Le modèle de Skyrme est une théorie des champs classique non-linéaire qui possède des solitons topologiques comme solutions. De façon innovatrice, ces solutions sont utilisées par Skyrme pour décrire les baryons. Ceci est justifié puisque le modèle est une théorie efficace de la chromodynamique quantique à basse énergie et puisque les solutions possèdent un nombre topologique conservé qu'on associe au nombre baryonique. Le modèle original permet de décrire les propriétés des nucléons avec une précision de 30% ou mieux, mais a de la difficulté à reproduire les caractéristiques des baryons de masse élevé. En effet, l'énergie de liaison des multi-skyrmions est très grande et les densités baryonique possèdent des structures spatiales complexes et de type coquille ce qui s'éloignent des observations expérimentales. On propose alors une extension du modèle afin d'améliorer précisément les deux problèmes précédents. Ce travail introduit le modèle de Skyrme quasi-BPS dont les solutions analytiques saturent presque la borne de Bogomol'nyi améliorant les prédictions de l'énergie de liaison des multi-skyrmions. Le choix d'un potentiel permettant d'obtenir des densités baryonique de configurations pleines et l'ajout de l'énergie de Coulomb et de brisure de symétrie d'isospin à la masse du skyrmion sont les contributions originales de ce travail. Ceci permet d'obtenir des meilleurs prédictions physiques pour les multi-skyrmions de nombre baryonique très élevé que dans le modèle original et l'analyticité des solutions en simplifie le traitement. Pour ces raisons, le modèle de Skyrme quasi-BPS s'avère une bonne théorie efficace pour la descriptions des noyaux atomiques.

Un système de micro-usinage de fibres optiques utilisant un laser CO₂ comme source de chaleur a été fabriqué. Il s'agit d'un système hybride pouvant réaliser l'étirage et l'usinage de fibres optiques. Le système utilise un laser puisé dont la puissance moyenne peut atteindre deux cents Watts combiné à un modulateur acousto-optique (AOM). On présente une méthode permettant de générer dans la fibre une zone chaude uniforme de longueur ajustable. Cette uniformité est obtenue en synchronisant correctement les impulsions laser avec le scanner. Une méthode pour mesurer le diamètre d'une fibre effilée en temps réel durant son étirage est présentée. Elle consiste en un deuxième laser qui balaye la fibre de façon perpendiculaire et une photodiode qui capte le signal transmis au-delà de la fibre. L'efficacité d'usinage ([mu]m³/J) et l'efficacité de perçage (

Le présent travail est divisé en deux sections, chacune étant consacrée à une application particulière des structures de Fabry-Perot dans un domaine spécifique de l'optique moderne. La Section I traite du design de structures d'imagerie par superlentilles, qui servent essentiellement à la génération d'images de champ proche de structures dont les caractères sont plus petits que la demi-longueur d'onde, en utilisant des approches originales et performantes. Ces structures sont constituées de couches de matériaux très minces, dont l'épaisseur est de l'ordre de la dizaine de nanometres, et dont les interfaces font office de miroirs à réflectivité complexe de telle sorte qu'on peut les associer à une cascade de cavités Fabry-Perot. La théorie fondamentale des structures de super-lentilles, qu'elles soient constituées du cas idéal utilisant une couche de matériau d'indice négatif ou de métal, est exposée. Une méthode de design basée sur une étude modale de la super-lentille métallique ainsi qu'une approche de design numérique de super-lentille basée sur un modèle raffiné de la super-lentille qui inclut l'objet à imager sont ensuite proposées. Dans les deux cas, les designs obtenus se comparent avantageusement avec d'autres présentés dans la littérature. La Section II étudie le problème de la division de sauts de phase dans les réseaux de Bragg écrits à l'aide d'un masque de phase dans lequel les sauts de phase sont inscrits. Dans les réseaux comprenant un seul saut de phase de à mi-longueur qu'on appelle filtres Fabry-Perot (FP) basés sur réseaux, la division en deux du saut de phase se manifeste physiquement par l'écriture d'une section de réseau très petite entre chacun des deux demi-sauts de phase causant des erreurs d'asymétrie dans sa réponse spectrale. On modélise les filtres FP à saut de phase divisé comme une succession de trois miroirs à réflectivité complexe variant avec la longueur d'onde séparés par les deux demi-sauts de phase. On constate que pour des filtres FP longs de plus de quelques millimètres, l'effet de la division d'un saut de phase est négligeable.

Il est possible d'accélérer des électrons par champ direct avec une impulsion laser intense de quelques cycles optiques et de polarisation radiale. Cette méthode peut générer des impulsions d'électrons convenables pour de la diffraction électronique ultrarapide. Les impulsions électroniques ainsi générées vont toutefois s'étirer en se propageant vers une cible dû à la différence d'énergie entre les électrons d'une même impulsion et à la répulsion coulombienne. Afin de comprimer ces impulsions d'électrons, nous proposons d'utiliser des impulsions laser térahertz intenses. En effet, le puissant champ électromagnétique des impulsions laser térahertz peut accélérer les électrons à l'arrière du paquet ou ralentir ceux à l'avant. Le présent mémoire de maîtrise explore la possibilité de comprimer des impulsions d'électrons en utilisant des ondes térahertz linéairement polarisées (dans le mode LP01). Des simulations numériques ont _été réalisées afin d'étudier ce schéma de compression. Les résultats montrent entre autres qu'il est possible de comprimer une impulsion électronique de 400 fs _a 150 fs avec un gain net en énergie. Cependant, les amplitudes de champ électrique nécessaires sont de l'ordre du GV/m (109 V/m), ce qui est un défi pour la technologie actuelle. Des champs électriques moins importants peuvent toutefois être utilisés pour comprimer des paquets d'électrons monoénergétiques. Les impulsions électroniques peuvent ainsi subir une compression de 350 fs _a 20 fs. Ce schéma pourrait être une alternative aux cavités radiofréquences souvent utilisées pour comprimer des impulsions électroniques. / Electrons can be directly accelerated by the longitudinal electric field component of an intense, few-cycle, radially-polarized laser pulse. It has been predicted that the method can be used to produce electron pulses suitable for ultrafast electron diffraction. However, after acceleration, electron pulses broaden as they travel up to a target due to energy dispersion and space charge effects. In ordre to achieve the compression of electron pulses, one can use intense terahertz laser pulses. In fact, the intense electromagnetic fields of terahertz laser pulses may accelerate the electrons trailing at the end of electron pulses or decelerate the electrons at the front. The present master's thesis investigate the possibility of compressing electron pulses using linearly polarized terahertz waves (LP01 mode). Numerical simulations have been made to explore this compression scheme. Some results show that a 400 fs electron pulse can be compressed to 150 fs with a net energy gain. However the required electric field amplitude must be in the GV/m scale (109 V/m), which is a challenge for actual technology. Lower electric field amplitude can be used to compress monoenergetic electron pulses. Thereby, electron pulses can be compressed from 350 fs to 20 fs. This approach may be an alternative to the radiofrequency cavity scheme often used for electron pulse compression.

Comme son titre l’indique, ce mémoire porte sur la modélisation de l’activation des neurones excitateurs du cerveau, plus particulièrement dans l’hippocampe. L’étude de cette zone est particulièrement importante car elle joue un rôle de premier plan dans les processus de mémorisation et d’apprentissage. À partir d’un cerveau de rat tranché en fines lamelles, quelques synapses (avec leur environnement) ont été reconstruites en trois dimensions. Puis, grâce au logiciel de simulation par éléments finis COMSOL, il a été possible de vérifier l’impact de différents facteurs (pré et postsynaptiques) sur l’activation des récepteurs AMPA et NMDA. Ce qui différencie les présentes simulations, c’est le souci de créer un environnement le plus réaliste possible, principalement en ce qui a trait à la géométrie, à la température ainsi qu’au phénomène de «spillover».

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / La radiochirurgie stéréotaxique est un mode de traitement délivrant la dose de prescription en une seule fraction. Pour ce faire des petits champs et des arcs non coplanaires sont utilisés de manière à diminuer la dose aux tissus sains. Afin de s'assurer que la dose planifiée est bien conforme à celle donnée lors du traitement, des mesures de contrôles de qualité s'imposent. Or, il n'existe pas encore de détecteur idéal permettant de connaître précisément la dose dans ces conditions de traitement. Afin de palier à cette lacune, nous avons développé un détecteur à fibre scintillante possédant des caractéristiques favorables pour la radiochirurgie stéréotaxique telle qu'une grande résolution spatiale, l'équivalence à l'eau et l'indépendance angulaire et énergétique. Pour ce faire, des mesures de facteurs de sortie brute (soit, plus rigoureusement, la multiplication du facteur collimateur avec le facteur fantôme) et de profils furent effectuées avec les collimateurs coniques utilisés en radiochirurgie stéréotaxique. Les films Gafchromic EBT2, la diode de radiochirurgie non blindée SFD, la diode blindée 60008, la micro-chambre à ionisation A16 (des détecteurs présents sur le marché) ainsi que le détecteur à fibre scintillante furent utilisés lors des mesures, de façon à comparer la réponse des différents dosimètres pour mettre à jour leurs forces et leurs faiblesses. Par la suite, un prototype composé de 49 détecteurs à fibre scintillante disposés en croix a été développé et construit afin de prendre des mesures de distributions de dose en deux dimensions. Finalement, une mesure d'un plan de traitement complet a été effectuée avec la fibre scintillante, la diode de radiochirurgie non blindée SFD et la micro-chambre à ionisation A16 afin d'évaluer la précision avec laquelle il était possible de faire une mesure de dose lors d'un contrôle de qualité avec ces différents détecteurs.

Le récent développement de la méthode de discrimination spectrale pour la calibration des dosimètres à fibres scintillantes plastiques (PSD) a conduit au développement du premier dosimètre commercial de ce type, soit l’Exradin W1 (STANDARD IMAGING INC., Middleton, WI, U.S.). Comme tout nouveau dosimètre, celui-ci se devait d’être caractérisé afin d’évaluer sa fiabilité en conditions standards d’irradiation. Le but premier du projet était d’effectuer cette validation. Les résultats obtenus ont démontré que le dosimètre à scintillation était un excellent candidat pour réaliser des mesures de dose hors-champ telles que rencontrées lors de l’évaluation de la réduction de dose aux appareils cardiaques implantables (ACI) par blindage. Les mesures effectuées avec l’Exradin W1 ont démontré une importante réduction de dose autant pour les simples champs antéro-postérieurs (de 40 % à 80 % de réduction de dose) que pour les traitements cliniques complexes (entre 5 % et 45 % de réduction de dose). / The recent development of the spectral method for correction of the Cˇ erenkov light in plastic scintillation detectors (PSD) have led to the first commercial dosimeter of this type, the Exradin W1 (STANDARD IMAGING INC., Middleton, WI, U.S.). As any new commercial dosimeter, it had to be characterized and validated in different situations of radiation. The first purpose of this project was to perform this validation. The results of characterization have shown that PSD is an efficient dosimeter to make out-of-field doses measurements as required in the evaluation of the feasibility of using a lead sheet to reduce dose to Cardiac Implantable Electronic Devices, CIED. Measurements performed with PSD shown an important reduction of doses by the shielding for square anterior-posterior field (40 % to 80 %) and also for complex clinical treatments (5 % to 45 %).

Cette thèse porte sur le développement et la validation d’outils afin d’améliorer l’efficacité des traitements de curiethérapie à haut débit de dose (HDR) du sein. Le but du projet vise donc à concevoir et valider un nouveau système de planification et de guidage en temps réel des traitements de curiethérapie HDR du sein, basé principalement sur l’échographie 3D (3DUS). Dans un premier temps, une étude clinique a été réalisée à l’aide d’un premier prototype 3DUS linéaire développé par le groupe. L’étude a permis de constater que le volume mesuré par échographie 3D est environ trois fois plus petit que celui mesuré par tomodensitomètre et que le système possède plusieurs limitations (ex : volume d’acquisition trop petit, guidage des cathéters impossible). Dans un deuxième temps, un algorithme d’optimisation de la position et du nombre de cathéters a été développé. Il s’est avéré que la méthode développée est robuste aux erreurs d’implantation et qu’il est possible de réduire significativement le nombre de cathéters sans avoir un impact important sur la dosimétrie. Dans un troisième temps, une étude a comparé cet algorithme au seul algorithme commercialement disponible, HIPO. Les résultats ont démontré que l’algorithme HIPO produit des plans significativement inférieur, en terme de dosimétrie, à l’algorithme présenté dans cette thèse. Dans un quatrième temps, deux méthodes ont été développées afin de réaliser une planification personnalisée, en temps réel des traitements de curiethérapie HDR du sein. Les deux méthodes se sont avérées efficaces pour réduire le nombre de cathéter. Une preuve de concept a été validée et elle a démontré le potentiel d’une planification personnalisée, en temps réel des traitements de curiethérapie HDR du sein. À l’aide des connaissances acquises dans l’étude clinique, un nouveau prototype 3DUS a été développé. Il inclut un nouveau mode d’acquisition hybride et un module de guidage de la position des cathéters. Les résultats présentés dans cette étude ont mis en évidence le fait que le système 3DUS hybride a la capacité de mesurer avec justesse les dimensions linéaires ainsi que les volumes. Il reconstruit également avec justesse la trajectoire des cathéters. Pour terminer, dans le but d’effectuer une reconstruction dynamique des cathéters, un système de guidage électromagnétique a été validé. Les résultats ont démontré que la reconstruction des cathéters, en curiethérapie HDR, est significativement plus juste et plus précise à l’aide d’un système de guidage électromagnétique qu’en utilisant les méthodes conventionnelles. / This thesis focuses on the development and validation of different tools to increase the efficacy of high dose rate (HDR) breast brachytherapy treatments. The project goal aim at designing and validating a new system for real-time guidance and planning of HDR breast brachytherapy treatments, based mainly on 3D ultrasound (3DUS). As a first step, a clinical study was performed using the first linear 3DUS prototype developed by our group. This study has shown the limitations of the current system (ex : small acquisition volume, no catheter tracking possibility) and that 3DUS volumes are three times smaller than computed tomography volumes. As a second step, a catheter optimization algorithm was developed. The algorithm was shown to be robust to catheter implantation errors and it was possible to reduce significantly the number of catheters without having a significant negative impact on the dosimetry. As a third step, a study was designed to compare the present catheter optimization algorithm to the only commercially available algorithm, HIPO. The results demonstrated that the HIPO algorithm produce significantly worse plan, in term of dosimetry, than the algorithm that was developed in the present thesis. As a fourth step, two methods were developed for personalized, real-time planning of breast HDR brachytherapy treatments. The two methods were efficient and they were able to reduce the number of catheters. A proof-of-concept was validated and it demonstrated the potential of a personalized, real-time planning approach for breast HDR brachytherapy. Using the experience acquired during the clinical study, a new 3DUS system was developed. The system includes a new hybrid acquisition approach and a module for catheter tracking. The results presented in this study have shown the ability of the hybrid 3DUS system to accurately measure linear dimensions and volumes. Furthermore, it allows the reconstruction of the catheters trajectory with accuracy as well as track them in real-time. Finally, in order to dynamically reconstruct catheters, an electromagnetic tracking system was validated. This study has shown that the reconstruction of catheters, in HDR brachytherapy, is significantly more accurate and precise with an electromagnetic tracking system than with the conventional methods.

Les observations suggèrent que la barre est une structure très présente parmi les galaxies spirales, se retrouvant dans près de la moitié des galaxies spirales de l’Univers proche. La présence d’une barre a un impact important sur l’évolution séculaire de la galaxie hôte, puisque cette dernière modifie la distribution spatiale de la matière et crée un flot de gaz vers le centre de la galaxie, provoquant ainsi une rétroaction positive sur la formation stellaire centrale de la galaxie. Une autre structure très présente dans les galaxies est un noyau actif (NAG), soit un trou noir supermassif dans le centre qui interagit avec la matière autour de celui-ci, et la rétroaction de cette interaction forme une région très brillante dans le centre de la galaxie. La rétroaction du NAG réchauffera le gaz environnant par radiation, et pourra aussi appliquer une poussée cinétique sur celui-ci, le poussant vers l’extérieur du centre de la galaxie. Cependant, l’effet de la rétroaction du NAG sur l’évolution de la galaxie et de sa formation stellaire centrale est encore un sujet mal compris, et on ne sait toujours pas si l’effet de cette rétroaction sur la formation stellaire est positif ou négatif. Dans le cadre de ce travail, j’ai effectué un total de 12 simulations de galaxies spirales de masse égale, dont 10 sont barrées. Le but est de vérifier quel est l’effet du NAG en faisant varier la rétroaction du trou noir, la quantité de gaz disponible et l’impact de la barre sur la formation stellaire centrale et globale de la galaxie. Les résultats de mes simulations montrent que la présence d’un NAG aurait un effet plutôt positif sur la formation stellaire lorsqu’il s’agit d’une galaxie spirale barrée, et principalement lorsque la galaxie est encore à un jeune stade de son évolution. Dans le cas d’une galaxie spirale non barrée, l’effet serait au contraire négatif en son centre et négligeable globalement. / Observations suggest that the bar is a very common structure among spiral galaxies, finding itself in near half of the spiral galaxies of the nearby Universe. The presence of a bar has an important impact on the secular evolution of the host galaxy because the latter modifies the spatial distribution of the material and creates a stream of gas toward the center of the galaxy, causing a positive feedback on the central star formation in the galaxy. Another very common structure in galaxies is an active galactic nucleus (AGN), a supermassive black hole in the center of the galaxy, which interacts with matter around it and the feedback from this interaction forms a very bright region in the center of the galaxy. Feedback from the AGN will warm up the surrounding gas by radiation and it can also apply a kinetic kick on it, pushing it outward from the center of the galaxy. However, the effect from the AGN on the evolution of the galaxy and its central star formation is still a misunderstood subject and we still do not know if the effect of the feedback on stellar formation is positive or negative. As part of this work, I made a total of 12 simulations of spiral galaxies of equal mass, which 10 of them were barred. The aim is to verify what is the effect of AGN by varying strength, available gas fraction, and the impact of the bar on the central and global star formation rate in the galaxy. The results of my simulations show that the presence of AGN would have a rather positive effect on star formation in barred spiral galaxy, and especially when the galaxy is still at an early stage of its evolution. However, in the case of a non-barred spiral galaxy, the effect would be opposite, negative in the center and generally negligible.

Cette étude porte sur le développement d’un outil de contrôle qualité basé sur l’expérience, dérivé du concept de frontière stochastique en économie et s’appuyant sur des connaissances géométriques spécifiques au patient pour améliorer la qualité des traitements de curiethérapie à haut débit de dose pour le cancer de la prostate. Cent plans cliniques de curiethérapie à haut débit de dose de la prostate ont été utilisés dans cette étude, dans laquelle l’échographie transrectale était la seule modalité d’imagerie. Une fraction unique de 15 Gy a était prescrite à tous ces patients. Un algorithme de recuit simulé de planification inverse a été appliqué pour réaliser tous les plans et Oncentra Prostate a été employé comme système d’imagerie et de planification du traitement en temps réel. Les recommandations relatives aux paramètres de dose de la société américaine de curiethérapie pour la cible et les organes à risque ont été suivies. Les relations entre les paramètres géométriques et les paramètres dosimétriques d’intérêt sont examinées. Les paramètres géométriques sont liés aux dimensions anatomiques des patients et ceux associés aux cathéters. Pour déterminer les paramètres géométriques dominants dans un modèle de frontière stochastique donné, les relations monotones entre les paramètres géométriqueset les paramètres dosimétriques d’intérêt sont mesurées avec une approche non paramétrique, à savoir le coefficient de corrélation de Spearman. Ensuite, une recherche de force brute est effectuée pour un modèle donné dans lequel différents modèles, incluant toutes les combinaisons possibles des paramètres géométriques dominantes, sont optimisés. L’optimisation est accomplie en utilisant une méthode de vraisemblance maximale implémentée dans le progiciel de calcul statistique R, avec son algorithme de recuit simulée généralisée. Le test du rapport de vraisemblance et sa valeur-p correspondante sont utilisés pour comparer la signification statistique de l’ajout de nouveaux paramètres géométriques aux modèles. Un modèle de production pour la cible et un modèle de coût pour chacun des organes à risque sont développés pour le traitement par curiethérapie à haut débit de dose guidé par l’échographie transrectale. De plus, pour valider si chacun des modèles développés est universel, nous l’appliquons à une autre catégorie de traitement de la curiethérapie à haut débit de dose, dans laquelle la tomodensitométrie était utilisée comme modalité d’imagerie plutôt que de l’échographie transrectale. Ainsi, une nouvelle cohorte de cent plans cliniques curiethérapie à haut débit de dose guidés par la tomodensitométrie est prise en compte. Un modèle de frontière stochastique de production pour la cible et trois modèles de coût pour les organes à risque basés sur la tomodensitométrie sont développés. Enfin, les modèles intégrés de la tomodensitométrie et de l’échographie transrectale sont comparés. / This thesis focuses on developing an experience-based quality control (QC) tool, derived from the concept of stochastic frontier (SF) analysis in economics and based on patient-specific geometric knowledge to improve the quality of the high-dose-rate brachytherapy (HDR-BT) treatment for prostate cancer. One hundred clinical HDR prostate BT plans, using the transrectal ultrasound (TRUS) asthe only imaging modality, all treated with a single fraction of 15 Gy, and made using Inverse PlanningSimulated Annealing (IPSA) algorithm, are studied. Also, Oncentra Prostate system is employed as the real-time 3D prostate imaging and treatment planning system. American Brachytherapy Society dose parameter recommendations for target and organs at risk (OARs) were followed. Relationships between all the different geometric parameters (GPs) and the four dosimetric parameters (DPs) V100 of the prostate, V75 of the bladder and rectum, and D10 of the urethra were examined. Geometricinformation of the patients and catheters are considered as different GPs. To find the dominant GPs in a given SF model, monotonic relationships between the GPs and DPs of interest are measured using a nonparametric approach: the Spearman correlation coefficient. Then, to determine the optimal SF model for each of the target production SF, and the OARs cost SF models, brute-force searches are performed. Different SF models including all the possible combinations of the dominant GPs in the SF model under study are optimized. Optimization is done using a maximum likelihood method implemented in the statistical computing package R, along with its Generalized Simulated Annealing algorithm. The likelihood ratio test and its corresponding p-value are used to compare the statistical significance of adding new GPs to SF models. A production SF (PSF) model for the target, and a costSF (CSF) model for each of the bladder, rectum, and urethra are developed for TRUS-guided HDR-BTtreatment. The difference between the dose value of a plan obtained by IPSA and the one predicted by an SF model is explored. Additionally, to verify if each of the models developed for the TRUS-guided category of the HDR-BT treatment for prostate is universal, we apply it on another category of HDR-BT treatment, in which computed tomography (CT) was used as the imaging modality. So, a different cohort of one hundred clinical CT-guided HDR-BT plans is taken into consideration. A target production SF and three OARs cost SF models are developed for the CT-based plans. Subsequently, the built-in SF models for the TRUS-based and CT-based plans are compared.