Le développement de la source d'ions négatifs pour l’injecteur de particules d’ITER constitue une des étapes essentielles pour générer des neutres de haute énergie . Pour remplir les caractéristiques requises pour ITER en termes de chauffage et de courant à l'intérieur du réacteur principal, la source d'ions négatifs doit délivrer 40A de D-. La création d'une telle source représente un défi tant technique que scientifique et demande une meilleure compréhension des phénomènes physiques impliquées . Les connaissances actuelles sur le méchanisme d'extraction d'ion négatifs d’un plasma électronégatif sont limitées, spécialement concernant la compréhension des caractéristiques d'une gaine de plasma magnétisé dans la région d’intérêt où on constante également l’extraction des électrons simultanément avec les ions négatifs qui. De plus, l'asymétrie due à la configuration croisée du champ magnétique pour piéger les électrons nécessite une étude du problème en trois dimensions. Un code 3D Particle-In-Cell électrostatique a été spécialement développé pour étudier ce problème. Le code utilise les coordonnées cartésiennes et peut prendre en compte des géométries complexes. Le code nommé ONIX étudie les propriétés du plasma et le transport des électrons et des ions négatifs au niveau de la zone d'extraction. Les résultats sur la formation d'un ménisque de plasma et l'écrantage du champ d'extraction par ce plasma, ainsi que les trajectoires des ions négatifs, sont présentés. L'efficacité de l'extraction d'ions négatifs du volume et de la surface est investiguée et on trouve que les processus de création en surface des ions négatifs jouent un rôle capital. / The development of the negative ion source constitutes a crucial step in the construction of the neutral beam injector of ITER. To fulfil the ITER requirements in terms of heating and current drive, the negative ion source should deliver 40 A of D-. The achievement of such a source is challenging from technical and scientific points, and it requires a deeper understanding of the underlying physics. The present knowledge of the ion extraction mechanism from the negative ion source is limited due to the complexity of the problem that involves the comprehension of the behaviour of magnetized plasma sheaths when negative ions and electrons are pulled out from the plasma. Moreover, due to the asymmetry induced by the crossed magnetic configuration used to filter the electrons, any realistic study of this problem must consider the three spatial dimensions. To address this problem in a realistic way, a 3D Particles-in-Cell electrostatic code specifically designed for this system was developed. The code uses Cartesian coordinate system and it can deal with complex boundary geometry as it is the case of the extraction apertures. The complex magnetic field that is applied to deflect electrons is also taken into account. This code, called ONIX, was used to investigate the plasma properties and the transport of negative ions and electrons close to a source extraction aperture. Results on the formation of the plasma meniscus and the screening of the extraction field by the plasma are presented here, as well as negative ions trajectories. Negative ion extraction efficiency from volume and surfaces was investigated showing the capital importance of the surface negative ion production.

Cette thèse porte sur l'étude de la production d'ions négatifs (INs) en surface pour des applications à la fusion contrôlée. Les INs formés en surface d'un échantillon dans un plasma d'hydrogène à partir de bombardement par les ions positifs sont collectés et analysés en énergie par un spectromètre de masse (SM). Les fonctions de distribution en énergie des INs (FDIs) que mesure le SM sont différentes de celles émises par la surface f(E, Θ) du fait des modifications de trajectoires et d'énergie induites par la traversée du plasma et du SM. Afin de déterminer la FDI émis par la surface f(E, Θ) en se servant des fonctions de distribution mesurée par le SM f''(E) nous avons développé un modèle qui calcule les trajectoires des ions entre la surface et le détecteur du SM. A partir d'une fonction test f(E,Θ) il est alors possible de calculer f''(E) et de comparer à l'expérience. L'élément critique de cette méthode est le choix de f (E, Θ). Le choix effectué dans cette thèse est la fonction de distribution des neutres calculée par le logiciel SRIM pour les particules pulvérisées et rétrodiffusées lors de bombardement d'une surface dans des conditions similaires aux conditions expérimentales. Les résultats du modèle montrent un bon accord entre les FDIs expérimentales et les fonctions calculées, et valident nos calculs et le choix de SRIM.Dans le but de comparer les mécanismes de production et les rendements des INs, une étude comparative a été réalisée sur différents matériaux carbonés. Les FDIs mesurées présentent la même forme à la température ambiante. / This thesis deals with negative ions (INs) surface production for applications in controlled fusion. Negative ions (NIs) formed at the sample surface from positive ions bombardment in hydrogen plasma are collected and analyzed with energy mass spectrometer (MS). The NI energy distribution functions (NIDF) measured by the MS are different from those emitted from surface f(E, Θ) due to modifications trajectories and energies which result when NI cross plasma and MS. In order to determine the NIDF emitted by the surface f(E,Θ) using the NIDF measured by MS f''(E), we developed a model that calculates the ion trajectories between the surface and MS detector. Then from a test function f(E,Θ) it is possible to calculate f''(E) and compare it to the experimental one. The critical issue is this method is the choice of f(E, Θ). The approach used in this thesis is the neutral backscattered and sputtered distribution function calculated by SRIM software during a surface bombardment similar to the experimental conditions. The model resulting show a good agreement between experimental and calculated NIDF, and validate our calculations and the choice of SRIM.In order to compare production mechanisms and NIs yields, a comparative study on different carbons materials was performed. Measured NIDFs show the same shape at room temperature. This indicates that the mechanisms involved in the NI production and the contribution of these mechanisms in the NIDF are the same for all materials. The best NI yield at low temperature is observed on DLC surface. The highest NI yield for all temperatures is observed on Boron doped diamond (BDD) surface at 400°C.

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Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les plasmas inductifs radiofréquence basse pression sont utilisés pour la gravure de motifs nanométriques. Ces plasmas contiennent des ions négatifs et peuvent être soumis à deux types d'instabilités. La première est décrite par des oscillations de relaxation entre les modes de couplage de l'énergie capacitif (E) et inductif (H). Les mesures temporelles au cours de ces oscillations sont conformes aux résultats publiés. L'autre instabilité, liée au transport des espèces chargées, n'existe que lorsque le plasma peut diffuser. Des mesures spatio-temporelles montrent que les fluctuations des paramètres plasma sont liées à la formation et à la propagation périodique d'une double couche d'amplitude moyenne. Cette double couche est une gaine interne séparant un plasma haute densité, forte temp! érature électroniques et sans ions négatifs dans la source d'un plasma faible densité, faible température électronique et de forte fraction d'ions négatifs dans la chambre de diffusion. Cette double couche propagative apparaît lorsque la fraction d'ions négatifs dépasse un seuil. Sous ce seuil, la double couche est statique et disparaît pour des fractions d'ions négatifs très faibles. Les transitions entre ces trois états sont soumises à une forte activité acoustique ionique. L'ajout d'un champ magnétique modifie le chauffage des électrons par absorption de l'onde hélicon (mode W). Des oscillations de relaxation H/W ont été observées dans une fenêtre restreinte de paramètres. D'autre part, le confinement des espèces chargées est modifié: au centre, le plasma ne contient pas d'ions négatifs; au bord, le plasma ne contient plus d'électrons, un plasma ions - ions a été créé.

La source d'ions des injecteurs de neutres d'ITER devra produire un fort courant d'ions négatifs de deutérium qui seront accélérés puis neutralisés afin d'obtenir un faisceau d'atomes qui chauffera le plasma thermonucléaire. Un plasma froid d'hydrogène à basse pression et forte puissance est généré par induction dans la source et les ions négatifs sont produits par des réactions en volume et en surface et extraits à travers une série de grilles électrostatiques. Cette thèse est consacrée à la modélisation de ce plasma, afin d'étudier des phénomènes peu abordés à ce jour : aspect hors équilibre des espèces neutres, déplétion et chauffage du gaz, génération et transport des atomes, et génération des ions négatifs sur les parois. Un code fluide bidimensionnel de simulation plasma a pour cela été modifié afin de simuler la cinétique des espèces neutres au moyen d'un module Direct Simulation Monte-Carlo et a été utilisé pour simuler le plasma de manière auto-cohérente. / The ion source of the ITER neutral beam injectors will have to deliver a high current of negative deuterium ions which will be accelerated and neutralized, and the resulting atom beam will heat the thermonuclear plasma. A low pressure and high power cold hydrogen plasma is inductively generated in the source and negative ions are produced by volume and surface reactions and are extracted through a set of electrostatic grids. This thesis aims at modelling this plasma, and focuses on topics that haven't been studied much before : out of equilibrium neutral kinetics, gas heating and depletion, atoms production and transport, and negative ions generation on the walls. To this end, a two-dimensional fluid plasma code has been modified to simulate the neutrals kinetics with a Direct Simulation Monte Carlo module and has been used to perform self-consistent simulations of the plasma.

Le microscope de photodétachement, construit au laboratoire Aimé Cotton au milieu des années 90, permet de visualiser les images d'interférences obtenues à partir d'électrons détachés d'ions négatifs par excitation laser, en présence d'un champ électrique uniforme. Après détachement, dans une première approximation, l'électron et l'espèce neutre précédemment liés n'interagissent plus : on a une source d'électrons libres. Or, selon les équations de la mécanique classique, un électron libre d'énergie cinétique donnée placé dans un champ électrique uniforme a deux trajectoires paraboliques différentes pour arriver en un même point. Quantiquement parlant, l'onde de matière électronique se divise et suit les deux chemins possibles. Du fait de la cohérence de l'onde électronique émise par photodétachement, les deux demi-ondes interfèrent. Les images d'interférences enregistrées sont très sensibles à l'énergie cinétique des électrons qui les composent. On peut ainsi mesurer cette énergie par comparaison entre les images expérimentales et celles prédites par le modèle théorique de l'électron libre, et faire de la spectroscopie de très haute résolution. L'étude quantitative des images a été utilisée pour tester la validité du modèle de l'électron libre pour le détachement de Si- et OH-, en recherchant d'éventuels effets d'interaction entre l'électron détaché et l'espèce neutre. L'anion Si- a permis de valider le modèle pour un atome plus lourd que ceux précédemment utilisés. L'anion moléculaire OH- a été choisi notamment pour examiner l'effet d'un potentiel dipolaire sur les interférences. Les résultats obtenus n'ont pas mis en évidence de modification des images, et ont donc validé cette méthode pour la mesure des énergies de détachement d'anions diatomiques. Ces travaux ont permis de proposer de nouvelles mesures des affinités électroniques de Si et de OH, avec une meilleure précision.

Les plasmas inductifs radiofréquence basse pression sont utilisés pour la gravure de motifs nanométriques. Ces plasmas contiennent des ions négatifs et peuvent être soumis à deux types d'instabilités. La première est décrite par des oscillations de relaxation entre les modes de couplage de l'énergie capacitif (E) et inductif (H). Les mesures temporelles au cours de ces oscillations sont conformes aux résultats publiés. L'autre instabilité, liée au transport des espèces chargées, n'existe que lorsque le plasma peut diffuser. Des mesures spatio-temporelles montrent que les fluctuations des paramètres plasma sont liées à la formation et à la propagation périodique d'une double couche d'amplitude moyenne. Cette double couche est une gaine interne séparant un plasma haute densité, forte température électroniques et sans ions négatifs dans la source d'un plasma faible densité, faible température électronique et de forte fraction d'ions négatifs dans la chambre de diffusion. Cette double couche propagative apparaît lorsque la fraction d'ions négatifs dépasse un seuil. Sous ce seuil, la double couche est statique et disparaît pour des fractions d'ions négatifs très faibles. Les transitions entre ces trois états sont soumises à une forte activité acoustique ionique. L'ajout d'un champ magnétique modifie le chauffage des électrons par absorption de l'onde hélicon (mode W). Des oscillations de relaxation H/W ont été observées dans une fenêtre restreinte de paramètres. D'autre part, le confinement des espèces chargées est modifié: au centre, le plasma ne contient pas d'ions négatifs; au bord, le plasma ne contient plus d'électrons, un plasma ions - ions a été créé.

Le cancer du sein triple négatif (CSTN) est le sous-type de cancer du sein le plus hétérogène et le plus défavorable. La pierre angulaire du traitement de ces tumeurs repose sur la chimiothérapie systémique, de plus en plus fréquemment administrée en néoadjuvant, puisqu’aucune thérapie ciblée n’est à ce jour validée. L'obtention d'une réponse complète histologique (RCH) constitue un marqueur pronostique favorable majeur ainsi qu'un test in vivo de la sensibilité aux médicaments anti-tumoraux. L’objectif de notre travail de thèse a donc été d’apporter des éléments de compréhension de cette hétérogénéité grâce à la dissection clinique, biologique et moléculaire de ces tumeurs. Nous avons analysé les profils d'expression géniques de ces CSTN et ainsi identifié 6 sous-types moléculaires distincts avec des biologies et des pronostics différents. Cette classification s’appuie sur une méthodologie originale basée à la fois sur des outils bioinformatiques classiques associée à l’utilisation de réseaux biologiques. L’enrichissement en gènes de l'immunité issus du compartiment stromal de la tumeur représente un déterminant majeur du pronostic de ces tumeurs : une forte expression des gènes de l'immunité est associée un pronostic significativement plus favorable. Notre principale contribution repose sur une meilleure compréhension de l’immunité et de l’infiltrat lymphocytaire (TILS) de ces CSTN. Il s’agit probablement du sous-groupe de cancers du sein le plus immunogène avec des taux de TILS pré-CNA parmi les plus élevés avec les tumeurs HER2-positives. Cet infiltrat lymphocytaire est d'ailleurs très corrélé aux gènes de notre module immunitaire pronostique dans les CSTN. La valeur prédictive et pronostique des TILS du stroma tumoral est différente selon le sous-type moléculaire de cancer du sein, suggérant une immunité complètement différente de ces tumeurs. Le taux de TILS varie également différentiellement au sein de chaque sous-groupe sous l'influence de la CNA, témoignant d'une interaction complexe entre les TILS et les traitements. Nous montrons que la cinétique des TILS sous l'effet de la CNA est un indicateur pertinent de réponse à la CNA avec une réponse d'autant plus importante qu'une décroissance du taux de TILS sera importante. Les tumeurs les plus immunogènes avec une activité immunitaire importante sont donc les tumeurs triple-négatives les plus favorables. L'un des challenge des années à venir sera donc d'identifier le plus tôt possible les CSTN les moins immunogènes susceptibles de bénéficier au mieux des immunothérapies seules ou combinées au traitement chimiothérapique afin d'activer ou de rétablir précocement une immunité déficiente. Sous une même dénomination de TILS se trouve très certainement des populations phénotypiques de lymphocytes différentes. En effet, après CNA, leur valeur pronostique est opposée entre les CSTN et les tumeurs HER2-positives: des taux élevés de TILS sont associés à un pronostic défavorable dans les tumeurs HER2-positives alors qu’ils ont une tendance à être associés à des CSTN de meilleur pronostic. Les interactions sont complexes entre les agents cytotoxiques et la tumeur et/ou son microenvironnement. L'analyse du résidu tumoral mammaire ou ganglionnaire représente un matériel sous-exploité qui pourrait permettre de mieux comprendre les mécanismes de sensibilité ou de résistance aux traitements. Au delà de la pierre angulaire que constitue l'immunité pour ces tumeurs, nos travaux identifient certains CSTN pour lesquels l'environnement hormonal, au travers de l'indice de masse corporel ou du statut ménopausique, pourrait jouer un rôle. Ainsi l'exploration du métabolome, des particularités immunitaires chez les patientes en surpoids/obèses ou l'analyse de la voie androgène-récepteur (et ses connexions avec les voies oestrogène et progestérone-récepteur) des CSTN doit aussi être explorée de manière détaillée. Ceci ouvre des perspectives de traitement possibles pour certaines patientes. / Triple negative breast cancer (TNBC) is the most heterogeneous and pejorative subtype of breast cancer. The cornerstone of the treatment of such tumors is based on systemic chemotherapy, more and more frequently administered before surgery, since no targeted therapy has been validated to date. Obtaining a pathological complete response (PCR) is a major favorable prognostic marker as well as an in vivo test of anti-tumor drug susceptibility. The objective of our thesis work was therefore to provide elements of understanding of this heterogeneity through the clinical, biological and molecular dissection of these tumors.We analyzed gene expression profiles of TNBCs and identified 6 distinct molecular subtypes with different biologies and prognoses. This classification used an original methodology based on both classical bioinformatic tools and biological networks. The enrichment of immunity genes from the stromal compartment of the tumor represents a major determinant of the prognosis of these tumors: a strong expression of the immunity genes is associated with a significantly more favorable prognosis.Our main contribution is based on a better understanding of immunity and tumor infiltrated lymphocytes (TILS) of these TNBCs. It is probably the most immunogenic subgroup of breast cancers with the highest TILs levels pre-NAC with HER2-positive tumors. TILS levels are also highly correlated with genes of our immune prognosis module. The predictive and prognostic value of stromal TILS is different according to the molecular subtype of breast cancer, suggesting a completely different immunity of these tumors. The rate of TILS also varies differentially within each subgroup under the influence of the NAC, indicating a complex interaction between TILS and treatments. We show that the kinetics of TILS levels with NAC is a relevant indicator of response to NAC with a response that is all the more important that a decrease in the TILS rate will be important. The most immunogenic tumors with an important immune activity are therefore the most favorable triple-negative tumors. One of the challenges of the coming years will therefore be to identify, as soon as possible, the least immunogenic TNBC that can best benefit from immunotherapies alone or in combination with chemotherapeutic treatment in order to activate or restore early a deficient immunity.Under the same denomination of TILS there are probably different phenotypic populations of lymphocytes. Indeed, after CNA, their prognostic value is opposite between the TNBC and the HER2-positive tumors: high levels of TILS are associated with an unfavorable prognosis in HER2-positive tumors whereas they have a tendency to be associated with a better prognosis for TNBC tumors. The interactions are complex between cytotoxic agents and the tumor and / or its microenvironment. The analysis of the breast or axillary lymph node residual disease represents an underutilized material that could lead to a better understanding of the mechanisms of sensitivity or resistance to treatment.Beyond the key role immunity for these tumors, our work identifies some TNBCs for which the hormonal environment, through the body mass index or the menopausal status, could play a role. Thus, the exploration of the metabolome, immune features in overweight / obese patients or the analysis of the androgen-receptor pathway (and its connections with the estrogen and progesterone-receptor pathways) of the TNBC must also be explored. This opens up possible treatment perspectives for some patients.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.