6000 nouveaux cas de tumeurs du système nerveux sont dépistés chaque année en France et leur pronostique reste incertaine. Nos travaux visent à éclaircir la réponse moléculaire et cellulaire de cette pathologie suite aux traitements radio-chimiothérapiques. Une nouvelle voie de réparation des cassures double-brin de l'ADN dépendant de la protéine MRE11 mais indépendante de la phosphorylation de H2AX a été mise en évidence. Les caractéristiques radiobiologiques des 3 modèles de gliomes de rongeurs et de 7 modèles de gliomes humaines ont été analysées. Des dysfonctionnements de la protéine BRCA1 en réponse aux radiations ou au cisplatine ont été observés dans la majorité de ces modèles testés, soulevant la question du rôle de cette protéine dans les traitements anti-gliomes ainsi que dans la gliomagenèse. Nous avons étudié l'effet de quelques drogues inhibitrices de protéine kinases sur la qualité de réparation par la recombinaison ou par la suture. Le défaut de réparation résulte du blocus de voies de signalisation causé par ces traitements ciblés. Les caractéristiques radiobiologiques d'un syndrome génétique associé aux tumeurs du système nerveux périphérique et central, la neurofibromatose de type 1 (NF1), ont été analysées. La NF1 a montré une radiosensibilité modérée, associée à une faible déficience de réparation de l'ADN par suture mais une forte activité de MRE11.

L'objectif principal de cette thèse porte sur l'étude et la conception d'une cavité Fabry Pérot de haute finesse pour amplifier un faisceau laser dans le but d'atteindre des gains de puissance allant de 1E4 à 1E5. Cette cavité est destinée à la production de rayons-X intenses et monochromatiques pour des applications médicales (anneau médical RADIOTHOMX) et de rayons gamma, pour la source de positrons polarisés pour les collisionneurs linéaires CLIC "Collisionneur Linéaire Compact" et ILC "International Linear Collider", par interaction Compton entre un faisceau laser de grande puissance et un faisceau d'électrons. <br />Pour augmenter la luminosité de l'interaction Compton aux points de collisions, il est essentiel d'avoir non seulement un faisceau laser de très grande puissance mais il faut aussi que le faisceau soit très focalisé au point d'interaction. Pour atteindre de telles performances, deux cas de figures se présentent : une cavité concentrique mécaniquement instable ou une cavité à quatre miroirs plus complexe mais plus stable. Nous avons testé numériquement la stabilité mécanique et la stabilité de polarisation des modes propres de la configuration non planaire de différentes géométries de cavités à quatre miroirs. Expérimentalement, nous avons développé une cavité à quatre miroirs tétraédrique, des rayons de l'ordre de 20 micromètres ont été obtenus. Les modes propres de cette cavité, dans ses deux géométries planaire et non planaire, ont été mesurés et comparés aux résultats calculés numériquement. Un bon accord a été observé. <br />Dans un deuxième temps, l'impact de l'interaction Compton sur la dynamique transverse, dans le cas de la source de positrons polarisés, et sur la dynamique longitudinale, dans le cas de l'anneau médical, du faisceau d'électron a été étudié. La diffusion Compton provoque une perte d'énergie et induit une dispersion d'énergie additionnelle du faisceau d'électrons. Dans le cas de la source de positrons polarisés, dix points de collisions sont prévus. La ligne de focalisation a été déterminée et une modélisation de l'effet de l'interaction Compton sur le transport du faisceau, avec un calcul matriciel simple, a été faite. Dans le cas de l'anneau médical, l'interaction Compton provoque l'allongement du paquet d'électrons, qui à son tour influence le flux de rayons-X produit. Une étude de la dynamique longitudinale du faisceau d'électrons dans l'anneau a été présentée. Les paramètres de l'anneau qui permettent d'optimiser la luminosité de l'interaction Compton ont été discutés. Le flux de rayons-X qui peut être atteint avec ces paramètres est de l'ordre de 1E13 photons/s.

Depuis les débuts de l'astrophysique nucléaire, les découvertes ont toujours été liées à des progrès instrumentaux. Cela est particulièrement vrai dans le domaine X-durs / gamma mous où l'intense bruit de fond induit dans les détecteurs par les rayons cosmiques et les ceintures de van Allen, associé à la faible section efficace d'interaction des rayonnements avec les matériaux du détecteur limitent la sensibilité des télescopes. Il semble aujourd'hui que la technologie des télescopes à masque codés arrive à ses limites, avec les deux instruments à bord d'INTEGRAL. Comment dans ces conditions continuer à faire des découvertes? De nombreuses équipes développent actuellement des télescopes Compton de deuxième génération qui semblent pouvoir apporter une partie de la réponse. Au CESR, une option complémentaire est développée depuis quelques années, réaliser une lentille focalisant les rayons gamma de faible énergie. <br /><br />Les lentilles de Laue qui ont été étudiées focalisent les rayonnements de la bande des rayons gamma mous (100 keV – 1 MeV) par le biais de la diffraction de Bragg dans le volume de cristaux. La focale associée à une telle lentille est de l'ordre de 100 m, ce qui nécessite un vol en formation pour pouvoir réaliser un télescope spatial. L'avantage de ce concept est de concentrer les rayons gamma depuis une large surface de collection vers un détecteur de faible volume, augmentant ainsi le rapport signal sur bruit significativement par rapport aux instruments actuellement en vol, et donc permettant d'atteindre une sensibilité sans précédent dans cette bande d'énergie.<br /><br />La faisabilité du concept ayant précédemment été démontrée par le projet CLAIRE, mon travail de thèse a consisté à faire évoluer ce premier prototype vers un concept de mission exploitable scientifiquement. Je me suis principalement attaché à deux aspects : D'une part, la modélisation de la lentille, avec le développement d'un code de simulation rapide (non Monte-Carlo) qui a par la suite été la base de nombreux outils d'optimisation du design et d'évaluation des performances en terme de surface efficace, champs de vue, et sensibilité. <br /><br />L'autre partie de mon travail a consisté à trouver et caractériser des cristaux potentiellement intéressants pour la réalisation d'une lentille de Laue. Des cristaux de cuivre mosaïque, de germanium mosaïque, des alliages de silicium et germanium avec un gradient de concentration et des empilements de wafers de silicium et de germanium ont été mesurés sur différentes installations incluant le synchrotron européen de Grenoble (ESRF) ainsi que l'instrument GAMS 4 de l'ILL. Ces mesures m'ont permis de dresser l'état de l'art des cristaux actuellement disponibles et utilisables pour une lentille gamma. <br /><br />Ces travaux ont été appliqués à la conception et l'évaluation des performances des missions MAX et Gamma Ray Imager respectivement proposées au CNES et à l'agence spatiale Européenne.

Les réflexions spéculaires et brillantes sont très importantes pour notre perception des scèenes 3D, car elles fournissent des informations sur la forme et la matière des objets, ainsi que de nouveaux angles de vue. Elles sont souvent rendues avec peu de préecision en utilisant des cartes d?environnement. Nous avons créé des algorithmes plus préccis, sous les contraintes du rendu interactif et des scènes dynamiques, pour permettre des applications comme les jeux vidéos.<br>Nous proposons deux méthodes pour les réflexions spéculaires. La première est basée sur la rasterization et calcule la position du reflet de chaque sommet de la scène, en optimisant itérativement la longueur des chemins lumineux. Ensuite, le fragment shader interpole lin´eairement entre les sommets. Cette méthode représente les effets de parallaxe ou dépendants du point de vue, et est mieux adaptée aux réflecteurs lisses et convexes. La deuxième est un algorithme de lancer de rayons sur GPU qui utilise une hiérarchie de rayons : les rayons primaires sont rendus par rasterization, puis les rayons secondaires sont regroup´es hiérarchiquement en cônes pour former un quad-tree qui est reconstruit à chaque image. La hiérarchie de rayons est ensuite intersectée avec tous les triangles de la scène en parallèle. Cette méthode est légèrement plus lente, mais plus générale et plus précise. Nous avons étendu cet algorithme de lancer de rayons en un lancer de cônes capable de modéliser les réflexions brillantes et un anti-crénelage continu.<br>Nos techniques de lancer de rayons et de cones ont été implémentées dans le modèle de programmation du traitement de flux, pour une bonne efficacité de la carte graphique. Dans ce contexte, nous avons développé un nouvel algorithme hiérarchique de réduction de flux qui est une étape clé de beaucoup d?autres applications et qui a une meilleure complexité asymptotique que les méthodes précédentes.

Une nouvelle méthode d'analyse par diffraction des rayons X (DRX) en incidence rasante, notée sin2 *, a été développée pour répondre à la demande d'analyse du niveau et la distribution des contraintes résiduelles (CR) dans un revêtement. La méthode est basée sur la technique de DRX en faible incidence et elle tient compte des orientations cristallines et de la géométrie de mesure (l'angle d'incidence, les angles et de l'épaisseur de couche à analyser) afin de connaître la profondeur de pénétration exacte du faisceau incident. Par cette méthode, on peut non seulement évaluer le niveau moyen des CR dans le revêtement, mais également déterminer le gradient et la distribution en variant l'angle d'incidence pour différentes profondeurs de pénétration voulues. Les incertitudes de mesure ont été ensuite évaluées, et l'influence de la rugosité de surface a été étudiée avec des éprouvettes sous sollicitation mécanique connue. Un modèle analytique a été établi pour la correction de l'influence de la rugosité sur la détermination des CR. Par ailleurs, une éprouvette en alliage base nickel rectifiée avec un fort gradient de contrainte résiduelle a été étudiée en appliquant notre méthode sin2 * pour évaluer la sensibilité de la méthode développée. Deux séries d'échantillons de revêtements (Cuivre sur substrat Ni élaboré par le procédé PVD, et Tantale biphasé sur substrat Ti élaboré par le procédé CVD) ont été étudiées avec la nouvelle méthode d'étude afin d'analyser la distribution des CR. La comparaison des résultats avec deux autres méthodes a montré que cette nouvelle méthode d'évaluation par DRX en faible incidence est fiable et facile à utiliser pour déterminer le niveau et la distribution des CR.

Ce travail de thèse s'articule autour la résolution des structures cristallines par diffraction des rayons X et neutrons sur poudres en utilisant les méthodes d'optimisation globale. Le premier sujet concerne les phénomènes d'ordre-désordre observés dans certains solides moléculaires organiques de type globulaire. Le deuxième est centré sur la famille des neuropeptides opiacés. Ces neurotransmetteurs régulent, au sein du système nerveux central, les fonctions sensitives telles que la douleur et la respiration. Le but de notre étude était de déterminer la structure cristalline de la Leu-enkephaline, sous sa forme complète ou fragmentée. Enfin, le troisième sujet d'étude est la localisation d'une molécule de benzène adsorbée sur des zéolithes X au sodium de structure déjà connue. Ce résultat a été obtenu par simulation et l'utilisation de cartes d'entropie maximale.

Au cours de cette thèse des études principalement de spectroscopie Raman et de spectroscopie d'absorption des rayons X produits par rayonnement synchrotron ont été réalisées dans le but de mieux comprendre l'évolution des propriétés des nanotubes de carbone sous pression et leur intérêt comme matériau précurseur pour la synthèse de nouvelles phases carbonées sous hautes pressions. Cette thèse est constituée de deux parties. La première porte sur l'étude par spectroscopie Raman des nanotubes de carbone monoparois en cellule à enclumes de diamant pour des pressions jusque 40 GPa. Pour suivre l'évolution des propriétés de résonance sous pression, deux longueurs d'onde d'excitation (632.8 et 514.5 nm) ont été employées. Nos résultats montrent qu'une perte des propriétés de résonance se produit de manière progressive sous pression. A 20 GPa les nanotubes de carbone ont totalement perdu leurs propriétés de résonance. L'effet du milieu transmetteur de pression utilisé et l'influence de la provenance des nanotubes de carbone sont également discutés, notamment au niveau du profil des modes hautes fréquences. La seconde partie est consacrée aux nanotubes de carbone monoparois dopés à l'iode. Des expériences de spectroscopie Raman en cellule à enclumes de diamant et d'absorption des rayons X en presse Paris-Edinburgh ont été réalisées sur ce type d'échantillon. Une série de synthèses à haute pression et haute température en presse multi-enclumes (conditions de synthèse: 14.5 GPa, 1500C) ont confirmé la possibilité d'utiliser les nanotubes de carbone dopés comme précurseur pour l'obtention de nouvelles phases carbonées.

Depuis plus de 30 ans, des réseaux de détecteurs au sol ont observé une dizaine de rayons cosmiques d'origine probablement extragalactique, dont les énergies excèdent $10^20$ eV. L'Observatoire Pierre AUGER, actuellement en construction en Argentine, a été spécialement conçu pour éclaircir le mystère de leur origine. La première partie de cette thèse a été consacrée à l'exposé de la problématique physique et aux techniques de détection utilisées. La partie suivante traite du développement d'un nouvel outil de mesure du niveau d'eau dans les détecteurs de surface et de la mise en oeuvre d'une expérience de calibration des détecteurs à des électrons de quelques MeV. Puis finalement, 3 chapitres sont consacrés à l'exposé de nouvelles méthodes d'analyses visant à determiner la composition du rayonnement cosmique primaire et à étudier les phénomènes physiques qui ont lieu dans le développement des gerbes dans l'atmosphère.

Ce travail de thèse a consisté en l'étude et l'optimisation d'une source ultra-brève de rayonnement X dans la gamme multi-keV, issue de l'interaction d'un laser intense avec un jet d'agrégats d'Argon. Nous avons porté un intérêt tout particulier sur la caractérisation du jet d'agrégats d'Argon employé lors des expériences (densité totale, densité et taille moyenne des agrégats). L'étude de la propagation de l'impulsion laser dans le jet dense d'agrégats a révélé l'existence d'un effet lié à la réfraction dans le jet. L'absorption, le chauffage et les spectres d'émission X ont été étudiés en fonction des paramètres du laser femtoseconde (durée et énergie de l'impulsion laser, contraste temporel) et de la taille des agrégats (20 à 35 nm), dans le but d'optimiser la source de rayonnement X,. L'absorption et 'émission X présentent un optimum avec la durée laser consistant avec un modèle existant. Le contraste s'est avéré un paramètre crucial pour la production de rayonnement X. Un rendement énergétique très intéressant a été obtenu : 12 nJ de rayonnement X émis autour de 3 keV, pour 3 mJ d'énergie laser incidente. L'analyse de l'énergie moyenne déposée par agrégat est associée à une modélisation simple de l'expansion hydrodynamique de l'agrégat. Un code de physique atomique est utilisé pour tenter de reconstruire les spectres et pour analyser l'aspect temporel de la source X. La comparaison de ces calculs avec une expérience préliminaire montre une durée ultra-brève de l'émission X (de l'ordre de la ps).

Après une introduction générale aux diverses sortes d'ordre et de désordre dans les solides, ainsi qu'à la diffusion des rayons X et à son adéquation pour l'étude de ces phénomènes d'ordre ou de désordre, je présente les deux principaux sujets sur lesquels j'ai travaillé depuis ma thèse : les quasicristaux d'une part, et les fullerènes (C60 pur et composés polymérisés) d'autre part.