L'objectif de cette thèse s'oriente principalement sur l'étude du de puisclaquage post-radiatif des MOSFET sances irradiés aux ions lourds. Nous avons pu constater, pour la première fois, une réduction des paramètres de fiabilité et de durée de vie des MOSFET de puissance irradiés aux ions lourds grâce à un protocole de test combinant les connaissances sur les effets des rayonnements et des tests électriques accélérés. Les MOSFET ont été irradiés principalement en absence de polarisation, dans le but de discriminer tout effet dû aux polarisations. Grâce à des irradiations réalisées à différentes valeurs d'énergie, nous nous sommes intéressés aux effets de l'énergie des particules et des pertes d'énergie associées. Nous avons pu constater que la dégradation de la fiabilité des MOSFET ne peut pas être corrélée uniquement à l'énergie perdue par excitation électronique (LET), ou pour des ions avec la même valeur de LET obtenue pour deux énergies différentes, le pire cas a été observé à l'énergie la plus faible. Cette dégradation est même plus importante que celle obtenue à la valeur maximale de LET (au pic de Bragg). Appuyé par des résultats obtenus grâce à des irradiations aux neutrons, nous avons pu proposer une hypothèse qui est basée sur une corrélation entre l'effet des pertes d'énergie associées aux passages des ions et les mécanismes de claquage des diélectriques. / The goal of this thesis is oriented mainly on the study of Post Irradiation Gate Stress (PiGS) of power MOSFETs irradiated with heavy ions. We have seen, for the first time, a reduction of reliability parameters and lifetime of power MOSFETs irradiated with heavy ions using a test panel combining the knowledge of the effects of radiation and accelerated electrical test. MOSFETs were irradiated mainly with no polarization, in order to discriminate any effect attributed to the polarizations. Using irradiation performed at different energy values, we investigated the effects of the energy and energy lost by ionizing and non ionizing process. We have seen that the reliability degradation of MOSFETs can't be correlated only to the energy lost by electron excitation (LET), or ions with the same LET value obtained for two different energies, the worst case was observed at the lowest energy. This degradation is even greater than that obtained with the maximum value of LET (the Bragg peak). Supported by results obtained by neutrons irradiation, we could propose a hypothesis that is based on a correlation between the effect of energy lost associated with the passage of ions and mechanisms of dielectric breakdown.

Le LAT est l'instrument principal du satellite Fermi et permet d'étudier le ciel en rayons gamma de 20 MeV à plus de 300 GeV. Sa sensibilité accrue a permis l'augmentation du nombre de sources détectées dans le domaine des hautes énergies. Une partie importante de celles-ci n'a pas de contrepartie connue et une étude multi-longueur d'onde est nécessaire afin de comprendre l'origine du signal observé. Dans un premier temps, cette thèse présente l'étude morphologique et spectrale détaillée de la source non-identifiée HESS J1745--303, qui a été découverte dans le domaine gamma par l'expérience H.E.S.S. en 2006 puis analysée spécifiquement dans un article de 2008, à l'aide des données du LAT. Deux sources ponctuelles situées à une localisation proche de HESS J1745-303 sont présentes dans le catalogue à deux ans de données de Fermi (2FGL) mais une analyse dédiée de cette région est néanmoins nécessaire vu sa complexité. Elle est en effet localisée à ~1° du Centre Galactique et à moins de 0.5° du pulsar de la Souris, les deux sources les plus brillantes en gamma dans cette région.Les différents processus d'émission de photons sont présentés dans un second temps. Leurs simulations permettent d'effectuer une étude approfondie de l'origine de l'émission détectée aux hautes et très hautes énergies par le LAT et par H.E.S.S. L'émission de cette source reste en effet encore énigmatique de nos jours et une étude multi-longueur d'onde est effectuée afin de contraindre les modèles d'émission. / The LAT is the main instrument onboard the Fermi space telescope and performs unprecedented observations of the gamma-ray sky between 20 MeV and more than 300 GeV. The number of gamma-ray sources detected has grown thanks to its high sensibility. A large part of these sources has no known counterpart and a multi-wavelength study is needed in order to understand the origin of the observed signal.This thesis presents a morphological and spectral detailed study of the unidentified source HESS J1745--303, which was discovered in gamma-rays in 2006 with the H.E.S.S. experiment, using the Fermi-LAT data. Two point-like sources, located near HESS J1745--303, are included in the Fermi Large Area Telescope Second Source Catalog (2FGL) but, due to the complexity of this region, a dedicated study of the LAT data is however needed. Indeed, its location is ~1° away from the Galactic Center source and less than 0.5° from the Mouse pulsar, the two brightest gamma-ray sources in this region.The astrophysical emission processes are then detailed. We develop an extensive code which allowed us to study the origin of the HE (High Energy) and VHE (Very-High Energy) gamma-ray emissions detected by the LAT and H.E.S.S. The emission of this source is indeed still enigmatic and we perform a mutli-wavelength study to try to constrain the emission modeling.

La scanographie est une technique d’imagerie médicale performante offrant des bénéfices considérables pour le diagnostic et le suivi médical des patients. Néanmoins, la question des effets adverses potentiels induits par l’exposition aux rayons-X se pose, tant au niveau individuel qu’en termes de santé publique du fait de la fréquence du recours à cette procédure. Des premières études épidémiologiques suggèrent une augmentation du risque de cancer associée à l’exposition à la scanographie durant l’enfance ou l’adolescence. Néanmoins, l’interprétation de ces résultats reste controversée et les connaissances sur le risque de cancer radio-induit à ce niveau d’exposition et pendant l’enfance demeurent limitées.En France, la cohorte « Enfant Scanner » est mise en place par l’IRSN pour étudier l’incidence de cancer dans une population de près de 110 000 enfants ayant reçu des examens par scanographie avant l’âge de 10 ans dans 21 centres hospitaliers universitaires. Cette étude participe au projet européen Epi-CT, coordonné par le Centre International de Recherche sur le Cancer, intégrant neuf cohortes nationales sur la base d’un protocole commun. A partir de la cohorte française, cette thèse s’intéresse à caractériser les expositions des enfants recevant des examens diagnostiques par scanographie et à fournir des éléments de quantification du risque de cancer associé.Une évaluation dosimétrique est réalisée à partir des protocoles radiologiques utilisés en pédiatrie entre 2000 et 2011 dans les services hospitaliers participant. Cette étude présente l’évolution des expositions au cours de la période ainsi que la variabilité des pratiques dans les services. Les résultats montrent l’existence d’une marge d’optimisation des protocoles utilisés pour limiter l’exposition des patients, en particulier pour des explorations de la tête qui sont les examens les plus fréquents en pédiatrie.Une évaluation du risque de cancer potentiellement induit par des actes de scanographie pédiatrique a été réalisée, sur la base d’estimations de risque obtenues pour d’autres contextes d’exposition aux rayonnements ionisants. Les résultats montrent que chaque examen pourrait être associé à un excès de risque de tumeur du système nerveux central (SNC), de cancer du sein, de la thyroïde ou de leucémies compris entre 0,01‰ et 5‰. Le risque de cancer serait jusqu’à 7 fois supérieur pour des patients âgés de 1 an par rapport à des enfants de 10 ans. Les incertitudes attachées à ces prédictions de risque ont été quantifiées par simulations.A partir du suivi d’incidence de la cohorte, la relation dose-réponse a été étudiée entre le risque de tumeurs du SNC, de leucémies et de lymphome, et les doses cumulées aux organes d’intérêt reçues lors d’examens par scanographie. Aucune augmentation significative de risque n’a été mise en évidence. En 2011, le suivi dans la cohorte – 4 ans en moyenne– était en effet très court. Les analyses ont néanmoins caractérisé l’impact de syndromes d’immunodéficiences et d’autres facteurs génétiques de prédisposition au cancer sur les estimations de risque, et mis en évidence l’importance de prendre en compte l’indication des examens dans ce type d’étude.Le suivi de la cohorte doit être poursuivi afin de fournir des estimations de risque plus robustes. L’extension de la durée de suivi de cette population ainsi que les résultats attendus à partir d’autres études, notamment dans le cadre du projet Epi-CT, devraient constituer, dans les 5 prochaines années, une avancée tout à fait significative sur la question des risques associés à la scanographie. A ce jour, les prédictions réalisées dans le cadre d’évaluations de risque demeurent incertaines, en particulier pour les tumeurs du SNC, mais constituent une aide pour orienter le recours à la scanographie. Des efforts d’optimisation des procédures radiologiques demeurent, par ailleurs, encore nécessaires pour réduire les doses délivrées en pédiatrie ainsi que les risques possiblement associés / Computed tomography (CT) is a powerful imaging technique that provides great benefits for diagnosis and medical management of patients. Nonetheless, the widespread use of this procedure raises many concerns about the potential adverse effects induced by X-rays exposure, both in clinical practice and in terms of public health. First epidemiological studies have suggested an increased risk of cancer associated with CT scan exposures in childhood or adolescence. The interpretation of these results is, however, controversial, and evidence about radiation-induced risks of cancer is still limited at this level of exposure and during childhood.In France, the "Enfant Scanner" cohort was set up by IRSN to study the incidence of cancer among more than 100,000 children who received CT scans before the age of 10 in 21 university hospitals. This study is part of the European Epi-CT project – coordinated by the International Agency for Research on Cancer – which includes nine national cohorts set up on the basis of a common protocol. The current thesis, based on the French cohort, focuses on characterizing the exposure of children receiving diagnostic CT scans and quantifying the risk of cancer associated with these exposures.Dosimetric assessment was performed from the radiological protocols used in paediatrics between 2000 and 2011 in the participating hospitals. This study presents the evolution of the exposures during the period and the variability of practices in the radiology departments. The results show that there is a leeway for optimizing the procedures and limiting the exposure of patients, especially for scans of the head that account for most of the examinations in paediatrics.From these exposure measurements, a quantitative assessment of cancer risk potentially induced by CT scans in paediatrics was performed – on the basis of estimates of risk in other contexts of ionizing radiation exposure. The results show that each CT scan could be associated with an excess risk of tumours of the central nervous system, breast cancer, thyroid cancer or leukaemia ranging from 0.01‰ to 5‰. Cancer risks may be up to 7 times higher for patients aged 1 year compared to 10 year olds. Uncertainties attached to these risk predictions were quantified by simulations.From the follow-up of cancer incidence in the cohort, the dose-response relation was studied between the risk of tumors of the central nervous system, leukaemia and lymphoma, and cumulative X-ray doses to the organs of interest from CT scans. No significant increased risk was observed. Indeed, in 2011, the duration of the follow-up, i.e. 4 years on average, was very short. The analyzes have nevertheless characterized the impact of (acquired or hereditary) immunodeficiencies and other genetic factors predisposing to cancer on the risk estimates, and highlighted the importance of considering the indication of examinations in studies on CT scans.The follow-up of the cohort should be extended to provide more robust risk estimates. Extension of this study as well as expected results from other cohorts, particularly within the Epi-CT project, would provide, in the next 5 years, significant progresses on the issue of the potential adverse effects of CT. To date, risk predictions from quantitative risk assessment are still uncertain, especially for cerebral tumours, but should help to guide the use of CT. In addition, efforts for optimizing the radiological procedures are still needed to reduce the doses delivered in paediatrics and the potential associated risks.

L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’estimation des risques radio-induits aux faibles débits de dose. Ce travail s’appuie sur la cohorte des travailleurs du nucléaire CEA-AREVA NC après prolongation du suivi jusqu’en 2004. Une revue études épidémiologiques chez les travailleurs du nucléaire a été réalisée durant la première année de thèse. Une quantification de la relation dose réponse a été effectuée pour le risque de pathologies cancéreuses et non cancéreuses par différentes méthodes statistiques. Les facteurs modifiants la relation dose-réponse pour le risque de leucémie associé à la dose ont été étudiés. Combinée à d’autres cohortes de travailleurs du nucléaire, cette étude permettra de quantifier plus précisément les risques associés à de faibles doses chroniques, afin de valider les hypothèses actuelles du système de radioprotection. / The aim of this thesis is to contribute to a better understanding of the health effects of chronic extern allow doses of ionizing radiation. This work is based on the French cohort of CEA-AREVA NC nuclear workers. A review of epidemiological studies on nuclear workers was conducted during the first yearof the PhD thesis. The quantification of the dose-response relationship has been carried out by different statistical methods. Modifying factors of the leukaemia dose-response relationship were studied. A combined analysis including the present cohort together with other nuclear cohorts could quantify more precisely the risks associated to low doses at low dose rates, in order to validate current underlying hypotheses of the radiation protection system

Ce travail porte sur la modélisation de la décharge négative dans les grands intervalles d'air soumis à des ondes de tension de type bi-exponentielles (foudre ou manœuvre) ou constantes. Ainsi, un modèle dynamique et autonome permettant de prédire l'ensemble des paramètres macroscopiques de la décharge négative et tenant compte des différentes phases de propagation (initiation de la première couronne, système pilote, formation des leaders d'électrode et spatiaux, jonctions et ré-illuminations, saut final) jusqu'à l'arc en retour, est présenté. Ce modèle est basé sur des schémas électriques équivalents dont les paramètres varient avec le temps en fonction des caractéristiques du canal et de la géométrie de la décharge, les lois de l'électromagnétisme et la théorie des gaz. Les propagations des leaders et des streamers sont basées sur des critères de champs électriques tenant compte de l'aspect aléatoire du trajet de la décharge.<br />Le modèle permet de déterminer les caractéristiques spatio-temporelles de la décharge telles que le courant du leader (canal principal), la charge correspondante, des trajectoires plausibles, sa vitesse instantanée, le gradient de potentiel et le rayon thermique du leader négatif d'électrode, la puissance et l'énergie injectées dans l'intervalle, l'instant et la tension d'amorçage ainsi que l'évolution de l'arc en retour. Il permet également, pour une configuration d'électrodes donnée, de déterminer la tension de claquage U50, constituant ainsi un outil appréciable pour le dimensionnement des structures isolantes. Les résultats issus de ce modèle sont en bon accord avec ceux obtenus expérimentalement.<br />Un modèle de foudre négatif a été également établi en se basant sur la grande similarité observée entre les grandes étincelles de laboratoire et les décharges atmosphériques. Les caractéristiques obtenues à partir de ce modèle ont été trouvées conformes aux mesures effectuées lors des décharges naturelles. L'environnement électromagnétique associé au précurseur de foudre a été ensuite caractérisé et les champs électriques et magnétiques obtenues sont aussi en bon accord avec celles relevées expérimentalement.

Les collisions centrales entre ions lourds aux énergies intermédiaires sont un outil idéal pour étudier la matière nucléaire loin de son état fondamental, que ce soit en température ou en densité. Le multidétecteur INDRA nous a permis d'isoler des événements, dans les réactions Xe + Sn de 32 à 50 A.MeV, où une source unique de matière excitée et comprimée est formée et multifragmente. Cette sélection en source unique nous permet de nous affranchir des effets de voie d'entrée et ainsi de pouvoir étudier ce système sous un angle d'équilibre thermodynamique. Les caractéristiques des fragments produits sont compatibles avec celles données par un modèle statitique qui suppose l'équilibration du système. Toutefois il est nécessaire pour reproduire les caractéristiques des particules légères de tenir compte de l'évolution temporelle du processus de désexcitation en considérant qu'une partie d'entre elles peuvent être émises ou s'échapper au cours de la phase d'expansion avant la cassure de la source unique. Ces particules expliqueraient alors la partie haute énergie observée dans les spectres des protons, deutons, tritons et héliums 3. Enfin nous avons mis en évidence pour ce type de collisions d'ions lourds, menant à la formation de sources uniques, une transition de phase de la matière nucléaire équivalente à une transition liquide-gaz pour les fluides macroscopiques.

La thermoluminescence est une technique de caractérisation des défauts ponctuels qui apparaissent dans un solide lors de son élaboration. Les paramètres de synthèse de l'alumine alpha considérés dans cette étude sont l'atmosphère de calcination (oxydante ou réductrice) et les différents dopants : Zirconium, thorium, calcium et cérium. L'objectif de ce travail est de relier les défauts ponctuels à la réactivité de la poudre, en particulier son frittage. Les mécanismes de TL du pic dosimétrique de l'alumine alpha, situé à 200°C, ont été clarifiés : Le défaut piège est une association de 2 défauts du type Schottky (V_Al-V₀), et le centre de recombinaison est le Cr³⁺. L'effet sensibilisateur du thorium, ou du cérium sous atmosphère réductrice, est expliqué par la présence d'une large bande d'émission bleue-verte. Le chrome est l'impureté principale à l'origine du pic E' (360°C) de l'alumine alpha. Il intervient comme défaut piège et comme centre de recombinaison. Un mécanisme de transfert d'énergie entre le Cr³⁺ et le Ti⁴⁺ est également proposé pour expliquer l'augmentation du signal de TL du pic E' lors du dopage par un cation tétravalent. Dans le cas du dopage par le calcium, la TL a permis de révéler la présence de la phase CaAl₁₂O₁₉. Un phénomène d'extinction par concentration a été observé sur les alumines dopées calcium ou dopées cérium et préparées sous atmosphère réductrice. Ce phénomène est expliqué par une teneur élevée en lacunes d'oxygène (Ca) et par la présence de Ce³⁺. Les alumines calcinées sous atmosphère réductrice présentent une cinétique de frittage perturbée, ainsi qu'un grossissement anormal des grains pour les alumines dopées. Cette cinétique irrégulière s'explique par une diminution de la concentration en lacunes d'aluminium sous atmosphère réductrice, ce qui augmente indirectement la ségrégation du Si⁴⁺ aux joints de grains, et conduit à l'apparition d'une phase liquide à la surface des grains. Ce phénomène est amplifié lors du dopage par le calcium.

La formation et l'activité des objets compacts, tels que Trous Noirs ou étoiles à Neutrons, s'accompagne couramment d'éjection de matière ionisée sous forme de jets à la vitesse proche de celle de la lumière (vitesses relativistes). Se propageant dans le milieu environnant, par exemple Milieu Interstellaire, ces jets conduisent inéluctablement à la formation d'ondes de choc relativistes. Une forte turbulence magnétique et une population d'électrons accélérés sont requises afin de tenir compte de l'émission radiative non-thermique de ces chocs. L'approche naturelle de ce problème, décrivant de manière auto-consistante la structure du choc non-collisionnel, est celle de la physique cinétique des plasmas en régime relativiste. L'aspect essentiel de cette approche est l'étude du précurseur du choc, sous forme d'un faisceau de protons très énergétiques. Un ensemble d'instabilites plasma y prend lieu et dissipe l'energie du choc sous forme de micro-turbulence électromagnétique, électrons chauffés et particules accélérées. Ce cadre conceptuel emmène à reconsidérer le processus de transport de particules charges autour du choc. Deux études indépendantes, effectuées pendant la thèse, montrent que les lois de diffusion en aval et amont du choc se mettent sous une forme concise, en loi de puissance en fonction de l'énergie des particules et de l'intensité de la micro-turbulence magnétique. Les lois de diffusion, dérivées à l'aide des simulations Monte-Carlo et analytiquement, chiffrent l'énergie maximale des protons accélérés au choc à 10^15 eV, si le facteur de Lorentz du choc est très grand devant 1. Cette limite se situe loin de l'énergie maximale des Rayons Cosmique et rend les chocs relativistes comme accélérateurs de particules inefficaces aux énergies les plus extrêmes. Le rayonnement, issu de l'accélération des électrons, atteint plusieurs GeV et corrobore l'idée que les chocs externes des Sursauts Gamma peuvent émettre à de telles énergies. L'approche alternative de l'étude des chocs, simulations Particle-In-Cell, m'as permis d'étudier la formation, structuration et évolution des chocs modérément relativistes dans une géométrie spatiale 1D. L'auto-reformation du front d'un choc perpendiculaire, connue dans le régime non-relativiste, persiste dans le régime moyennement relativiste et exhibe un front de choc non-stationnaire. A magnétisation basse, les électrons sont préchauffés dans le pied du choc par l'instabilité de Buneman entre protons réfléchis et électrons incidents, mais leur température en aval du choc reste plus faible que celle des protons. A magnétisation croissante, l'instabilité Maser Synchrotron devient essentielle dans la structuration du front de choc, avec émission d'un fort précurseur électromagnétique a partir du front de choc. Dans ce cas les électrons se mettent en équipartition avec les protons. Ces simulations 1D ne montrent pas d'évidence d'accélération des particules et des simulations 2D (3D) sont nécessaires.

La fusion thermonucléaire peut être obtenue sur les installations laser de classe mégajoule (NIF, LMJ) par l'implosion d'un mélange de Deutérium-Tritium confiné dans un microballon. Afin d'apporter les corrections adéquates sur les conditions expérimentales en vue de la réussite de ces expériences de fusion, il est nécessaire, entre autre, de qualifier la symétrie d'implosion. C'est le rôle dévolu à des chaînes de mesure spécifiques appelées diagnostics d'imagerie X. Aucun imageur X conçu à ce jour ne permet de réaliser cette mesure sans être perturbé par l'ambiance radiative engendrée par les produits des réactions nucléaires. L'imageur X développé dans cette thèse devra donc réaliser une image à haute résolution et à haute énergie tout en considérant les contraintes liées à cette ambiance nucléaire. La démarche a consisté tout d'abord à concevoir un système d'imagerie X permettant de réaliser l'image du microballon avec une résolution de 5 µm dans la bande 10-95 keV et à garantir sa survie face à l'agression nucléaire. Cette image X a été convertie en lumière visible par un scintillateur afin de permettre son transport vers une zone radio protégée où le système d'enregistrement est localisé. Cet analyseur optique constitué d'un amplificateur de luminance et d'un détecteur pixélisé a également été étudié et une nouvelle méthode permettant de réduire les perturbations transitoires induites par les rayonnements ionisants a été mise au point. La fonction de transport d'image est assurée au moyen d'un relai optique, conçu spécialement pour supporter les perturbations induites par les rayonnements ionisants. Ce dimensionnement par parties associé à des simulations Monte-Carlo (GEANT4) et des campagnes expérimentales (sur l'installation OMEGA du LLE) ont permis d'aboutir à une architecture cohérente de diagnostic permettant de supporter des niveaux de perturbations encore jamais atteints.

Les liquides ioniques à base d’imidazolium présentent une plateforme architecturale unique aisément fonctionnalisable permettant de préparer des matériaux ioniques avec des propriétés mésomorphes. Dans le but d’introduire des propriétés supplémentaires, nous avons élaboré des composés à coeur rigide étendu. La stratégie de synthèse adoptée passe par un couplage de type Ullmann. Nous avons développé une méthodologie nécessitant uniquement du Cuivre (II) supporté sur zéolithe (Na-Y) et du carbonate de potassium. Cette approche a pour avantage d’éviter l’utilisation de solvant, d’atmosphère inerte et de ligands. Ce couplage a été optimisé en utilisant la technique de synthèse en micro-ondes (réduction du temps de réaction, diminution des sous-produits formés). Après avoir étudié cette méthodologie, nous l’avons étendu à d’autres propriétés notamment à des matériaux (scintillateurs) présentant des propriétés de détection et de discrimination des rayonnements neutrons/gamma en introduisant des chromophores au sein de nos composés. Le couplage de type Ullmann utilisé a également permis d’élaborer des composés pouvant présenter des propriétés électroniques (conduction et électrochromisme). / Ionic liquids based on imidazolium are an excellent platform that can be designed to promote liquid crystalline phases. In order to introduce additional properties, we synthesized compounds with a rigid expanded core. Herein, we reported an Ullmann-type coupling using only Cu(II)-NaY as catalyst and potassium carbonate as base. This synthetic approach avoids the use of solvents, inert atmosphere and ligands. We have optimized this coupling using the technique of microwave synthesis (reduction of reaction time and by-products formed). After studying this methodology, we have extended it to other behaviors. Thus we have synthesized ionic materials (scintillators) with properties of detection and discrimination of radiation neutrons/gamma by introducing chromophores in our compounds. This Ullmann-type coupling has allowed to prepare compounds that can have electronic properties (conduction and electrochromism).