compared with model output considering homogeneous OSB web. Results showed a good correlation between simulated and full scale experimental bending test results values with deflection differences ranging from 9 to 24%. However, the model overestimated the shear strain. These differences were potentially due to the OSB local variability of density and mechanical properties. Based on a previously established density/properties relationship and on web OSB in-plane density mapping, OSB property heterogeneity was considered in the model. Simulation results including heterogeneous OSB properties (n=100) were then compared with those considering homogeneous properties (n=100). Shear strain distribution was altered in the web and a small (less than 1%) increase in deflection was observed. Based on density measured across the OSB web thickness and on the established density/properties relationship, simulations were performed to evaluate the effect of the vertical density profile on the simulated I-joist. A 1% deflection increase was observed as well as a lateral displacement of the bottom flange.