La Radiothérapie Conformationnelle avec Modulation d'Intensité (RCMI), aussi dénommée IMRT, est une technique avancée de radiothérapie de haute précision qui repose sur l'utilisation d'un collimateur multi-lames, placé en sortie de l'accélérateur, dont les lames vont se déplacer pendant la séance d'irradiation afin de produire un faisceau d'intensité modulée, adaptée à la forme des structures anatomiques du patient. Un tel dispositif permet d'obtenir une répartition de dose homogène dans le volume cible et d'épargner au mieux les tissus sains environnants1, ouvrant la voie à l'escalade de dose et donc à l'amélioration des résultats thérapeutiques. Néanmoins, la mise en œuvre d'une telle technique nécessite la réalisation d'un contrôle du système de délivrance de la dose de manière à s'assurer que la fluence délivrée par l'appareil de traitement est bien conforme à la fluence attendue. / Intensity Modulated Radiotherapy (IMRT) is a high-precision radiotherapy technique based on the use of a multi-leaf collimator, placed at the output of the accelerator. The modulation is adapted to the patient's anatomical structures and obtained by leaves movement during the beam administration. To ensure that the delivered fluence is consistent with the expected one, a control is necessary. In clinical routine, this control isn't achieved on the patient, but on a phantom, before the beginning of the treatment New emerging solutions make possible an online control, done during the treatment of the patient. They can be divided into three classes: those which use data acquired by the accelerator, those which exploit the portal imager and those which use a dedicated detector placed at the exit of the head of the accelerator, upstream of the patient. The thesis work presented here relate to the development of a detector of this third class, Tradera (Transparent Detector for Radiotherapy). The choice was made to use a segmented plane ionization chamber.The first phase of the project was to design the detector thanks to studies made by Monte Carlo simulations. For this it was necessary to model the photon beam. The choice of a point source of photons, quick to set up, has been retained. The characteristics of the particles at the detector input obtained with our model were compared with those obtained with a more complex model: a phase space obtained from the database of the IAEA. Once the model validated, Geant4 code was used to size the various elements of our detector. A innovative geometry has been proposed. It consists in introducing material in the sensitive volume of the detector to limit the lateral travel of the electrons from the interaction of photons, and thus improve the spatial resolution of the detector. In practice, a checkerboard with plastic pads is introduced in the sensitive volume. The benefit of this solution has been shown by simulations.The second phase was to assess a prototype in a clinical beam with radiation equipment and test the performance of various associated acquisition electronics. For a long time, reading was made at the output of a single channel at a time. First, a picoammeter was used to measure the average output current. Then the ionization current has been studied at the time scale of a pulse of the beam, allowing the development of a charge preamplifier dedicated to our application. This charge preamplifier permit to know, for a single beam pulse, the electrical charge measured by one channel of the prototype with a uncertainty of 5%, and thus makes it possible to study the evolution of the charge pulse as a function of irradiation time. Once the choice of this readout electronics was validated, the charge preamplifier was realized in small series : the acquisition in multi-channels on an area of ​​3 cm square was possible. The first beam images could then be obtained for static and dynamic beam.

Des distributions angulaires (PAD) et des spectres (PES) de photoélectrons émis par des agrégats sous l'action des lasers à impulsions femtosecondes linéairement polarisées ou d'une impulsion instantanée sont calculés théoriquement dans un modèle basé sur la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFT). Les systèmes finis étudiés sont de petits agrégats de sodium, des chaînes de carbone C_N (N = 3, 5, 7), et le célèbre buckminsterfullerène C_60. Le comportement de l'émission éléctronique est exploré en fonction de la taille, la forme, la structure électronique et ionique ainsi qu'en fonction des paramètres du laser. En outre, des procédures de détermination de la PAD d'un ensemble de molécules ou d'agrégats orientés de façon aléatoire, sont élaborées. Les résultats de la TDDFT sont de plus comparés aux modèles stationnaires et aux données expérimentales. Les méchanismes d'ionisation sont étudiés dans le régime à un photon et à multiphoton.

Cette thèse présente une étude du transport électronique à basse température dans des transistors à effet de champ nanométriques en silicium sur isolant. Leur comportement électrique dépend notamment de la constitution des jonctions entre les réservoirs et le canal, qui est déterminée lors de la fabrication par l'utilisation d'espaceurs de part et d'autre de la grille. Cette différence de comportement est exacerbée à basse température. Dans des transistors très courts, de longueur de grille typique égale à 30 nm, compte tenu de la diffusion des dopants lors du recuit d'activation, il est possible d'obtenir sous la grille un unique donneur bien couplé aux deux réservoirs. Sa présence est révélée par de l'effet tunnel résonant à travers les niveaux d'énergie associés à ses orbitales, observé à basse température à des tensions de grille inférieures au seuil du transistor. L'estimation de l'énergie d'ionisation de ce donneur donne une valeur supérieure à la valeur attendue pour un donneur dans du silicium massif, ce qui est attribué à l'effet du confinement diélectrique du donneur. À l'inverse, il est possible de définir des résistances d'accès au canal suffisantes pour y confiner les électrons. Un transistor se comporte alors comme un transistor mono-électronique à basse température, dont l'îlot est situé sous la grille. Ce moyen de créer un transistor mono-électronique est étendu à des systèmes d'îlots couplés, en déposant plusieurs grilles entre la source et le drain. Plusieurs comportements sont obtenus selon l'écart entre les grilles et la longueur des espaceurs. Ces systèmes sont utilisés pour réaliser le transfert d'un électron unique.

Grâce aux progrès de la production de faisceaux radioactifs au cours de deux dernières décennies, nous sommes à présent capables d'étudier les systèmes nucléaires très loin de la vallée de stabilité. La région de 78Ni reste encore inexplorée. Cette région, avec de très riches en neutrons 78Ni, noyau encore inconnu supposé doublement magique, est très intéressante en termes de structure nucléaire. En effet, les informations expérimentales obtenues sur l'espace de valence ouvert au dessus de 78Ni, nous permettront de construire des interactions effectives pour cette région. Nous avons étudié la désintégration de l'isotope 84Ga riche neutrons auprès de l'installation ALTO à l'IPN d'Orsay. Les fragments de fission ont été produites par photo-fission induite par l'interaction d'un faisceau d'électron de 50 MeV avec une cible épaisse de carbure d'uranium. Pour la première fois, ALTO a été utilisé dans ses conditions optimales, tant du point de vue de l'intensité du faisceau primaire (10 µA d'électrons à 50 MeV) que de la méthode d'ionisation. En effet, les atomes de gallium ont été sélectivement ionisés à l'aide d'une source d'ions laser. Grâce à cette nouvelle source l'ionisation du gallium était plus de dix fois supérieure à celui de la source à ionisation de surface utilisée précédemment par notre groupe. Les ions séparés par le séparateur de masse PARRNe ont été implantés sur une bande de mylar mobile, entourée de deux détecteurs germanium placés en géométrie rapprochés d' un détecteur plastique pour le marquage des désintégrations bêta. Je présenterai les résultats de notre expérience obtenus pour les noyaux riches en neutrons 83,84Ge et 84As. Nous discuterons de leur structure et les comparerons aux résultats obtenus avec des calculs " modèle en couches " effectués avec la nouvelle interaction ni78 - jj4b construite dans le cadre de cette thèse.

Cette thèse porte sur les dispositifs de contrôle de faisceaux de protons balayés. La société IBA (Ion Beam Applications), ayant besoin d'une d'unité moniteur pour équiper ses centres de protonthérapie dotés de la technologie Pencil Beam Scanning, a fait appel au groupe applications médicales du Laboratoire de Physique Corpusculaire de Caen. En 2008, ce groupe a alors réalisé, en collaboration avec IBA, une chambre d'ionisation, nommée IC2/3, destinée à équiper la tête d'irradiation universelle IBA dédiée au PBS. Ce détecteur vérifie que la fluence particulaire reste conforme à celle planifiée. Une partie du travail de thèse a consisté à caractériser cette unité moniteur sur une gamme d'énergie faisceau, de position faisceau et de débit de dose applicables en protonthérapie. Après une introduction sur la protonthérapie, la phase de validation d'IC/3 est exposée dans ce mémoire. Les informations fournies par cette unité moniteur permettent le contrôle du faisceau en termes de fluence particulaire mais n'assurent pas le contrôle qualité du traitement en termes de distribution spatiale de dose. La seconde partie du travail de thèse a donc été de concevoir un dispositif, toujours pour les faisceaux de protons balayés, capable de reconstruire la distribution spatiale de dose délivrée dans le patient au cours du traitement. L'élaboration de son cahier des charges est présentée dans ce mémoire ainsi que les diverses études de conception. Ce travail a permis de parvenir à un certain nombre de recommandations pour sa réalisation mais également à diverses perspectives de recherche.

Dans la problématique de l'utilisation de nouvelles énergies non polluantes, l'hydrogène est l'un des principaux carburants verts du futur. Les dérivés d'hydrazine et de borane sont potentiellement intéressants pour le stockage chimique de l'hydrogène. Les complexes entre hydrazines ou nitriles avec des boranes ou des alanes sont à la base de cette étude. Ces composés ont été synthétisés afin d'étudier leur structure électronique avant et après la création de la liaison entre les acides et les bases de Lewis. La spectroscopie photoélectronique à rayonnement UV (UV-SPE) est utilisée comme outil principal de caractérisation fournissant des énergies d'ionisation (IE). L’interprétation des résultats expérimentaux est supportée par des calculs quantiques comme ΔSCF + TD-DFT, OVGF, P3 et SAC-CI. Des simulations et des expériences par Flash Vacuum Thermolysis (FVT) ont été effectuées, portant sur l’élimination d'hydrogène à partir de dérivés d'hydrazine borane. / Within the problematic of the use of new non-polluting energies, hydrogen is one of the main green fuels of the future. Hydrazine borane derivatives are potentially interesting chemical hydrogen storage materials. Complexes between hydrazines or nitriles with boranes or alanes are the basis of this study. These compounds were synthesized in order to study their electronic structure before and after creation of the bond between the Lewis acids and bases. Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (UV-PES) is used as a main characterization tool, providing Ionization Energies (IE). The interpretation of the experimental results is supported by Quantum Chemical Calculations as ΔSCF+TD-DFT, OVGF, P3 and SAC-CI methods. Simulations and experiments by Flash Vacuum Thermolysis (FVT) were carried out on hydrogen release from hydrazine borane derivatives.

L'objectif de cette thèse vise à mettre au point et à améliorer les méthodes de mesures d'échauffements nucléaires auprès des maquettes critiques du CEA-Cadarache EOLE et MINERVE, au moyen de détecteurs thermo-luminescents (TLD), de détecteurs à luminescence optiquement stimulée (OSLD – nouvellement mis en œuvre dans le cadre de ce travail de thèse) et d'une chambre d'ionisation. Il s'agit d'identifier, de hiérarchiser, de traiter et enfin de réduire les différentes sources d'incertitudes et de biais systématiques associés à la mesure.Une série d'expériences a été mise en place dans le réacteur MINERVE. Les mesures ont été réalisées dans un environnement en aluminium ou en hafnium à l'aide d'un nouveau protocole : les TLD ont été étalonnés individuellement, la répétabilité de la mesure a été évaluée expérimentalement et les lois de chauffe des TLD ont été optimisées, conduisant à une réduction des incertitudes de mesures. Des mesures de gammas émis de façon différée après arrêt du réacteur MINERVE ont également été réalisées : les résultats obtenus montrent un bon accord des mesures avec les trois types de détecteurs utilisés.L'interprétation de ces mesures nécessite des calculs pour tenir compte des facteurs de correction, liés à l'environnement et au type de détecteurs utilisés. Ainsi, des corrections de la contribution des neutrons à la dose totale intégrée par les détecteurs ont été évaluées à l'aide de deux méthodes de calcul. Ces corrections ont été obtenues sur la base de simulations Monte Carlo couplées neutron-gamma et gamma-électron à l'aide du code MCNP. / The objective of this thesis is to develop and to improve the nuclear heating measurement methods in MINERVE and EOLE experimental reactors at CEA-Cadarache, using thermo-luminescent detectors (TLD), optically stimulated luminescence detectors (OSLD – newly implemented in the context of this thesis) and an ionization chamber. It is to identify, prioritize, treat and reduce the various sources of uncertainty and systematic bias associated with the measurement.A series of experiments was set up in the MINERVE reactor. The measurements were carried out in an aluminum or hafnium surrounding using a new procedure methodology. The TLD are calibrated individually, the repeatability of the measurement is experimentally evaluated and the laws of TLD heat are optimized. The measurements of the gamma emitted, with a delay (delayed gamma) after shutdown of the MINERVE reactor, were also carried out using TLD and OSLD detectors with the aluminum pillbox as well as by ionization chamber. The results show a good correlation between the measurements recorded by these three detectors.The interpretation of these measurements needs to take account the calculation of cavity correction factors related to the surrounding and the type of detector used. Similarly, the correction due to the neutrons contributions to the total dose integrated by the detectors are evaluated with two calculation methods. These corrections are based on Monte Carlo simulations of neutron-gamma and gamma-electron transport coupled particles using the MCNP.

Les compagnies pétrolières améliorent les propriétés de leurs produits et en particulier des carburants par l’ajout d’additifs. Un large choix de familles d’additifs est disponible, tels que les antioxydants ou les agents antidétonants. Dans ce travail, la chromatographie sur couche mince haute performance (HPTLC) a été utilisée pour quantifier certains additifs dans le gazole sans aucune préparation d’échantillon. L’HPTLC est une technique d’analyse qui est couramment utilisée afin d’analyser et quantifier des composés en mélange. Pour améliorer la détection des polymères et la qualité du signal, des méthodes de dérivatisation ont été utilisées. Afin de confirmer l’identification des composés et obtenir des informations structurales, un couplage direct entre l’HPTLC et la spectrométrie de masse a été développé. Les sources d’ionisation, comme la source DESI(Desorption Electrospray Ionization), la source DART (Direct Analysis in Real Time) et la source MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization) ont été évaluées. Il est apparu que la source MALDI était la plus adaptée pour la désorption des additifs sur plaque HPTLC. Après des essais et optimisations sur différentes phases stationnaires, une méthode HPTLC-MALDI sur phase cellulose a été développée et a permis de détecter les détergents aux teneurs réelles dans le gazole. Parallèlement, l’HPTLC a été couplé pour la première fois à la source ASAP (Atmospheric Solids Analysis Probe). / Oil companies increase the quality of their products such as fuels by using additives. A large variety of additives can be used, such as antioxidants or antiknock agents. In this study, high performance thin layer chromatography (HPTLC) was used to quantify some additive in diesel fuel without sample preparation. HPTLC is an analytical technique used to characterize and quantify compounds in mixtures. To increase polymer detection and signal quality, derivatization methods were used.In order to confirm the analyte identification and to provide structural information, a method based on the direct coupling of HPTLC to mass spectrometry (MS) was developed. Ionization sources such as DESI (desorption electrospray ionization), DART (direct analysis in real time) and MALDI (matrix assisted laser desorption ionization) were evaluated. It appeared that MALDI was the most suitable source to efficiently desorb the additives on HPTLC plate. After several tests and optimizations on different stationary phases and ionization sources, a HPTLC-MALDI method was developed on cellulose and allowed to detect surfactant in diesel fuel at real concentration. At the same time, ASAP (atmospheric solids analysis probe) was coupled for the first time to HPTLC.

Les produits pétroliers formulés actuels tels que les carburants et les lubrifiants doiventrépondre à des cahiers des charges bien précis pour garantir les meilleures performances,fiabilité et longévité des moteurs tout en limitant l’émission de polluants. Ce travail de thèse porte sur le développement de méthodologies d’analyse pour l’identification d’additifs polymériques dans les gazoles et la caractérisation des polyalphaoléfines. L’analyse des additifs a été effectuée par couplage de la chromatographie liquide, de la spectrométrie de mobilité ionique et de la spectrométrie de masse (LC-IMSMS), l’ionisation étant obtenue par electrospray (ESI). Après ajustement des paramètres expérimentaux, les différents additifs ont été identifiés dans les gazoles sans préparation d'échantillon. Le couplage de la chromatographie liquide aux conditions critiques (LCCC) avec la spectrométrie de masse a également été évalué dans l’objectif d’améliorer la séparation des additifs de la matrice gazole. La caractérisation des polyalphaoléfines (PAO) a été réalisée par couplage IMS-MS associé à la source ASAP (sonde d’analyse de solide à pression atmosphérique) ou la source APPI (photoionisation à pression atmosphérique). En ASAP, outre les ions de pyrolyse, des espèces intactes peuvent être détectées pour les PAO de faible grade. Dans le cas des PAO de haut grade, seuls des ions fragments pyrolytiques ont été détectés, permettant toutefois d’identifier les alpha-oléfines utilisées pour produire les PAOs. En APPI, l’utilisation de solvants halogénés et de toluène, a permis d’observer des espèces intactes pour les PAOs de haut grade via la formation d’adduits halogénés. Le couplage IMS-MS a permis de différencier les polyalphaoléfines par l’étude des temps de dérive et des largeurs de signaux IMS. / Nowadays, formulated petroleum products such as fuels and lubricants must respond toprecise technical requirements to ensure the best performance, reliability and longevity ofengines while limiting the emission of pollutants. This thesis work focused on the development of analytical methodologies for the identification of polymeric additives in diesel fuels and the characterization of polyalphaolefins. The additive analysis was performed by coupling of liquid chromatography, ion mobility spectrometry and mass spectrometry (LC-IMS-MS), the ionization was performed by electrospray (ESI). After adjusting the experimental parameters, all additives were identified in the diesel fuel without sample preparation. The coupling of liquid chromatography at the critical condition chromatography (LCCC) with mass spectrometry was also evaluated in order to improve the separation of additives from the diesel fuel matrix. The characterization of polyalphaolefins (PAO) was carried out by IMS-MS with ASAP (atmospheric solids analysis probe) or APPI (atmospheric pressure photoionization) sources. With ASAP, in addition to pyrolysis ions, intact species were detected for low PAO grades. In the case of high PAO grades, only pyrolytic fragments were detected, yet it was possible to identify the alphaolefins used to produce the PAOs. In APPI, the use of halogenated solvents and toluene, allowed to observe intact species for high PAO grades through the formation of halogenated adducts. With IMS-MS coupling polyalphaolefins were differentiated the by the study of drift times and full width at half maximum.

Le pétrole est une matrice complexe qui est raffinée afin d’être valorisée. Les fractions obtenues après raffinage sont variées et vont des composés légers (gaz, gazole …) aux composés lourds (distillats sous vide, bitumes...). La coupe naphta subit des traitements tels que le vapocraquage pour obtenir les oléfines qui sont ensuite polymérisés notamment grâce à la catalyse métallocène pour produire les polyoléfines. Ce travail de thèse a porté sur la caractérisation des distillats sous vide, des polyoléfines, et des catalyseurs métallocènes afin de mieux maitriser les différentes étapes du raffinage. Une comparaison des différentes sources à pression atmosphérique a été réalisée pour l’étude de distillats sous vide par spectrométrie de masse à mobilité ionique (IMMS). .L’electrospray (ESI+) permet d’ioniser sélectivement les composés azotés basiques alors que la source ASAP ainsi que la source photoionisation à pression atmosphérique (APPI) permettent une identification des composés soufrés de type benzothiophènes. Les données IMMS obtenues en ESI fournissent des informations sur l’isomérie des composés azotés de ce mélange complexe. Pour mieux comprendre ce contenu isomérique, un indicateur d’isomérie basé sur la largeur à mi-hauteur des pics de mobilité ionique, a été développé. L’analyse de polymère a été réalisée à l’aide de la source ASAP. En particulier, dans le cas du polypropylène (PP) et du polyéthylène (PE) de nombreux résidus pyrolytiques fortement oxydés ont été mis en évidence. Des différences significatives en terme d’abondances relatives et au niveau des temps de dérive en mobilité ionique sont observées entre les polyoléfines et notamment entre des PP tactiques et atactiques. Enfin, une méthode d’analyse par ASAP de composés sensibles à l’air a été développée et a permis l’analyse des composés de type métallocènes,utilisés pour la polymérisation des polyoléfines. / Petroleum is a highly complex mixture that needs to be refined in order to be commercialized. The petroleum fractions have various compositions from gasoline to petroleum coke. Naphtha distillation cut gives olefins by steam cracking which are polymerised using metallocene catalysts to produce polyolefins. This thesis work focused on the characterisation of vacuum gas oils, polyolefins and metallocene catalysts to better understand and optimized refining processes. A comparison of atmospheric pressure ionisation sources was realised for the characterisation of vacuum gas oils by ion mobility–mass spectrometry (IMMS). Electrospray (ESI+) source allows to selectively analyse the basic nitrogen containing species. The ASAP and APPI (atmospheric pressure photoionisation) sources allows to identify sulphur containing compounds like benzothiophenes. Based on the IMMS data, a new indicator based on the full width at half maximum (FWHM) of ion mobility peaks was developed to obtain isomeric information without any identification of the species. Polymers were also analysed using the ASAP source. In particular, polypropylene (PP) and polyethylene (PE) were analysed by ASAP-IMMS and allow us to identify the oxidized species obtained by atmospheric pressure pyrolysis. The relative abundance of these species and their drift time were significantly different between the different samples and notably between isotactic PP and atactic PP. Finally, a new method based on the ASAP source was developed to analyse air sensitive compounds like metallocene used for polyolefin polymerisation.