Nous avons étudié les processus non linéaires d'ionisation du xénon lors d'interaction avec une impulsion laser ultra-brève et intense de 100fs. (1fs.=1.10-15s). La dépendance de ces processus sur la longueur d'onde du rayonnement laser est investiguée dans le but de mettre en évidence le régime d'ionisation multiphotonique et le régime d'ionisation par effet tunnel. Utilisant un système TOPAS ("Traveling-wave Optical Parametric Amplifier of Superfluorescence"), pompé par un système laser Titane-Saphir (800nm à 100 fs.), nous avons mesuré à l'aide d'une technique de spectroscopie à temps de vol, la production d'ions Xe+ et Xe2+ sur une plage de longueur d'onde s'étalant de 500nm à 2300nm dans un domaine d'intensité de 10TW/cm2 à 1PW/cm2 avec un faisceau laser linéairement polarisé. Les résultats permettent de distinguer les domaines d'ionisation séquentielle et non séquentielle du xénon doublement ionisé en fonction de la longueur d'onde. D'un autre côté, nous avons calculé numériquement les taux d'ionisation du xénon utilisant le modèle PPT (Perelomov et al. (1965)). Il est connu que ce modèle constitue une bonne approximation particulièrement pour les taux d'ionisation du xénon simplement ionisé comme une fonction de la fréquence du rayonnement d'interaction. Ainsi grâce à ce modèle, nous avons pu reconstruire les événements expérimentaux de sorte que nous pouvons directement comparer en fonction de la longueur d'onde et de l'intensité de rayonnement laser le schéma d'ionisation séquentielle prédit par le modèle PPT avec nos résultats expérimentaux. Les résultats nous permettent alors une visualisation directe de la structure du domaine d'ionisation non séquentielle du Xe2+. L'analyse du domaine non séquentiel à plusieurs longueurs d'ondes montre qu'un mécanisme de rediffusion joue un rôle important dans les processus non séquentiels d'ionisation double. Dans ce type de mécanisme, un électron est d'abord éjecté par le champ laser et revient interagir avec un second électron (en se redirigeant vers son ion parent dans l'axe de polarisation du laser) pour ensuite y partager son énergie et ainsi produire une ionisation non séquentielle. / We have studied the frequency dependence of single and double ionization of xenon in the multiphoton and tunneling regime by a short laser pulse of 100fs. (1fs.=1.10-15s). We have used a traveling-wave optical parametric amplifier of superfluorescence (TOPAS) pumped by an 800-nm, 100-fs Titane-Sapphire laser system and a time-of-flight spectrometer (TOF). We have measured the ionization yield of Xe+ and Xe2+ in the wavelength range between 500 and 2300nm for intensity between$10TW/cm2 and 1PW/cm2. These results allow us to visualize the non sequential part as well as the sequential part of the ionization process leading to Xe2+. Otherwise, we also have done calculations for the ionization rate of xenon using the PPT model (Perelomov et al. (1965)) which is known to be a good approximation for the ionization rate (which is frequency dependent) for the single ionization of noble gas. Using the fact that the Xe+ yield can be correctly predicted for the single ionization process, we have reconstructed the experimental events in such a way that it allows us to compare directly our measurements to the PPT prediction of a sequential scheme of ionization. Results show clearly the enhancement of the Xe2+ yield charge state (the so call "knee" structure on the ionization curve). The analysis of the non sequential in the wavelength regime show that a rescattering mechanism play an important role in non sequential double ionization. In this type of mechanism, one electron is first ejected by the laser field and come back to interact with a second electron (by redirecting itself toward his parent ion in the direction of the laser polarization) to share his energy and then product a non sequential ionization.

Plusieurs types de bactéries peuvent se déplacer dans leur milieu à l’aide de flagelles rotatifs. Ces flagelles sont composés d’un moteur rotatif ainsi que d’un filament long qui peut atteindre plusieurs fois la longueur du corps (10-15 μm) à l’extérieur de la cellule. Ceux-ci sont composés d’un assemblage de plusieurs milliers de protéines identiques appelées flagelline (FliC). Chaque filament croît par auto-assemblage des unités de FliC à son extrémité extérieure. Chaque FliC doit donc être transportée, partiellement dépliées dans un mince canal à l’intérieur du filament. Au bout du filament se trouve une structure, nommée le cap, composée de 5 protéines FliD essentielles à la polymérisation de la flagelline. Le travail réalisé au cours de cette thèse porte sur deux aspects particuliers de l’assemblage d’un filament. Premièrement, un filament peutil continuer à s’assembler s’il est cassé ? Deuxièmement, quel est le taux de croissance d’un filament et est-ce que ce taux varie avec la longueur du filament ? En utilisant des impulsions laser ultrabrèves, nous avons coupé des filaments marqués d’un fluorophore pour observer s’ils continuaient à s’assembler. Suivant une période de croissance de 2 heures, les filaments étaient marqués de fluorophores différents et observées sous un microscope en épifluorescence. Une souche de Salmonella enterica génétiquement modifiée pour n’exprimer en moyenne qu’un seul filament par cellule a été utilisée. Cette modification assure que chaque filament revisité a bien été coupé auparavant. La même expérience fut aussi réalisée à l’aide d’une souche surexprimant la protéine FliD. En tout, 82 filaments bactériens furent ainsi coupés, puis observés après une période de croissance et aucune reprise de croissance ne fut observée. Ces résultats peuvent sembler surprenants à la lumière de récentes études qui ont rapporté que les filaments continuent de s’assembler lorsqu’ils sont cassés mécaniquement par des forces de cisaillement (”shearing”). En utilisant des marquages de couleurs différentes, nous avons aussi mesurer le taux de croissance du filament en fonction de sa longueur. Nos résultats démontrent que le taux de croissance diminue graduellement avec la longueur, allant de ∼ 4μm/h à 1μm jusqu’à ∼ 1μm/h à 10 μm. Ces résultats contrastent avec le taux constant de 2.3m/3h rapporté récemment dans la littérature. Les expériences décritent dans cette thèse ont donc permis d’élaborer un modèle novateur décrivant le mécanisme de croissance du filament bactérien combinant la simple diffusion avec un mécanisme actif qui introduit les flagellines à la base du filament. / Many types of bacteria swim using a rotary motor. These remarkable biological motors are composed of a stator, a rotor and a bacterial flagellar filament which extends many body lengths (10-15μm) outside of the cell. The filaments are constructed of as many as 20000- 30000 protein subunits (called flagellin). Each filament grows at its distal end by self-assembly of flagellin subunits that have to be exported in an unfolded conformation through the narrow channel inside the filament. At the very end of the filament, a “cap” structure made of the FliD protein is essential for flagellin self-assembly and polymerization. The work performed in this doctoral thesis focuses on two specific aspects of the filament assembly. First, we ask whether the filament can continue to grow after being cut? Secondly, the rate of growth is measured as a function of the filament’s length. Using femtosecond laser ablation, we cut individual bacterial filaments and observed whether they could regrow. Bacterial filaments were first labeled with an orange fluorophore, cut with the laser, and then re-labeled with a green fluorophore after a 2h regrowth period. The experiments were performed with a genetically modified Salmonella enterica strain that grows only one filament per cell. This modification allows us to make sure that we revisit (after the regrowth period) the exact individual filaments that were cut by the laser. The same experiment was also performed with a strain where the cap protein FliD could be overexpressed. Overall, 82 filaments were cut and we did not observe any regrowth. Interestingly, this conclusion differs from results reported recently using mechanically broken (sheared) Escherichia coli filaments. Using a similar approach (sequential labeling of filaments with different colors) we also investigated the rate at which bacterial filaments grow as a function of their initial length. Our results lead us to the conclusion that the growth rate decreases with length (from ∼ 4μm/h at 1μm down to ∼ 1μm/h at 10μm). These observations again contrast with the constant growth rate (2.3 μm/3h) reported in a recent study. Those two separate results helped in the developement of a new model for the mechanism behind the bacterial flagellar growth combining simple diffusion with an active mecanism feeding the flagellin proteins at the base of the filament.

L’hologramme généré par ordinateur (HGO) a été démontré à jouer un rôle important depuis son invention par Lohmann dans les années 1960 dans de nombreuses applications telles que l’ingénierie du front d'onde, l’éclairage structuré et l’affichage optique, etc. Dans le travail de thèse ci-présent, la modélisation, la conception et l’optimisation d’HGO avec des phases binaires sont étudiées. Nous avons examiné un système pratique de projection d’image avec certaines spécifications de travail, par exemple, une distance de travail de 40 cm, une profondeur de champ de 10 cm et un angle de diffraction de 53 degré pour une longueur d’onde de travail de 632 nm, et ensuite conçu et optimisé un hologramme de phase binaire en passant par une recherche directe binaire pour ce système d’image. L’hologramme a été fabriqué par la lithographie à faisceau d’électrons. Pour atteindre l’angle de diffraction requis, nous avons discuté de l’architecture optique dans le système de projection d’image holographique. L’HGO conçu et le système de projection d’image holographique ont été validés expérimentalement par reconstruction optique. Étant donné que les pixels finiront par se regrouper pour former des ouvertures polygonales en hologramme, qui peut être vu clairement dans le processus de recherche directe binaire, nous avons proposé une nouvelle approche pour la conception directe des ouvertures polygonales basée sur la disposition triangulaire en HGO de grande taille en pixels. La diffraction de l’ouverture a été calculée par la transformation analytique d’Abbe. L’image reconstruite peut être exprimée comme une addition cohérente de motifs de diffraction à partir de tous les bords droits d’orientations et de longueurs différentes. Une optimisation en deux étapes comprenant l’algorithme génétique avec la recherche locale de codage des phases binaires des ouvertures, suivie par la recherche directe de co-sommets flottants des ouvertures triangulaires élémentaires a été développée. Nous avons en outre proposé une disposition d’ouverture quadrilatérale, qui fournit plus de degrés de liberté et peut former des ouvertures polygonales plus diverses en hologrammes. L’algorithme génétique parallèle avec la recherche locale a été adopté dans une première étape pour assigner des phases binaires, et la recherche directe a ensuite été utilisée pour optimiser des emplacements de co-sommets d'ouvertures quadrilatérales lors de la deuxième étape. Trois schémas différents pour l'algorithme en deux étapes ont été discutés pour fournir des moyens flexibles afin d’équilibrer la performance de l’optimisation et la durée nécessaire. / The computer-generated hologram (CGH) has been demonstrated to play an important role, since its invention by Lohmann in 1960s, in many applications such as wavefront engineering, structured illumination and optical display, etc. In this thesis, the modeling, design and optimization of CGH with binary phases are studied. We considered a practical projection image system with certain working specification, e.g. working distance of 40 cm, depth of field of 10 cm and a diffraction angle of 53 degree for 632 nm working wavelength, and then designed and optimized a binary-phase hologram by direct binary search for this image system. The hologram was fabricated by E-beam lithography. To achieve the required diffraction angle, we discussed the optical architecture in holographic projection image system. The designed CGH and holographic projection image system were validated experimentally by optical reconstruction. Since the pixels will eventually cluster to form polygonal apertures in hologram, which can be seen clearly during the process of direct binary search, we proposed a new approach to directly design polygonal apertures based on triangular layout in CGH of a large number of pixels. The diffraction of aperture was calculated by analytical Abbe transform. The reconstructed image can be expressed as a coherent addition of diffraction patterns from all the straight edges of different orientations and lengths. A two-step optimization including genetic algorithm with local search for encoding binary phases of apertures, followed by direct search for floating covertices of the elementary triangular apertures was developed. We further proposed a quadrilateral aperture layout, which provides more degrees of freedom and can form more diverse polygonal apertures in holograms. The parallel genetic algorithm with local search was adopted to assign binary phases in the first step, and direct search was then used to optimize of locations of covertices of quadrilateral apertures in the second step. Three different schemes for the two-step algorithm were discussed to provide flexible ways to balance the optimization performance and time cost. / Résumé en espagnol

Le niobate de lithium périodiquement inversé, communément appelé PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate), a fortement été exploité au cours de la dernière décennie pour des applications en optique non-linéaire. Plus récemment, le PPLN a également suscité beaucoup d'intérêt pour les applications électro-optiques, particulièrement pour la syntonisation des OPO. Cependant, les tensions rapportées pour opérer ces dispositifs sont supérieures à 1 kV. L'approche la plus naturelle pour réduire cette tension consisterait à intégrer les fonctions électro-optiques et non-linéaires sur un PPLN guidé de coupe x (substrat orienté [1,0,0]). Malheureusement, la profondeur actuelle des domaines formés sur cette coupe est trop faible pour recouvrir les modes dans l'infrarouge et par conséquent induire de fortes efficacités de conversion. Cette thèse présente une nouvelle technique pour fabriquer des PPLN profonds sur une coupe x du niobate de lithium. La méthode tire profit de rubans gravés à même la surface de la gaufre pour augmenter la pénétration du champ électrique d'inversion et donc la profondeur des domaines. En employant cette technique, des PPLN de 6.5 um et de 4.5 um ont été respectivement inversés sur du niobate de lithium non-dopé et dopé MgO. Ces profondeurs devraient être suffisantes pour recouvrir la totalité des modes considérés dans un processus de génération de fréquences. A la lumière de ces résultats, des guides ont été ajoutés sur nos échantillons non-dopés et dopés MgO. Les efficacités de conversion les plus élevées mesurées sont de 46 % W⁻¹cm² pour les échantillons non-dopés et de 36 % W⁻¹cm² pour les échantillons dopés. Ces résultats équivalent aux valeurs typiques publiées pour la coupe z ([0,0,1 ]) autour de 1.5 um. Cette étape concernant l'efficacité validée, d'autres échantillons ont été fabriqués pour démontrer la syntonisation de l'accord de phase par effet Pockels. La configuration proposée tire profit d'une interaction de type I dans des guides de titane pour minimiser l'annulation des coefficients électro-optiques et diminuer le désaccord entre les indices de groupe. Elle s'appuie également sur des électrodes coplanaires et digitales pour minimiser la tension. En utilisant une telle approche, une syntonisation de 58 nm a été observée avec une tension appliquée de ±150V.

Malgré le succès apparent du modèle standard (SM), il semble évident que ce dernier soit incomplet. La supersymétrie, qui associe à chaque fermion connu un partenaire bosonique (et vice-versa), résout d’une façon élégante différents problèmes inhérents au SM et semble être le meilleur candidat pour la physique à l’échelle du TeV. Si la supersymétrie s’avère être une description adéquate de la nature, elle doit être spontanément brisée afin d’expliquer le fait qu’aucun superpartenaire n’a été découvert. Toutefois, la phénoménologie est a priori impossible à respecter si la brisure provient directement du modèle standard supersymétrique minimal (MSSM). Ceci nécessite donc l’introduction d’un secteur caché faiblement couplé avec le MSSM, dans lequel la supersymétrie y est d’abord brisée, puis transmise au MSSM. Dans cet ouvrage, on analyse le mécanisme de transmission de la brisure de supersymétrie dans le contexte de la médiation de jauge générale (GGM) appliquée au couplage direct renormalisable le plus général possible pour des superchamps chiraux. Ceci permet d’exprimer les corrections au secteur visible en terme de fonctions de corrélation d’opérateurs du secteur caché. Ces dernières sont ensuite exprimées comme une somme de valeurs moyennes d’opérateurs locaux grâce au formalisme du développement en série d’opérateurs (OPE). La forme des OPEs, étant grandement contrainte par le fait que le secteur caché développe une symétrie superconforme dans l’UV, permet d’obtenir des conclusions intéressantes du point de vue phénoménologique et permet de faciliter la construction de modèles. / Despite the apparent success of the standard model (SM), it seems obvious the latter is incomplete. Supersymmetry, which associates to each known fermion a bosonic partner (and vice-versa), solves multiple inherent SM problems in an elegant fashion. It thus appears to be the best candidate for TeV physics. If supersymmetry is to be an adequate description of nature, it must be spontaneously broken to explain the fact that no superpartner has yet been discovered. However, the phenomenology is impossible to respect if the breaking comes directly from the minimal supersymmetric standard model (MSSM). A hidden sector weakly coupled with the MSSM, in which supersymmetry is broken then transmitted to the MSSM, is thus required. In this master’s thesis, we analyze the transmission mechanism of supersymmetry breaking in the context of general gauge mediation (GGM). We analyze the most general renormalizable direct couplings for chiral superfields. This allows to express visible-sector corrections in terms of hidden-sector correlation functions, which are then expressed by their operator product expansion (OPE). The fact that the hidden sector develops a superconformal symmetry in the UV gives powerful constraints on the structure and coefficients of the OPE. Therefore, the method is useful to obtain phenomenological results and could be used to develop models in a systematic way.

Les travaux que nous présentons dans cette thèse portent sur l'étude des résonateurs optiques à l'état solide munis de miroirs coniques et holographiques. Nous présentons brièvement dans une première partie une méthode de duplication que nous avons proposée afin de remédier aux défauts liés au matériau photosensible dans lequel sont fabriqués les réseaux holographiques apodisants. Cette méthode de duplication s est avérée être peu reproductible. Nous avons alors proposé d'utiliser la méthode de gravure par plasma. Nous montrons que le transfert de la structure périodique du matériau photosensible au verre de silice fondue change la forme sinusoïdale de son profil en profil rectangulaire. Nous montrons que les profils spatiaux des faisceaux réfléchis par ces réseaux à profil rectangulaire sont similaires à des profils gaussiens. Nous avons introduit cet élément holographique comme coupleur de sortie en configuration Littrow dans un résonateur optique avec un miroir convexe. Le profil du faisceau de sortie obtenu est proche de la limite de diffraction (i.e. similaire à un profil gaussien) dans le champ lointain. En second lieu, nous avons étudié les résonateurs optiques avec un miroir conique convexe et avec différents coupleurs de sortie. Nous montrons que ces résonateurs optiques ont une sélectivité angulaire très faible. Les faisceaux de sortie correspondent à des modes Bessel-Gauss avec un ordre angulaire élevé ou des faisceaux du type Mathieu-Gauss lorsqu'il y a un désalignement du coupleur de sortie. Finalement, nous proposons une méthode originale pour fabriquer des réseaux holographiques circulaires qui permettent de générer des faisceaux de Bessel. L'intérêt que présentent ces axicons holographiques est que la période du réseau est inversement proportionnelle à l'angle caractéristique d'un axicon conventionnel utilisé pour l'inscription du réseau. Ceci nous permet de faire des axicons avec des angles caractéristiques inférieurs à 0.5°. Nous avons introduit ce type de réseau dans un résonateur avec un miroir convexe et le faisceau de sortie dans le champ lointain présente une forme annulaire très caractéristique des faisceaux de Bessel.

La curiethérapie est une modalité particulière de traitement en radiothérapie qui se différencie de la radiothérapie externe par l’implantation des sources radioactives scellées à l’intérieur ou au voisinage immédiat du volume tumoral, de façon permanente ou temporaire. Cette modalité de traitement a bénéficié des avancées technologiques telles que l’utilisation des projecteurs de sources et le développement de nouveaux algorithmes d’optimisation de dose qui ont contribué à l’amélioration de la qualité des plans de traitement. Cependant, le processus de planification de traitement en curiethérapie, indépendamment de l’algorithme d’optimisation implanté dans le système de planification de traitement (TPS), requiert toujours une forte interaction entre le planificateur et le TPS. Cette forte interaction, non seulement, augmente la durée de la planification, mais conduit aussi souvent à des plans finaux dont la qualité est tributaire du jugement et de l’expérience du planificateur. Le présent projet a consisté à développer des modèles pour l’optimisation de la qualité des plans en curiethérapie de la prostate haut débit de dose, optimisation basée sur les paramètres géométriques spécifiques à chaque patient, grâce au formalisme de l’analyse de frontière stochastique, une méthode empruntée de l’économie. Les paramètres géométriques qui ont permis de caractériser chaque plan sont : le volume des différentes structures [volume cible anatomoclinique, organes à risque (OAR)], leurs proximités mutuelles par le biais de la distance de Hausdorff, et la divergence des cathéters dans la prostate. Les modèles ainsi développés constituent un outil d’aide à la planification en prédisant à l’avance (au début du processus de planification) le meilleur compromis qu’il est possible d’atteindre entre la couverture du volume tumorale et la limitation de la dose aux OARs alentour. Les modèles ont été développés pour les indices dosimétriques d’intérêt analysés en clinique pour la validation des plans pour chacune des structures telles que : la prostate, la vessie, le rectum et l’urètre. Les résultats obtenus sur la base d’un échantillon de 495 patients montrent que ces modèles peuvent aider le planificateur à personnaliser le processus d’optimisation sur la base du profil de paramètres géométriques de ce dernier, minimisant ainsi l’impact du jugement et l’expérience du planificateur sur la qualité du plan final. Leur utilisation peut être étendue comme un outil robuste pour la sélection de meilleurs plans pour les études de type “knowledge-based study”. Le projet doit cependant se poursuivre par l’exploration d’autres paramètres géométriques et par la validation clinique des différents modèles avant leur implémentation en routine clinique. / Brachytherapy is a special modality of radiotherapy for cancerous tissues treatment. Unlike external radiotherapy, this form of radiation therapy modality uses sealed radiation sources positioned permanently or temporarily within (or close to) the treatment volume. Brachytherapy treatment modality has benefited from technological advances such as the use of remote afterloading units and the development of new dose optimization algorithms that led to the improvement of treatment plans quality. However, the treatment planning process, regardless of the optimization algorithm used for dose calculation in the treatment planning system (TPS), still requires a strong interaction between the planner and the TPS. This strong interaction not only increases the planning time, but also often leads to final plans whose quality depends on the planner’s judgment, as well as planner’s experience. The goal of the current project was to develop models for the optimization of the quality of high dose rate prostate brachytherapy plans, based on patient’s specific geometric parameters, using stochastic frontier analysis, a method of economic modeling. Geometric parameters involved in the modeling process are the volume of structures of interest such as the clinical target volume (CTV) and organs at risk (OARs); the Hausdorff distance between CTV and OARs, and a third parameter measuring the degree of non-parallelism of catheters within the prostate. The built models are expected to be helpful in the treatment planning process by predicting dosimetric parameters values attainable at the starting point of the treatment planning. They will provide valuable indications in advance, on the level of dose reduction to OARs, as well as, the target volume coverage achievable. Models were built for dosimetric parameters of interest analyzed in the clinic for clinical validation of plans for each structure (prostate, bladder, rectum and urethra). The modelling results based on a dataset of 495 plans show that the developed models can be helpful to assist planner in the optimization process based on the geometric parameters profile of each plan, thus minimizing the impact of the judgment and the planner’s experience on the final quality plan. Furthermore, their use can be extended as an accurate means for selecting optimized plans for a knowledge-based study. However, further research is required in order to investigate others geometric parameters, as well as, for the clinical benchmarking the performance of the developed models before their implementation in a clinical setting.

De par le monde, les virus, les bactéries pathogènes et les parasites ont causé plus de 21 millions de décès en 2010 [1, 2]. La détection dés agents pathogènes plus tôt dans le traitement antimicrobien permettrait de diminuer le nombre de victimes et réduirait le développement de résistance antibiotique [3]. Cependant, les techniques de biodétection nécessitent souvent quelques jours de délai dus à l'étape de culture microbienne. Pour éliminer cette étape, notre groupe de recherche développe une technique de biodétection optique très sensible basée sur les modes de galerie de microsphères fluorescentes. Bien que cette technique ait montré des résultats prometteurs, elle n'est toutefois pas prête à être intégrée en milieu clinique, puisque certaines étapes sont longues et expérimentalement non triviales. Dans nos travaux de recherche, les étapes de préparation des échantillons, de prise de mesures et de traitement de signal de la technique de biodétection WGMs en fluorescence ont. été réformées afin de simplifier et d'accélérer les manipulations. En premier lieu, les microsphères fluorescentes ont été étudiées afin de choisir un diamètre nominal et une plage spectrale offrant un maximum de WGMs selon la longueur d'onde d'excitation utilisée au laboratoire. Ensuite, l'intégration de la chambre d'écoulement d'un cytomètre en flux commercial et d'un système de déclenchement synchronisé au montage ont permis d'automatiser et d'accélérer considérablement l'étape de prise de mesures. De plus, l'optimisation de l'étape de traitement de signal a permis de générer des spectres théoriques très représentatifs des spectres de fluorescence de microsphères plus grandes que 6250 nm de rayon. Finalement, une nouvelle version de l'algorithme de mesure instantanée d'indice de réfraction apparent (IMARI 2.0) a été validée puis appliquée à la reconnaissance du rayon et de l'indice de réfraction apparent pour des microsphères de 6500 nm émettant de 580 nm à 650 nm.

Les connaissances des voies moléculaires et cellulaires régulant le développement neuronal dans le cerveau adulte peuvent être utilisées pour mettre au point des stratégies efficaces de thérapie de remplacement cellulaire. L’étude de la dynamique et des mécanismes nécessaires à la neurogenèse adulte, requiert des techniques d’imagerie en temps réel. En outre, il est important de développer des méthodes d'imagerie sans marqueurs. Mon travail vise, en partie, à relever ces défis. Les néo-neurones générés chez l’adulte migrent densément le long des vaisseaux sanguins et des tubes gliaux dans le courant de migration rostral (CMR). Cet alignement peut créer une anisotropie qui peut être détectée en lumière polarisée. J'ai d'abord essayé cette technique pour la détection sans marqueurs des cellules migratrices dans le CMR. Bien que l’imagerie avec la lumière polarisée suscite certaines espérances, elle a toutefois fait apparaître que l'anisotropie des cellules migratrices est très faible et que sa détection est entravée par des signaux de fortes intensités provenant des axones myélinisés se trouvant à proximité. Ensuite, j'ai étudié la migration des neuroblastes marqués viralement pour élucider certains mécanismes nécessaires à leur migration. La signalisation GABAergique joue un rôle important dans la migration neuronale, déterminée par le gradient chlorique trans-membranaire. Ce dernier est, à son tour, contrôlé par KCC2, un co-transporteur responsable de l'extrusion de Cl-. Il est connu que KCC2 est exprimé dans les stades de développement plus avancés. Toutefois, le rôle de KCC2 dans la migration neuronale est inconnu et mes expériences suggèrent que ce co-transporteur est impliqué dans la migration radiale, mais pas tangentielle, de neuroblastes. Enfin, j'ai exploré in vivo comment la plasticité structurelle des néo-neurones générés chez l’adulte dans le bulbe olfactif (BO) est modulée par les odeurs. On ne sait pas comment le fonctionnement du BO s’ajuste à l’environnement olfactif de facon rapide lorsque de nouvelles synapses de néo-neurones ne sont pas encore formées. Mes données in vivo d'imagerie à deux photons complètent les travaux antérieurs de notre laboratoire, révélant une nouvelle forme de plasticité structurale dans le cerveau adulte. Ainsi, en utilisant diverses méthodes d'imagerie j'ai essayé de mieux comprendre la migration et la plasticité des nouveaux neurones dans le cerveau adulte. / The knowledge about molecular and cellular pathways orchestrating neuronal development in the adult brain can be used to build up efficient strategies for cell replacement therapies. Adult neurogenesis is a very dynamic process, and it is crucial to monitor it directly to decipher mechanisms required for neuronal development. Furthermore, it is important to develop label-free imaging methods. My work is, in part, aimed at addressing these challenges. Adult-born neurons migrate densely along blood vessels and glial tubes in the rostral migratory stream (RMS). This alignment may create anisotropy which can be detected in polarized light. I first tried this technique for label-free detection of migratory cells in the RMS. While this imaging may have some promises, it showed that anisotropy in migrating cells is quite low and its detection is hampered by large signals deriving from nearby myelinated axons. I further studied the migration of virally labeled neuroblasts to elucidate some of the mechanisms required for their migration. GABAergic signaling plays an important role in neuronal migration and is defined by transmembrane Cl- gradient. This, in turn is controlled by the Cl- extruding co-transporter KCC2, known to have a late developmental expression. The role of KCC2 in neuronal migration is unknown and my experiments suggest that this co-transporter is involved in the radial, but not tangential migration of neuroblasts. Finally, I explored in vivo the odor-related structural plasticity of adult-born neurons in the olfactory bulb (OB). It remains unknown how OB functioning is adjusted to rapidly changing odor environment when new synapses of adult-born neurons have not yet been formed. My in vivo two-photon imaging data complements the previous work in our lab, revealing altogether a new form of structural plasticity in the adult OB. Thus, using diverse imaging methods I tried to better understand the migration and plasticity of new neurons in the adult brain.

Cette thèse a pour sujet l’amélioration du traitement contre le cancer par radiothérapie externe à l’aide d’images prises par l’imageur portal. Actuellement, la dose totale d’un traitement curatif en radiothérapie externe est fractionnée sur plusieurs semaines. Au cours de celles-ci, le patient peut présenter des modifications anatomiques dues à de multiples facteurs (comme la perte de poids ou la modification du volume tumoral), ce qui peut compromettre la qualité du traitement planifié. La finalité de ce projet est d’améliorer les traitements de radiothérapie externe en utilisant une technique capable de déterminer si l’anatomie du patient traité est toujours conforme à sa planification. Ce principe est appelé radiothérapie adaptative. L’imageur portal est un détecteur, fixé sur le portique du côté opposé à la source de rayonnement et derrière la table de traitement, ce qui lui permet de mesurer le signal sortant de l’accélérateur, avec ou sans le patient sur la table de traitement. Le but de ce travail a été de développer une méthode, adaptée en fonction de la localisation du site anatomique traité, permettant de vérifier que le patient est anatomiquement conforme à son imagerie de référence, et dans le cas contraire, de chercher l’impact dosimétrique des changements observés pour, au besoin, mettre en place des mesures correctives. Pour chacun des sites anatomiques, des images de dose de sortie sont acquises à chaque fraction de traitement, ainsi que l’acquisition d’imagerie volumétrique par faisceau conique au début et à la fin du traitement. Une analyse gamma est réalisée pour chaque image en prenant comme référence celle de la première fraction et de nombreux paramètres sont extraits de ces analyses: le γ moyen, l’écart-type, le TOP 1% (la valeur moyenne des 1% des plus hautes valeurs de γ), pourcentage de points avec γ supérieur à 1 et, la plus grande surface de pixels connectés avec une valeur gamma> 1. Les analyses ont été effectuées avec une tolérance en dose et en distance classique de 3% / 3 mm et avec un seuil de 10 % du maximum. Des logiciels d’extraction d’image et d’analyse ont été développés premièrement pour faciliter le suivi et à terme, pour inclure le procédé dans une routine clinique automatisé. Chaque site ayant sa propre problématique, ils ont tous été abordés indépendamment des uns des autres. Les contraintes de chaque localisation ainsi que toutes les possibilités d’amélioration des traitements ont été étudiées afin de proposer une solution envisageable dans les conditions cliniques actuelles d’un centre de radiothérapie. Ainsi, chacune des solutions proposées pour améliorer le traitement des patients, que ce soit dans les chapitres 3 et 4ou encore dans l’annexe 1 sur le poumon, est basée sur les besoins réels, cliniquement parlant. Cette méthode, rapide à mettre en place et très simple d’utilisation, a su prouver qu’elle était susceptible d’améliorer les traitements des trois sites anatomiques étudiés. / This thesis project aims to improve cancer treatments by external radiotherapy using images from the electronic portal imaging device (EPID). The portal imager is a detector, attached to the gantry on the opposite side of the radiation source and behind the treatment table when a patient is treated. This enables the collection of the signal from the accelerator, with or without the patient on the treatment table. Currently, the total dose of a curative treatment by external radiotherapy is delivered over several weeks. During these weeks, the patients may have anatomical changes due to multiple factors (such as weight loss or changes in tumor volume), which may compromise the accuracy of the delivered dose as compared to the planned treatment. The aim of this research project is to develop a new adaptive radiotherapy methodology allowing to determine at each stage of the treatment whether the patient’s anatomy is still consistent with the initial planning and to estimate the dosimetric impact when changes were observed. EPID dose images were acquired at each treatment fraction for the three different anatomical site under study (head and neck, prostate and lung), together with cone beam volumetric imaging acquisition taken at least twice during treatment, at the second and last fractions. An image extraction and analysis software was first developed to facilitate monitoring and eventually to include the process in an automated clinical routine. A gamma analysis was thus performed for each image, with the one from the first fraction set as reference and several parameters were extracted from these analyzes: average γ-value, standard deviation, Top 1% from maximum γ, the percentage of points with a γ value larger than 1 and the largest connected pixel area with a gamma value > 1. Analyses were made with 3%/3mm as passing criteria and with a threshold of 10% for the low value cut-off. Since each targeted anatomical site has its own characteristics, they were all assessed independently. Taking into account the constraints of each anatomic site, the specificity and the sensitivity values that we have determined, confirmed the performance of the method to detect anatomical changes. Moreover, the γ-analysis threshold correlated well with morphological changes having a relevant dosimetric impact. In conclusion, such analyses of daily EPID images allow to identify patients at risk of deviation from the planned treatment and can support an early replanning decision. Our method is very quick to implement and very easy to use, and should be a powerful tool to improve the treatment of cancers, particularly those of the three anatomical sites studied