Effets de rayonnement sur les détecteurs au silicium à pixels du détecteur ATLAS

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mesure des champs de radiation dans le détecteur ATLAS et sa caverne avec les détecteurs au silicium à pixels ATLAS-MPX

Les collisions proton-proton produites par le LHC imposent un environnement radiatif hostile au détecteur ATLAS. Afin de quantifier les effets de cet environnement sur la performance du détecteur et la sécurité du personnel, plusieurs simulations Monte Carlo ont été réalisées. Toutefois, la mesure directe est indispensable pour suivre les taux de radiation dans ATLAS et aussi pour vérifier les prédictions des simulations. À cette fin, seize détecteurs ATLAS-MPX ont été installés à différents endroits dans les zones expérimentale et technique d'ATLAS. Ils sont composés d'un détecteur au silicium à pixels appelé MPX dont la surface active est partiellement recouverte de convertisseurs de neutrons thermiques, lents et rapides. Les détecteurs ATLAS-MPX mesurent en temps réel les champs de radiation en enregistrant les traces des particules détectées sous forme d'images matricielles. L'analyse des images acquises permet d'identifier les types des particules détectées à partir des formes de leurs traces. Dans ce but, un logiciel de reconnaissance de formes appelé MAFalda a été conçu. Étant donné que les traces des particules fortement ionisantes sont influencées par le partage de charge entre pixels adjacents, un modèle semi-empirique décrivant cet effet a été développé. Grâce à ce modèle, l'énergie des particules fortement ionisantes peut être estimée à partir de la taille de leurs traces. Les convertisseurs de neutrons qui couvrent chaque détecteur ATLAS-MPX forment six régions différentes. L'efficacité de chaque région à détecter les neutrons thermiques, lents et rapides a été déterminée par des mesures d'étalonnage avec des sources connues. L'étude de la réponse des détecteurs ATLAS-MPX à la radiation produite par les collisions frontales de protons à 7TeV dans le centre de masse a montré que le nombre de traces enregistrées est proportionnel à la luminosité du LHC. Ce résultat permet d'utiliser les détecteurs ATLAS-MPX comme moniteurs de luminosité. La méthode proposée pour mesurer et étalonner la luminosité absolue avec ces détecteurs est celle de van der Meer qui est basée sur les paramètres des faisceaux du LHC. Vu la corrélation entre la réponse des détecteurs ATLAS-MPX et la luminosité, les taux de radiation mesurés sont exprimés en termes de fluences de différents types de particules par unité de luminosité intégrée. Un écart significatif a été obtenu en comparant ces fluences avec celles prédites par GCALOR qui est l'une des simulations Monte Carlo du détecteur ATLAS. Par ailleurs, les mesures effectuées après l'arrêt des collisions proton-proton ont montré que les détecteurs ATLAS-MPX permettent d'observer la désintégration des isotopes radioactifs générés au cours des collisions. L'activation résiduelle des matériaux d'ATLAS peut être mesurée avec ces détecteurs grâce à un étalonnage en équivalent de dose ambiant.

Création de centres stéréogéniques sur les molécules acycliques par contrôle du substrat : synthèse de centres quaternaires et d'analogues de nucléosides

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

LHC luminosity measurement with the ATLAS-MPX detectors

En opération depuis 2008, l’expérience ATLAS est la plus grande de toutes les expériences au LHC. Les détecteurs ATLAS- MPX (MPX) installés dans ATLAS sont basés sur le détecteur au silicium à pixels Medipix2 qui a été développé par la collaboration Medipix au CERN pour faire de l’imagerie en temps réel. Les détecteurs MPX peuvent être utilisés pour mesurer la luminosité. Ils ont été installés à seize différents endroits dans les zones expérimentale et technique d’ATLAS en 2008. Le réseau MPX a recueilli avec succès des données indépendamment de la chaîne d’enregistrement des données ATLAS de 2008 à 2013. Chaque détecteur MPX fournit des mesures de la luminosité intégrée du LHC. Ce mémoire décrit la méthode d’étalonnage de la luminosité absolue mesurée avec les détectors MPX et la performance des détecteurs MPX pour les données de luminosité en 2012. Une constante d’étalonnage de la luminosité a été déterminée. L’étalonnage est basé sur technique de van der Meer (vdM). Cette technique permet la mesure de la taille des deux faisceaux en recouvrement dans le plan vertical et horizontal au point d’interaction d’ATLAS (IP1). La détermination de la luminosité absolue nécessite la connaissance précise de l’intensité des faisceaux et du nombre de trains de particules. Les trois balayages d’étalonnage ont été analysés et les résultats obtenus par les détecteurs MPX ont été comparés aux autres détecteurs d’ATLAS dédiés spécifiquement à la mesure de la luminosité. La luminosité obtenue à partir des balayages vdM a été comparée à la luminosité des collisions proton- proton avant et après les balayages vdM. Le réseau des détecteurs MPX donne des informations fiables pour la détermination de la luminosité de l’expérience ATLAS sur un large intervalle (luminosité de 5 × 10^29 cm−2 s−1 jusqu’à 7 × 10^33 cm−2 s−1 .

Mesures et analyses de la luminosité d’ATLAS grâce aux détecteurs MPX

Medipix2 (MPX) sont des détecteurs semi-conducteurs au silicium montés sur 256x256 pixels. Chaque pixel a une aire de 55x55μm2. L’aire active d’un détecteur MPX est d’environ 2 cm2. Avec deux modes de détection, un seuil et un temps d’exposition ajustables, leur utilisation peut être optimisée pour une analyse spécifique. Seize de ces détecteurs sont présentement installés dans l’expérience ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire). Ils mesurent en temps réel le champ de radiation dû aux collisions proton-proton, au point d’interaction IP1 (Point d’Interaction 1) du LHC (Grand Collisionneur d’Hadrons). Ces mesures ont divers buts comme par exemple la mesure du champ de neutrons dans la caverne d’ATLAS. Le réseau de détecteurs MPX est complètement indépendant du détecteur ATLAS. Le groupe ATLAS-Montréal s’est intéressé à l’analyse des données récoltées par ces détecteurs pour calculer une valeur de la luminosité du LHC au point de collision des faisceaux, autour duquel est construit le détecteur ATLAS. Cette valeur est déterminée indépendamment de la luminosité mesurée par les divers sous-détecteurs d’ATLAS dédiés spécifiquement à la mesure de la luminosité. Avec l’augmentation de la luminosité du LHC les détecteurs MPX les plus proches du point d’interaction détectent un grand nombre de particules dont les traces sont impossibles à distinguer sur les images ("frames") obtenues, à cause de leur recouvrement. Les paramètres de mesure de certains de ces détecteurs ont été optimisés pour des mesures de luminosité. Une méthode d’analyse des données permet de filtrer les pixels bruyants et de convertir les données des images, qui correspondent à des temps d’exposition propres aux détecteurs MPX, en valeur de luminosité pour chaque LumiBlock. Un LumiBlock est un intervalle de temps de mesure propre au détecteur ATLAS. On a validé les mesures de luminosité premièrement en comparant les résultats obtenus par différents détecteurs MPX, et ensuite en comparant les valeurs de luminosité relevées à celles obtenues par les sous-détecteurs d’ATLAS dédiés spécifiquement à la mesure de la luminosité.

Le Sylvicole moyen ancien de l’Estrie et du Nord-Est américain : une étude descriptive et comparative de la poterie du site Vieux-Pont (BiEx-1), Lennoxville, Québec

Ce mémoire porte sur la chronologie culturelle des Amérindiens du Nord-Est américain. Il vise à documenter un des épisodes culturels de la préhistoire de l’Estrie, soit le Sylvicole moyen ancien, compris entre l’an 400 avant notre ère et 500 de notre ère. De la poterie typique de cette période a été récoltée sur le site Vieux-Pont (BiEx-1) à Lennoxville par des archéologues amateurs et professionnels depuis sa découverte. L’analyse des tessons de poterie réalisée dans ce projet a surtout révélé une forte homogénéité de l’effet basculant, une technique d’application décorative, sur la paroi interne et la panse des vases. Elle a aussi permis de proposer une occupation récente au Sylvicole moyen ancien, entre les ans 1 et 500-600 de notre ère. L’analyse comparative suggère la participation des groupes de Vieux-Pont aux mêmes réseaux d’interactions et d’échanges que ceux des régions de Montréal, de Québec, du Haut-Richelieu et de la Nouvelle-Angleterre.

Synthèse de couches ultra-minces de siliciures sur silicium cristallin et endommagé étudiée par microscopie et profilométrie en profondeur

Les siliciures métalliques constituent un élément crucial des contacts électriques des transistors que l'on retrouve au coeur des circuits intégrés modernes. À mesure qu'on réduit les dimensions de ces derniers apparaissent de graves problèmes de formation, liés par exemple à la limitation des processus par la faible densité de sites de germination. L'objectif de ce projet est d'étudier les mécanismes de synthèse de siliciures métalliques à très petite échelle, en particulier le NiSi, et de déterminer l’effet de l’endommagement du Si par implantation ionique sur la séquence de phase. Nous avons déterminé la séquence de formation des différentes phases du système Ni-Si d’échantillons possédant une couche de Si amorphe sur lesquels étaient déposés 10 nm de Ni. Celle-ci a été obtenue à partir de mesures de diffraction des rayons X résolue en temps et, pour des échantillons trempés à des températures critiques du processus, l’identité des phases et la composition et la microstructure ont été déterminées par mesures de figures de pôle, spectrométrie par rétrodiffusion Rutherford et microscopie électronique en transmission (TEM). Nous avons constaté que pour environ la moitié des échantillons, une réaction survenait spontanément avant le début du recuit thermique, le produit de la réaction étant du Ni2Si hexagonal, une phase instable à température de la pièce, mélangée à du NiSi. Dans de tels échantillons, la température de formation du NiSi, la phase d’intérêt pour la microélectronique, était significativement abaissée.

Chanter le développement au Burkina Faso : ethnographie de la rencontre entre deux champs d'action

Dans le contexte urbain du Burkina Faso, la chanson de sensibilisation se situe au coeur des pratiques sociales traditionnelles, des nouvelles économies culturelles et des approches participatives en matière de développement. Cette pratique répond à des enjeux particuliers au contexte local et aux relations internationales. La musique comme outil commun de communication sociale artistique rejoint des stratégies professionnelles différentes chez les artistes-musiciens et les associations locales. Pour les premiers, nous pouvons porter un regard sur la place du musicien dans la société contemporaine burkinabè, entre paupérisation et mondialisation. Pour les seconds, la chanson de sensibilisation s’inscrit comme une tentative d’innover dans les approches d’Information, Éducation et Communication (IEC) pour la santé et la Communication pour le Changement de Comportement (CCC). Ce mémoire présente les modes de collaboration entre les artistes-musiciens et les associations locales qui oeuvrent en santé au Burkina Faso. Il décrit l’état respectif de leur champ puis analyse les négociations sociales issues de leur rencontre. La problématique de recherche s’inscrit dans des courants de recherche en anthropologie et établit un pont avec la praxis de l’animation sociale et culturelle. La chaîne de création (production-diffusion-consommation) permet de poser un regard historique sur les concepts de culture et de développement dans le contexte particulier de l’Afrique de l’Ouest francophone.

Défauts et diffusion dans le silicium amorphe

Nous avons observé une augmentation ‘’transient’’du taux de cristallisation interfacique de l’a-Si lorsqu’on réimplante du Si à proximité de l’interface amorphe/cristal. Après amorphisation et traitement thermique à 650°C pendant 5s de la couche a-Si crée par implantation ionique, une partie a été réimplantée. Les défauts produits par auto-réimplantation à 0.7MeV se trouvent à (302±9) nm de l’interface initiale. Cela nous a permis d’étudier d’avantage la variation initiale de la vitesse SPE (Épitaxie en phase solide). Avec des recuit identiques de 4h à 500°C, nous avons déterminé les positions successives des interfaces et en déduit les taux de cristallisation SPE. La cristallisation débute à l’interface et continue graduellement vers la surface. Après le premier recuit, (252±11) nm s’est recristallisé dans la zone réimplantée soit un avancement SPE de 1.26x10^18at./cm2. Cette valeur est environ 1.50 fois plus importante que celle dans l’état relaxé. Nous suggérons que la présence de défauts à proximité de l’interface a stimulé la vitesse initiale. Avec le nombre de recuit, l’écart entre les vitesses diminue, les deux régions se cristallisent presque à la même vitesse. Les mesures Raman prises avant le SPE et après chaque recuit ont permis de quantifier l’état de relaxation de l’a-Si et le transfert de l’état dé-relaxé à relaxé.

Quand les adolescents vont au musée : une étude de la médiation au Musée des beaux-arts de Montréal

L’étude proposée dans ce mémoire porte sur le processus de visite des adolescents de 14-16 ans au Musée des beaux-arts de Montréal. Je mobilise principalement les concepts de « médiateurs » et « médiations », entendus selon la définition proposée par Hennion (1988, 2000). En effet, Hennion propose de voir la médiation non comme un pont entre deux entités, vision commune de la médiation, mais comme un processus en construction. Ainsi, le médiateur est un élément qui va capter l’attention du jeune visiteur et la médiation est l’action qui va se développer dans cette relation médiateur-visiteur. L’analyse vise plus particulièrement à identifier les médiateurs qui agissent durant cette visite et à comprendre les médiations qui se mettent en place. Cette étude a été réalisée au moyen d’entrevues semi-structurées et d’observations participantes, auprès de six adolescents, âgés de 14 à 16 ans. Une première entrevue permettait de connaître les antécédents de ces jeunes à l’égard des musées et de comprendre suite à quelles mises en condition ils se rendaient à l’exposition. Une observation, par groupe de deux participants, a ensuite été menée lors de l’exposition du Musée des beaux-arts de Montréal : Il était une fois l’impressionnisme. Une histoire de l’impressionnisme : chefs-d’œuvre de la peinture française du Clark. Ces observations ont permis de repérer les moments qui ont capté l’attention des participants durant leur visite. Enfin, une seconde entrevue a été l’occasion de revenir sur leur expérience de visite et de dégager les médiations qui se sont mises en place. Sur les bases de ce terrain, ce mémoire met en avant un ensemble de médiateurs (les autres visiteurs, l’environnement physique, l’œuvre et le récit) et de médiations (rêver, comprendre, se projeter, admirer, comparer et refuser) qui se sont développées chez ces adolescents. Suite à cela, ce mémoire propose une explication du processus de visite tel qu’analysé chez ces adolescents à travers la représentation de la « spirale coquillage ». Cette représentation souligne le fait que le processus de visite n’est pas un phénomène linéaire mais se fait par la confrontation des antécédents de l’adolescent avec sa nouvelle expérience de visite. Il s’agit donc d’un processus circulaire qui se base sur ses antécédents pour construire progressivement de nouvelles strates, qui conditionneront ses prochaines expériences au musée.

Un pont entre les obédiences : expériences normandes du Grand Schisme d'Occident (1378-1417)

Entre 1378 et 1417, l’Église est d’abord divisée entre deux, puis entre trois papes concurrents. Alors qu’Urbain VI et ses successeurs s’installent à Rome, Clément VII et son successeur rentrent en Avignon. Cette thèse répertorie et analyse les différentes expériences normandes en réponse au Grand Schisme d’Occident. Les engagements normands pour résoudre le schisme sont pluriels et s’expriment différemment selon les milieux. S’appuyant sur des sources diverses telles que le Registre des suppliques des archives du Vatican, les archives de l’Université de Paris et les archives locales, elle met en évidence les différents courants qui ont coexisté en Normandie en réaction au Grand Schisme d’Occident. Alors que la noblesse normande était généralement favorable aux papes d’Avignon, reconnus officiellement par le roi de France, d’importants courants de résistance envers cette papauté se sont aussi manifestés dans les milieux universitaires et au sein du clergé normand, poussant même certains à choisir l’exil en terre urbaniste. Ces exilés normands, bien que peu nombreux, ont exercé une influence considérable et ont été peu étudiés en tant que groupe auparavant. Parmi l’importante majorité de ceux qui restèrent dans l’obédience avignonnaise, plusieurs intellectuels normands furent pourtant reconnus comme étant d’acerbes critiques, voire des ennemis de Clément VII et de Benoît XIII. Les liens qu’ont maintenus les exilés normands avec leurs collègues restés en terre clémentiste ont joué un rôle appréciable dans le rapprochement des obédiences opposées au début du XVe siècle. La présente thèse permet de mettre en lumière les multiples attitudes normandes en réponse au schisme, d’approfondir la connaissance portant sur les milieux normands touchés par la crise, ainsi que sur les débats qui l’ont entourée, et de poursuivre la réflexion sur la question de l’obéissance et des réseaux normands à l’œuvre pendant cette période.

Le devenir-imperceptible de l'urbaniste : une lecture de l'éthique chez Gilles Deleuze : expérimentation sensible du pont Jacques-Cartier à Montréal.

Ce mémoire s’inscrit dans une approche émergente en urbanisme qui cherche à mettre en dialogue les théories et les pratiques de l’urbanisme et la pensée du philosophe français Gilles Deleuze. Depuis quelques années, la pensée de Gilles Deleuze (surtout ses travaux coécrits avec Félix Guattari 1972; 1980) commence à s’immiscer dans les débats contemporains en urbanisme. Les travaux de Kim Dovey (2010; 2012), Jean Hillier (2005; 2007; 2011) et Colin McFarlane (2011a; 2011b) constituent les exemples les plus achevés d’une réflexion deleuzienne sur l’urbanisme. À degrés divers, ces auteurs mobilisent surtout cette pensée pour sa capacité à appréhender la complexité, le changement et l’instabilité (assemblage thinking). Pourtant, cette mobilisation de la pensée deleuzienne en urbanisme laisse largement intouchée le projet éthique et politique au coeur de la pensée de Gilles Deleuze. Le projet qui anime ce mémoire est d’explorer ce qu’une éthique deleuzienne peut apporter aux théories et pratiques de l’urbanisme. Cette éthique implique notamment un questionnement radical du cadre étatique dans lequel l’urbanisme s’insère, ce que ce mémoire appelle le «devenir- imperceptible » de l’urbanisme. Un travail empirique, constitué de 14 récits de ville prenant pour objet le territoire du pont Jacques-Cartier à Montréal, accompagne et poursuit cette réflexion théorique. Ces différents récits révèlent le pont Jacques-Cartier comme un lieu producteur de territoires, de mémoires et d’affects. Cette démarche terrain allie certains éléments de l’assemblage thinking et une éthique professionnelle deleuzienne. Elle explore la possibilité d’un rapport réellement sensible entre le territoire, l’urbaniste et les personnes concernées par une entreprise urbanistique.

Analyse des processus de dérive lors de la gravure profonde du silicium dans des plasmas SF6 et C4F8

L’objectif de ce mémoire de maîtrise est de développer des outils de diagnostics non-invasifs et de caractériser in-situ les dérives de procédé dans un réacteur industriel utilisé en production pour la gravure profonde du silicium par le procédé Bosch. Ce dernier repose sur l’alternance d’un plasma de SF6 pour la gravure isotrope du Si et d’un plasma de C4F8 pour la passivation des parois dans l’optique d’obtenir des tranchées profondes et étroites. Dans un premier temps, nous avons installé une sonde courant-tension sur la ligne de transmission du signal rf au porte-substrat pour l’étude de son impédance caractéristique et un spectromètre optique pour l’étude de l’émission optique du plasma. Nos travaux ont montré que l’évolution temporelle de l’impédance constitue un excellent moyen pour identifier des changements dans la dynamique du procédé, notamment une gravure complète de la photorésine. De plus, à partir des spectres d’émission, nous avons pu montrer que des produits carbonés sont libérés du substrat et des parois lors de l’alternance passivation/gravure et que ceux-ci modifient considérablement la concentration de fluor atomique dans le plasma. Dans un second temps, nous avons développé un réacteur à « substrat-tournant » pour l’analyse in-situ des interactions plasma-parois dans le procédé Bosch. Nos travaux sur ce réacteur visaient à caractériser par spectrométrie de masse l’évolution temporelle des populations de neutres réactifs et d’ions positifs. Dans les conditions opératoires étudiées, le SF6 se dissocie à près de 45% alors que le degré de dissociation du C4F8 atteint 70%. Le SF6 est avant tout dissocié en F et SF3 et l’ion dominant est le SF3+ alors que le C4F8 est fragmenté en CF, CF3 et CF4 et nous mesurons plusieurs ions significatifs. Dans les deux cas, la chaîne de dissociation demeure loin d’être complète. Nous avons noté une désorption importante des parois de CF4 lors du passage du cycle de passivation au cycle de gravure. Un modèle d’interactions plasmas-parois est proposé pour expliquer cette observation.

Environnement local des défauts structurels et ordre à moyenne portée dans le silicium amorphe

Malgré une vaste littérature concernant les propriétés structurelles, électroniques et ther- modynamiques du silicium amorphe (a-Si), la structure microscopique de ce semi-cond- ucteur covalent échappe jusqu’à ce jour à une description exacte. Plusieurs questions demeurent en suspens, concernant par exemple la façon dont le désordre est distribué à travers la matrice amorphe : uniformément ou au sein de petites régions hautement déformées ? D’autre part, comment ce matériau relaxe-t-il : par des changements homo- gènes augmentant l’ordre à moyenne portée, par l’annihilation de défauts ponctuels ou par une combinaison de ces phénomènes ? Le premier article présenté dans ce mémoire propose une caractérisation des défauts de coordination, en terme de leur arrangement spatial et de leurs énergies de formation. De plus, les corrélations spatiales entre les défauts structurels sont examinées en se ba- sant sur un paramètre qui quantifie la probabilité que deux sites défectueux partagent un lien. Les géométries typiques associées aux atomes sous et sur-coordonnés sont extraites du modèle et décrites en utilisant les distributions partielles d’angles tétraédriques. L’in- fluence de la relaxation induite par le recuit sur les défauts structurels est également analysée. Le second article porte un regard sur la relation entre l’ordre à moyenne portée et la relaxation thermique. De récentes mesures expérimentales montrent que le silicium amorphe préparé par bombardement ionique, lorsque soumis à un recuit, subit des chan- gements structuraux qui laissent une signature dans la fonction de distribution radiale, et cela jusqu’à des distances correspondant à la troisième couche de voisins.[1, 2] Il n’est pas clair si ces changements sont une répercussion d’une augmentation de l’ordre à courte portée, ou s’ils sont réellement la manifestation d’un ordonnement parmi les angles dièdres, et cette section s’appuie sur des simulations numériques d’implantation ionique et de recuit, afin de répondre à cette question. D’autre part, les corrélations entre les angles tétraédriques et dièdres sont analysées à partir du modèle de a-Si.