Simulations Monte Carlo et étude théorique des dommages induits par les particules ionisantes à l’échelle macroscopique ainsi qu’à l’échelle moléculaire

Monte Carlo simulations and a theoretical study of the damage induced by ionizing particles at the macroscopic scale as well as the molecular scale

• Auteur / Autrice : Lena Mouawad
• Direction : Ziad El Bitar, Mohamad Khalil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 16/12/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Adnan Naja
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ziad Francis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Claude Bordage, Mohamad Roumie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnements ionisants -- Dosage

ADN -- Altération

Rayonnements ionisants -- Effets physiologiques

Sections efficaces (physique nucléaire)

Monte-Carlo, Méthode de

Mots clés libres

Plan de traitement

Cassures de brins d'ADN

Dégâts biologiques

Simulations Monte Carlo

Ionisation par impact d'un électron

Section efficace triplement différentielle

Molécules complexes

Treatment planning

DNA strand breaks

Biological damage

Monte Carlo simulations

Ionization by electron impact

Triple differential cross section,

Complex molecules

Résumé

Le travail présenté dans cette thèse se place dans le contexte de la simulation de dommages biologiques. D'abord une étude macroscopique met en question la pertinence des plans de traitement basés sur la dose absorbée et le passage à une étude de micro-dosimétrie permet l'utilisation de paramètres biologiques plus pertinents, tels que les cassures de brins d'ADN. La validité des sections efficaces d'interaction sur lesquelles se basent ces simulations est discutée en plus de détails. Suite à la complexité du milieu biologique, les sections efficaces d'interaction avec l'eau sont souvent utilisées. Nous développons un algorithme qui permet de fournir les sections efficaces d'ionisation pour n'importe quelle cible moléculaire, en utilisant des outils qui permettent de surmonter les difficultés de calcul, ce qui rend notre programme particulièrement intéressant pour les molécules complexes. Nous fournissons des résultats pour l'eau, l'ammoniac, l'acide formique et le tétrahydrofurane.

The work presented in this thesis can be placed in the context of biological damage simulation. Webegin with a macroscopic study where we question the relevance of absorbed-dose-based treatmentplanning. Then we move on to a micro-dosimetry study where we suggest the use of morebiologically relevant probes for damage, such as DNA strand breaks. More focus is given to thefundamental considerations on which the simulations are based, particularly the interaction crosssections. Due to the complexity of the biological medium, the interaction cross sections with waterare often used to simulate the behavior of particles. We develop a parallel user-friendly algorithmthat can provide the ionization cross sections for any molecular target, making use of particular toolsthat allow to overcome the computational difficulties, which makes our program particularlyinteresting for complex molecules. We provide preliminary results for water, ammonia, formic acidand Tetrahydrofuran.