Depuis quelques dizaines d 'années, plusieurs travaux de recherche ont été effectués dans le but d'utiliser des impulsions laser pour accélérer des électrons. Lors des dernières années, de nouveaux schémas d'accélération ont été proposés, dont le système d 'accélération par un faisceau TMo1 dans le vide. Nous avons étudié en détailles propriétés de ce schéma d 'accélération au moyen de solutions numériques des équations différentielles régissant le mouvement des électrons et la propagation de faisceau. Ainsi, nous avons défini plus clairement l'importance de la durée d'impulsion sur le nuage d 'électrons, et cela en fonction du temps. Afin de mieux prévoir certaines conséquences expérimentales, nous avons également étudié le comportement d 'un nuage qui n 'est pas automatiquement placé sur l'axe de propagation. Finalement, nous avons prouvé numériquement que le gain en énergie des électrons dépend de la dimension de la taille de faisceau au pincement (<<beam waist¿) lors de l'accélération pour une puissance laser donnée. En d 'autres termes, la taille de faisceau devient un paramètre clé dans l'ajustement du gain en énergie des électrons soumis à un faisceau TMo1 ultra-intense et ultrabref; en effet, il y a une dimension optimale de la taille de faisceau au pincement afin d 'obtenir le gain en énergie le plus élevé.

Ballista est un nouveau système de planification de traitement qui a été développé en alternative à la radiothérapie par modulation d'intensité. L'optimisation à la base de ce dispositif contrôle la configuration des plans de traitement ainsi que le poids des différents champs générés en vue de moduler la radiation. Malgré sa grande flexibilité, Ballista se limite toutefois à la création de plans monoénergétiques. Ce mémoire s'est donc penché sur le rôle de l'énergie dans les plateformes de planification inverse. Le fonctionnement de Ballista s'appuie sur l'emploi de deux engins d'optimisation distincts : un algorithme de recuit simulé qui gère la configuration du traitement et un algorithme de quasi-Newton avec contraintes qui fixe le poids des différents champs. Afin de tirer profit de la nature bidimensionnelle du système, l'introduction de l'énergie en tant que variable versatile se fait par le biais de l'une ou l'autre de ces techniques de calcul. / Cette stratégie permet de créer des plans multiénergétiques qui possèdent une ou plusieurs énergies par incidence. Une étude rétrospective détaillée de l'efficacité du système a été réalisée sur la base de cinq patients atteints d'un cancer pulmonaire avancé. L'optimisation de l'énergie a en fait permis d'améliorer la conformité des traitements, mais surtout de limiter la dose délivrée aux poumons sains, l'organe à risque le plus problématique pour ce type d'irradiation. L'introduction de ce paramètre dans les procédés d'optimisation semble donc améliorer sensiblement la qualité des plans produits sans alourdir inutilement le poids clinique de la planification.

Les progrès dans les technologies en lien avec l'optique ultrabrève permettent désormais la génération d'impulsions laser dont la durée s'étale sur quelques cycles d'oscillation du champ électrique, qui peuvent alors être focalisées en une tache dont les dimensions sont comparables à la longueur d'onde de la lumière. Ces impulsions ultrabrèves et fortement focalisées trouvent des applications notamment en microscopie de haute résolution et en accélération d'électrons. Dans le but de caractériser le comportement spatiotemporel de telles impulsions, des expressions pour leur champ électromagnétique sont requises. Or, aucun cadre théorique rigoureux et dont l'ensemble forme un tout cohérent ne semble disponible à ce jour. Dans cette thèse, nous élaborons une stratégie simple et complète permettant de correctement modéliser la propagation dans le vide d'impulsions ultrabrèves fortement focalisées dont les champs sont solutions exactes aux équations de Maxwell. Plus précisément, nous utilisons principalement trois outils de base dont l'emploi conjoint s'avère fournir une description précise de telles impulsions : le modèle de la source ponctuelle complexe, le spectre de Poisson et la méthode des vecteurs de Hertz. Ces outils fournissent des expressions analytiques pour les composantes de champ électromagnétique d'impulsions ultrabrèves et hautement focalisées et permettent d'étudier efficacement le comportement spatiotemporel de ces impulsions. Ces expressions peuvent être mises à profit pour étudier les propriétés de focalisation de certains types de faisceaux et d'impulsions, en vue d'atteindre de nouveaux sommets en matière d'hyperrésolution. Par ailleurs, ce modèle sert déjà à caractériser avec une précision accrue des schémas d'accélération d'électrons qui exploitent des impulsions ultrabrèves fortement focalisées polarisées radialement, en particulier l'impulsion dite TMoi.

Une chambre d'aérosols a été conçue afin d'étudier l'émission de fluorescence de divers aérosols biologiques. La chambre d'aérosols constitue une enceinte fermée à l'intérieur de laquelle les paramètres environnementaux peuvent être entièrement contrôlés. La conception de l'enceinte est basée sur l'équation lidar générale solutionnée pour des cibles fluorescentes, ainsi que sur une illumination à courte portée avec un alignement biaxial. Une estimation du seuil de détection a été obtenue en utilisant des mesures prises avec le système lidar SINBAHD de RDDC comme point de comparaison. Le niveau de bruit dans l'enceinte, l'étanchéité, la capacité du système à produire des aérosols de manière contrôlée ont été caractérisés. Le système a ensuite été calibré afin de pouvoir comparer les résultats obtenus avec tout autre système lidar. Une cible de fluorescence de référence a été utilisée pour évaluer la réponse spectrale du système et obtenir sa fonction de transfert. Le même procédé a été réalisé avec le système SINBAHD pour valider la qualité de la calibration. Cette calibration rend les signatures spectrales obtenues indépendante de l'instrument utilisé, et permet de calculer les sections efficaces d'émission de fluorescence des aérosols étudiés. Les sections efficaces de six pollens ont été mesurées. Diverses souches de bactéries Bacillus atrophaeus, Bacillus cereus, Escherichia coli ainsi que du champignon Pénicillium chrysogenum ont été étudiées en fonction de leur stade de croissance, du mode deactivation et de l'environnement. Les résultats démontrent que diverses souches d'une même bactérie, et à plus forte raison diverses espèces, présentent des sections efficaces de fluorescence distinctes. La température de l'environnement n'influence pas les signatures. L'humidité ne joue pas un rôle constant. L'utilisation de l'amplitude et de la forme spectrale des signatures de fluorescence sont toutes deux nécessaires pour différencier les aérosols entre eux.

Ce mémoire fait état des résultats obtenus concernant les vecteurs singuliers de l’algèbre superconforme dans le secteur de Ramond. Une formule explicite exprimant ces vecteurs singuliers a été obtenue en termes de superpolynômes de Jack via la représentation de l’algèbre superconforme en termes de superpolynômes symétriques. On présente d’abord les partitions d’entiers et les fonctions symétriques standards. Ceci permet d’introduire les fonctions propres du modèle Calogero-Sutherland (CS) en termes de polynômes de Jack qui se révèlent être une représentation efficace des vecteurs singuliers de l’algèbre conforme. Suivant cette piste, on procède à la supersymétrisation du modèle CS ce qui permet de générer les superpolynômes de Jack, polynômes symétriques dans le superespace. On présente finalement la formule explicite des vecteurs singuliers de l’algèbre superconforme en termes de superpolynômes de Jack. / This mémoire presents results concerning the Ramond singular vectors of the superconformal algebra. An explicit formula has been obtained for the Ramond singular vectors of the superconformal algebra via its superpolynomial representation and the formula is given here in terms of Jack superpolynomials. We first present some basic elements of the integer partition and symmetric functions theories. This leads us to consider the eigenfunctions of the Calogero-Sutherland (CS) model, the Jack polynomials. These happen to be the singular vectors of the conformal algebra when represented in terms of symmetric polynomials. Given those results, we extend the CS model to the supersymmetric case and interpret its eigenfunctions as the Jack superpolynomials which are symmetric functions in superspace. We then display the explicit formula of the Ramond singular vectors of the superconformal algebra which has been obtained in terms of Jack superpolynomials.

Dans le présent mémoire, le potentiel d’un prototype de la sonde Clariry AutoScan modifiée pour la curiethérapie gynécologique est évalué. Au terme du projet, le but est de déterminer si la sonde peut être intégrée au processus clinique et si la planification de traitement faite sur image par tomodensitométrie (TDM) peut être améliorée par l’ajout d’une échographie transabdominale tridimensionnelle (3DTAUS). Pour ce faire, un total de 19 patientes ont été analysées au cours des différentes étapes du projet. La première partie, l’analyse des contours, comprenant une analyse de faisabilité a été réalisée. Dans cette section, différents éléments devaient être jugés visibles ou non sur les trois modalités d’imagerie (imagerie par résonnance magnétique (IRM), TDM et 3DTAUS) sur les images de 6 patientes. Par la suite, le volume cible clinique à hauts risque (High Risk Clinical Target Volume, HR-CTV) de 8 patientes a été délimité et une analyse comparative de volume et de dimensions a été réalisée. La dernière étape a été d’évaluer les plans de traitements optimisés sur IRM, TDM et TDM-3DTAUS réalisés pour 5 patientes. Pour fin de comparaison, les plans faits sur IRM ont été également évalués sur TDM et TDM-3DTAUS et les plans TDM et TDM-3DTAUS, sur l’IRM. L’analyse de faisabilité a montré que la sonde permet de voir le HR-CTV. Cependant, le rectum, le sigmoïde de même que les ovoïdes ne peuvent être visualisés sur le 3DTAUS. Pour les analyses de contours, en moyenne, les contours se rapprochant davantage du standard à atteindre, l’IRM, sont faits sur le 3DTAUS, mais avec une plus grande variation des contours que le TDM. Pour la planification de traitement, l’ajout du 3DTAUS au TDM permet d’obtenir une dosimétrie plus près de celle obtenue sur l’IRM comparativement au TDM seul. L’utilisation clinique du 3DTAUS est plausible. L’ajout du 3DTAUS permet d’obtenir une dosimétrie plus près de celle sur IRM que le TDM seul, et dans le cas de l’Hôtel-Dieu, avec une charge clinique moindre que l’IRM. / The present work explores the clinical potential of the adapted prototype of the Clarity AutoScan probe for gynecological brachytherapy use. The goal of this project is to determine whether a 3D transabdominal ultrasound (3DTAUS) can improve treatment planning when combine to computed tomography (CT) compared to CT-based treatment planning. For the purpose of this work, 19 patients were analyzed along the various steps of the study. The two main parts are the contour analysis and the treatment planning analysis. In the first part, images set (magnetic resonance images (MRI), CT and 3DTAUS) of 6 patients were analyzed to determine the visibility of various structures. The comparative high-risk clinical target volume (HR-CTV) contour analysis included 5 patients was performed with 4 images sets (MRI, CT, 3DTAUS and CT-3DTAUS). The HR-CTV volume and lateral dimensions were compared to the reference set, the MRI. Treatment plans optimized on MRI, CT and CT-3DTAUS were elaborated for 5 patients. MRI treatment plans were evaluated on CT and CT-3DTAUS, and CT and CT-3DTAUS were evaluated on MRI. HR-CTV and tandem can be seen on 3DTAUS counter to rectum, sigmoid and ovoids. HRCTV contour analysis shows that 3DTAUS contours, on average, are the ones closer to MRI but with the higher variability. For treatment planning, the treatment plans optimized on CT-3DTAUS are the one closer to MRI, showing improvement to CT plans while combining it to 3DTAUS. For complete 3D treatment planning, 3DTAUS can be used alone. However, the CT-3DTAUS fusion allows treatment plans closer to MRI than CT alone. For the reason, 3DTAUS should be added to the current clinical workflow when MRI is not available.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Nous présentons deux composants optiques transformant un faisceau gaussien en un faisceau transversal magnétique de plus petit ordre (faisceau laser TM₀₁ ) Si un tel faisceau est focalisé avec un objectif de grande ouverture numérique (NA > 0.9), la théorie prévoit l'apparition d'un spot focal parfaitement circulaire, de taille inférieure à celle du spot que l'on aurait obtenu avec un faisceau gaussien. On s'attend donc en intégrant ce mode dans un microscope de haute résolution (de fluorescence à excitation deux photons), à augmenter les performances de ce dernier (résolution, contraste). Les deux composants sont construits sur la base de quatre lames demionde placées dans une mosaïque, suivies d'une lame introduisant un déphasage de [pi]. Le premier composant est constitué de cristal liquide, et le second de lames de quartz cristallin.

Cette thèse présente la preuve de concept d’un nouveau système de télédétection multi-gaz utilisant la spectroscopie active d'absorption optique différentielle (active Differential Optical Absorption Spectroscopy ou active DOAS). Le système opère dans l’infrarouge proche et moyen. Celui-ci est conçu pour mesurer des gaz à une distance d’une centaine de mètres avec l’utilisation de cibles non coopératives, telles que les éléments de la topographie du terrain. Le système inclut un générateur paramétrique (Optical Parametric Generator ou OPG) permettant la génération d’impulsions ayant un spectre large (10 à &gt; 100 nm) et dont la longueur d’onde centrale est accordable entre 1.5 et 3.8 µm. Un télescope couplé à un spectrographe et à une caméra MCT-APD maison permettent de détecter le spectre de retour de chaque impulsion. Les expériences montrent la détection simultanée, dans l’air et dans une cellule, de H2O et CO2 à 2 µm et de H2O et CH4 à 3.3 µm. Les limites de détection pour notre expérience sont respectivement de 158 et 1 ppm·m pour le gaz carbonique et le méthane. Un algorithme original permet d’extraire les concentrations de gaz à partir d’un spectre de transmission présentant de signatures fortes d’absorption. Le développement d’un OPG conçu spécialement pour le système est détaillé. Son utilisation offre des avantages intéressants pour la mesure de gaz à distance. Les propriétés de l’OPG sont étudiées numériquement et expérimentalement afin d’optimiser son utilisation pour la mesure de gaz. Nous discutons des compromis à faire sur les paramètres de la pompe, du cristal et des sources d’injection (seed). L’objectif est d’optimiser la densité spectrale et la divergence tout en augmentant l’énergie de sortie. Un laser d’injection large bande est construit et il permet d’optimiser la stabilité de l’OPG d’une impulsion à l’autre, la densité d’énergie et la divergence. Un modèle numérique permet de simuler correctement le niveau de puissance de l’OPG, d’expliquer les mécanismes de saturation de l’amplificateur et de proposer des moyens pour améliorer la stabilité d’une impulsion à l’autre. / This thesis presents the proof-of-concept of a novel remote sensing system designed for the detection of molecular species, such as gas pollutants, via active Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS) in the short and mid wavelength infrared (SWIR/MWIR). The system is designed to be used in applications where gases need to be detected at a distance of about one hundred meters with the use of non-cooperative targets such as topographical features. The system includes an Optical Parametric Generator (OPG) generating broad linewidth (10 to &gt; 100 nm) pulses tunable between 1.5 and 3.8 µm. A telescope coupled to a grating spectrograph and an in-house gated MCT-APD measures the whole return spectrum of each pulse. Experiments show simultaneous detection in indoor atmospheric air and inside a cell of H2O and CO2 at 2 µm and H2O and CH4 at 3.3 µm. In the context of our experiment, the detection limits for CO2 and CH4 are 158 and 1 ppm·m, respectively. A new algorithm is also presented enabling the determination of concentrations when spectra include strong absorption features. The development of a dedicated Optical Parametric Generator (OPG) is presented in detail. Its use in remote sensing of gaseous pollutants offers some promising advantages. The OPG properties are studied numerically and experimentally in order to optimize its use for the application. We discuss trade-offs to be made on the properties of the pump, crystal and seeding signal in order to optimize the pulse spectral density and divergence while enabling energy scaling. A seed with a large spectral bandwidth is shown to enhance the pulse to pulse stability and optimize the pulse spectral density and divergence. A numerical model simulating the OPG process is proposed and includes the multiple wavelength nature of the beams. It shows excellent agreement with experimental output power. The model also explains the mechanisms of gain saturation in OPGs and helps finding means of enhancing the pulse to pulse stability.

Des données obtenues avec le multidétecteur INDRA portant sur des réactions ¹²⁹Xe +nat Sn à 25 AMeV ont montré la présence inattendue de fragments ayant une charge largement supérieure (autour de Z=70) à celles du projectile ou de la cible, qui sont de Z=54 et Z=50 respectivement. Les collisions impliquant des noyaux dont le produit des charges est supérieur à 2700 sont dominées par les transferts très inélastiques. Pour Xe+Sn, ce produit est 2700. Suite à ces observations, une série d'expériences a été effectuée en utilisant les réactions ¹²⁹Xe +nat Sn à 8, 12, 15, 20 et 25 AMeV. Il sera alors possible de déterminer si ces résidus sont produits par fusion incomplète, par d'importants transferts de masse lors de collisions profondément inélastiques ou encore par la fission très asymétrique d'un système composite. Le présent travail présentera les résultats expérimentaux obtenus lors de l'analyse de ces expériences. On montrera que des résidus lourds ayant une charge supérieure à 70 sont produits avec une section efficace de production de 10~2 mb. Les distributions angulaires montrent que ces résidus peuvent être produits par la fusion incomplète du projectile et de la cible. L'étude des produits en coïncidence avec les résidus montrent qu'un système composite s'est formé pour ensuite subir une fission qui mène au résidu et à un fragment plus petit. Enfin, la comparaison des résultats avec un modèle phénoménologique, HIPSE, confirme la validité du modèle pour ce régime énergétique.

De nouvelles méthodes évit.ant les étapes d'amplification intermédiaires pour la détection de marqueurs de pathologies seraient d'un grand intérêt, surtout dans le milieu clinique. Ceci est particulièrement le cas pour le diagnostic et le suivi de traitement de certains cancers, où des fragments de protéines (K.8/K18) sont rejetés dans le sang par les cellules cancéreuses émergentes. A partir de ces fragments, il est possible de générer une réaction anticorps-antigènes où la concentration de ces fragments module cette interaction. Le travail effectué durant cette maîtrise a permis de développer une nouvelle procédure de mesure de concentration d'antigène dans un fluide biologique utilisant une pince optique. Une force de gradient a été appliquée perpendiculairement à la direction de propagation du faisceau sur une bille de 3 um de diamètre recouverte de sérum-albumine bovin (BSA) liée à une tige de 1,5 um de diamètre recouverte de l'anticorps anti-BSA. En premier lieu, nous avons mesuré la force nécessaire pour briser le lien anticorps-antigène selon différentes concentrations d'antigène recouvrant la bille (de 10⁻⁷ mo1/L à 10⁻¹³ mo1/L). Cette expérience permit de démontrer qu'il existait une relation proportionnelle entre ces deux variables. Par la suite, nous avons mesuré la force nécessaire pour rompre la liaison entre la tige et une bille recouverte d'une concentration constante d'antigène selon différentes concentrations d'antigène en solution dans le milieu (de 10⁻¹¹ mo1/L à 10⁻¹⁸ mo1L). Lors de cette expérience, il y a une compétition de liaison entre les antigènes sur la bille et ceux en solution pour les sites de liaison disponibles sur la pipette. Cette fois, une relation inversement proportionnelle entre la force nécessaire au bris de la liaison et la concentration d'antigène en solution a pu être illustrée. Ainsi, ces travaux ont permis de démontrer qu'il serait possible de détecter, dans un fluide biologique, une concentration d'antigène d'ordre attomolaire (10⁻¹⁸ mo1L).