Dans les réacteurs à eaux pressurisée, les internes de cuve sont soumis à d’intenses irradiations induisant le mécanisme de corrosion sous contrainte assistée par l’irradiation initié par le phénomène de ségrégation induite par l’irradiation (SIR). La SIR observée dans les aciers austénitiques 316 est modélisée à l’échelle atomique en considérant un alliage ternaire modèle Fe–10Ni–20Cr. Pour atteindre cet objectif, nous avons construit un modèle d’interactions de paires pour le système Fe-Ni-Cr afin de modéliser la SIR par méthodes Monte Carlo. Le modèle d’interactions de paires fut déduit à la fois des calculs DFT (Density Functional Theory) disponibles dans les systèmes pures cubiques faces centrées, mais aussi en effectuant des calculs DFT dans l’alliage Fe–10Ni–20Cr. Les énergies de formation calculées dans cet alliage modèle dépendent fortement de l’environnement local des défauts ponctuels. Nous avons pu ainsi établir une relation liant ces énergies au nombre et à la position des atomes de Ni et de Cr se trouvant à proximité des défauts ponctuels. Dans cette étude, nous montrons qu’un modèle d’interactions de paires uniquement basé sur les interactions entre éléments positionnés sur les sites du réseau (éléments d’alliage et lacune) est incapable de prendre en compte seul à la fois les aspects thermodynamiques et cinétiques de la SIR. Une estimation plus précise des barrières de migration est requise pour les espèces migrantes que celle proposée qui ne prend pas en compte l’environnement du point col. Ce travail montre ainsi qu’il est nécessaire de réaliser des calculs DFT des énergies de migration afin d’être en mesure de calibrer un modèle utilisable dans le cadre de simulations de Monte Carlo cinétique atomique. Nous montrons également que l’ajustement de notre modèle sur les données DFT obtenues pour les interstitiels est incompatible avec la modélisation de la SIR aux électrons. / In pressurized water reactors, under irradiation internal structures are subject of irradiation assisted stress corrosion cracking which is influenced by radiation induced segregation (RIS). In this work RIS of 316 stainless steels is modelled considering a model ternary Fe–10Ni–20Cr alloy. For this purpose we have built an Fe-Ni-Cr pair interaction model to simulate RIS at the atomistic level using an atomistic kinetic Monte Carlo approach. The pair interactions have been deduced from density functional theory (DFT) data available in the pure fcc systems but also from DFT calculations we have performed in the Fe–10Ni–20Cr target alloy. Point defect formation energies were calculated and found to depend strongly on the local environment of the defect. As a consequence, a rather good estimation of these energies can be obtained from the knowledge of the number and respective positions of the Ni and Cr atoms in the vicinity of the defect. This work shows that a model based only on interaction parameters between elements positioned in perfect lattice sites (solute atoms and vacancy) cannot capture alone both the thermodynamic and the kinetic aspect of RIS. A more accurate of estimating the barriers encountered by the diffusing species is required than the one used in our model, which has to depend on the saddle point environment. This study therefore shows thus the need to estimate point defect migration energies using the DFT approach to calibrate a model that can be used in the framework of atomic kinetic Monte Carlo simulations. We also found that the reproduction by our pair interaction model of DFT data for the self-interstitial atoms was found to be incompatible with the modelling of RIS under electron irradiation.

Dans les applications nucléaires, les propriétés des matériaux peuvent subir des modifications importantes en raison de l'interaction destructive avec l'irradiation de particules au niveau des microstructures, qui affectent les propriétés globales. L'un des défis associés aux études de matériaux irradiés par des ions, c'est que la couche concernée, ou la profondeur de pénétration, est généralement très mince (0,1-100 um). Cette étude élargit la base des connaissances actuelles en matière de transport thermique dans les matériaux irradiés par des ions, en utilisant une approche expérimentale multiéchelles avec des méthodes basées sur des ondes thermiques. D'une manière pas encore explorée auparavant, quatre méthodes sont utilisées pour caractériser la couche irradiée par des protons dans ZrC : la microscopie thermique à balayage (SThM), la radiométrie photothermique (PTR) avec détection sur la face avant et balayage spatial, la thermographie infrarouge lock-In (IRT), et la PTR tomographique avec balayage en fréquence. Pour la première fois, le profil de conductivité thermique en profondeur d'un échantillon irradié est mesuré directement. Les profils obtenus par chacune des méthodes d'analyse spatiale sont comparés les uns aux autres et à la prévision numérique du profil endommagé. La nature complémentaire des différentes techniques valide le profil mesuré et la dégradation constatée de la conductivité thermique de l'échantillon de ZrC. / In nuclear applications, material properties can undergo significant alteration due to destructive interaction with irradiating particles at microstructural levels that affect bulk properties. One of the challenges associated with studies of ion-Irradiated materials is that the affected layer, or penetration depth, is typically very thin (~0.1-100 μm). This study expands the current knowledge base regarding thermal transport in ion-Irradiated materials through the use of a multiscaled experimental approach using thermal wave methods. In a manner not previously explored, four thermal wave methods are used to characterize the proton-Irradiated layer in ZrC including scanning thermal microscopy (SThM), spatial-Scanning front-Detection photothermal radiometry (PTR), lock-In IR thermography (lock-In IRT), and tomographic, frequency-Based PTR. For the first time, the in-Depth thermal conductivity profile of an irradiated sample is measured directly. The profiles obtained by each of the spatial scanning methods are compared to each other and the numerical prediction of the ion-Damage profile. The complementary nature of the various techniques validates the measured profile and the measured degradation of thermal conductivity in the ZrC sample.

Actuellement en France, les solutions de produits de fission et actinides (PFA) issues du retraitement des combustibles usés électronucléaires sont confinées dans un verre aluminoborosilicaté appelé " R7T7 ". A l'avenir, l'opportunité d'utiliser de nouvelles compositions vitreuses aluminoborosilicatées (verres HTC) est étudiée, afin d'augmenter la concentration en déchets dans les verres et ainsi diminuer significativement le nombre de colis à stocker en site géologique. Cependant, cette augmentation de la concentration en PFA pourrait induire, au cours du refroidissement de la fonte après coulée, la cristallisation de certaines phases riches en terres rares (Ca2TR8(SiO4)6O2) ou en molybdène (CaMoO4, Na2MoO4), qui sont susceptibles de modifier les propriétés de confinement du verre (durabilité chimique, résistance à l'auto-irradiation...), en particulier si elles peuvent incorporer des radionucléides α ou β dans leur structure. Cette thèse se présente en deux parties : La première partie consiste à étudier les relations pouvant exister entre la composition, la structure et la tendance à la cristallisation de verres simplifiés à sept oxydes, appartenant au système SiO2-B2O3-Al2O3-Na2O-CaO-MoO3-Nd2O3 et dérivés de la composition du verre HTC à 22,5 % massiques en PFA. L'impact de la présence des platinoïdes (RuO2 dans notre cas) sur la cristallisation des différentes phases y est également abordé. La deuxième partie s'intéresse à l'effet des désintégrations α des actinides et plus particulièrement des interactions nucléaires provenant essentiellement des noyaux de recul (simulées ici par des irradiations externes aux ions lourds), sur le comportement sous irradiation d'un verre aluminoborosilicaté partiellement cristallisé en apatite de composition Ca2Nd8(SiO4)6O2, qui est une phase susceptible d'incorporer des actinides dans sa structure. Deux échantillons contenant des cristaux de taille différente sont étudiés, afin de s'intéresser l'impact de la microstructure sur la résistance à l'irradiation de ce type de matériau.

La protonthérapie est une technique innovante de traitement des cancers dans les zones critiques, telles que les yeux ou la base du crâne. Même si le phénomène physique d'interactions des protons dans les tissus est bien connu et présente des avantages pour la protonthérapie, il existe des incertitudes sur le parcours des protons liées aux hétérogénéités des tissus traversés en situation clinique et liées au calcul des paramètres du faisceau dans le planning de traitement qui contrebalancent les avantages théoriques des protons pour la délivrance de la dose. Des méthodes de contrôle de qualité de l'irradiation ont donc été proposées. La plupart reposent sur l'exploitation de la cartographie des émetteurs de positons générés lors de l'irradiation. Ceux-ci peuvent être détectés et quantifiés à l'aide de la tomographie par émission de positons (TEP), une technique d'imagerie médicale utilisée principalement pour établir le bilan d'extension des cancers par imagerie. Des acquisitions TEP ont donc été proposées et validées sur des fantômes et chez des patients après protonthérapie pour le contrôle du parcours des protons. Le contrôle s'effectue en comparant la distribution radioactive mesurée en TEP et la distribution β+ simulée. La simulation de l'activité positronique générée par les protons dans le milieu traversé peut être décomposée en plusieurs étapes : une étape de simulation du faisceau de protons, une étape de modélisation des interactions des protons dans l'objet irradié et une étape d'acquisition TEP. Différentes modélisations de ces étapes sont possibles. Au cours de cette thèse, nous avons proposé plusieurs modélisations pour les 3 étapes et nous avons évalué l'apport pour la qualité du contrôle de l'irradiation. Nous avons restreint notre évaluation à la vérification du parcours des protons. Ce travail de thèse s'appuie sur des irradiations en milieu homogène et inhomogène (dans un modèle de tête) réalisé au centre de protonthérapie d'Orsay. Les objets irradiés ont été transportés dans le Service Hospitalier Frédéric Joliot pour l'acquisition TEP. Nous avons comparé l'incertitude sur le parcours des protons à partir des modélisations de la distribution β+ obtenues : 1) En modélisant l'irradiation par un faisceau de protons sous une forme simplifiée et par simulation Monte Carlo. En modélisant la production des émetteurs β+ dans les tissus par simulation Monte Carlo avec le logiciel GEANT4 en incluant les modèles de physiques des versions 9.2 et 9.4 et en utilisant des sections efficaces ; 2) En modélisant l'acquisition TEP avec une modélisation simplifiée et une modélisation Monte Carlo de l'acquisition par la caméra TEP ; 3) Les résultats montrent qu'une modélisation simplifiée du faisceau n'affecte pas l'estimation du parcours des protons. La modélisation Monte-Carlo de la caméra permet de mieux modéliser le bruit présent dans le signal TEP mesuré en milieu homogène. Des résultats préliminaires de la modélisation de la caméra TEP sont présentés dans un modèle de tête (inhomogène). En conclusion, une modélisation simplifiée de la caméra TEP permet d'évaluer le parcours des protons en milieu homogène à 1 mm près, qui est équivalent à la reproductibilité de la mesure TEP post-irradiation telle qu'elle est mesurée par Knopf et al. (2008).

Cette thèse est le résultat d'un travail sur l'effet d'irradiation de cellules solaires à triple jonction (TJ) GaInP/GaAs /Ge en forme de réseau dans des conditions LILT. Initié par les besoins de la compréhension des performances EOL des cellules solaires dans la mission JUICE, nous avons trouvé des phénomènes très particuliers qui ne sont pas supposés se produire si celle-ci a été irradiée à température ambiante. Tout d'abord, une cellule de composante inférieure montrait une plus grande chute d'Isc à une température plus basse, ce qui suggère potentiellement une limitation de courant par la sous-cellule inférieure dans la structure TJ. Une dépendance en température de la récupération RF(Isc) par un recuit isochrone et, la dépendance d'orientation de la dégradation Isc de la cellule composante inférieure impliquaient que son mécanisme de dégradation pourrait être lié à des grappes de défauts formées comme des zones isolantes (non actives) pour les transporteurs minoritaires. Par ailleurs, nous avons observé en général une plus grande dégradation de FF et Pmax des cellules TJ irradiées par les électrons, par rapport aux cellules irradiées aux protons. Cette nette différence provient surtout des sous-cellules supérieure et inférieure en raison de l'apparition d'un courant d'obscurité excessif. Ce courant supplémentaire dans l'obscurité semble être lié à l'effet tunnel indirect par des défauts induits par l'irradiation électronique. En outre, EOL FF et Pmax semblaient se propager de plus en plus d'une cellule à l'autre à mesure que la fluence des électrons augmentait. Une approche de dose d'endommagement par déplacement (DDD) a été appliquée à des cellules TJ irradiées par des électrons et des protons de 1 et 2 MeV et à ses cellules composantes. Il s'est avéré que les électrons de 2 MeV induisaient une plus grande dégradation que les autres pour tous les paramètres (Isc, Voc, FF, Pmax). La cellule du milieu a montré une correspondance parfaite de DDD entre les cellules irradiées par électrons et protons en condition LILT, indiquant que les défauts finaux produits par les irradiations par électrons et protons sont peut-être les mêmes. La TJ et sa cellule de composant supérieur présentaient moins de dégradation sur les Voc sous irradiation électronique que l'irradiation protonique. Pour la cellule du composant de Ge, l'irradiation électronique a induit une dégradation beaucoup plus importante des Voc, FF et Pmax par rapport à l'irradiation protonique. Pour améliorer la dureté de rayonnement des cellules en réduisant le courant d'obscurité en excès, il serait intéressant de diminuer la concentration en dopage des jonctions pour réduire la création de défauts secondaires liés aux impuretés. / This thesis is the result of work on the irradiation effect of lattice matched GaInP/GaAs/Ge triple junction (TJ) solar cells in LILT conditions. Initiated by needs of the understanding of EOL performances of the solar cells in JUICE mission, we have found very peculiar phenomena which are not supposed to occur if it was irradiated at room temperature. First, a bottom component cell exhibited a larger drop of Isc at a lower temperature, which potentially proposes a current limiting by the bottom sub-cell in the TJ structure. A temperature dependence of RF(Isc) recovery by an isochronal annealing and the orientation dependence of Isc degradation of the bottom component cell have implied that its degradation mechanism could be related to defect clusters formed along proton tracks, acting like insulating (non active) area for minority carriers. Second, we have observed in general larger degradation of FF and Pmax from electron irradiated TJ cells compared to proton irradiated ones. This distinct difference has originated especially from the top and bottom sub-cells due to the occurrence of excess dark current. This additional current in dark seems to be related to the indirect tunneling effect by defects induced by electron irradiation. Furthermore, EOL FF and Pmax appeared to be more and more spread from cell to cell as the electron fluence increased. A displacement damage dose (DDD) approach was applied to 1 and 2 MeV electron and proton irradiated TJ cells and its component cells. It turned out that 2 MeV electrons induced greater degradation than others for all parameters (Isc, Voc, FF, Pmax). The middle component cell showed almost a perfect match of DDD between electron and proton irradiated cells in LILT condition, indicating that the final defects produced by electron and proton irradiations are perhaps the same. TJ and its top component cell showed less degradation on Voc under the electron irradiation compared to the proton irradiation. For the Ge bottom component cell, the electron irradiation induced much larger downgrading of Voc, FF and Pmax compared to the proton irradiation. To improve the radiation hardness of the cells by reducing the excess dark current, it would be worth to decrease the doping concentration of junctions to reduce the creation of secondary defects related to impurities.

Nous avons étudié les effets de l'irradiation ionisante (e¯- et γ-) sur les propriétés luminescentes des ions Yb3+ et Er3+ dans des verres aluminosilicates (AS) et phosphates en essayant de comprendre l'impact de l'environnement initial de Yb3+ et surtout le rôle des clusters d'Yb. Pour cela, des verres AS et phosphates contenant les quantités différentes de clusters d'Yb ont été irradiés à des doses comprises entre 104 et 2∙109 Gy. Nous avons montré que la relaxation des défauts ponctuels est ralentie en présence de clusters d'Yb dans le verre. La quantité de défauts ponctuels en fonction du lg(dose) est stable aux faibles doses puis décrit une courbe en cloche. La présence des clusters d'Yb limite la production de défauts aux doses élevées, quelle que soit la composition du verre (AS ou phosphate).En conséquence, la variation de la durée de vie de l'état excité 2F5/2 en fonction du log de la dose décrit deux régions. Pour un fort contenu de cluster d'Yb, la durée de vie diminue linéairement avec le log de la dose. Ce résultat ne dépend pas du type de verre, ni de la nature de l'élément terre rare (Er3+). Ceci signifie qu'il existe un mécanisme plus général n'impliquant pas un 'un type de défaut particulier. De plus, la complexité du signal RPE dû aux défauts ponctuels dans les verres phosphates a été interprétée grâce à la forte évolution de celui-ci en fonction de la composition du verre, de la dose et du temps. Au moins 8 défauts ponctuels paramagnétiques ont été identifiés ainsi qu'un défaut diamagnétique luminescent dont l'origine est discutée.

La réponse cellulaire aux dommages de l'ADN provoqués par l'irradiation (IR) est relativement bien étudiée mais de nombreuses observations montrent l'implication de l'expression de nombreux gènes. Nous souhaitons identifier les différentes formes de la réponse transcriptionnelle à l'IR et reconstruire un réseau de régulation génique impliqué dans son contrôle. La problématique réside dans l'exploitation de dynamiques d'expression de gènes dans des conditions de perturbations génétiques et dans l'intégration d'informations biologiques systémiques. Nous définissons une approche constituée d'une étape automatisée de déduction de régulations à partir de perturbations et de deux étapes d'induction qui permettent d'analyser la dynamique d'expression des gènes et d'extraire des régulations des données additionnelles. Cela nous a permis d'identifier, chez la levure, une réponse complexe à l'IR et de proposer un modèle de régulation dont certaines relations ont été validées expérimentalement.