Le carbure de silicium est un des materiaux envisages pour des applications nucleaires tels que les reacteurs a fission de 4eme generation et les reacteurs a fusion. Dans ce cadre, le SiC serait soumis a des conditions extremes de temperatures et d’irradiation ainsi qu’a la presence de gaz issus des produits de fission ou d’activation qui necessitent de comprendre comment les proprietes physiques du SiC pourraient evoluer. Dans le present travail nous nous sommes attaches a etudier les phenomenes se deroulant a l’echelle atomique qui modifient la microstructure et peuvent degrader les proprietes macroscopiques. La premiere partie de cette these est consacree a la caracterisation de l’endommagement et notamment des defauts lacunaires crees dans le SiC par irradiation avec des ions lourds a differentes energies et differentes fluences au moyen de la spectroscopie d’annihilation de positons (PAS) complete par la spectrometrie Raman. Les resultats de cette etude mettent en evidence que l’importante perte d’energie electronique associee aux irradiations avec des ions lourds modifie la nature et la distribution des defauts en-dessous de 0.2 dpa. Au-dela, l’impact n’est pas visible. Pour un endommagement a fort dpa en regime de collisions elastiques, l’amorphisation peut etre atteinte. Elle se caracterise par la formation de volumes libres equivalents a l’hexalacune. La deuxieme partie est consacree a l’etude de l’interaction de l’helium avec les defauts lacunaires dans des echantillons de SiC implantes He 50 keV a deux fluences. La distribution des defauts lacunaires etudiee par PAS evolue avec la temperature et deux stades d’evolution majeurs ont ete mis en evidence, celui a plus haute temperature depend de la fluence. Des mesures de thermodesorption ont montre que le second stade coincidait avec la desorption de l’helium. Enfin, des mesures de RBS et NRA en mode canalisee ont permis de localiser l’helium dans la maille cristalline et d’observer qu’une fraction migrait en quittant des sites interstitiels tetraedriques a une temperature correspondante au premier stade. / Silicon carbide is one of the envisaged materials for nuclear applications such as GEN IV fission reactor and fusion reactor. In this framework, SiC will be exposed to extreme temperature and radiation conditions and gas presence coming from activation and fission products. It is needed to better understand how the SiC physical properties will evolve under these conditions. In this work, we have specially focused our studies on the phenomena occurring at atomic scale and which modify the microstructure leading to the degradation of the macroscopic properties. The first part of this thesis is devoted to the damage characterization and especially to the vacancy-type defects created in SiC by heavy ion irradiation at various energies and fluences by using positron annihilation spectroscopy and Raman spectroscopy. The results highlight that the important electronic loss energy associated to high energy heavy ion irradiations modify the defect nature and distribution below 0.2 dpa. Beyond this value, the impact is not visible. For a damage induced at high dpa in the elastic collision regime, the SiC is amorphised and this structure is characterized by the formation of free volume similar to the hexa-vacancy. The second part is focused on the study of helium interaction with vacancy-type defects in SiC samples implanted with 50 keV-He ions at two fluences. First, the defect distribution evolution as a function of the temperature has been studied by PAS and has evidenced two evolution stages depending on the fluence. Then, thermodesorption measurements have shown that the second stage coincide with the helium desorption. Finally, RBS and NRA measurements in channeling mode have allowed us to localize helium atom in crystal structure and to observe that a part of helium migrates from tetrahedral interstitial sites at a temperature corresponding to the first stage one.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique des particules : Lyon 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. 139 réf. bibliogr.

Les applications potentielles du carbure de silicium (SiC) en microélectronique ont motivé de nombreuses études sur les défauts ponctuels, qui jouent un rôle important dans la compensation électrique. Ce matériau possède en outre de nombreux atouts pour participer au confinement des matières fissiles dans les réacteurs à caloporteur gazeux du futur (4ème génération). Dans cette thèse, nous avons utilisé la Résonance Paramagnétique Electronique et la Spectroscopie d'Annihilation de Positons pour étudier les propriétés (nature, taille, état de charge, migration et agglomération sous recuit) des défauts ponctuels natifs et induits par irradiation avec différentes particules (H+, e-, ions carbone) dans les polytypes 3C et 6H de SiC. L'étude par annihilation de positons des défauts natifs dans 6H-SiC a permis de mettre en évidence une forte concentration de pièges non lacunaires de type accepteur, qui ne sont pas présents dans les cristaux 3C-SiC. La nature des défauts détectés après irradiation aux électrons de basse énergie (190keV) dépend du polytype. En effet, si des paires de Frenkel de silicium et des monolacunes de carbone sont détectées dans les cristaux 6H, seules des monolacunes de carbone sont détectées dans les cristaux 3C. Nous proposons que ces différences quant aux populations de défauts ponctuels détectés résultent de valeurs différentes des énergies de seuil de déplacement du silicium dans les deux polytypes (environ 20eV pour 6H et 25eV pour 3C). Par ailleurs, les irradiations avec des protons de 12MeV et des ions carbone de 132MeV créent des monolacunes de silicium ainsi que des bilacunes VSi-VC. Ni la particule (protons ou ions carbone), ni le polytype (3C ou 6H) n'influent sur la nature des défauts générés. Enfin l'étude du recuit de monocristaux 6H-SiC irradiés avec des protons de 12MeV a permis de mettre en évidence plusieurs processus successifs. Le résultat le plus original est l'agglomération des monolacunes de silicium avec les bilacunes VSi-VC qui mène à la formation de trilacunes VSi-VC-VSi.

L'expérience AMS-02 est un détecteur de physique des particules qui sera installé sur la station spatiale internationale (ISS) pour une durée d'au moins 3 ans début 2008. Les motivations physiques sont la mesure des rayons cosmiques (e-, e+, p, p-bar, gamma, He, C,...), la recherche indirecte de matière noire, la recherche d'antimatière pour Z>2 et l'étude des photons du GeV au TeV. L'expérience HEAT a mesuré le spectre de positons jusqu'à 30 GeV. Elle montre une possible distorsion autour de 8 GeV, qui peut s'interpreter comme un signal de matière noire. La mesure du spectre de positons cosmiques nécessite une séparation positons/protons de l'ordre de 10^5, obtenue par l'utilisation conjointe des sous-détecteurs d'AMS-02. Les tests en faisceaux de 2002 du calorimètre électromagnétique ont permis de déterminer son pouvoir de séparation "électrons"/protons grâce à un réseau de neurones. Cette technique, basée sur des variables discriminantes et mise au point sur les données, a été utilisée pour déterminer l'acceptance en positons du détecteur en combinant les informations des autres sous-détecteurs. On peut aussi estimer le nombre de positons d'origine conventionnelle et déterminer la capacité de détection de signaux issus de matière noire froide. Cette étude est présentée pour des signaux issus de neutralinos supersymétriques et de particules stables de Kaluza-Klein. Les flux restent naturellement trop faibles pour être détectables. Le signal peut être amplifié grâce à l'existence de surdensités locales de matière noire qui apparaissent naturellement dans les modèles de formation de galaxie. Une modélisation de ces surdensités a été mise au point et présentée.

Le système sérotoninergique, impliqué dans plusieurs pathologies du système nerveux central, peut être exploré in vivo par l'imagerie TEP (tomographie par émission de positons). La recherche et la validation préclinique de radiotraceurs ciblant spécifiquement les récepteurs sérotoninergiques est donc cruciale. Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à deux récepteurs sérotoninergiques pour lesquels nous avons développé des outils moléculaires pour leur imagerie fonctionnelle: (i) les récepteurs 5-HT1A et (ii) les récepteurs 5-HT7. (i) Les récepteurs 5-HT1A sont parmi les récepteurs à sérotonine les mieux décrits à l'heure actuelle. Cependant, si des radiotraceurs TEP sont déjà disponibles, ceux-ci sont des antagonistes qui se fixent indifféremment aux récepteurs 5-HT1A, couplés aux protéines G et fonctionnels, et aux récepteurs 5-HT1A, découplés et non fonctionnels. Nous avons donc proposé une stratégie originale de développement d'un agoniste 5- HT1A radiomarqué au fluor afin d'accéder à une imagerie des récepteurs fonctionnels. Deux molécules, le F15599 et le F13714, initialement développées pour leurs propriétés antidépressives par un partenaire industriel, ont été radiomarquées au fluor 18 puis ont été évaluées in vitro, ex vivo et in vivo chez le rat et le chat. Nos résultats montrent que le [18F]F13714 permet de visualiser de manière inédite les récepteurs 5- HT1A couplés aux protéines G. (ii) Le deuxième axe de cette thèse concerne les récepteurs 5-HT7, de découverte récente et proposés comme cible thérapeutique antidépressive. A l'inverse des récepteurs 5-HT1A, les récepteurs 5-HT7 ne disposent pas encore de radiotraceur TEP. Notre approche a consisté à sélectionner, à partir du pharmacophore du récepteur, quatre structures d'antagonistes 5-HT7, synthétisées par un laboratoire partenaire de chimie : le 2FP3, le 4FP3, le 2FPMP et le 4FPMP. Nos études radiopharmacologiques in vitro, ex vivo et in vivo nous ont conduit à retenir un radiotraceur, le [18F]2FP3. À l'issue de ce travail de thèse CIFRE, nous pouvons donc proposer deux radiotraceurs TEP originaux, ouvrant des perspectives inédites d'imagerie moléculaires de la neurotransmission 5-HT1A et 5-HT7 et dont nous envisageons la poursuite du développement comme radiopharmaceutiques cliniques

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre.

Le carbure de silicium est un des materiaux envisages pour des applications nucleaires tels que les reacteurs a fission de 4eme generation et les reacteurs a fusion. Dans ce cadre, le SiC serait soumis a des conditions extremes de temperatures et d'irradiation ainsi qu'a la presence de gaz issus des produits de fission ou d'activation qui necessitent de comprendre comment les proprietes physiques du SiC pourraient evoluer. Dans le present travail nous nous sommes attaches a etudier les phenomenes se deroulant a l'echelle atomique qui modifient la microstructure et peuvent degrader les proprietes macroscopiques. La premiere partie de cette these est consacree a la caracterisation de l'endommagement et notamment des defauts lacunaires crees dans le SiC par irradiation avec des ions lourds a differentes energies et differentes fluences au moyen de la spectroscopie d'annihilation de positons (PAS) complete par la spectrometrie Raman. Les resultats de cette etude mettent en evidence que l'importante perte d'energie electronique associee aux irradiations avec des ions lourds modifie la nature et la distribution des defauts en-dessous de 0.2 dpa. Au-dela, l'impact n'est pas visible. Pour un endommagement a fort dpa en regime de collisions elastiques, l'amorphisation peut etre atteinte. Elle se caracterise par la formation de volumes libres equivalents a l'hexalacune. La deuxieme partie est consacree a l'etude de l'interaction de l'helium avec les defauts lacunaires dans des echantillons de SiC implantes He 50 keV a deux fluences. La distribution des defauts lacunaires etudiee par PAS evolue avec la temperature et deux stades d'evolution majeurs ont ete mis en evidence, celui a plus haute temperature depend de la fluence. Des mesures de thermodesorption ont montre que le second stade coincidait avec la desorption de l'helium. Enfin, des mesures de RBS et NRA en mode canalisee ont permis de localiser l'helium dans la maille cristalline et d'observer qu'une fraction migrait en quittant des sites interstitiels tetraedriques a une temperature correspondante au premier stade.

Dans les réacteurs à fusion, le tungstène subira des contraintes sévères dont, l'irradiation neutronique induisant la création de défauts ponctuels, et l'implantation d'hélium. La compréhension du comportement synergique des défauts lacunaires et de l'hélium est cruciale pour modéliser le comportement des composants en tungstène des futurs réacteurs à fusion thermonucléaire.Cette étude utilise la spectroscopie d'annihilation des positons (PAS) pour déterminer la nature et l'évolution en température des défauts d'implantation et l'analyse par réaction nucléaire (NRA)couplée ponctuellement à la microscopie électronique pour suivre le comportement de l'hélium.Les défauts générés dépendent des paramètres d'implantation (nature des ions, énergie, fluence). Par implantation d'3He à 800 keV, des monolacunes ont été créées et sont mobiles entre 473 et 623 K.L'augmentation de la concentration initiale en monolacunes décale le seuil de migration vers les basses températures. Des implantations à fort dpa (Fe 10 MeV) génèrent des amas lacunaires. Les impuretés jouent un rôle prépondérant sur le comportement en température des défauts.Le comportement de l'hélium a été étudié sous trois conditions d'implantation différentes. Les implantations à basse énergie (0,32 keV) montrent la création de complexes hélium-lacune par mutation. Les implantations à 60 keV mettent en évidence la compétition entre la migration, à basse fluence et le piégeage de l'hélium, à haute fluence. Finalement, des implantations à haute énergie(500 keV) renseignent sur l'influence de la microstructure sur la distribution des bulles d'hélium.

Il existe une variabilité interindividuelle de la relation dose - effet chez les patients atteints de maladies inflammatoires rhumatismales traités par les inhibiteurs du Tumor Necrosis Factor-alpha (TNF-a). Dans la première partie de cette thèse, la physiopathologie du TNF-a dans le processus inflammatoire est présentée. Ensuite, le travail se concentre sur la relation concentration-effet en utilisant la modélisation pharmacocinétique-pharmacodynamique (PK-PD) modèles. À la fin, après une discussion sur les biomarqueurs d'imagerie, la thèse traite de l'utilité d'une nouvelle technique permettant de détecter la réponse précoce au traitement, à savoir la tomographie par émission de positons (TEP). En résumé, ce travail décrit la relation PK-PD dans les maladies inflammatoires rhumatismales traitées par anticorps monoclonaux en utilisant les marqueurs cliniques et biologiques, et démontre également l'influence de fortes concentrations d'anticorps monoclonaux pour la maintenance au traitement. La TEP est une technique prometteuse pour identifier la réponse précoce aux antagoistes du TNF-a. / There is an interindividual variability of the dose - response relationship in patients with inflammatory rheumatic diseases treated by Tumor Necrosis Factor-alpha (TNF-a) inhibitors. In the first part of this thesis, the pathophysiology of TNF-a in inflammatory processes is presented. Then, the work focuses on the concentration-effect relationship using pharmacokinetic-pharmacodynamic (PK-PD) models. At the end, after discussion on imaging biomarkers, the thesis discusses the usefulness of a new technique to detect the early response to treatment, namely the positron emission tomography (PET). In summary, this work describes the PK-PD relationship in rheumatic inflammatory diseases treated by monoclonal antibodies using clinical and biological markers and demonstrates also the influence of high concentrations of monoclonal antibodies on maintenance to treatment. PET is a promising technique to identify early response to TNF-a antagonists.

La présence de lacunes d’oxygène dans les diélectriques est supposée dégrader les propriétés électriques des transistors « high-k metal gate ». Nous avons donc étudié les possibilités d’une nouvelle méthodologie pour analyser ces défauts dans des couches minces de HfO2. Il s’agit d’utiliser des techniques optimisées pour la caractérisation de nano-dispositifs i.e. la spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) en microscopie électronique en transmission et la cathodoluminescence (CL)calibrées par la spectroscopie d’annihilation de positons (PAS). Des films de HfO2 ont été déposés par ALD et PVD sur des substrats de silicium. Pour les besoins du PAS, des couches d’épaisseur (10 à 100nm) supérieure au standard de la nanoélectronique ont été élaborées. D’après leurs analyses par DRX,RBS/NRA, MEB, TEM. Ces couches présentent majoritairement une structure complexe et un excès d’oxygène important. Les résultats PAS dépendent de la technique de dépôt et du traitement thermique.Leur comparaison avec des caractérisations électriques sur les couches les plus minces indique la génération de champs électriques dans la couche, à l’interface avec le substrat et dans le substrat. Ces observations confirment la présence de charges évoquée dans la littérature. Ces études ont permis de mettre au point la méthodologie et les conditions d’acquisition et d’analyse des spectres EELS et CL.Ceux-ci dépendent de la technique de dépôt et du traitement thermique. Cependant la qualité des couches n’a pas permis d’isoler les effets de la stoechiométrie. Ce travail ouvre de nombreuses perspectives pour approfondir la compréhension des phénomènes se déroulant au sein des nano-dispositifs. / The presence of oxygen vacancies in high-k oxides is fore seen to have detrimental effects in high-kmetal gate MOS transistors. To validate this hypothesis, we investigate the possibility of using electron energy loss spectroscopy in an electron transmission microscope (EELS) and the cathodoluminescence(CL) calibrated by the positron annihilation spectroscopy (PAS) to analyze these defects in thin HfO2 layers.To develop this methodology, HfO2 films have been deposited both by ALD and PVD on silicon substrates. To make the samples adapted to the PAS depth resolution, the layers thicknesses (10 to100 nm) are higher than those used in microelectronics. According to XRD, RBS/NRA, MEB, TEM results, these layers present a complex structure and a large excess of oxygen.PAS results depend both on the deposition technique and on the heat treatment. They evidence the presence of electric fields in the oxide layer or at the interface with the substrate. Electrical measurements in the thinnest layers, confirm the presence of charges in the oxide layer as already mentioned in the literature. The sign of these charges changes with heat treatment and is in agreement with the PAS results.EELS improved data acquisition has been developed. The EELS and CL spectra have been analyzed using a systematic methodology allowing to extracting characteristic parameters. They depend on the deposition technique and the heat treatment. However, due to the poor quality of the layers, it has not been possible to isolate the effects of the stoichiometry. This work opens many perspectives to improve knowledge on phenomena occurring in devices.