Les références actuelles, pour les rayons X de moyenne énergie en radiothérapie, sont établies au LNHB en termes de kerma dans l'air. La dose absorbée dans l'eau, grandeur d'intérêt pour la radiothérapie, est déduite de ces valeurs par transfert conformément aux protocoles internationaux. Ce travail de thèse a permit d'établir les références en termes de dose absorbée dans l'eau dans les conditions de référence des protocoles en utilisant la méthode de calorimétrie dans l'eau. La calorimétrie est la mesure de la dose absorbée à partir de l'élévation de température. Un " calorimètre-eau " a été conçu et réalisé afin d'effectuer des mesures à 2 cm de profondeur : conditions de référence définies par le protocole AIEA TRS-398. Les débits de dose absorbée dans l'eau ainsi déterminés ont été comparés aux valeurs issues de l'application des protocoles fondés sur le kerma dans l'air. Un écart maximum inférieur à 2.1 % a été trouvé par rapport à la calorimétrie. L'incertitude type associée aux valeurs calorimétriques étant inférieure à 0.8 % et celle associée aux valeurs issues des protocoles étant de l'ordre de 3.0 %, les résultats sont compatibles aux incertitudes des méthodes près. Grâce à ces nouvelles références, la détermination de la dose absorbée dans l'eau dans ce type de faisceau pourra désormais être réalisée en appliquant le protocole AIEA TRS-398, conduisant ainsi à une forte réduction des incertitudes (facteur 3 par rapport au protocole AIEA TRS-277). Actuellement, aucun autre laboratoire primaire ne possède un tel instrument permettant l'établissement direct de ces références dans les conditions recommandées par les protocoles.

Le futur collisionneur électron-positon ILC est un projet d'envergure internationale. Il doit poursuivre le programme scientifique actuellement en cours auprès du Large Hadron Collider (LHC) lorsque celui-ci aura atteint les limites de sa sensibilité. Cet ambitieux projet d'accélérateur nécessitera également la mise en place de nouveaux concepts du point de vue de la détection. Afin d'optimiser la reconstruction des événements, une approche basée sur le suivit de particule (Particle Flow) a ainsi été adoptée. Jusqu'à aujourd'hui, les calorimètres hadroniques ont souvent représenté le point faible des expériences de physique des hautes énergies auprès de collisionneurs. En effet, leur faible granularité dégrade fortement la résolution en énergie des jets reconstruits. Dans le cas de l'ILC, il est envisagé d'utiliser des calorimètres de forte granularité de manière à distinguer clairement chaque dépôt d'énergie. Il est ainsi possible d'améliorer la résolution en énergie globale de l'expérience en utilisant le détecteur le plus approprié pour caractériser chaque particule fille issue de la collision. Les membres de la collaboration CALICE sont en charge du développement de ces calorimètres ultra granulaires. Dans ce cadre, plusieurs projets de calorimètres sont à l'étude afin de s'assurer que la technologie finalement choisie soit optimale. Durant ces trois dernières années, j'ai participé au développement de l'un de ces détecteurs : le calorimètre hadronique semi digital SDHCAL. Cet instrument utilise des chambres à plaques résistives de verre (GRPC) en tant qu'élément sensible. Ce calorimètre à échantillonnage comporte 48 plans de détection successifs séparés par de l'acier. Il est segmenté latéralement en cellules de un centimètre carré, pour un total de 50 millions de canaux. La dissipation thermique de l'électronique de lecture embarquée est un facteur clef du projet. [...]

De par leur importante diversité phénotypique (10000 espèces), les oiseaux ont colonisé la plupart des niches écologiques, aussi " extrêmes " soient-elles. Les zones polaires (Arctique et Antarctiques) et le climat extrêmement froid qui les aractérise, suscitent l'intérêt de nombreuses études. Ce travail de thèse avait pour but d'explorer les différents mécanismes intervenant dans la mise en place de la thermorégulation chez l'oiseau. Nous nous sommes principalement intéressés, par une approche intégrative, de l'animal entier (méthodes de calorimétrie indirecte) à l'expression génique (techniques de RT-PCR), à caractériser les modifications métaboliques et l'implication d'une protéine découplante (avUCP) dans les mécanismes de thermorégulation, et principalement la thermogenèse sans frisson (NST) en réponse à une exposition chronique au froid.Au cours de deux études menées chez le caneton de Barbarie, nous avons démontré l'aspect " adaptatif " de la NST ainsi que l'implication potentielle de l'UCP aviaire dans ce mécanisme en faisant varier tout d'abord la température d'acclimatation puis la durée d'exposition pour caractériser la mise en place de la NST au cours de la croissance. Lors d'une troisième étude, nous nous sommes intéressés à une étape clé de la vie des manchots royaux (passage en mer) caractérisée par un stress thermique important et une activité physique accrue dus aux longs séjours en eau froide. Ce contexte environnemental et physiologique entraine nécessairement des adaptations métaboliques, comme la mise en place d'un métabolisme lipidique efficace soutenant ainsi les dépenses énergétiques accrues lors des voyages en mer.

Introduction<br /><br />Un diagramme d'équilibres de phases est la représentation la plus synthétique du comportement d'un système d'alliages en fonction de la concentration et de la température. La construction de tels diagrammes est donc très importante, tant pour les chercheurs que pour les industriels. Ce travail avait pour but de clarifier les relations de phases dans quelques alliages impliqués dans le processus de remplacement des brasures étain plomb utilisées en particulier dans l'électronique.<br />L'étude a été menée aussi bien expérimentalement que par optimisation numérique.<br /><br />Du point de vue expérimental, , la calorimétrie à moyennes (calorimètre Calvet Sétaram) et hautes températures (calorimètre Gachon) a été utilisée pour déterminer des enthalpies de formation de composés, des enthalpies de mélange, de dissolution ou encore des enthalpies partielles. Les transformations allotropiques ont été détectées et caractérisées thermiquement par calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Des techniques complémentaires : diffraction des rayons X, analyse à la microsonde électronique de Castaing et microscope électronique à balayage ont permis de vérifier l'état structural et la composition chimique des produits formés.<br /><br />L'optimisation numérique a fait appel à la méthode « CALPHAD » et au logiciel « Thermocalc ». Le but est de réaliser, à partir d'une description numérique des enthalpies libres de formation de l'ensemble des phases impliquées, une modélisation du diagramme d'équilibres de phases afin de vérifier la cohérence de toutes les données collectées, d'interpoler suivant des modèles physiquement plausibles entre les zones étudiées et ainsi de fournir la « meilleure » approximation du diagramme réel, tout en limitant le travail expérimental. Ce dernier point est particulièrement important dans les ternaires et les systèmes à plus de trois composants.<br /><br />Chapitre 1<br /><br />Le premier chapitre traite des techniques expérimentales et numériques. les calorimètres Calvet, Gachon et différentiel à balayage, leurs emplois et les divers types de manipulations réalisés sont décrits. La méthode Calphad est présentée. Aucune des techniques présentées n'est originale, mais elles sont toutes éprouvées et leur juxtaposition mène à des résultats nombreux et fiables.<br /><br />Chapitre 2<br /><br />Le second chapitre décrit le travail expérimental qui a été réalisé sur les binaires Co-Sn, Ni-Sn (Bi-Sn étant suffisamment connu) et sur le ternaire Bi-Ni-Sn.<br /><br /><br />Co-Sn<br /><br />Une étude bibliographique préalable a montré que si les grandes lignes du systèmes étaient claires, il restait des interrogations qu'il convenait de lever. Tous les domaines de phases n'étaient pas totalement déterminés et le nombre de composés intermédiaires pas encore certain. Des expériences de calorimétrie de dissolution de Co dans Sn liquide, à 991 et 1020 K et de mesure, par calorimétrie de réaction directe, des enthalpies de formation des composés solides à 1287, 1033, 629 et 605 K respectivement ont fourni des données originales. Les transitions allotropiques du Co pur et de Co3Sn2 ont fait l'objet d'une caractérisation par DSC afin de vérifier et compléter les résultats existants. Finalement, l'optimisation numérique a été réalisée, à l'aide du logiciel Thermocalc et le nouveau diagramme de phases tracé. Il prend en compte l'ensemble des composés intermédiaires et des transformations allotropiques.<br /><br />Ni Sn<br /><br />La même procédure de travail a été suivie. Les expériences de calorimétrie de réaction directe à 728, 846, 943, 1332 et 1389 K ont fourni les enthalpies de formation de Ni3Sn2, Ni3Sn et Ni3Sn4. La DSC a permis de déterminer l'enthalpie de transition allotropique de Ni3Sn2.<br /><br />Bi-Ni-Sn<br /><br />Là encore, une étude bibliographique a précédé le travail expérimental. Par rapport aux systèmes binaires, les ternaires sont, très généralement beaucoup plus mal connus, autant en fonction de la composition que de la température. Avant de commencer les expériences de calorimétrie, il s'est révélé nécessaire d'entreprendre une exploration du domaine ternaire à 733, 773, 903 et 1273 K. La DSC a ensuite précisé les points tels qu' invariants et liquidus. Un composé ternaire non encore signalé, Ni7Sn2Bi, a été découvert, ainsi qu'un eutectique ternaire entre Bi, Sn et Ni3Sn4. Les phases solides et le liquide ont été soumis à la calorimétrie afin d'obtenir le matériel nécessaire à une future modélisation du ternaire.<br /><br />Conclusion<br /><br />L'étude présentée s'inscrit dans l'effort de recherche européen qui fait suite à la décision de supprimer ou tout au moins limiter au plus juste la présence de plomb dans les alliages de brasure (programme COST 531). Dans ce cadre, les alliages à bas points de fusion à base d'étain et de bismuth sont intéressants et leurs interactions avec les matériaux rencontrés dans la fabrication des circuits électroniques, tels le nickel et le cobalt, doivent être étudiées. La base de telles études est l'établissement des diagrammes d'équilibres de phases. Les systèmes binaires ne sont pas encore parfaitement connus et ce travail a répondu à quelques questions qui se posaient encore dans Co-Sn et Ni-Sn. Les ternaires, eux, du fait de la largeur du spectre de variation possible des variables de composition, sont à peu près totalement ignorés et la contribution apportée ici permet d'éclairer par des résultats bien établis, le comportement de Bi-Ni-Sn. La connaissance de ce système n'est pas encore parfaite, mais ce qui est apporté est une première base particulièrement solide, dans la mesure où trois coupes isothermes ont été établies dans un système auparavant totalement inconnu et des données enthalpiques mesurées.

La supersymétrie semble être l'extension naturelle du Modèle Standard la plus naturelle. A basse énergie elle peut consister au Modèle Standard Supersymétrique Minimal (MSSM) qui ici est le cadre de la recherche du squark top, grâce à 350 pb-1 de données récoltées par l'expérience DØ lors du RunIIa du TeVatron. Nous avons sélectionné les évènements avec un électron, un muon, de l'énergie transverse manquante et des traces non isolées, signature de la désintégration du stop en trois corps ( ).<br /> En l'absence d'un excès significatif d'évènements de ce signal, les résultats ont été interprétés en terme de limites de section efficaces de production du stop permettant d'étendre la région d'exclusion dans l'espace des paramètres ( ) existante jusqu'à des masses de stop de 168 (140) GeV pour une masse de sneutrino de 50 (94) GeV.<br /><br /> En raison du rôle majeur du calorimètre électromagnétique dans beaucoup de recherches effectuées dans DØ, une calibration fine de celui-ci a été effectuée en utilisant des évènements avec des désintégrations , améliorant notablement la résolution de l'énergie mesurée

Ce travail porte sur l'étude de systèmes époxy-amine complexes contenant une faible teneur (<1%) de bisphénol A. L'activité catalytique du bisphénol A a été étudiée par analyse calorimétrique différentielle (DSC) en conditions isotherme et non-isotherme. Un nouveau mécanisme prenant en compte la présence du bisphénol A a été proposé. Malgré sa simplicité, des valeurs pertinentes des paramètres cinétiques et thermodynamiques de chacun des actes élémentaires du mécanisme ont été obtenues. Ce mécanisme permet également de prévoir les cinétiques de réticulation de systèmes présentant des teneurs en catalyseur différentes. Le comportement en immersion dans l'eau des réseaux époxyde - aminé a été étudié par différentes techniques : suivis gravimétriques, mesure de taux de gonflements et analyse mécanique dynamique. Une reprise de réticulation dans les réseaux sous réticulés a été observée lors de l'immersion dans l'eau à 20°C. Cela a été attribué à un effet plastifiant et catalytique des molécules d'eau. Par ailleurs, les résultats obtenus suggèrent que, dans le cas de réseaux à degré d'avancement élevé, la cinétique de sorption est contrôlée par la distance entre les sites polaires de la structure. Ce constat ne peut être généralisé à l'ensemble des réseaux époxyde-aminé. Il est en effet supposé découler du caractère moyennement polaire des réseaux de cette étude.

Les pertes dans les condensateurs bobinés utilisés en électronique de puissance : Mesure calorimétrique et modélisation L'échauffement des condensateurs utilisés en électronique de puissance, est dû aux pertes électriques. que l'on représente généralement par une résistance série équivalente ESR. La faiblesse du rapport P/Q (=tan5, facteur de dissipation) entre la puissance dissipée et la puissance réactive mise en jeu par le composant (HT* à 10':), rend difficile la mesure de ESR par des méthodes classiques. Pour mener à bien cette mesure, un dispositif calorimétrique a été conçu. D permet de caractériser avec précision des condensateurs à très faibles pertes (tanS < 5.10"4) comme les condensateurs bobinés à films de polypropylène. Les condensateurs peuvent être testés en régime sinusoïdal sous tension nominale, dans la gamme de fréquence 1 kHz-1 MHz, et pour des températures comprises entre -50°C et +100°C. Différents condensateurs bobinés utilisant comme matériau diélectrique Je polypropylène, le polycarbonate et le polyéthylène théréphtalate, ont ainsi été caractérisés. Les pertes dans le matériau diélectrique et les pertes dans les parties métalliques des composants ont été séparées, ce qui nous a permis d'étudier les variations du facteur de dissipation tan5 de ces polymères avec la température, pour différentes fréquences. A partir de ces résultats expérimentaux, un circuit équivalent, composé d'éléments passifs R, L et C, a été proposé pour modéliser les variations de ESR avec la fréquence, pour différentes températures. Cette modélisation a été validée pour les régimes non sinusoïdaux de l'électronique de puissance, en comparant les résultats de mesures calorimétriques de pertes sur des condensateurs en fonctionnement dans des convertisseurs statiques, avec les évaluations de ces pertes par simulation utilisant le circuit équivalent proposé.

Cette thèse porte sur la problématique de réduction des émissions de gaz à effet de serre par captage et stockage du dioxyde de carbone (CO2) contenu dans les effluents industriels. Les procédés de captage concernés reposent sur l'absorption sélective du CO2 par des solutions aqueuses d'alcanolamines. Les mécanismes physico-chimiques d'absorption mis en jeu sont étudiés à l'aide de modèles thermodynamiques. Leur développement est complexe et la prédiction précise des données physico-chimiques, nécessaires à l'optimisation des procédés industriels de captage, reste difficile. Le développement d'outils permettant une représentation détaillée des structures microscopiques permettrait l'optimisation de ces modèles. Ces outils fourniraient également des informations pour l'établissement de relations structure-propriété nécessaires au design d'absorbants adaptés au captage en post-combustion. Les travaux de recherche ont porté sur l'évaluation du pouvoir prédictif des outils de simulation moléculaire et leur capacité à établir des relations entre la structure des absorbants, les interactions moléculaires et les propriétés physicochimiques macroscopiques. Les outils développés ont été construits afin de permettre leur transférabilité entre alcanolamines. L'étude repose sur des mesures calorimétriques et des travaux de simulation par dynamique moléculaire menés en parallèle. Elle porte sur des alcanolamines primaires, pures ou en solutions aqueuses, basées sur le squelette N-C-C-O, incluant la monoéthanolamine (MEA). La mise en évidence d'un effet d'ouverture des liaisons hydrogène intramoléculaires des alcanolamines en fonction de leur composition semble être à la base de la différenciation du comportement énergétique des systèmes binaires {alcanolamine + eau}. L'identification des différents types d'interactions engagés a permis de mettre en lumière un effet hydrophobe. L'ensemble des analyses explique certaines limites des modèles thermodynamiques classiques et constitue un guide pour leur amélioration, notamment par la prise en compte de l'effet de composition.

La synthèse de structures nanométriques nouvelles, de type métal/oxyde et mousses métalliques, présente un fort intérêt pour leurs applications potentielles en catalyse. La détection et la séparation de gaz, la libération lente de médicaments pour l'industrie pharmaceutique en sont des exemples. Cependant, les différentes méthodes de synthèse, connues à ce jour, présentent de nombreux inconvénients, et un effort considérable a été fait pour trouver de nouveaux procédés, moins coûteux et plus respectueux de l'environnement. Dans cette optique, nous avons mis au point et breveté une nouvelle méthode de synthèse de nano-composites issus de l'oxydation d'un alliage métallique précurseur. Le choix des constituants du précurseur métallique se détermine par le type de support, par le ou les métaux nobles, qui fonctionnaliseront le catalyseur. En collaboration avec l'Institut de Recherche sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (IRCELYON), nous avons montré que les propriétés du nano-composite (composition, morphologie des agglomérats et activité catalytique) découlent de la microstructure de l'alliage métallique de départ. Ainsi, la connaissance des équilibres entre phases des systèmes métalliques précurseurs constitue une donnée nécessaire à la mise au point et à l'optimisation du procédé de fabrication des catalyseurs. Une part importante de nos activités de recherche, centrées sur l'élaboration et la caractérisation de nano-composites, concerne la mesure de données thermodynamiques et structurales avec l'établissement des diagrammes d'équilibres entre phases comme fil conducteur. Ces études ont nécessité le développement d'une méthodologie spécifique à chaque système pour obtenir des données fiables. La découverte de nouveaux composés intermétalliques a permis d'apporter des informations indispensables à la description des équilibres entre phases des systèmes précurseurs et a conduit au dépôt d'un second brevet pour la préparation de nano-composites à base de terres rares. L'établissement des systèmes binaires Zr-Au, Ce-Au et Ce-Pt offre maintenant des perspectives de transformation de systèmes ternaires et d'ordre supérieur, ouvrant ainsi le champ des applications. Par leur aspect pluridisciplinaire, ces études ont conduit à une association de plus en plus forte de compétences et suivent maintenant deux voies de développement : caractérisations thermodynamiques et structurales de systèmes métalliques et intégration des matériaux actifs dans des capteurs de gaz. La première voie se veut académique, elle offre un large panel d'études de systèmes précurseurs et contribue à la préparation de catalyseurs modèles, nécessaire notamment à l'étude des mécanismes réactionnels menée à IRCELYON. L'autre voie, en prise directe avec les applications industrielles, concerne la maîtrise des procédés de fabrication, leur optimisation et le développement de capteurs de gaz. Dans cet exposé, des exemples d'études illustrent quelle a été notre démarche et comment l'ensemble de nos travaux contribue à démontrer que la connaissance des diagrammes de phases est source d'innovation, toujours d'actualité pour la mise au point et l'optimisation des procédés. Une attention particulière est portée au système binaire Zr-Au qui est à l'origine de ces études et dont la transformation de ses alliages a permis d'élaborer des nano-structures à base d'or, actives et originales. L'exposé se terminera par la présentation d'un projet de recherche visant à élaborer des nano-composites à base de platine supportés par un oxyde mixte et d'un projet de valorisation qui porte sur la réalisation d'un capteur de monoxyde de carbone à usage domestique.

Le démonstrateur de SuperNEMO est un détecteur de nouvelle génération pour la recherche de la décroissance double bêta sans émission de neutrinos. Comme son prédécesseur NEMO3, la technique expérimentale utilisée associe un trajectographe et un calorimètre afin de pouvoir identifier les électrons des décroissances double bêta tout en permettant la différenciation des différentes composantes du bruit de fond. Le démonstrateur est en cours d’installation au Laboratoire Souterrain de Modane et commencera à prendre des données à la fin de l’année 2017 afin d’atteindre une sensibilité supérieure à 1026 ans sur la demi-vie de la décroissance ββ0ν du 82Se dans la version finale du détecteur (100 kg d’isotopes pour une exposition totale de 5 ans).Ce travail de thèse a consisté à étudier la réponse en énergie et en temps des modules optiques du calorimètre (association d'un scintillateur plastique et d'un photomultiplicateur). Une simulation optique basée sur le logiciel GEANT4 a été développée afin de reproduire l'ensemble des phénomènes optiques ayant lieu au sein du scintillateur et du photomultiplicateur : scintillation, atténuation de Birks, émission Cerenkov, propagation et collection des photons. Ces travaux ont abouti à la mise au point de termes correctifs de hautes précisions sur l’énergie afin que le Monte Carlo de SuperNEMO soit au plus proche des données. Ces corrections ont alors été appliquées dans le cas du démonstrateur afin d’étudier l'impact sur la sensibilité au processus ββ0ν du 82Se. Ces simulations optiques ont également été étendues jusqu’à la modélisation de la forme temporelle des signaux du calorimètre. / The SuperNEMO demonstrator is a next generation experimental device, looking for neutrinoless double beta decay. Like its predecessor NEMO3, the experimental technique employed is based on a combination of a tracker and a calorimeter to identify the electrons from the double beta decay process while allowing the differentiation and identification of the different background components. The SuperNEMO’s demonstrator is currently being installed at the Modane Underground Laboratory and will begin to register data by the end of 2017. The aim is to reach a sensivity greater than 1026 years on the half-life of the 82Se ββ0ν process in the final version of the detector (100 kg of isotopes for a 5 years’ total exposure).This thesis contribution to the SuperNEMO, consisted in studying the energy and time response of the calorimeter optical modules (association of a plastic scintillator and a photomultiplier). To do so, an optical simulation based on the GEANT4 software was developed, which enabled to reproduce and simulate all the optical phenomena inside a scintillator and a photomultiplier: scintillation, Birks attenuation, Cerenkov emission, propagation and photon collection. The outcome and result of this thesis has been to develop high-precision corrective factors on the energy linked, so that the Monte-Carlo’s SuperNEMO is closest to the real data experimental records. These corrections were applied to the demonstrator simulation in order to study the impact on the ββ0ν sensitivity. These optical simulations have also been extended to the modeling of the temporal shape of the calorimeter signals.