Les méthodes basées rayons sont connues pour simuler précisément les phénomènes d'ondes acoustiques, thermiques, radios ou encore optiques. L'efficacité de telles méthodes réside dans leur capacité à déterminer rapidement l'intersection la plus proche entre un rayon et les primitives géométriques composant l'environnement de simulation. Le plus souvent, une structure accélératrice est utilisée pour réduire la complexité algorithmique de la recherche. Ces trente dernières années, de nombreuses structures performantes ont été proposées. Cependant, toutes ont des inconvénients en fonction du type d'application et de la configuration de la scène.Nous proposons d'explorer une voie peu étudiée jusqu'alors, en utilisant une partition de l'espace convexe et contrainte (CCSP) comme structure accélératrice. Ce type de partition se distingue des structures classiques par plusieurs concepts apportant des propriétés uniques et intéressantes. Dans un premier temps, nous proposons une nouvelle structure accélératrice, de type CCSP, spécialement dédiée à la simulation en environnement architectural. Ensuite, nous utilisons ces résultats pour généraliser l'approche à des scènes quelconques. Nous nous concentrons notamment sur l'utilisation d'une tétraédrisation de Delaunay contrainte comme structure accélératrice et proposons un nouvel algorithme de parcours. / Ray-based methods are known to simulate accurately acoustic, thermic, radios or optic wave propagation phenomena. The efficiency of such a method lies in its capacity to quickly determine the closest intersection between a ray and the geometric primitives making up the simulation environment. Generally, an acceleration structure is used to reduce the algorithmic complexity of the search. These last thirty years, a lot of efficient structures have been proposed. However, all have drawbacks according to the application kind and the scene configuration. We propose to explore a way slightly studied up to then, using a constrained convex space partition (CCSP) as an acceleration structure. This kind of partition differs from conventional structures by several concepts bringing unique and interesting properties. In a first phase, we propose a new acceleration structure, based on a CCSP, specifically dedicated to simulation in architectural environments. Then, we used these results to generalize the approach to any kind of scene. In particular, we focus on the use of a constrained Delaunay tetrahedralization as an acceleration structure and propose a new traversal algorithm.

Dans la magnétosphère de Saturne les ceintures de radiation de protons de haute énergie (de l'ordre de quelques MeV) s'avèrent être isolées de la magnétosphère moyenne et externe, et la source de ces protons de haute énergie devraient être liée aux rayons cosmiques galactiques (GCR). Pour valider cette hypothèse il est d'abord nécessaire de détenniner le flux de GCR accédant à Saturne de manière réaliste. Auparavant, seulement des tentatives théoriques ont été effectuées afm de vérifier cette idée. Dans cette thèse, pour la première est développée nne solution numérique pour la détermination de l'accès des GCR à l'atmosphère et aux anneaux de Saturne. La méthode proposée est basée sur le traçage de particules chargées et le code a été développé spécifiquement pour la magnétosphère de Saturne. Lors de la validation de la méthode les observations de Cassini MIMI1 LEMMS acquises pendant les survols de Rbéa et de Dioné ont été modélisées à l'aide du traceur et les résultats obtenus ont été comparés aux observations. TI a été découvert que le << draping >> des lignes de champ magnétique autour de ces satellites de glace, même si il produit des perturbations locales de seulement quelques pour cent du champ magnétique ambient, peut produire des changements mesurables dans la distribution spatiale et l'énergie des flux des ions énergétiques mesurés par MIMI1 LEMMS. Ces résultats sont importants pour l'interprétation correcte des données MIMI 1 LEMMS, et offrent des fonctionnalités pour l'étalonnage croisé précis en vol des instruments. Après cette validation du traceur de particules il a été appliqué pour un calcul à rebours dans le temps des GCR accédant à Saturne. L'énergie d'accès des GCR a été obtenue, les spectres des GCR ont été reconstruits et le flux intégré de GCR autour de Saturne et de ses anneaux a été calculé. Les résultats obtenus sont essentiels pour la compréhension de la formation des ceintures de radiation de protons, ainsi que pour la future investigation du processus CRAND sur Saturne, pour l'évaluation de l'intensité de la ceinture de radiation intérieure et pour d'autres projets, discutés dans cette thèse. / The MeV proton radiation belts of Saturn are isolated from the middle and outer magnetosphere and the source of these high energy protons should be related to the access of Galactic Cosmic Rays (GCRs) in the system. To validate this hypothesis it is first of all necessary to determine the realistic spectrum of GCRs at Saturn. Previously only theoretical attempts were performed in order to calculate the GCR spectra. In this thesis I provide for the first time the numerical solution for the determination of the GCR access to the upper atmosphere and rings of Saturn. The proposed method is based on the charged particle tracing technique and a code that was developed specifically for this purpose. For the validation of the code, the Cassini MIMI/LEMMS observations during the Rhea and Dione flybys were modeled using the tracer and the obtained results were compared to the observations. It was demonstrated that even a weak perturbation of the magnetic field lines can produce measurable changes in the spatial and energy distribution of fluxes measured by MIMI/LEMMS that can be accurately simulated by particle tracing. These results are important for the correct interpretation of the MIMI/LEMMS data, and offer capabilities for a precise in-flight instruments' cross-calibration besides the validation of our simulation code. After this validation the particle tracer was applied for simulating the access of the GCRs. The GCRs access to the rings and atmosphere was obtained, the GCRs spectra were reconstructed and were in part also validated using additional Cassini observations. Dependencies of the spectral parameters on the time, incidence direction, etc., were also obtained offering all necessary information for simulating the interaction of GCRs with the Saturnian system during different phases of the Cassini mission. That includes also the Proximal orbits of 2017, during which Cassini will sample for the first time the radiation belts inside the D-ring of the planet, a region which is likely populated only by GCR secondaries.

Dans le domaine de l'imagerie par rayons X, la course à la haute résolution mets aujourd'hui en évidence les limites des tubes actuels. Le béryllium utilisé pour fabriquer les fenêtres des tubes à rayons X ne permet pas de dissiper les densités de puissance mises en jeux. Cette thèse est le fruit d'une collaboration entre Thales et le Commissariat à l'Energie Atomique. Elle vise à étudier, concevoir et synthétiser des fenêtres innovantes en diamant pour les tubes à rayons X. Les propriétés de photoconduction du diamant sont utilisées pour intégrer une fonction de détection en ligne. Les fenêtres en transmission conçus dans le cadre de cette thèse sont appelées smart-window. En utilisant une approche multi-domaines, nous avons modélisé les phénomènes thermiques, mécaniques et de détection. Deux dispositifs différents en diamant polycristallin et monocristallin ont ainsi été conçus et dimensionnés. Pour intégrer ces fenêtres en situation expérimentale, une petite série doit être fabriquée. Ainsi, les conditions de synthèse ont été optimisées afin d'augmenter la vitesse de croissance du diamant. De nouveaux outils ont également été développés afin de suivre in situ la vitesse et la morphologie du film pendant cette croissance. Finalement, la résistance mécaniques et la transparence des fenêtres ont été caractérisées. Plusieurs bancs de test ont été développés pour tester leur fonction de détection en laboratoire. Différents prototypes de smart-windows ont été intégrés dans un tube expérimental. Ce prototype de fenêtre innovante en diamant délivre une mesure proportionnelle au débit de dose généré par le tube sans perturber son utilisation. / In the race towards high resolution X-ray imaging, the current X-ray windows have shown thermal limitations. The beryllium used in those windows does not provide an efficient spreading of the heat generated in the target. This thesis results from a collaboration between Thales and the french Atomic and Alternative Energies Commission (CEA). It aims at studying, designing and synthesizing innovative diamond for X-Ray tubes. The semi-conducting properties of diamond are used to integrate a built-in flow sensor and to monitor in-line the dose rate of the tube. The transmission windows fabricated in the context of this work are called “smart-windows”. The thermal, mechanical and sensing properties of such windows have been modeled by using a multi-domain approach. Two devices made either of polycrystalline or single crystal diamond were designed. In order to integrate those windows experimentally, a small series must be realized. Hence the experimental conditions have been optimized to increase the growth rate of the film. A new tools has also been developed to monitor in real time and in situ the growth rate and the morphology of the films. Finally the mechanical resistance and the transparency of the devices have been characterized. Several experimental set-ups have been developed to test the detection properties in a tube-like design. Some prototypes of smart-windows have been integrated in an experimental X-Ray tube. This prototype delivers a signal proportional to the dose rate of the tube without disturbing its operation.

Cette thèse a été menée dans l'équipe interaction ion-matière du laboratoire collision agrégat et réactivité (LCAR). Elle s'inscrit dans le contexte général de la radiothérapie et en particulier celui de l'étude de l'origine de la radio-sensibilation induite par l'interaction entre un rayonnement ionisant et certaines classes de molécules ou nanoparticules. Ainsi, ce manuscrit de thèse traite en première partie de l'étude expérimentale et théorique des propriétés d'émissions électroniques de nanoparticules d'or irradiées par des rayons X. Elle expose les développements expérimentaux réalisés et présente l'ensemble des résultats des mesures XPS obtenues sur l'émission électronique des nanoparticules. Ces résultats nouveaux sont interprétés et comparés aux prédictions du code de simulation GEANT 4 mais également à un nouveau code nommé NANOP, dédié aux nanoparticules, développé durant cette thèse et dont les aspects théoriques et le fonctionnement sont détaillés. Grace à ces études, des effets significatifs sur l'émission électronique liés à la nature, la taille et la géométrie des nanoparticules ont été mis en évidence en particulier aux basses énergies donnant ainsi des indices importants sur l'origine de leurs propriétés de radio-sensibilisation lorsqu'elles sont utilisées pour le traitement des cancers par rayons X. Un autre aspect de la radio-sensibilisation est l'effet des rayonnements sur l'ADN et sur ces constituants en particulier les bases puisque des cassures simples ou double brins de l'ADN peuvent induire la mort cellulaire et donc la mort des cellules tumorales lorsque celles-ci sont directement irradiées et ionisées par des rayons X ou des protons dans le cas de la protonthérapie ou indirectement par les particules (électrons) émises par des molécules radio-sensibilisantes ou encore des nanoparticules d'or par exemple. Pourtant il existe un manque important de données expérimentales quantitatives sur ces systèmes quantiques notamment en ce qui concerne les sections efficaces de fragmentation et d'émission d'électrons. Pour pallier partiellement ce manque de données, une méthode originale de mesure de sections efficaces doublement différentielles d'ionisation par impact de protons sur les bases de l'ADN est mise en pratique dans cette thèse. / This PhD thesis was done in the " interaction ion-matière " group of " laboratoire collision agrégat et réactivité " (LCAR). It has to be seen in the wider context of radiotherapy and more precisely in the context of the radiosensibilization induced by the interaction between ionizing radiations and some molecules or nanoparticles. The first part of this thesis is about the experimental and theoretical study of gold nanoparticles electronic emission when they are irradiated by X-rays. It shows experimental setup made during the PhD and the XPS measurements of gold nanoparticles. These new results are interpreted and compared to Geant4 simulation code predictions and to a new one named NANOP and developed by ourselves. Thank to these studies, we show that the size, the geometry and the composition of nanoparticles are important properties which can change the nanoparticle electronic emission especially at low energies. It highlights important clues about the nanoparticle radiosensibilization mechanisms when they are used as cancer radiotherapy enhancers.

Dans le cadre du contrôle non destructif de matériaux, les scanners à rayons X sont devenus un moyen d’assurer la validité et la qualité de pièces de productions industrielles. TomoAdour, un prestataire de services privé en digitalisation 3D et tomographie industrielle à rayons X, utilise des technologies d’acquisition basées sur ce rayonnement telles qu’un scanner médical ou tomographe industriel, de manière à observer et à analyser des produits de ses clients. La nature des objets acquis (principalement de forte densité et de grandes dimensions) fait apparaître des défauts sur les images issues de ces scanners X. Il devient dès lors difficile, voire impossible, d’analyser les images produites. On notera en particulier la présence d’artefact métallique. Ce dernier est dû à la présence de matériaux très denses dans l’objet acquis et est la conséquence de la forte atténuation des rayons dans le métal et/ou de leur distorsion dans toutes les directions. Les données reconstruites sont donc souvent difficiles à interpréter directement, car ces artefacts peuvent masquer des informations importantes. De nombreuses méthodes ont été développées durant ces dernières années et la problématique de la réduction de l’artefact métallique a largement pu être étudiée, apportant bon nombre de solutions. Pourtant, les algorithmes proposés ne s’intéressent qu’aux applications médicales et ne tiennent donc pas compte des limitations physiques propres aux échantillons industriels. De plus, les méthodes proposées basent, toutes, leur traitement sur des données brutes, c’est-à-dire des données issues du scanner avant la phase de reconstruction (ensemble de radiographies ou de projections). Dans notre cas, seules les données reconstruites (tomogrammes, i.e. volume représentant l’objet) sont disponibles et il n’existe, à l’heure actuelle, aucune approche de réduction de l’artefact métallique basée sur ces reconstructions. Le but de ces travaux de recherche est donc de proposer, dans un premier temps, un outil permettant d’identifier et de quantifier l’artefact métallique dans les données reconstruites pour la correction de ces dernières. Dans un second temps, notre travail propose un ensemble d’approches adaptées à l’analyse de matériaux dans un contexte industriel [1; 2]. / In the field of non-destructive testing of materials, computed tomography became a good way to check defects in industrial piece production. TomoAdour is a private compagny specialized in 3D digitization and x-ray computed tomography, it uses medical and industrial imaging techniques to analyze materials provided by his customers. However, tomographic analysis is difficult to achieve due to the presence of high density objects (such that metal) in most produced pieces, leading to the well-known metal artifacts in reconstructed data. In X-Ray tomography, metal artifact is characterized by a local and straight hyper-signal. This observed phenomenon is due to high attenuations of the rays in the high density materials. Many different approaches have been proposed for metal artifact reduction during the last decade. However, these methods have been developed for medical application and does not take into account physical limitations specific to industrial materials. Moreover, state-of-the-art approaches start their process from the original projection data, that is to say directly from the acquired data. In our context, only reconstructed image is available due to clinical scanner usage, and there is currently no metal artifact reduction method only based on these data. The goal of this work is first to propose a tool which permit identifying and measuring metal artifact in the reconstructed data in order to correct them. Then, our work take in interest in presenting methods developed for an industrial context[1; 2].

Dans le but d'étudier le comportement mécanique du combustible nucléaire dans un scénario de stockage direct à long terme, des polycristaux d'UO2 sont implantés en ions Hélium dans une fine couche surfacique (environ 1 µm), induisant des déformations. Ces déformations sont mesurées, à l'échelle des grains, par micro-diffraction des rayons X, en utilisant un rayonnement synchrotron (ESRF). Des méthodes d'analyse d'images sont développées pour traiter automatiquement le grand nombre de clichés de diffraction. Le développement d'outils statistiques permet de détecter des clichés problématiques et d'améliorer la précision de l'analyse. Pour des faibles profondeurs d'implantation, l'interaction mécanique entre les grains peut être négligée. Les résultats expérimentaux peuvent être approchés par un modèle mécanique simple. À plus grandes profondeurs, les résultats expérimentaux montrent une plus grande interaction mécanique aux joints de grain qui peut être modélisée par éléments finis. Des outils de géostatistique ont été utilisés pour quantifier ces interactions. Le gonflement et les constantes élastiques de la couche implantée peuvent être ajustés à travers les déformations mesurées sur un grand nombre de grains d'orientations différentes. Ces études permettent de déterminer le gonflement du combustible nucléaire en conditions d'irradiation, ainsi que les modifications de ses propriétés élastiques / In order to study the mechanical behavior of nuclear fuel during direct long term storage, UO2 polycrystals were implanted with Helium ions at a thin surface layer (1 µm approximately), which leads to stress and strain fields in the layer. Strains were measured, at the grains scale, by X-ray micro-diffraction, using synchrotron radiation (ESRF). Image analysis methods were developed for an automatic analysis of the large number of diffraction patterns. Applying statistical tools to Laue patterns allows an automatic detection of low quality images, and enhances the measurement precision. At low layer thickness, the mechanical interaction between grains can be neglected. At higher thickness, experimental results showed a higher mechanical interaction near grain boundaries that can be modeled using finite elements method. Geostatistical tools were used to quantify these interactions. The swelling and the elastic constants in the implanted layer can be estimated through the measured strains on a large number of grains with different orientations. This work allows the determination of the swelling of nuclear fuel in irradiation conditions, as well as the modification of its elastic properties

Plus d'un siècle après leur découverte, les rayons cosmiques continuent d'intriguer les physiciens. Le flux de ces particules d'origine extraterrestre décroît fortement en fonction de leur énergie. Au-delà de 1 PeV(10¹⁵ eV), le flux devient trop faible pour permettre la détection directe sur des échelles de temps raisonnables. Cependant, les cascades de particules secondaires créées après l'interaction des rayons cosmiques avec les constituants de l'atmosphère sont détectables depuis le sol, c'est la détection indirecte. A partir de 100 PeV, le nombre d'observations est trop faible pour estimer de manière précise la masse des rayons cosmiques et ainsi contraindre les modèles de mécanismes d'accélération, de propagation et de type de sources. La détermination de la composition est effectuée à l'Observatoire Pierre Auger par les télescopes de fluorescence via la mesure de la variable Xmax avec un cycle utile de 14%. Xmax est la profondeur d'atmosphère traversée à laquelle le nombre de particules secondaires atteint sa valeur maximale. Cette observable est fortement corrélée à la masse du rayon cosmique qui a initié la gerbe. Un grand nombre d'observations est requis pour effectuer une détermination précise de la masse car les fluctuations statistiques de Xmax sont importantes. La radio détection apparaît alors comme une excellente alternative à la détection par fluorescence, puisque la technique mesurant ce signal a un cycle utile proche de 100%. Cette thèse propose une méthode d'estimation de la masse des rayons cosmiques d'ultra haute énergie basée seulement sur l'étude des signaux radio et leur simulation, afin de reconstruire de manière systématique l’énergie, le cœur et la profondeur Xmax des gerbes détectées par l’expérience AERA sur le site de l'Observatoire Pierre Auger en Argentine. L'influence de la modélisation de l'atmosphère dans le code de simulation SELFAS sur les valeurs reconstruites est étudiée. Notamment la géométrie des couches atmosphériques, la manière de traiter l'indice de réfraction et la densité de l'air ainsi que leurs variations journalières et saisonnières. / More than a century after their discovery, cosmic-raysare still puzzling physicists. The flux of these particlescoming from extraterrestrial sources strongly decreasesas a function of their energy. Above 1 PeV (10¹⁵ eV), theparticle flux becomes too low to allow a direct detectionon a reasonable time scale. However, the cascades ofsecondary particles produced after the interaction ofcosmic-rays with the constituents of the atmosphere aredetectable at the ground level; it is the indirect detection.Above 100 PeV, the number of observations is too lowto accurately estimate the mass of the cosmic rays andthen to constrain the prediction models of accelerationmechanisms, propagation and type of sources. Thedetermination of their composition is achieved at thePierre Auger Observatory using fluorescencetelescopes from the measurement of the Xmaxobservable with a duty cycle of 14%. Xmax, defined asthe atmosphere depth at which the number ofsecondary particles reaches its maximal value, is highlycorrelated to the mass of the cosmic ray that hascreated the air shower. A large number of observationsis required for a precise estimation of the mass as theXmax statistical fluctuations are important. The radiodetection is a perfect alternative to the fluorescencemethod as the duty cycle of a typical radio detector isclose to 100%. This thesis proposes a method toestimate the mass of ultra-high energy cosmic raysusing only the radio signals and their simulation. Thegoal is to systematically reconstruct the Xmax depth ofeach air shower detected by the AERA experimentwithin the site of the Pierre Auger Observatory inArgentina. The influence of the description of theatmosphere on the reconstructed shower parameters, inthe SELFAS code, has been studied. It includes thegeometry of the atmospheric layers, the way to calculatethe air refractive index and density, as well as their dailyand seasonal fluctuations.

La versatilité de LiNbO3 est bien connue dans le domaine de l’électronique acoustique (filtres SAW), de l’optique non linéaire et de l’optique électronique. Alors que les applications de LiNbO3 congruent sont répandues dans le domaine de l’électronique acoustique et de l’optique où les puissances ne sont pas très élevées, le seuil de dommage optique étant relativement bas, les applications sont limitées dans le domaine des fortes puissances lumineuses. Le seuil de dommage optique de LiNbO3 stœchiométrique est plus haut et rend nécessaire l’utilisation d’une méthode de croissance plus difficile (flux). Les difficultés de la méthode de croissance par flux justifie la recherche en vue de développer des méthodes alternatives ou d’améliorer les méthodes élaborées. Dans ma thèse j’ai présenté des solvants alternatifs á la croissance de monocristaux de LiNbO3 à partir du système ternaire K2O-Li2O-Nb2O5. J’ai prouvé qu’il est possible de faire croître des cristaux stœchiométriques par la méthode HTTSSG à partir des systèmes ternaires X2O-Li2O-Nb2O5 (X = Rb, Cs). Les diagrammes de phase tracés et précisés au cours de ce travail sont importants et donnent la possibilité de composer le flux à partir duquel il est possible d’obtenir le cristal de son choix. Comme pour les matériaux typiquement non stœchiométrique, les paramètres physiques de LiNbO3 sont très sensibles aux moindres variations de la composition (± 0.01 mol%). La détermination précise de la composition est donc très importante. Dans ma thèse, j’ai élaboré une nouvelle méthode de haute précision basée sur le rapport des deux principaux pics vibrationnels OH- dans l’infrarouge. Cette méthode a une précision qui satisfait les exigences de qualification des cristaux de LiNbO3 / The versatility of the application of LiNbO3 is well-known in the practical fields of acousto-electronics and non-linear optics and electro-optics. The optical damage threshold of stoichiometric LiNbO3 is higher so it is more suitable for electo-optical and non-linear optical applications than the congruent crystal which can be grown easier. The growth difficulties justify the development of alternative preparation methods or the improvement of the existing methods. This emphasizes the importance of the growth of stoichiometric LiNbO3 by the HTTSSG method not only from the K2O - Li2O - Nb2O5 ternary system but from the X2O - Li2O - Nb2O5 (X = Rb, Cs) systems as well. Using the presented phase diagrams the composition of the solution in equilibrium with a custom-tailored crystal composition can be determined. Most of the physical parameters of LiNbO3 are composition dependent. Even a small change of the composition (± 0.01 mol%) causes large differences in the properties so the determination of the Li2O content of the crystal with the highest possible accuracy is very important. The accuracy of the composition determination – described in detail in my thesis – based on the intensity ratio of the two characteristic bands in the OH- vibrational spectra of the near stoichiometric LiNbO3 satisfies the requirements imposed by the applications

L’analyse métalloprotéomique est un nouveau champ d’étude qui couple la détermination du protéome et l’identification, localisation et spéciation des éléments inorganiques complexés aux protéines. La faible concentration de ces hétéroéléments et la labilité possible de ceux-ci nécessite la mise en place d’outils de chimie analytique permettant une séparation des protéines à grande résolution, sans modifier la liaison protéine-hétéroélément, et une spéciation des protéines avec une technique bénéficiant d’une faible limite de détection. L’objet de cette étude est la mise en place de tels protocoles pour une application sur deux systèmes protéiques, modèles représentant les deux principales interactions métal-protéine : formation de complexes métalliques ou de liaisons covalentes. Dans une première partie, nous avons étudié la superoxyde dismutase à cuivre et zinc (CuZnSOD), protéine dont des formes mutantes sont impliquées dans une maladie neurodégénérative, la sclérose latérale amyotrophique. Les isoformes de point isoélectrique de CuZnSOD sauvage et mutante, séparées sur gel d’électrophorèse, ont été analysées par spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS). Une analyse XAS sur des protéines séparées sur gel d’électrophorèse a ainsi pour la première fois été menée. Le traitement des spectres obtenus au seuil du Zn révèle la faisabilité de cette technique et celui au seuil du Cu met notamment en évidence des différences d’état d’oxydation Cu(I) et Cu(II) entre les isoformes. Dans une seconde partie, nous avons étudié la métabolisation de l’arsenic dans le cadre de la cancérogénicité de ce métalloïde. Les protéines extraites de cellules hépatiques exposées à l’arsenic ont été séparées par électrophorèse sur gel et chromatographie en phase liquide. L’analyse des échantillons obtenus par spectrométrie de masse a mis en évidence trois espèces protéiques complexant l’arsenic. / Metalloproteomic is a new discipline which ally proteome determination and the identification, location and speciation of inorganic elements bound to proteins. The low concentration of these heteroelements and sometimes their non-covalent binding to proteins need to set up analytical tools enabling the protein separation at high resolution, without any modification of the bond protein-heteroelement, and the protein speciation with a technique presenting a low detection limit. The aim of this study is to set up such protocols on two proteic systems, depicting the two main protein-heteroelement interactions: forming of metallic complexes or covalent bonds. First, we studied copper, zinc superoxide dismutase (CuZnSOD), mutants of this protein being involved in a neurodegenerative disease, the amyotrophic lateral sclerosis. Isoelectric point isoforms of wild-type and mutant CuZnSOD, separated on electrophoresis gel, were analyzed using X-ray Absorption Spectroscopy (XAS). XAS experiments on proteins separated on electrophoresis gel were performed for the first time. Data analysis at Zn K-edge demonstrated the feasibility of this technique and the ones at the Cu K-edge highlighted oxidation states Cu(I) et Cu(II) differences between isoforms. Second, we studied arsenic metabolisation to understand its carcinogenicity. Proteins extracted from hepatic cells exposed to arsenic were separated using gel electrophoresis and liquid chromatography. Samples analysis using mass spectrometry highlighted three proteic species which bind arsenic.

Une plaque de plâtre allégée est un produit constituée d’un cœur, « mousse de plâtre », dont la porosité peut atteindre 75% et de revêtements de carton. Il est important de comprendre et caractériser le comportement mécanique de la plaque de plâtre pour optimiser le compromis résistance thermique / tenue mécanique. Pour répondre à cet objectif, des méthodologies spécifiques de corrélation d’images numériques et d’identification du comportement mécanique dans des régimes fortement non-linéaires (endommagement, effondrement de la porosité, fissuration macroscopique…) ont été développées et mises en œuvre. Une première classe de propriétés mécaniques, conditionnant la manutention et la pose des plaques, concerne la tenue à la flexion. Des essais de flexion trois et quatre points ont été réalisés jusqu’à la rupture. La corrélation d’images numériques 2D a été utilisée pour suivre la cinématique de l’essai. Le comportement de la plaque de plâtre en flexion a été identifié grâce à une description continue et homogénéisée de type poutre où la dégradation progressive de la rigidité de la plaque est décrite par une loi d’endommagement. Une procédure d’identification spécifique est présentée où imperfections expérimentales et brisures éventuelles de symétrie sont prises en compte. L’analyse montre que le comportement de la plaque en flexion est essentiellement piloté par les propriétés mécaniques de la face cartonnée et de la qualité de l’interface papier-plâtre. Le mécanisme de rupture en flexion a été également identifié par des essais in-situ dans un tomographe. Une deuxième catégorie de propriétés mécaniques concerne un essai normatif d’arrachement. Grâce à des tests réalisés au sein d’un tomographe, et à l’analyse de la cinématique par corrélation d’images volumiques, les différentes étapes clefs ont été identifiées, et la compaction du cœur par effondrement de la porosité sous compression a été reconnu comme le facteur limitant. Dans le but de mieux comprendre ce mécanisme de ruine des essais d’indentation sphérique tomographiés ont été réalisés sur des échantillons de mousse constitutive du cœur de la plaque. Sous l’indenteur, une transition brutale entre comportement élastique et compaction forte accompagnée d’un effondrement de la porosité est visible. Pour répondre à la nécessité d’estimer finement l’état de déformation multiaxiale qui caractérise cette transition, une procédure originale de corrélation d’images volumiques intégrée a été développée. Elle s’appuie sur un code commercial d’éléments finis comme moyen de générer une base cinématique adaptée à l’essai d’indentation sphérique. Le couplage d’essais mécaniques in-situ, la corrélation d’images volumiques et la simulation numérique d’une part, et l’intégration d’informations connues a priori dans la démarche d’identification d’autre part ont permis d’identifier un critère de ruine local. Le comportement triaxial du plâtre poreux a été caractérisé également via des essais triaxiaux homogènes, en suivant différents trajets de chargement. Le comportement triaxial du plâtre moussé a été identifié. Les résultats obtenus sont en accord avec les résultats de l’identification conduite sur l’essai d’indentation. / Lightweight plasterboard is a product composed of a "plaster foam" core whose porosity can reach 75% lined with two sheets of paper. To optimize the compromise between thermal resistance and mechanical strength, it is important to understand and characterize the mechanical behavior of the plasterboard. In the present work, specific methodologies for digital image correlation and identification of the mechanical behavior in highly nonlinear regimes (damage, collapse of porosity, macroscopic cracking ...) have been developed and implemented. A first set of mechanical properties, crucial for handling and placarding, concerns the bending strength. Three and four points bending tests were performed until failure. Digital image correlation was used to follow the kinematic of the test. The behavior of the plasterboard has been identified through a homogenized continuum description based on plate kinematic where the progressive degradation of bending stiffness is described through a damage law. A specific procedure for identification is presented where experimental imperfections and symmetry breakdown are tolerated and accounted for. The analysis shows that the mechanical behavior of the plasterbaord in bending test is controlled primarily by the mechanical properties of the paper lining and the quality of gypsum / paper interface. The failure mechanism in bending test was also identified through in-situ tests performed inside the tomograph. A second category of mechanical properties relates to a normative test “Nail pull test”. Through tests conducted inside the tomograph and the analysis of the kinematics by digital volume correlation, the different key stages of the failure mechanism have been identified. The compaction of the core by the collapse of porosity in compression has been recognized as the limiting factor. In order to better understand the compaction mechanism in-situ spherical indentation tests were performed on foamed samples prepared from the board core. The results from the in-situ experiment show that a compacted zone develops under the indenter, displaying a very sharp boundary with the undamaged material that behaves elastically. To meet the need for estimating accurately the state of multiaxial strain that characterizes this transition, a new methodology is presented. It is an integrated digital volume correlation based on a library of fields adapted to the spherical indentation test and computed from commercial finite element software. Coupling in-situ mechanical tests, digital volume correlation and numerical simulations on the one hand, and integration a priori known information in the identification process on the other hand allowed us to identify a local failure criterion. The behavior of porous plaster was also characterized via homogeneous triaxial tests, by following different loading paths. The triaxial behavior of foamed plaster has been identified. The results are in agreement with those obtained via the identification procedure conducted on the spherical indentation tests.