PIXE (Particle Induced X-ray Emission) et PIGE (Particle Induced Gamma-ray Emission) sont des méthodes d’analyse par faisceau d’ions, multiélémentaires et non destructives. Elles sont basées sur la détection des rayons X et gamma caractéristiques émis suite à l’interaction de particules chargées avec la matière. La méthode PIXE permet de quantifier les éléments de numéro atomique Z>11 avec une limite de détection au niveau du μg/g (ppm). Les rayons X émis par les éléments légers (Z<11) sont fortement atténués par la matière, limitant la sensibilité de PIXE pour cette gamme de numéro atomique. Ces éléments peuvent légers être analysés, simultanément, par la méthode PIGE. Un des nombreux avantages de la méthode PIXE/PIGE est sa capacité à pouvoir effectuer différentes analyses (cartographie des concentrations, analyse en profondeur, objets précieux). Il est possible d’analyser des échantillons aussi bien homogènes que non homogènes. La méthode PIXE à haute énergie a été développée au cyclotron ARRONAX avec des faisceaux de particules pouvant atteindre 70 MeV. La technique PIXE à haute énergie permet, notamment, l’analyse d’échantillons épais et limite les risques d’endommagement. Premièrement la plateforme PIXE/PIGE à haute énergie est décrite. Ensuite une étude de la méthode PIGE à haute énergie ainsi que la mise en place d’un protocole de mesure de sections efficaces sont présentées. Pour finir les méthodes mises en place ainsi que les résultats obtenus lors de l’analyse de plusieurs types d’échantillons non homogènes (multicouches et granulaires) sont présentés et discutés. / Particle Induced X-ray Emission (PIXE) and Particle Induced Gamma-ray Emission (PIGE) are multi-elemental and non-destructives techniques. They are based on the detection of characteristic X-ray and gamma emission induced by the interaction of accelerated charged particles with matter. Elements with an atomic number Z> 11 can be quantified reaching a limit of detection in the order of μg/g (ppm). X-rays from light elements are strongly attenuate by matter. Therefore, PIXE shows little sensitivity for lights elements. Those elements are analyzed simultaneously using PIGE. One of the benefits of PIXE/PIGE is its ability to perform analysis with different requirement (elemental concentration mapping, in-depth analysis, valuable objects). Homogeneous and non-homogenous samples can be studied thanks to PIXE/PIGE. High energy PIXE (HEPIXE) has been developed at the ARRONAX cyclotron using particles beams up to 70 MeV. Thus analysis of thick samples is achievable using HEPIXE. Using high energy beams can also reduce the risk of damaging the sample. First of all, the high energy PIXE/PIGE platform develop at ARRONAX is described. Then the results given by high energy PIGE analysis and the experimental procedure for gamma emission cross section measurements are discussed. Finally, the methods developed and the results obtained during the analysis of inhomogeneous samples (multi-layer and granular samples) are presented and discussed.

Le cancer du sein de phénotype « Basal-like » triple négatif (BLTN) est particulièrement agressif et de mauvais pronostic. Il est insensible aux traitements hormonaux laissant pour seule stratégie de traitement la chimiothérapie conventionnelle. De ce fait, de nouvelles thérapeutiques ciblées sont en développement, tels que les inhibiteurs de la Poly-ADP-Ribose-Polymerase (PARP). Dans ce contexte, nos travaux de recherche ont été orientés sur l’optimisation du traitement des cancers du sein BLTN en modélisant l’action d’un anti-PARP modèle, l’Olaparib sur la lignée SUM1315 de phénotype BLTN. Dans un premier temps, l’étude de la coexpression de la BCRP et de la P-gp, deux protéines « Multidrug Resistance » (MDR) majeures en présence de 50 µM d’Olaparib® a montré une induction de leurs expressions chez les cellules SUM1315, avec une réponse de type relais. La BCRP établirait une première ligne de défense cellulaire et son action serait ensuite relayée par la P-gp durant 24h de traitement. Ce mécanisme est en corrélation avec la concentration intracellulaire d’Olaparib mesurée par HPLC. L’ensemble de nos résultats suggère qu’il serait possible de contourner le mécanisme de résistance induit par les protéines MDR si une concentration stable en Olaparib est maintenue dans les cellules à long terme. Nous avons ensuite étudié la potentialisation de l’action de l’Olaparib en le combinant avec un traitement par radiothérapie à basse et haute énergie, sur la viabilité des cellules de la lignée SUM1315. La comparaison des résultats avec un traitement Olaparib seul ou irradiation seule et ceux des traitements combinés Olaparib/radiothérapie a alors mis en évidence un effet synergique des deux traitements sur la viabilité cellulaire. L’effet synergique de cette combinaison fonctionne même avec de faibles doses d’Olaparib. De cette manière, il serait possible de réduire les doses d’anti-PARP utilisées tout en gardant les bénéfices du traitement. Enfin, nous avons développé deux techniques de cultures cellulaires en trois dimensions (i) « hanging drop » et (ii) « liquid overlay », permettant de mimer plus fidèlement les conditions des tumeurs in vivo. L’observation en microscopie électronique à transmission et à balayage des sphéroïdes obtenus par ces deux techniques a permis de démontrer l’intégrité des cellules au sein des sphéroïdes ainsi que la formation de jonctions cellulaires. Cependant, les sphéroïdes obtenus en « liquid overlay » ont montré une meilleure intégrité ultra-structurale. / « Triple Negative Basal-Like » (BLTN) breast cancer is particularly aggressive and of poor prognosis. It is insensitive to hormone-targeted therapies leaving conventional chemotherapy as the only treatment strategy. Therefore, new promising targeted therapies are being developed, such as Poly-ADP-Ribose-Polymerase inhibitors (anti-PARPs). In this context, our research has been directed towards optimizing the treatment of BLTN breast cancer by modelling the action of an anti-PARP model, Olaparib®, on BLTN cell line SUM1315. Firstly, the study of the co-expression of BCRP and P-gp, two major “Multidrug Resistance” proteins (MDR) in the presence of 50 µM Olaparib® showed an induction of their expression in SUM1315 cells, with a relay-type response. BCRP would establish a first line of cellular defense and its action would then be taken over by P-gp, for 24h of treatment. This mechanism is correlated with the intracellular concentration of Olaparib® measured by HPLC. All of our results suggest that it would be possible to circumvent the induced MDR resistance mechanism if a stable concentration of Olaparib® is maintained in cells in the long term. Secondly, we studied the potentiation of the action of Olaparib® combining it with low and high-energy radiations on the viability of SUM1315 cells. Comparison of the results with single Olaparib®, single irradiation, or the combination of Olaparib®/radiotherapy then demonstrated a synergistic effect of the two treatments when delivered concomitantly, on cell viability. The synergistic effect of this combination works even with low doses of Olaparib®. In this way it would be possible to reduce the anti-PARP doses while maintaining the benefits of this treatment. Finally, we have developed two techniques of cell culture in three dimensions: (i) "hanging drop" and (ii) "liquid overlay", in order to mimic more accurately the conditions of tumours in vivo. Observations of spheroids obtained by these two techniques by transmission and scanning electron microscopy demonstrated the integrity of cells within as well as the formation of cell junctions. However, the spheroids obtained by "liquid overlay" showed better ultra-structural integrity.

La thématique des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie (RCUHEs) est riche de mystères. Nous présentons l'état actuel des connaissances générales sur le sujet, ainsi que les apports et possibilités offerts par l'Observatoire Pierre Auger. Celui-ci nous a apporté plusieurs résultats majeurs dans le domaine : la mesure du spectre d'énergie au delà de quelques EeV et de la coupure à haute énergie avec une grande significativité, la mesure d'observables sensibles à la composition qui montrent un alourdissement avec l'énergie (ou une modification significative de la physique hadronique à la centaine de TeV !), et la mesure d'une anisotropie faible en dehors d'une région centrée sur une source remarquable mais pas forcément concernée, Centaurus~A. Dans la seconde partie de cette thèse, on étudie la propagation des RCUHEs depuis leur source dans le milieu extra-galactique. On étudie l'influence de la composition aux sources et des paramètres de l'accélération sur la forme des spectres à la Terre. On démontre la viabilité d'un modèle astrophysique satisfaisant, dit low-$E_{max}$, qui s'ajuste bien aux données du spectre et de la composition. Un outil numérique de propagation de protons/noyaux, notamment en présence de champs magnétiques, est également présenté dans ce cadre. Nous présenterons aussi (en quatrième partie) une étude indépendante des contraintes apportées par les données angulaires d'Auger sur la densité effective des sources de RCUHEs et leur déflexion dans les champs magnétiques. Une analyse des données par la méthode de percolation est également présentée, et démontre la faible anisotropie des données. Une partie entière est dédiée à la phénoménologie d'un messager secondaire : les photons. On expose leur propagation extra-galactique et l'outil numérique entièrement développé à ce sujet, que l'on intègre dans l'outil existant de propagation de protons/noyaux. Cette intégration aboutit à un code numérique global, véritablement multi-messagers (les neutrinos sont également traités), qui nous permet de disposer d'un outil complet, nous autorisant à fonder un modèle global de concordance capable de satisfaire l'ensemble des contraintes actuelles, dont les limites expérimentales connues sur le flux diffus de photons au TeV (par Fermi/LAT). Celui-ci est discuté dans le dernier chapitre. Nous terminons sur les perspectives offertes par la construction d'un modèle global de RCUHEs.