Dissertations / Theses: 'Méthode de simulation Monte Carlo'

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Güçlü, Alev Devrim. "Simulation des dispositifs optoélectroniques par la méthode Monte Carlo." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1999. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk1/tape9/PQDD_0021/MQ54037.pdf.

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Chabut, Emmanuel. "Simulation aérothermodynamique en régime d'écoulement raréfié par méthode de Monte-Carlo." Orléans, 2005. http://www.theses.fr/2005ORLE2017.

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Abstract:

Les études aérothermodynamiques dans le secteur spatial concernent principalement les écoulements hypersoniques (Ma > 5) dans des milieux raréfiés, possédant des propriétés spécifiques. En effet, les engins spatiaux (sondes d'exploration, satellites, navettes spatiales. . . ) évoluent généralement dans un mélange gazeux de faible densité et à des vitesses très élevées (de l'ordre de plusieurs kilomètres par seconde). L'énergie cinétique considérable mise en jeu dans ce type d'écoulements va se transformer, à l'approche de l'engin, en énergie interne, conduisant ainsi à des phénomènes physiques caractéristiques des gaz hautement énergétiques telles que l'excitation vibrationnelle, l'excitation électronique et la chimie. Par ailleurs, la faible densité de l'environnement spatial de l'engin va conduire à un fort déséquilibre thermodynamique. Ces deux aspects font que l'approche macroscopique classique basée sur les équations de Navier – Stokes n'est pas toujours valable pour étudier de tels écoulements et que la résolution de l'équation de Boltzmann va engendrer d'énormes difficultés en vue des phénomènes physiques mis en jeu (chimie. . . ). La méthode de Monte Carlo (" DSMC ") propose alors une alternative tout à fait intéressante pour simuler de tels écoulements. Cette méthode, largement développée par G. A. Bird, est devenue rapidement un outil répandu dans le secteur spatial permettant d'apporter des réponses d'ordre non seulement qualitatif mais également d'ordre quantitatif pour des applications en ingénierie. La méthode est appliquée au cas d'une rentrée atmosphérique martienne dans le cadre de la mission de retour d'échantillons et est également approfondie dans l'objectif de développer un outil de simulation numérique propre au laboratoire.

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Jaeckel, Alain. "Simulations Monte Carlo de chaînes confinées." Montpellier 2, 1997. http://www.theses.fr/1997MON20206.

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Abstract:

Par simulation monte carlo (smc), nous generons a l'ordinateur des chemins statistiques (rfws) ou auto-evitants (saws) a l'interieur de pores spheriques de rayons variables. Ces chemins modelisent respectivement des chaines polymere confinees en solvant theta et en bon solvant. A partir des chaines ainsi construites, on estime les dimensions moyennes usuelles (distance moyenne bout a bout et rayon de giration moyen), les distributions des milieux et des extremites ou tous maillons confondus dans la sphere de confinement, la variation d'entropie en fonction du confinement impose et enfin la pression exercee par la chaine sur la surface de confinement. Nous donnons egalement une relation universelle entre le nombre de conformations d'une chaine de n pas, quel que soit son type, et un parametre de compacite determine par smc. Nous proposons aussi une extension de la theorie des blobs de de gennes. Nous discutons nos resultats au vu de resultats theoriques ou de publications anterieures. Nous etablissons l'existence de lois d'echelle, moyennant l'utilisation de parametres de reduction specifiques a chaque type de chaines (rfws ou saws), et montrons que rfws et saws presentent des comportements comparables pour des valeurs egales du rayon reduit de la sphere de confinement. Ainsi, certaines proprietes des saws confines dans des spheres peuvent etre deduits des resultats theoriques plus accessibles des rfws confines en tenant compte d'une simple renormalisation des dimensions, et ce avec un degre d'approximation satisfaisant, voire bon. Nous etendons nos smc au cas des parcours hamiltoniens dont le nombre peut etre estime, pour un carre de cote donne, via l'utilisation d'une loi d'echelle empirique que nous avons etablie. Enfin, nous avons cherche a elucider un vieux probleme de la litterature qui concerne l'exposant d'echelle et la dimension critique des chaines auto-evitantes generees par la procedure reflechissante non ponderee de rosenbluth et rosenbluth.

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Forster, Simon. "Nouveau matériau semi-conducteur à large bande interdite à base de carbures ternaires - Enquête sur Al4SiC4." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI095.

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Abstract:

Les matériaux semi-conducteurs à large bande interdite sont capables de résister aux environnements difficiles et de fonctionner dans une large plage de températures. Celles-ci sont idéales pour de nombreuses applications telles que les capteurs, la haute puissance et les radiofréquences.Cependant, des matériaux plus nouveaux sont nécessaires pour atteindre une efficacité énergétique significative dans diverses applications ou pour développer de nouvelles applications destinées à compléter les semi-conducteurs à bande interdite tels que le GaN et le SiC.Dans cette thèse, trois méthodes différentes sont utilisées pour étudier l’un de ces nouveauxmatériaux, carbure d'aluminium et de silicium (Al4SiC4): (1) simulations d'ensemble de Monte Carloafin d'étudier les propriétés de transport d'électrons du nouveau carbure ternaire, (2)études expérimentales pour déterminer ses propriétés matérielles et (3) simulations de dispositifsd'un dispositif à hétérostructure rendu possible par ce carbure ternaire. Toutes ces méthodesinterconnecter les uns avec les autres. Les données de chacun d’eux peuvent alimenter l’autre pour acquérir de nouvelles connaissances.résultats ou affiner les résultats obtenus conduisant ainsi à des propriétés électriques attrayantes telles qu’une bande interdite de 2,78 eV ou une vitesse de dérive maximale de 1,35 × 10 cm s.Ensemble Monte Carlo, développé en interne pour les simulations de Si, Ge, GaAs,AlxGa1-xAs, AlAs et InSb; est adopté pour les simulations du carbure ternaire en ajoutant untransformation de la nouvelle vallée pour tenir compte de la structure hexagonale de Al4SiC4. Nous prédisonsune vitesse maximale de dérive des électrons de 1,35 × 107 cm-1 à un champ électrique de 1400 kVcm-1 et une mobilité maximale des électrons de 82,9 cm V s. Nous avons vu une constante de diffusion de 2,14 cm2s-1 à un champ électrique faible et de 0,25 cm2s-1 à un champ électrique élevé. Enfin nousmontrer que Al4SiC4 a un champ critique de 1831 kVcmOn utilise des cristaux semi-conducteurs qui avaient été cultivés auparavant à l’IMGP, l’un par la croissance en solution et l’autre par la fusion en creuset. Trois expériences différentes sont effectuées sur eux; (1) spectroscopie UV, IR et visuelle, (2) spectroscopie photographique à rayons X, et (3) mesures à deux et à quatre sondes dans lesquelles un contact métallique est formé sur les cristaux. Nous avons trouvé ici une bande interdite de spectroscopie UV, IR et Vis de 2,78 ± 0,02 eV et une couche d’oxyde épaisse sur les échantillons en utilisant du XPS. Malheureusement, les mesures à deux et à quatre sondes n'ont donné aucun résultat autre que le bruit, probablement en raison de l'épaisse couche d'oxyde trouvée sur les échantillons.Dans les simulations de dispositifs, le logiciel commercial Atlas de Silvaco est utilisé pour prédire les performances des dispositifs à hétérostructure, avec des longueurs de grille de 5, 2 et 1 µm, rendues possibles par le carbure ternaire en combinaison avec du SiC. Le transistor à hétérostructure SiC / Al4SiC4 d'une longueur de grille de 5 µm délivre un courant de drain maximal de 1,68 × 10−4 A / µm, qui passe à 2,44 × 10−4 A / µm et à 3,50 × 10−4 A / µm pour des longueurs de grille de 2 µm et 1 µm, respectivement. La tension de claquage de l'appareil est de 59,0 V, ce qui réduit à 31,0 V et à 18,0 V les transistors mis à l'échelle des longueurs de grille de 2 µm et de 1 µm. Le dispositif à longueur de grille réduite de 1 μm bascule plus rapidement en raison de la transconductance supérieure de6,51 × 10−5 S / μm par rapport à une fois par an1,69 × 10−6 S / μm pour le plus grand périphérique.Enfin, une pente inférieure au seuil des dispositifs mis à l'échelle est égale à 197,3 mV / dec, 97,6 mV / dec et 96,1 mV / dec pour des longueurs de grille de 5 µm, 2 µm et 1 µm, respectivement Wide bandgap semiconductor materials are able to withstand harsh environments and operate over a wide range of temperatures. These make them ideal for many applications such as sensors, high-power and radio-frequencies to name a few.However, more novel materials are required to achieve significant power efficiency of various applications or to develop new applications to complement current wide bandgap semiconductors such as GaN and SiC.In this dissertation, three different methods are used to study one of these novelmaterials, aluminium silicon carbide (Al4SiC4): (1) ensemble Monte Carlo simulationsin order to study the electron transport properties of the novel ternary carbide, (2)experimental studies to determine its material properties, and (3) device simulationsof a heterostructure device made possible by this ternary carbide. All these methodsinterlink with each other. Data from each of them can feed into the other to acquire newresults or refine obtained results thus leading way to attractive electrical properties such as a bandgap of 2.78 eV or a peak drift velocity of 1.35×10 cm s .Ensemble Monte Carlo toolbox, developed in-house for simulations of Si, Ge, GaAs,AlxGa1−xAs, AlAs, and InSb; is adopted for simulations of the ternary carbide by adding anew valley transformation to account for the hexagonal structure of Al4SiC4. We predicta peak electron drift velocity of 1.35×107 cms−1 at electric field of 1400 kVcm−1 and a maximum electron mobility of 82.9 cm V s . We have seen a diffusion constant of 2.14 cm2s−1 at a low electric field and of 0.25 cm2s−1 at a high electric field. Finally, weshow that Al4SiC4 has a critical field of 1831 kVcmsemiconductor crystals are used that had previously been grown at IMGP, one by solution grown and the other by crucible melt. Three different experiments are performed on them; (1) UV, IR and Vis Spectroscopy, (2) X-ray Photo Spectroscopy, and (3) Two- and four-probe measurements where metal contact are grown on the crystals. Here we have found a bandgap of 2.78 ± 0.02 eV UV, IR and Vis Spectroscopy and a thick oxide layer on the samples using XPS. Unfortunately the Two- and four-probe measurements failed to give any results other than noise, most likely due to the thick oxide layer that was found on the samples.In the device simulations, a commercial software Atlas by Silvaco is utilized to predict performance of heterostructure devices, with gates lengths of 5 μm, 2 μm and 1 μm, made possible by the ternary carbide in a combination with SiC. The 5 μm gate length SiC/Al4SiC4 heterostructure transistor delivers a maximum drain current of 1.68×10−4 A/μm, which increases to 2.44×10−4 A/μm and 3.50×10−4 A/μm for gate lengths of 2 μm and 1 μm, respectively. The device breakdown voltage is 59.0 V which reduces to 31.0 V and to 18.0 V for the scaled 2 μm and the 1 μm gate length transistors. The scaled down 1 μm gate length device switches faster because of the higher transconductance of6.51×10−5 S/μmcomparedtoonly1.69×10−6 S/μmforthelargestdevice.Finally,a sub-threshold slope of the scaled devices is 197.3 mV/dec, 97.6 mV/dec, and 96.1 mV/dec for gate lengths of 5 μm, 2 μm, and 1 μm, respectively

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El, Haddad Rami. "Méthodes quasi-Monte Carlo de simulation des chaînes de Markov." Chambéry, 2008. http://www.theses.fr/2008CHAMS062.

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Abstract:

Les méthodes de Monte Carlo (MC) sont des méthodes probabilistes basées sur l'utilisation des nombres aléatoires dans des simulations répétées afin d'estimer un paramètre. Leurs analogues déterministes sont appelées méthodes Quasi-Monte Carlo (QMC). Leur principe consiste à remplacer les points pseudo-aléatoires par des points quasi-aléatoires déterministes (ou points à discrépance faible). Dans cette thèse, nous proposons et analysons des algorithmes du type QMC pour la simulation des chaînes de Markov multidimensionnelles. Après avoir rappelé le principe et les propriétés des méthodes MC et QMC, nous introduisons quelques modèles financiers simples, qui serviront dans la suite pour tester l'efficacité des algorithmes proposés. Nous détaillons particulièrement des modèles où l'on connait la solution exacte, afin de pouvoir vérifier dans la suite la validité des méthodes d'approximation, et comparer leur efficacité. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la simulation des chaînes de Markov à espace d'états discret de dimension S. Nous proposons un schéma itératif QMC permettant l'approximation de la distribution de la chaîne à tout instant. Ce schéma utilise une suite (T,S+1) en base B pour les transitions. De plus, il faut ordonner les copies de la chaine suivant leurs composantes successives à chaque itération. Nous étudions la convergence du schéma en faisant des hypothèses sur la matrice de transition. Nous validons l'étude théorique par des expériences numériques issues de la finance. Les résultats obtenus permettent d'affirmer que le nouvel algorithme est plus efficace que le schéma MC traditionnel. Nous nous intéressons ensuite à la simulation des chaînes de Markov à espace d'états multidimensionnel continu. Nous proposons un schéma QMC d'approximation de la distribution de la chaîne à tout instant. Il utilise le même algorithme de tri des états simulés que dans le cas discret. Nous étudions la convergence de l'algorithme dans le cas unidimensionnel puis multidimensionnel en faisant des hypothèses supplémentaires sur les transitions. Nous illustrons la convergence de l'algorithme par des expériences numériques; leurs résultats montrent que l'approche QMC converge plus rapidement que la technique Monte Carlo. Dans la dernière partie, nous considérons le problème de l'équation de diffusion dans un milieu hétérogène. Nous utilisons une méthode de marche aléatoire en faisant une correction des pas Gaussiens. Nous mettons au point une variante QMC de cette méthode, en adaptant les idées utilisées pour la simulation des chaines de Markov. Nous testons l'efficacité de l'algorithme en dimensions 1, 2 et 3 sur un problème de diffusion d'ions calcium dans un milieu biologique. Dans toutes les expériences, les résultats des calculs QMC sont de meilleure qualité que ceux des simulations MC. Finalement, nous faisons un bilan du travail effectué et nous proposons quelques perspectives pour des travaux futurs Monte Carlo (MC) methods are probabilistic methods based on the use of random numbers in repeated simulations to estimate some parameter. Their deterministic versions are called Quasi-Monte Carlo (QMC) methods. The idea is to replace pseudo-random points by deterministic quasi-random points (also known as low-discrepancy point sets or sequences). In this work, we propose and analyze QMC-based algorithms for the simulation of multidimensional Markov chains. The quasi-random points we use are (T,S)-sequences in base B. After recalling the principles of MC and QMC methods and their main properties, we introduce some plain financial models, to serve in the following as numerical examples to test the convergence of the proposed schemes. We focus on problems where the exact solution is known, in order to be able to compute the error and to compare the efficiency of the various schemes In a first part, we consider discrete-time Markov chains with S-dimensional state spaces. We propose an iterative QMC scheme for approximating the distribution of the chain at any time. The scheme uses a (T,S+1)-sequence in base b for the transitions. Additionally, one needs to re-order the copies of the chain according to their successive components at each time-step. We study the convergence of the scheme by making some assumptions on the transition matrix. We assess the accuracy of the QMC algorithm through financial examples. The results show that the new technique is more efficient than the traditional MC approach. Then, we propose a QMC algorithm for the simulation of Markov chains with multidimensional continuous state spaces. The method uses the same re-ordering step as in the discrete setting. We provide convergence results in the case of one dimensional chains and then in the case of multidimensional chains, by making additional assumptions. We illustrate the convergence of the algorithm through numerical experiments. The results show that the new method converges faster than the MC algorithm. In the last part, we consider the problem of the diffusion equation in a spatially nonhomogeneous medium. We use a random walk algorithm, in conjunction with a correction of the Gaussian Steplength. We write a QMC variant of the algorithm, by adapting the principles seen for the simulation of the Markov chains. We test the method in dimensions 1, 2 and 3 on a problem involving the diffusion of calcium ions in a biological medium. In all the simulations, the results of QMC computations show a strong improvement over MC outcomes. Finally, we give some perspectives and directions for future work

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Mertz, Helene. "Modélisation des réactions chimiques dans un code de simulation par la méthode Monte Carlo." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLV012/document.

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Abstract:

Les méthodes Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) sont utilisées par Ariane group pour calculer les torseurs d'efforts aérodynamiques et les flux thermiques sur les engins spatiaux pour des écoulements hypersoniques en milieu raréfié.Afin de pouvoir caractériser la dislocation des étages de lanceurs et donc l'empreinte de retombée de débris, une modélisation précise des mécanismes générateurs de flux thermiques est nécessaire. Les réactions chimiques étant dimensionnantes pour le calcul du flux thermique, l'objectif de cette thèse est de développer l'outil de calcul avec la méthode DSMC nommé IEMC de manière à pouvoir prendre en compte les écoulements réactifs.Deux modèles de chimie sont mis en place pour pouvoir prendre en compte la totalité des réactions. Après leur vérifications sur des cas élémentaires, ils sont appliqués et validés sur des cas tests de rentrée pour différentes atmosphères. Les différents modèles considérés sont testés afin d'évaluer leur influence. Les modèles de chimie dépendent de nouveaux paramètres d'entrée, dont les valeurs numériques sont incertaines. Une étude de quantification de leur incertitude est menée et a permis de vérifier que les grandeurs de sorties de la simulation avec un écoulement réactif, notamment le flux thermique, n'est que peu impacté par ces paramètres incertains Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) methods are used in Ariane group to compute aerodynamic forces and moments and heat fluxes on space objects for hypersonic flows in rarefied regimes.To caracterise the dislocation of the stages and the debris footprints, a precise modelisation of the mechanism that contribute to the heat flux is necessary. The contribution of the chemical reactions is important for the determination of the heat flux. The purpose of this thesis is to develop the in house IEMC tool using the DSMC method so that it can compute reactive flows.The different steps of the developments are presented in this work. The first step is the presentation, implementation and verification of two different chemistry models. They are validated for simulations on real test cases. Different models are tested in order to evaluate their effect. Chemical models implemented in the code depend on new input parameters, whose numerical data are uncertain. Using a uncertainty quantification study, it is shown that the output data of the reactive simulation, especially the heat flux, is weakly impacted by the tested uncertain parameters

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Pistrui-Maximean, Simona Anca. "Modeling and simulation of the response of scintillation screens for X-ray imaging." Lyon, INSA, 2007. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2006ISAL0094/these.pdf.

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Abstract:

This thesis is dedicated to the study of the response of scintillator screens used in X-ray imaging, using a modeling/simulation approach based on the Monte Carlo code Geant4. This approach permits to investigate the diversity of the physics processes involved (X-ray photon, electron and visible photon interactions). After a review of the state of the art concerning the properties of scintillators, as well as their modeling, we show that the results of our simulation tool are in agreement with Swank's analytical model, which expresses the Modulation Transfer Function (MTF) in simple cases. Monte Carlo simulation makes it possible to highlight the role played by each physics process: slight degradation of the spatial response by electron processes and significant improvement caused by the absorption and scattering of visible photons. Experimental validations are performed on commercial screens with an X-ray beam collimated by an uranium slit. After the adjustment of optical coefficients using the stochastic gradient technique, we show that the simulated and measured spatial responses are in close agreement with the different energies of the radiation beam. In the last part of this research work, we study the role (in terms of efficiency and spatial resolution) of metallic or plastic layers serving as support. At given sensitivity, the reinforcing effect of the support layer permits to reduce the scintillator thickness with no significant degradation of the spatial resolution Cette thèse est consacrée à l'étude de la réponse des écrans scintillateurs utilisés en imagerie par rayons X, à l'aide d'une approche de modélisation/simulation basée sur le code de Monte Carlo Geant4. Cette approche permet de prendre en compte la diversité des processus physiques mis en jeu (interactions des photons X, électrons et photons visibles). Après une synthèse sur l'état de l'art concernant les propriétés des scintillateurs, ainsi que leur modélisation, nous montrons tout d'abord que les résultats fournis par notre outil de simulation sont en adéquation avec le modèle analytique de Swank qui explicite la fonction de transfert de modulation (FTM) dans des cas simples. La simulation Monte Carlo permet d'isoler le rôle joué par chacun des processus physiques mis en jeu : dégradation mineure de la réponse spatiale par les processus électroniques et amélioration sensible causée par l'absorption et la diffusion des photons visibles. Des validations expérimentales sont effectuées sur des écrans scintillateurs commerciaux à l'aide d'un faisceau X collimaté par une fente en uranium. Après une étape d'estimation des coefficients optiques par la technique du gradient stochastique, nous montrons que les réponses spatiales simulée et mesurée s'accordent pour différentes énergies du rayonnement. Dans la dernière partie de cette recherche, nous étudions le rôle (en termes d'efficacité et de résolution spatiale) de couches métalliques ou plastiques servant de support au scintillateur. À sensibilité égale, l'effet renforçateur du substrat permet de réduire l'épaisseur du scintillateur sans dégradation notable de la résolution spatiale

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Saggadi, Samira. "Simulation d'évènements rares par Monte Carlo dans les réseaux hautement fiables." Thesis, Rennes 1, 2013. http://www.theses.fr/2013REN1S055.

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Abstract:

Le calcul de la fiabilité des réseaux est en général un problème NP-difficile. On peut par exemple s’intéresser à la fiabilité des systèmes de télécommunications où l'on veut évaluer la probabilité qu’un groupe sélectionné de nœuds peuvent communiquer. Dans ce cas, un ensemble de nœuds déconnectés peut avoir des conséquences critiques, que ce soit financières ou au niveau de la sécurité. Une estimation précise de la fiabilité est ainsi nécessaire. Dans le cadre de ce travail, on s'intéresse à l’étude et au calcul de la fiabilité des réseaux hautement fiables. Dans ce cas la défiabilité est très petite, ce qui rend l’approche standard de Monte Carlo inutile, car elle nécessite un grand nombre d’itérations. Pour une bonne estimation de la fiabilité des réseaux au moindre coût, nous avons développé de nouvelles techniques de simulation basées sur la réduction de variance par échantillonnage préférentiel Network reliability determination, is an NP-hard problem. For instance, in telecommunications, it is desired to evaluate the probability that a selected group of nodes communicate or not. In this case, a set of disconnected nodes can lead to critical financials security consequences. A precise estimation of the reliability is, therefore, needed. In this work, we are interested in the study and the calculation of the reliability of highly reliable networks. In this case the unreliability is very small, which makes the standard Monte Carlo approach useless, because it requires a large number of iterations. For a good estimation of system reliability with minimum cost, we have developed new simulation techniques based on variance reduction using importance sampling

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Saucier, Marie Annie. "Développement d'un outil de simulation par Monte Carlo du rayonnement diffusé en tomodensitométrie." Master's thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/31391.

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Abstract:

L’objectif de ce projet est de créer un programme logiciel permettant de corriger le rayonnement diffusé dans une acquisition tomodensitométrique à géométrie conique. Pour ce faire, une simulation Monte Carlo est utilisée pour estimer le rayonnement diffusé, ce qui consiste à reproduire numériquement un examen en tomodensitométrie. Ce projet a été divisé en deux sections : la validation de la physique pour ce programme spécifique et le développement logiciel du programme. La validation consistait à reproduire les résultats obtenus avec Geant4 avec GPUMCD. Geant4, la plateforme de référence, et GPUMCD, la plateforme à l’étude, sont deux librairies logicielles pour la simulation numérique du transport de particules à travers la matière utilisant les calculs Monte Carlo. Les éléments étudiés sont les sections efficaces, les matériaux, l’algorithme de diffusion Rayleigh et l’algorithme de diffusion Compton. Bien que quelques erreurs persistent dans la physique de GPUMCD, une nette amélioration des résultats entre GPUMCD et Geant4 a été obtenue. La différence entre les deux simulations qui était supérieure à 100% pour une géométrie complexe est passée sous la barre du 10%. De plus, il a été possible d’identifier quelques autres causes telles qu’une différence dans la définition des modèles physiques, et ce, plus précisément dans l’algorithme de diffusion Compton. En ce qui concerne la seconde partie du projet, bien que la correction n’a pu être effectuée pour une reconstruction, tous les éléments ont été implémentés pour estimer le rayonnement diffusé pour une géométrie de patient provenant de données cliniques d’une reconstruction tomodensitométrique. Les paramètres et les stratégies étudiés dans le but d’optimiser le temps de calculs tout en conservant la justesse des résultats sont : le traçage de rayons, le lissage gaussien du rayonnement diffusé, la réduction du nombre de pixels sur le détecteur, l’interpolation des projections, la symétrie et la réduction de nombre de voxels dans le patient. De plus, en considérant une correction de haute qualité, soit 2% d’erreur et moins par stratégie implémentée, on obtient un temps de simulation de moins de 2 minutes sur une GPU Nvidia Titan X. Pour une simulation dite de basse qualité, soit 5% d’erreur et moins par stratégie implémentée, on obtient un temps d’exécution de moins de 15 s par simulation. Cela correspond à des temps cliniquement acceptables si le patient doit attendre sur la table. The goal of this project is to develop an application to correct the scattered radiation in a cone beam computed tomography scan (CBCT). A Monte Carlo simulation is used to estimate the scattered radiation which is a numerical replication of a CBCT acquisition. This project has been divided into two sections : the validation of the physics for this specific application and the development of the application. The validation consisted in reproducing the results obtained with Geant4 in GPUMCD. Geant4 is the reference platform and GPUMCD is the platform studied. Both are Monte Carlo simulators of the passage of particles through matter.The elements studied are the cross sections, the materials, the Rayleigh scattering algorithm and the Compton scattering algorithm. Although some errors are still present, a great improvement of the results between GPUMCD and Geant4 was obtained. The difference between the two simulations was greater than 100 % for complex geometries and dropped below 10% after corrections of the physics. In addition, it was possible to identify some other problems such as a theoretical difference in the Compton scattering algorithms. Regarding the second part of the project, although the correction could not be implemented in a reconstruction, all elements are present to estimate the scattered radiation for an actual CBCT reconstruction. The parameters and strategies studied in order to optimize the computation time while maintaining the accuracy of the results are : ray tracing, Gaussian smoothing of scattered radiation, reduction of the number of pixels on the detector, interpolation of between the simulated projections, symmetry and reduction of number of voxels in the patient. In addition, considering a correction of high quality is 2 % error and less per implemented strategy, a simulation time of less than 2 minutes is obtained. For a low quality simulation (5% error and less per parameter), a simulation time of less than 15 seconds per simulation was obtained. Those are clinically acceptable simulation times.

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Xiao, Yi-Jun. "Contribution aux méthodes arithmétiques pour la simulation accélérée." Marne-la-vallée, ENPC, 1990. http://www.theses.fr/1990ENPC9031.

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Abstract:

Cette thèse porte sur les irrégularités de distribution de suites à une ou plusieurs dimensions et sur leurs applications a l'intégration numérique. Elle comprend trois parties. La première partie est consacrée aux suites unidimensionnelles: estimations de la diaphonie de la suite de van der corput à partir de l'étude des sommes exponentielles et étude des suites (n). La deuxième partie porte sur quelques suites classiques en dimension plus grande que une (suites de Fame, suites de Halton). La troisième partie, consacrée aux applications à l'intégration contient de nombreux résultats numériques, permettant de comparer l'efficacité de suites

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Jaillon, Franck. "Caractérisation optique des milieux diffusants : simulation Monte Carlo et mesures en rétrodiffusion polarisée." Lyon 1, 2003. http://www.theses.fr/2003LYO10055.

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Abstract:

Le problème de la caractérisation optique des milieux turbides en régime statique est ici abordé dans le cas où la nature vectorielle de la lumière est considérée. Une mesure du coefficient de diffusion réduit et celui d'absorption est accessible à l'aide de l'analyse de la réflectance en lumière non polarisée. Mais cette réflectance est insensible au coefficient de diffusion qui est porteur d'informations structurelles microscopiques. Une question se pose : "la polarisation apporte-t-elle une information sur le coefficient d'anisotropie g du milieu sondé ?". Un code suivant une méthode Monte Carlo a donc été écrit de façon à pouvoir retracer les interactions d'une onde lumineuse polarisée avec un milieu stratifié contenant des diffuseurs de Mie. Un outil expérimental a aussi été développé afin de réaliser une comparaison avec ces simulations. On s'est ici intéressé aux modifications géométriques et d'intensité induites dans le cas de deux composantes du vecteur de Stokes rétrodiffusé.

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Thiam, Cheik Oumar. "Dosimétrie en radiothérapie et curiethérapie par simulation Monte-Carlo GATE sur grille informatique." Clermont-Ferrand 2, 2007. http://www.theses.fr/2007CLF21771.

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Abstract:

Les traitements de radiothérapie nécessitent la délivrance d'une dose précise au niveau de la tumeur et une bonne connaissance de la dose dans les zones avoisinantes. Ce calcul, habituellement réalisé par les TPS, exige des outils précis et rapides. La plate-forme de simulation Monte-Carlo GATE, basée sur le code GEANT4, offre un outil performant pour les applications de la médecine nucléaire mais aussi des fonctionnalités permettant de faire des calculs dosimétriques de façon fiable et rapide. Dans cette thèse, deux études ont été menées en parallèle : la validation de la plate-forme GATE pour la modélisation de sources d'électrons et de photons de basse énergie et l'exploitation optimisée des infrastructures de grille informatique pour réduire les temps de calculs des simulations. GATE a été validé pour le calcul de points kernels de dose d'électrons mono-énergétiques et comparé avec les résultats d'autres études Monte-Carlo. Une étude détaillée a été faite sur la gestion du dépôt d'énergie au cours du transport des électrons dans GEANT4. Nous nous sommes intéressés aussi à la validation de GATE concernant le dépôt de dose de photons de très basse énergie (inférieure 35 keV). Pour cela, trois modèles de sources radioactives utilisées en curiethérapie et contenant de l'iode 125 (modèle 2301 de Best Medical International , Symmetra de UroMed/ Bebig et 6711 d'Amersham) ont été simulés. Plusieurs caractéristiques dosimétriques ont été étudiées selon les recommandations du groupe de travail n°43 de l'AAPM (American Association of Physicists in Medecine). Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre GATE et les études prises comme référence et recommandées par l'AAPM. L'utilisation de simulations Monte-Carlo dans les applications médicales pour une meilleure définition de la dose déposée dans un volume tumoral, nécessite des temps de calculs longs. Afin de réduire ces temps, nous avons exploité l'infrastructure de la grille EGEE sur laquelle nos simulations sont distribuées en utilisant des techniques novatrices pour la prise en compte de l'état de la grille de calcul. Les temps nécessaires pour la simulation d'une radiothérapie utilisant des électrons ont été réduits jusqu'à un facteur de 30. Une plate-forme web basée sur le portail GENIUS a été développée pour rendre accessible de façon simple toutes les modalités de soumission et de gestion des simulations ainsi que la gestion de données médicales (informations sur les patients, images CT, IRM. . . ) sur les ressources de la grille. L'objectif final visé est de faire de GATE un outil fiable et utilisé en clinique pour des planifications de traitements de radiothérapie avec des temps de calculs acceptables (pas plus de 12 heures de calcul)

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Fakhereddine, Rana. "Méthodes de Monte Carlo stratifiées pour l'intégration numérique et la simulation numériques." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENM047/document.

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Abstract:

Les méthodes de Monte Carlo (MC) sont des méthodes numériques qui utilisent des nombres aléatoires pour résoudre avec des ordinateurs des problèmes des sciences appliquées et des techniques. On estime une quantité par des évaluations répétées utilisant N valeurs et l'erreur de la méthode est approchée par la variance de l'estimateur. Le présent travail analyse des méthodes de réduction de la variance et examine leur efficacité pour l'intégration numérique et la résolution d'équations différentielles et intégrales. Nous présentons d'abord les méthodes MC stratifiées et les méthodes d'échantillonnage par hypercube latin (LHS : Latin Hypercube Sampling). Parmi les méthodes de stratification, nous privilégions la méthode simple (MCS) : l'hypercube unité Is := [0; 1)s est divisé en N sous-cubes d'égale mesure, et un point aléatoire est choisi dans chacun des sous-cubes. Nous analysons la variance de ces méthodes pour le problème de la quadrature numérique. Nous étudions particulièrment le cas de l'estimation de la mesure d'un sous-ensemble de Is. La variance de la méthode MCS peut être majorée par O(1=N1+1=s). Les résultats d'expériences numériques en dimensions 2,3 et 4 montrent que les majorations obtenues sont précises. Nous proposons ensuite une méthode hybride entre MCS et LHS, qui possède les propriétés de ces deux techniques, avec un point aléatoire dans chaque sous-cube et les projections des points sur chacun des axes de coordonnées également réparties de manière régulière : une projection dans chacun des N sousintervalles qui divisent I := [0; 1) uniformément. Cette technique est appelée Stratification Sudoku (SS). Dans le même cadre d'analyse que précédemment, nous montrons que la variance de la méthode SS est majorée par O(1=N1+1=s) ; des expériences numériques en dimensions 2,3 et 4 valident les majorations démontrées. Nous présentons ensuite une approche de la méthode de marche aléatoire utilisant les techniques de réduction de variance précédentes. Nous proposons un algorithme de résolution de l'équation de diffusion, avec un coefficient de diffusion constant ou non-constant en espace. On utilise des particules échantillonnées suivant la distribution initiale, qui effectuent un déplacement gaussien à chaque pas de temps. On ordonne les particules suivant leur position à chaque étape et on remplace les nombres aléatoires qui permettent de calculer les déplacements par les points stratifiés utilisés précédemment. On évalue l'amélioration apportée par cette technique sur des exemples numériques Nous utilisons finalement une approche analogue pour la résolution numérique de l'équation de coagulation, qui modélise l'évolution de la taille de particules pouvant s'agglomérer. Les particules sont d'abord échantillonnées suivant la distribution initiale des tailles. On choisit un pas de temps et, à chaque étape et pour chaque particule, on choisit au hasard un partenaire de coalescence et un nombre aléatoire qui décide de cette coalescence. Si l'on classe les particules suivant leur taille à chaque pas de temps et si l'on remplace les nombres aléatoires par des points stratifiés, on observe une réduction de variance par rapport à l'algorithme MC usuel Monte Carlo (MC) methods are numerical methods using random numbers to solve on computers problems from applied sciences and techniques. One estimates a quantity by repeated evaluations using N values ; the error of the method is approximated through the variance of the estimator. In the present work, we analyze variance reduction methods and we test their efficiency for numerical integration and for solving differential or integral equations. First, we present stratified MC methods and Latin Hypercube Sampling (LHS) technique. Among stratification strategies, we focus on the simple approach (MCS) : the unit hypercube Is := [0; 1)s is divided into N subcubes having the same measure, and one random point is chosen in each subcube. We analyze the variance of the method for the problem of numerical quadrature. The case of the evaluation of the measure of a subset of Is is particularly detailed. The variance of the MCS method may be bounded by O(1=N1+1=s). The results of numerical experiments in dimensions 2,3, and 4 show that the upper bounds are tight. We next propose an hybrid method between MCS and LHS, that has properties of both approaches, with one random point in each subcube and such that the projections of the points on each coordinate axis are also evenly distributed : one projection in each of the N subintervals that uniformly divide the unit interval I := [0; 1). We call this technique Sudoku Sampling (SS). Conducting the same analysis as before, we show that the variance of the SS method is bounded by O(1=N1+1=s) ; the order of the bound is validated through the results of numerical experiments in dimensions 2,3, and 4. Next, we present an approach of the random walk method using the variance reduction techniques previously analyzed. We propose an algorithm for solving the diffusion equation with a constant or spatially-varying diffusion coefficient. One uses particles, that are sampled from the initial distribution ; they are subject to a Gaussian move in each time step. The particles are renumbered according to their positions in every step and the random numbers which give the displacements are replaced by the stratified points used above. The improvement brought by this technique is evaluated in numerical experiments. An analogous approach is finally used for numerically solving the coagulation equation ; this equation models the evolution of the sizes of particles that may agglomerate. The particles are first sampled from the initial size distribution. A time step is fixed and, in every step and for each particle, a coalescence partner is chosen and a random number decides if coalescence occurs. If the particles are ordered in every time step by increasing sizes an if the random numbers are replaced by statified points, a variance reduction is observed, when compared to the results of usual MC algorithm

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Minvielle-Larrousse, Pierre. "Méthodes de simulation stochastique pour le traitement de l’information." Thesis, Pau, 2019. http://www.theses.fr/2019PAUU3005.

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Abstract:

Lorsqu’une grandeur d’intérêt ne peut être directement mesurée, il est fréquent de procéder à l’observation d’autres quantités qui lui sont liées par des lois physiques. Ces quantités peuvent contenir de l’information sur la grandeur d’intérêt si l’on sait résoudre le problème inverse, souvent mal posé, et inférer la valeur. L’inférence bayésienne constitue un outil statistique puissant pour l’inversion, qui requiert le calcul d’intégrales en grande dimension. Les méthodes Monte Carlo séquentielles (SMC), aussi dénommées méthodes particulaires, sont une classe de méthodes Monte Carlo permettant d’échantillonner selon une séquence de densités de probabilité de dimension croissante. Il existe de nombreuses applications, que ce soit en filtrage, en optimisation globale ou en simulation d’évènement rare. Les travaux ont porté notamment sur l’extension des méthodes SMC dans un contexte dynamique où le système, régi par un processus de Markov caché, est aussi déterminé par des paramètres statiques que l’on cherche à estimer. En estimation bayésienne séquentielle, la détermination de paramètres fixes provoque des difficultés particulières : un tel processus est non-ergodique, le système n’oubliant pas ses conditions initiales. Il est montré comment il est possible de surmonter ces difficultés dans une application de poursuite et identification de formes géométriques par caméra numérique CCD. Des étapes d’échantillonnage MCMC (Chaîne de Markov Monte Carlo) sont introduites pour diversifier les échantillons sans altérer la distribution a posteriori. Pour une autre application de contrôle de matériau, qui cette fois « hors ligne » mêle paramètres statiques et dynamiques, on a proposé une approche originale. Elle consiste en un algorithme PMMH (Particle Marginal Metropolis-Hastings) intégrant des traitements SMC Rao-Blackwellisés, basés sur des filtres de Kalman d’ensemble en interaction.D’autres travaux en traitement de l’information ont été menés, que ce soit en filtrage particulaire pour la poursuite d’un véhicule en phase de rentrée atmosphérique, en imagerie radar 3D par régularisation parcimonieuse ou en recalage d’image par information mutuelle When a quantity of interest is not directly observed, it is usual to observe other quantities that are linked by physical laws. They can provide information about the quantity of interest if it is able to solve the inverse problem, often ill posed, and infer the value. Bayesian inference is a powerful tool for inversion that requires the computation of high dimensional integrals. Sequential Monte Carlo (SMC) methods, a.k.a. interacting particles methods, are a type of Monte Carlo methods that are able to sample from a sequence of probability densities of growing dimension. They are many applications, for instance in filtering, in global optimization or rare event simulation.The work has focused in particular on the extension of SMC methods in a dynamic context where the system, governed by a hidden Markov process, is also determined by static parameters that we seek to estimate. In sequential Bayesian estimation, the determination of fixed parameters causes particular difficulties: such a process is non-ergodic, the system not forgetting its initial conditions. It is shown how it is possible to overcome these difficulties in an application of tracking and identification of geometric shapes by CCD digital camera. Markov Monte Carlo Chain (MCMC) sampling steps are introduced to diversify the samples without altering the posterior distribution. For another material control application, which mixes static and dynamic parameters, we proposed an original offline approach. It consists of a Particle Marginal Metropolis-Hastings (PMMH) algorithm that integrates Rao-Blackwellized SMC, based on a bank of interacting Ensemble Kalman filters.Other information processing works has been conducted: particle filtering for atmospheric reentry vehicle tracking, 3D radar imaging by sparse regularization and image registration by mutual information

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Thauvoye, Christophe. "Simulation numérique d'écoulements turbulents réactifs par une méthode hybride à fonction densité de probabilité transportée." Poitiers, 2005. http://www.theses.fr/2005POIT2276.

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Abstract:

Ce travail s'inscrit dans le cadre des études sur la simulation numérique des écoulements turbulents réactifs. Il a pour objet l'étude d'une méthode hybride basée sur l'utilisation conjointe d'une méthode lagrangienne à Fonction Densité de Probabilité (PDF) transportée et d'une méthode eulérienne de résolution des équations moyennées (RANS). La première partie est consacrée à la description des méthodes RANS et de l'approche à PDF transportée. Cette dernière est particulièrement détaillée : cela permet de mettre en avant les avantages et les inconvénients de cette approche. Dans ce contexte, on insiste sur les aspects liés à la modélisation et à la résolution de l'équation de transport de la PDF. Sa résolution s'appuie couramment sur des simulations numériques de type Monte-Carlo. On montre également comment la nature statistique des méthodes de Monte-Carlo induit des difficultés numériques qui ont conduit à l'élaboration de méthodes hybrides associant méthode RANS et approche à PDF transportée. Dans la seconde partie de cette étude, les aspects théoriques et numériques des méthodes hybrides sont alors détaillés en particulier le modèle PEUL+ développé à l'ONERA. Une nouvelle procédure de couplage de type instationnaire est proposée. Elle améliore la stabilité et la précision du modèle par rapport à la procédure de couplage stationnaire. Elle est ensuite testée et validée sur deux configurations : tout d'abord sur une flamme non prémélangée méthane-air stabilisée par une flamme pilote puis sur une flamme de prémélange dans un élargissement brusque symétrique This work concerns the field of numerical simulation of turbulent reactive flows. The aim of this work is to study a hybrid method based on the use of a lagrangian transported Probability Density Function (PDF) method coupled with a eulerian method which solves the Reynolds Averaged Navier-Stokes equations (R. A. N. S). The first part is devoted to the description of the RANS and the transported PDF methods. The latter is more precisely detailed : it allows to highlight both advantages and drawbacks of the two approaches. In this context, we will develop all the aspects related to the modelling and resolution of the transported joint PDF equation. Its resolution generally uses a Monte-Carlo numerical simulation. We also show how the statistical nature of Monte-Carlo methods induces numerical difficulties, which led to the development of hybrid methods associating RANS method with a transported PDF approach. In the second part of this study, theoretical and numerical aspects of the hybrid methods are detailed, and more precisely the PEUL+ model developed at ONERA. A new – instationary – way of coupling is proposed. It improves the stability and precision of the model in comparison with the stationary way of coupling. It is then tested and validated on two configurations : a methane-air nonpremixed flame stabilised by a piloted flame ; and a premixed flame in a sudden symmetric plane expansion

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Ferre, Marjorie. "Études dosimétriques en curiethérapie par simulation Monte Carlo PENELOPE et MCNPX et par mesures in vivo." Nice, 2012. http://www.theses.fr/2012NICE4046.

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Abstract:

L’utilisation du formalisme TG43 est courante dans la plupart des Systèmes de Planification de Traitement (SPT) dédiés à la curiethérapie. Les grandeurs physiques issues de ce formalisme sont généralement obtenues à partir de simulations Monte Carlo présentées sous forme d’abaques servant de référence. L’utilisation du code PENELOPE en curiethérapie est très récente. Sa jeunesse a justifié autant notre choix que son absence de la littérature. Notre choix s’est porté sur PENELOPE pour différentes raisons. La première est que sa physique est plus récente assurant une meilleure précision des résultats. La deuxième s’appuie sur l’ouverture du code permettant la maîtrise de l’ensemble des processus de la simulation. Ainsi, un des objectifs de nos travaux a consisté à montrer le potentiel que peut avoir ce code afin d’enrichir des données caractérisant les sources de rayonnement de curiethérapie. Le code MCNPX a été utilisé en parallèle afin de valider les résultats des simulations avec Pénélope. Les géométries de deux modèles de sources d’Ir 192 utilisés en curiethérapie, Microselectron HDR v2 et Flexisource, à haut débit de Dose (HDD) ont été modélisées avec les deux codes de calcul. Pour les deux modèles de source, les résultats de nos simulations ont été comparés à ceux obtenus dans des travaux antérieurs. Une bonne concordance des résultats à proximité des sources jusqu’à des distances inférieures à 4 cm est montrée. Les écarts entre les résultats observés au-delà de 4 cm résident dans les différences concernant les fonctions de dose radiale et d’anisotropie. La dernière partie de ce mémoire présente des travaux portant sur la réalisation de mesures de dose in vivo en curiethérapie HDD. Des mesures sur fantômes et sur patientes ont été réalisées pour deux localisations (gynécologie et sein). Nous avons utilisé trois types de dosimétries, les détecteurs thermoluminescents, les diodes et les MOSFETs. Dans cette étude, nous avons présenté les avantages et inconvénients de chaque type de dosimètre. Au regard des données issues de cette étude, nous avons trouvé que le MOSFET était le détecteur le plus adapté pour ces traitements, de par sa résolution spatiale, sa simplicité d’utilisation (lecture immédiate) et son faible encombrement ? Les résultats pour les mesures réalisées sur les patientes traitées pour un cancer du sein sont en accord avec ceux obtenus lors d’études antérieures. Dans le cas de traitements gynécologiques, l’utilisation d’un MOSFET comportant 5 points de détection est apparue comme étant plus pertinente car elle permet l’acquisition de profils de dose qui sont plus facilement interprétables que des mesures ponctuelles TG43 protocol is currently used by most of the treatment Planning Systems (TPS) dedicated to brachytherapy dose calculations. Most of the physical parameters used in this protocol are calculated by Monte Carlo (MC) codes which are considered as a reference in this field. PENELOPE code has been recently designed to do the same type of computations. Therefore it has never been used at the moment for that kind of work. This report aims to provide more experience and troubleshooting to the PENELOPE code. PENELOPE code has been selected for two specific reasons. First, PENELOPE’s algorithm uses state of art physical parameters which allows us to expect accurate results reflecting leading edge calculations in Brachytherapy. Second, the PENELOPE code is “open source”, which means the whole modeling process can be accessed and controlled by the user. In this study, PENELOPE’s computations have been each time compared against computations made with MCNPX, an older but robust calculation mode, to validate the results. Two High Dose Rate (HDR) source geometries are modelled with the MC models. Good agreement concerning dose calculation was found in all directions for a distance inferior to 4 cm from the source. Beyond this distance, discrepancies in the radial dose and anisotropic functions are found. The second part of this study concerns InVivo dosimetry in HDER brachytherapy. Measurements are done on phantoms and patients for two locations : cervix and breast. Three types of detectors were used and compared : MOSFET’s, Thermoluminescent Detectors (DTL) and Diodes. The results obtained with the three types of detectors are in agreement. However MOSFET appeared to be the most appropriate instrument due to its good spatial detectors on several patients agrees with other studies. For the cervix location, better agreement can be found with a linear array (five points) MOSFET. With this detector, dose profile is also available which provides more relevant results compared to single point MOSFET measurement

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Maigne, Lydia. "Personnalized dosimetry using GATE Monte Carlo simulations on a grid architecture." Clermont-Ferrand 2, 2005. http://www.theses.fr/2005CLF21607.

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Abstract:

Le but était d'optimiser la plate-forme de simulation Monte Carlo GATE ( Geant 4 Application for Tomographic Emission) pour fournir des planifications de traitements en dosimétrie précises, personnalisées et rapides. Une application à la curiethérapie oculaire est présentée. Une validation du logiciel GEANT4 est effectuée avec une modélisation de points sources émetteurs d'électrons. L'implémentation du processus de diffusion multiple doit être encore corrigé dans les prochaines versions de GEANT4. La transcription des unités Hounsfield en paramètres tissulaires est présentée pour une utilisation de GATE sur des images voxélisées. Les distributions de dose obtenues avec GATE pour les traitements de curiethérapie oculaire sont comparées et validées. Un déploiement de GATE sur grille de calcul est effectué, le gain en temps de calcul est très significatif. Un portail web d'accès convivial à la grille a été développé

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El, maalouf Joseph. "Méthodes de Monte Carlo stratifiées pour la simulation des chaines de Markov." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAM089.

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Abstract:

Les méthodes de Monte Carlo sont des méthodes probabilistes qui utilisent des ordinateurs pour résoudre de nombreux problèmes de la science à l’aide de nombres aléatoires. Leur principal inconvénient est leur convergence lente. La mise au point de techniques permettant d’accélérer la convergence est un domaine de recherche très actif. C’est l’objectif principal des méthodes déterministes quasi-Monte Carlo qui remplacent les points pseudo-aléatoires de simulation par des points quasi-aléatoires ayant une excellente répartition uniforme. Ces méthodes ne fournissent pas d’intervalles de confiance permettant d’estimer l’erreur. Nous étudions dans ce travail des méthodes stochastiques qui permettent de réduire la variance des estimateurs Monte Carlo : ces techniques de stratification le font en divisant le domaine d’échantillonnageen sous-domaines. Nous examinons l’intérêt de ces méthodes pour l’approximation des chaînes de Markov, la simulation de la diffusion physique et la résolution numérique de la fragmentation.Dans un premier chapitre, nous présentons les méthodes de Monte Carlo pour l’intégration numérique. Nous donnons le cadre général des méthodes de stratification. Nous insistons sur deux techniques : la stratification simple (MCS) et la stratification Sudoku (SS), qui place les points sur des grilles analogues à celle du jeu. Nous pressentons également les méthodesquasi-Monte Carlo qui partagent avec les méthodes de stratification certaines propriétés d'équipartition des points d’échantillonnage.Le second chapitre décrit l’utilisation des méthodes de Monte Carlo stratifiées pour la simulation des chaînes de Markov. Nous considérons des chaînes homogènes uni-dimensionnelles à espace d’états discret ou continu. Dans le premier cas, nous démontrons une réduction de variance par rapport `a la méthode de Monte Carlo classique ; la variance des schémas MCSou SS est d’ordre 3/2, alors que celle du schéma MC est de 1. Les résultats d’expériences numériques, pour des espaces d’états discrets ou continus, uni- ou multi-dimensionnels montrent une réduction de variance liée à la stratification, dont nous estimons l’ordre.Dans le troisième chapitre, nous examinons l’intérêt de la méthode de stratification Sudoku pour la simulation de la diffusion physique. Nous employons une technique de marche aléatoire et nous examinons successivement la résolution d’une équation de la chaleur, d’une équation de convection-diffusion, de problèmes de réaction-diffusion (équations de Kolmogorov et équation de Nagumo) ; enfin nous résolvons numériquement l’équation de Burgers. Dans chacun de ces cas, des tests numériques mettent en évidence une réduction de la variance due à l’emploi de la méthode de stratification Sudoku.Le quatrième chapitre décrit un schéma de Monte Carlo stratifie permettant de simuler un phénomène de fragmentation. La comparaison des performances dans plusieurs cas permet de constater que la technique de stratification Sudoku réduit la variance d’une estimation Monte Carlo. Nous testons enfin un algorithme de résolution d’un problème inverse, permettant d’approcher le noyau de fragmentation, à partir de résultats de l’évolution d’une distribution ;nous utilisons dans ce cas des points quasi-Monte Carlo pour résoudre le problème direct Monte Carlo methods are probabilistic schemes that use computers for solving various scientific problems with random numbers. The main disadvantage to this approach is the slow convergence. Many scientists are working hard to find techniques that may accelerate Monte Carlo simulations. This is the aim of some deterministic methods called quasi-Monte Carlo, where random points are replaced with special sets of points with enhanced uniform distribution. These methods do not provide confidence intervals that permit to estimate the errordone. In the present work, we are interested with random methods that reduce the variance of a Monte Carlo estimator : the stratification techniques consist of splitting the sampling area into strata where random samples are chosen. We focus here on applications of stratified methods for approximating Markov chains, simulating diffusion in materials, or solving fragmentationequations.In the first chapter, we present Monte Carlo methods in the framework of numerical quadrature, and we introduce the stratification strategies. We focus on two techniques : the simple stratification (MCS) and the Sudoku stratification (SS), where the points repartitions are similar to Sudoku grids. We also present quasi-Monte Carlo methods, where quasi-random pointsshare common features with stratified points.The second chapter describes the use of stratified algorithms for the simulation of Markov chains. We consider time-homogeneous Markov chains with one-dimensional discrete or continuous state space. We establish theoretical bounds for the variance of some estimator, in the case of a discrete state space, that indicate a variance reduction with respect to usual MonteCarlo. The variance of MCS and SS methods is of order 3/2, instead of 1 for usual MC. The results of numerical experiments, for one-dimensional or multi-dimensional, discrete or continuous state spaces show improved variances ; the order is estimated using linear regression.In the third chapter, we investigate the interest of stratified Monte Carlo methods for simulating diffusion in various non-stationary physical processes. This is done by discretizing time and performing a random walk at every time-step. We propose algorithms for pure diffusion, for convection-diffusion, and reaction-diffusion (Kolmogorov equation or Nagumo equation) ; we finally solve Burgers equation. In each case, the results of numerical tests show an improvement of the variance due to the use of stratified Sudoku sampling.The fourth chapter describes a stratified Monte Carlo scheme for simulating fragmentation phenomena. Through several numerical comparisons, we can see that the stratified Sudoku sampling reduces the variance of Monte Carlo estimates. We finally test a method for solving an inverse problem : knowing the evolution of the mass distribution, it aims to find a fragmentation kernel. In this case quasi-random points are used for solving the direct problem

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Chesneau, Héléna. "Estimation personnalisée de la dose délivrée au patient par l’imagerie embarquée kV-CBCT et réflexions autour de la prise en charge clinique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS059.

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Abstract:

Les protocoles de traitement du cancer par Radiothérapie Conformationnelle par Modulation d'Intensité (RCMI) ciblent avec une précision de plus en plus grande la tumeur. Pour cela, ils nécessitent des informations anatomiques précises du patient juste avant le traitement, qui peuvent d'être obtenues à l'aide de systèmes d'imagerie embarqués sur l'accélérateur linéaire médical délivrant le faisceau de traitement. Ces systèmes, composés d'un tube à rayons X et d'un détecteur 2D planaire, sont appelés kV-Cone Beam CT (kV-CBCT). Aujourd'hui, leur usage est très fortement répandu dans le cadre des traitements par RCMI. Cependant, ces examens kV-CBCT sont responsables d'une dose de rayonnements ionisants additionnelle qui est loin d'être négligeable et pouvant d'être à l'origine de l'apparition d'effets secondaires, tels que des cancers radio-induits chez les patients traités. Au cours de cette thèse, un simulateur basé sur la méthode de Monte-Carlo a été développé permettant ainsi d'estimer avec précision les doses délivrées aux organes lors des examens d'imagerie kV-CBCT. Cet outil a ensuite été utilisé afin d'étudier différentes stratégies de prise en compte clinique de ces doses additionnelles. L'étude présentée dans ce manuscrit propose notamment une méthode rapide d'estimation des niveaux de doses délivrés aux organes prenant en compte la morphologie de chaque patient. Cette stratégie a été développée à partir d'une cohorte de 50 patients incluant 40 enfants et 10 adultes. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec l'unité de physique médicale du Centre Eugène Marquis à Rennes qui a fourni les données cliniques nécessaires à l'étude Protocols for cancer treatment using intensity-modulated radiation therapy (IMRT) allow to target the tumor with an increased precision. They require accurate anatomical information of the patient just before the treatment, which can be obtained using on-board imaging systems mounted on the medical linear accelerator delivering the treatment beam. These systems, composed of an X-ray tube and a 2D planar detector, are called kV-Cone Beam CT (kV-CBCT). Nowadays, they are widely used in the context of IMRT treatments. However, these kV-CBCT examinations are also responsible for an additional dose of ionizing radiations which is far to be negligible and could be the cause for secondary effects, such as radiation-induced second cancers for treated patients. During this PhD work, a simulator based on the Monte Carlo method was developed in order to calculate accurately the doses delivered to organs during kV-CBCT examinations. Then, this tool was used to study several strategies to take in account for the imaging additional doses in clinical environment. The study reported here includes, in particular, a fast and personalized method to estimate the doses delivered to organs. This strategy was developed using a cohort of 50 patients including 40 children and 10 adults. This work has been done in collaboration with the medical physics unit of the Eugène Marquis medical center in Rennes, which has collected the clinical data used for this study

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Dubois, Vincent. "Simulations Monte Carlo de petits agrégats d'argent en solution aqueuse." Paris 11, 2002. http://www.theses.fr/2002PA112164.

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Nous avons étudié les petits agrégats d'argent en solution aqueuse à l'aide de simulations Monte Carlo couplées à un formalisme Valence-Bond. L'agrégation de l'argent en solution aqueuse a déjà été étudiée à l'aide de la radiolyse pulsée, mais le mécanisme de cette agrégation reste mal connu, en particulier les premières étapes. L'objectif de ce travail théorique a été de fournir des informations sur le processus d'agrégation. Nous nous sommes intéressés aux deux points suivants : Les potentiels redox des couples Agn+/Agn sont un paramètre essentiel de l'interprétation de nombreuses réactions, comme par exemple le développement photographique. Mais pour les petits agrégats, ces potentiels ne sont pas connus et ce travail a permis de proposer une valeur de la différence des potentiels redox entre n=1 et n=2. Dans le cadre de ces calculs de potentiels redox, nous avons comparé plusieurs méthodes de calcul d'énergie libre. Nous avons alors montré que la méthode des histogrammes multiples auto-cohérents est la mieux adaptée au cas de la mutation d'un neutre en cation. En s'appuyant sur des expériences de radiolyse pulsée, Heinglein et collaborateurs ont proposé la formation de Ag3(2+) au cours de l'agrégation de l'argent. La stabilité de Ag3(2+) peut paraître mystérieuse étant donné que la répulsion des charges est importante et que cet agrégat possède un seul électron de liaison. Nous nous sommes alors intéressés à Ag3(2+), mais en imposant des contraintes géométriques afin de limiter la complexité des potentiels. Ces premiers travaux ont montré d'une part que cet agrégat est stable en solution et d'autre part que la barrière d'énergie de formation est importante, la réaction Ag(+) + Ag2(+) --> Ag3(2+) semble donc impossible à température ambiante. Cependant, il reste encore des améliorations à apporter, et une simulation sans contraintes géométriques peut modifier cette conclusion We have studied silver clusters in aqueous solution with the help of Monte Carlo simulations coupled with a Valence-Bond formalism. Silver aggregation has already been investigated, but the mechanism of this aggregation remains poorly known, especially it's the first steps. The aim of this present theoretical work has been to provide informations on the process of aggregation. We have investigated the following two points: The redox potential of the couples Agn(+)/Agn is an essential parameter of the interpretation of numerous reactions, like the photographic development. The potentials of the small clusters are not known. We have evaluated the difference of the redox potential between n=1 and n=2. For the calculation of redox potentials, we have compared three methods of free energy calculation. We have shown that the self-consistent histograms method is the most reliable in the case of mutation from a neutral into a cation. With the help of pulse radiolysis, Heinglein and co-workers have proposed the formation of Ag3(2+). The formation of Ag3(2+) seems mysterious because this cluster displays a large charge repulsion and only one valence electron. We have studied Ag3(2+) in water with geometrical constraints to limit the complexity of the potential. These preliminary works show that on the one hand this cluster is metastable in solution and on the other hand that the formation energy barrier is important. Therefore the reaction Ag(+) + Ag2(+) --> Ag3(2+) seems impossible at room temperature. However, simulations without any constraints may change this conclusion

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Senegas, Julien. "Méthodes de Monte Carlo en Vision Stéréoscopique." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005637.

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Abstract:

Cette thèse a pour objet l'étude de l'incertitude attachée à l'estimation de la géometrie d'une scène à partir d'un couple stéréoscopique d'images. La mise en correspondance des points homologues d'un couple suppose la similarité locale des deux images et nécessite une information radiométrique discriminante. Dans de nombreuses situations cependant (déformations géométriques, bruit d'acquisition, manque de contraste, ....), ces hypothèses sont mises en défaut et les erreurs d'appariemment qui en résultent dépendent fortement de l'information contenue dans le couple et non du sytème stéréoscopique lui-meme. Afin d'aborder ce problème, nous proposons un cadre bayésien et l'application de méthodes de Monte Carlo par chaînes de Markov. Celles-ci consistent à simuler la distribution conditionnelle du champ de disparité connaissant le couple stéréoscopique et permettent de déterminer les zones où des erreurs importantes peuvent apparaitre avec une probabilité éventuellement faible. Différents modèles stochastiques sont comparés et testés a partir de scènes stéréoscopiques SPOT, et nous donnons quelques pistes pour étendre ces modèles à d'autres types d'images. Nous nous intéressons également au probleme de l'estimation des paramètres de ces modèles et proposons un certain nombre d'algorithmes permettant une estimation automatique. Enfin, une part importante du travail est consacrée à l'étude d'algorithmes de simulation reposant sur la théorie des chaînes de Markov. L'apport essentiel réside dans l'extension de l'algorithme de Metropolis-Hastings dans une perspective multi-dimensionnelle. Une application performante reposant sur l'utilisation de la loi gaussienne est donnée. De plus, nous montrons comment le recours à des techniques d'échantillonnage d'importance permet de diminuer efficacement le temps de calcul.

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Estecahandy, Maïder. "Méthodes accélérées de Monte-Carlo pour la simulation d'événements rares. Applications aux Réseaux de Petri." Thesis, Pau, 2016. http://www.theses.fr/2016PAUU3008/document.

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Abstract:

Les études de Sûreté de Fonctionnement (SdF) sur les barrières instrumentées de sécurité représentent un enjeu important dans de nombreux domaines industriels. Afin de pouvoir réaliser ce type d'études, TOTAL développe depuis les années 80 le logiciel GRIF. Pour prendre en compte la complexité croissante du contexte opératoire de ses équipements de sécurité, TOTAL est de plus en plus fréquemment amené à utiliser le moteur de calcul MOCA-RP du package Simulation. MOCA-RP permet d'analyser grâce à la simulation de Monte-Carlo (MC) les performances d'équipements complexes modélisés à l'aide de Réseaux de Petri (RP). Néanmoins, obtenir des estimateurs précis avec MC sur des équipements très fiables, tels que l'indisponibilité, revient à faire de la simulation d'événements rares, ce qui peut s'avérer être coûteux en temps de calcul. Les méthodes standard d'accélération de la simulation de Monte-Carlo, initialement développées pour répondre à cette problématique, ne semblent pas adaptées à notre contexte. La majorité d'entre elles ont été définies pour améliorer l'estimation de la défiabilité et/ou pour les processus de Markov. Par conséquent, le travail accompli dans cette thèse se rapporte au développement de méthodes d'accélération de MC adaptées à la problématique des études de sécurité se modélisant en RP et estimant notamment l'indisponibilité. D'une part, nous proposons l'Extension de la Méthode de Conditionnement Temporel visant à accélérer la défaillance individuelle des composants. D'autre part, la méthode de Dissociation ainsi que la méthode de ``Truncated Fixed Effort'' ont été introduites pour accroitre l'occurrence de leurs défaillances simultanées. Ensuite, nous combinons la première technique avec les deux autres, et nous les associons à la méthode de Quasi-Monte-Carlo randomisée. Au travers de diverses études de sensibilité et expériences numériques, nous évaluons leur performance, et observons une amélioration significative des résultats par rapport à MC. Par ailleurs, nous discutons d'un sujet peu familier à la SdF, à savoir le choix de la méthode à utiliser pour déterminer les intervalles de confiance dans le cas de la simulation d'événements rares. Enfin, nous illustrons la faisabilité et le potentiel de nos méthodes sur la base d'une application à un cas industriel The dependability analysis of safety instrumented systems is an important industrial concern. To be able to carry out such safety studies, TOTAL develops since the eighties the dependability software GRIF. To take into account the increasing complexity of the operating context of its safety equipment, TOTAL is more frequently led to use the engine MOCA-RP of the GRIF Simulation package. Indeed, MOCA-RP allows to estimate quantities associated with complex aging systems modeled in Petri nets thanks to the standard Monte Carlo (MC) simulation. Nevertheless, deriving accurate estimators, such as the system unavailability, on very reliable systems involves rare event simulation, which requires very long computing times with MC. In order to address this issue, the common fast Monte Carlo methods do not seem to be appropriate. Many of them are originally defined to improve only the estimate of the unreliability and/or well-suited for Markovian processes. Therefore, the work accomplished in this thesis pertains to the development of acceleration methods adapted to the problematic of performing safety studies modeled in Petri nets and estimating in particular the unavailability. More specifically, we propose the Extension of the "Méthode de Conditionnement Temporel" to accelerate the individual failure of the components, and we introduce the Dissociation Method as well as the Truncated Fixed Effort Method to increase the occurrence of their simultaneous failures. Then, we combine the first technique with the two other ones, and we also associate them with the Randomized Quasi-Monte Carlo method. Through different sensitivities studies and benchmark experiments, we assess the performance of the acceleration methods and observe a significant improvement of the results compared with MC. Furthermore, we discuss the choice of the confidence interval method to be used when considering rare event simulation, which is an unfamiliar topic in the field of dependability. Last, an application to an industrial case permits the illustration of the potential of our solution methodology

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Badirou, Mohamed Rilwanowlai. "Simulation Monte-Carlo en régimes statique et dynamique de HEMT de la filière InP." Lille 1, 1998. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1998/50376-1998-235.pdf.

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Abstract:

Les composants hemt (high electron mobility transistor) de la filiere inp presentent des potentialites tres interessantes pour le fonctionnement a tres haute frequence. Ils sont cependant limites par leur faible tenue en tension, liee a l'ionisation dans le canal gainas. Ce travail vise a mieux comprendre ces phenomenes. Dans ce but, nous avons utilise la simulation monte-carlo qui permet a la fois d'etudier les effets microscopiques lies au transport electronique et de determiner les performances des composants. Dans le premier chapitre, nous presentons le modele de simulation que nous avons developpe. Nous detaillons en particulier la description des contacts ohmiques, la prise en compte de l'ionisation par choc et le transport des trous generes. L'etude prealable des proprietes de transport dans les materiaux gainas, alinas et inp, de type n et p, fait l'objet du second chapitre. Dans le troisieme chapitre, nous examinons l'effet de l'ionisation par choc sur le fonctionnement des composants bases sur inp. Nous montrons que l'utilisation d'un canal mixte gainas/inp permet de reduire l'ionisation et donc d'ameliorer les performances. Le quatrieme et dernier chapitre de ce travail est consacre a l'etude des composants en regime dependant du temps. En regime sinusoidal petit signal, nous avons determine les performances hyperfrequences et discute la validite du schema equivalent. En regime grand signal, nous avons mis en evidence les effets non lineaires.

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Di, Lella Angela. "Méthodes de simulation moléculaire pour l'étude de la distribution des cations et de l'adsorption de molécules polaires dans les zéolithes." Paris 11, 2007. http://www.theses.fr/2007PA112303.

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Abstract:

Les propriétés d`adsorption des zéolithes sont étroitement corrélées à la position des cations extra-charpentes et à leur accessibilité aux molécules adsorbées. Cependant il est difficile de localiser précisement ces ions expérimentalement, surtout en présence d'eau. Nous avons donc utilisé la simulation moléculaire afin d'apporter de nouvelles informations sur la répartition des cations entre les différents sites cristallographiques de la faujasite. Dans un premier temps, nous nous sommes interessés à l'évolution de la distribution des ions sodium dans les zéolithes en fonction du rapport Si/Al et de la quantité d'eau adsorbée. L'introduction d'un nouveau biais statistique dans les simulations de Monte Carlo a permis d`accélérer notablement la convergence des calculs. Nous avons mis en évidence une hétéogénéité dans l'interaction eau-zéolithe et observé quatre sites d`adsorption d'eau différents. Cette étude a aidé à clarifier le mécanisme d`adsorption de l'eau dans les faujasites au sodium X et Y. Ce travail a ensuite été étendu à l'étude d'autres cations extra-charpentes. Ceci a nécessité la mise en place d'une méthodologie pour dériver des nouveaux paramètres pour le champ de force des cations. Les résultats obtenus permettent d'établir des prédictions sur les distributions cationiques et sur la thermodynamique de l'adsorption d'eau dans des faujasites totalement échangées mais aussi, et cela pour la première fois, pour des faujasites bicationiques Adsoprtion properties of zeolites are closely related to the position of nonframework cations and to their accessibility to adsorbed molecules. But it is often difficult to localise these cations experimentaly, all the more than water is present. We have thus used molecular simulations in order to obtain more complete informations on extraframework cation distribution among the different crystallographic sites. First, we have focused our attention on sodium cation distribution in faujasite as a function of Si:Al ratio and adsorbed water amount. The introduction of a new bias has efficently enhanced our Monte Carlo simulations. We have showed an interesting heterogenity in water-zeolite interaction and distinguished four different water adsorbed sites. This study has helped to clarify the water adsorption mechanism in sodium faujasites of both X and Y types. We have then extended this study to others cations. For this purpose, we have developed a methodology to derive new force-field parameters for a given cation. Our results have permitted to predict cationic distribution and water adsorption thermodynamics in both totally exchanged faujasites and, for the first time, in bicationic faujasites

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Sénégas, Julien. "Méthode de Monte Carlo en vision stéréoscopique : Application à l'étude de modèles numériques de terrain." Paris, ENMP, 2002. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00005637.

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Casarin, Roberto. "Méthodes de simulation pour l'estimation bayésienne des modèles à variables latentes." Paris 9, 2007. https://portail.bu.dauphine.fr/fileviewer/index.php?doc=2007PA090056.

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Abstract:

Les modèles à variables latentes sont très utilisées en économétrie et statistique. Cette thèse se concentre sur l'utilisation des variables latentes dans la modélisation des mélanges des lois, dans l'analyse des séries temporelles et dans les modèles à temps continue. On suit une approche bayésienne de l'inférence fondée sur simulation. La partie recherche a été développée dans quatre chapitres. Le Chapitre 3 propose un modèle de mélange des lois alpha-stables qui prennent en compte, l'asymétrie, les queues épaisses et la multimodalité qui caractérisent les données financières. Le Chapitre 4 propose un modèle à volatilité stochastique à changements de régime avec des innovations du type queues épaisses pour le processus observable. Nous utiliserons une méthode bayésienne de filtrage par simulation, pour filtrer les processus latents et pour estimer les paramètres inconnus. Le Chapitre 5 traite l'estimation de paramètres et l'extraction de la volatilité en utilisant un nouvel algorithme SMC régularisé. Le Chapitre 6 traite l'inférence bayèsienne par Population de Monte Carlo, d'une équation différentielle stochastique, observée à temps discret Latent variable models are now very common in econometrics and statistics. This thesis mainly focuses on the use of latent variables in mixture modelling, time series analysis and continuous time models. We follow a Bayesian inference framework based on simulation methods. In the third chapter we propose alfa-stable mixtures in order to account for skewness, heavy tails and multimodality in financial modelling. Chapter four proposes a Markov-Switching Stochastic-Volatility model with a heavy-tail observable process. We follow a Bayesian approach and make use of Particle Filter, in order to filter the state and estimate the parameters. Chapter five deals with the parameter estimation and the extraction of the latent structure in the volatilities of the US business cycle and stock market valuations. We propose a new regularised SMC procedure for doing Bayesian inference. In chapter six we employ a Bayesian inference procedure, based on Population Monte Carlo, to estimate the parameters in the drift and diffusion terms of a stochastic differential equation (SDE), from discretely observed data

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Angellier, Gaëlle. "Simulation Monte-Carlo d'une installation de protonthérapie avec le code GEANT4 : de la validation dosimétrique à l'application clinique." Nice, 2012. http://www.theses.fr/2012NICE4024.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire s’intéresse à la simulation Monte-Carlo de la ligne de protonthérapie ophtalmologique du Centre Antoine Lacassagne à Nice avec le code GEANT4. Il enrichit et complète de précédentes études menées avec le code MCNPX. Il participe également à la mise en œuvre d’un système de planification de traitement basé sur la simulation Monte-Carlo (ANR PROUESSE). Plusieurs développement ont été réalisés pour améliorer la vitesse de calcul des simulations : la programmation parallélisée, une segmentation adaptée du fantôme physique ou encore le recours à la création d’espace des phases. La validation des résultats issus de GEANT4 a été faite d’une part avec un autre code de simulation (MCNPX) pour les spectres énergétiques et angulaires et d’autre part avec des mesures expérimentales pour les caractéristiques dosimétriques. Les résultats de calcul pour les deux codes sont très proches et une bonne adéquation entre les résultats simulés et mesurés est également observée. Les parcours sont notamment reproduits à moins de 0. 2 mm près. L’influence du choix des options pour les interactions électromagnétiques et hadroniques disponibles dans la version GEANT4-9-3p02 a été étudiée. La simulation de la ligne de faisceau ainsi que l’usage de films radiochromiques EBT2 ont été exploités afin d’éclairer des interrogations cliniques sur l’irradiation du mélanome de la conjonctive. Il a été démontré que la réponse des films EBT2, corrigée pour sa dépendance au transfert d’énergie linéique donne des cartographies de dose d’une excellente résolution pour les faisceaux de protons. Les perturbations introduites par la diffusion coulombienne multiple dans le collimateur et les accessoires ont été mises en évidence par la simulation Monte-Carlo et confirmés par les mesures expérimentales. Le code Monte-Carlo GEANT4 est donc un outil prédictif de la dose délivrée parfaitement adapté à la protonthérapie de basse énergie The work covered by this thesis is about the Monte Carlo simulation of the ophthalmic protontherapy facility installed in Nice at the Centre Antoine Lacassagne with GEANT4. It relies on previous studies based upon the MCNPX Monte Carlo code. The purposes of the thesis is to complete the previous work realised on a specific Monte Carlo code (MCNPX) and to study the ability of treatment planning systems based upon Monte Carlo simulations (ANR PROUESSE). The focus was on simulations speed, parallel programming, sensitive volume segmentation or the use of state spaces. The validation of GEANT4 results was realised on the one hand with MCNPX results for the energetic and angular spectrum and on the other hand with experimental measurements for dosimetric computations. GEANT4 show very similar results with MCNPX simulations and experimental measurements. The depth dose is reproducted with a precision less than 0. 2 mm. The influence of electromagnetic and hadronic parameters available within the GEANT4-9-3p02 release was also studied. The proton beam line simulation and the use of EBT2 radiochromic films were used to answer clinical interrogations about the conjunctival melanoma. It was proved that the EBT2 films response (corrected for its linear energy transfer) presents dose plans with an excellent resolution for proton beams. The perturbations caused by the multiple scattering within the collimator and the accessories were highlighted by the Monte-Carlo simulations and confirmed by the experimental measurements. Therefore the GEANT4 Monte-Carlo code can be used as a predictive tool for computing the delivered dose by low energy protontherapy

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Palluotto, Lorella. "Prédiction du transfert radiatif au sein d’une flamme prémélangée swirlée à l’aide d’une méthode Quasi-Monte Carlo couplée à la simulation aux grandes échelles." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLC034/document.

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Abstract:

La prédiction des flux aux parois joue un rôle déterminant dans le cycle de vie des chambres de combustion. Le transfert de chaleur de la flamme aux parois est entraîné, outre la convection, également par le rayonnement des gaz chauds au sein de la chambre. Afin d’intégrer les contributions convectives et radiatives au flux pariétal il est nécessaire de résoudre simultanément l’équation de transfert radiatif et les équations régissant l’écoulement réactif. Quand les méthodes de Monte Carlo sont couplées aux simulations aux grandes échelles (LES), de telles simulations deviennent très coûteuses. L’objectif de cette thèse est donc d’investiguer une technique pour améliorer l’efficacité de la méthode MC, basée sur un mécanisme alternatif d’échantillonnage appelée intégration Quasi-Monte Carlo (QMC). Au cours de cette thèse, la méthode QMC a été couplée à une simulation LES dans une configuration où le rayonnement joue un rôle très important : la flamme méthane-air de la chambre Oxytec. La comparaison entre les simulations couplées et non couplées avec les données expérimentales montre que le rayonnement thermique a un impact sur la topologie de l’écoulement et de la flamme. Enfin, un bon accord est trouvé entre le flux de chaleur pariétal prédit par la simulation et les données expérimentales The prediction of wall fluxes is a significant aspect in the life cycle of combustors, since it allows to prevent eventual wall damages. Heat transfer from flame to the walls is driven, apart from convection, also by radiation of burnt gases inside the chamber. In order to correctly account for both convective and radiative contributions to wall fluxes, the simultaneous solution of the radiative transfer equation (RTE) and the governing equations for reactive flows is required. However, multi-physics simulations where MC methods are coupled to Large Eddy Simulation (LES), remain very costly. The purpose of this study is then to investigate improvements of MC methods, by using an alternative sampling mechanism for numerical integration usually referred to as Quasi-Monte Carlo (QMC) integration. In this study, QMC method is coupled to Large Eddy Simulation (LES) of a configuration where the radiation plays an important role: the methane-air flame investigated during the experimental campaign Oxytec. Coupled and non-coupled simulations are compared and their comparison with experimental data shows that thermal radiation has an impact on both flow and flame topology. Finally a good agreement is found between numerical wall fluxes and experimental conductive fluxes

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Garrelie, Florence. "Simulation Monte Carlo de l'expansion d'un panache plasma créé par ablation laser - Comparaison avec l'expérience." Limoges, 1998. http://www.theses.fr/1998LIMO0030.

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Abstract:

Ce travail concerne la mise au point d'une simulation par une approche monte carlo de l'expansion du panache plasma cree lors de l'interaction entre un faisceau laser u. V. Et une cible de cuivre. Il se divise en cinq parties : - le premier chapitre est consacre, d'une part a une presentation generale des methodes de monte carlo, et d'autre part a une description des phenomenes mis en jeu lors de l'interaction entre un faisceau laser impulsionnel et une cible solide. - le deuxieme chapitre constitue l'etude experimentale, par imagerie par camera c. C. D. Ultra-rapide et par spectroscopie optique d'emission, de l'expansion du plasma sous vide et sous atmosphere residuelle. Cette etude permet de quantifier le transport des particules evaporees et autorise une comparaison avec la simulation. - les chapitres 3 et 4 sont consacres a la simulation monte carlo de l'expansion du panache plasma : - le chapitre 3 concerne l'expansion du plasma sous vide. Une methode de simulation y est proposee et les phenomenes majeurs regissant le transport des particules y sont mis en evidence, par comparaison avec l'experience. - le chapitre 4 est, quant a lui, consacre a la simulation de l'expansion du plasma sous atmosphere residuelle non reactive. Le transport des particules est etudie en fonction des parametres de l'atmosphere residuelle (nature, pression). - enfin, nous presentons, dans le dernier chapitre, l'application de cette methode de simulation monte carlo a la realisation de couches minces et au micro-usinage par ablation laser.

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Zhang, Jin. "Radiation Monte Carlo approcah dedicated to the coupling with LES reactive simulation." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00594229.

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Abstract:

Radiative transfer plays an important role in turbulent combustion and should be incorporatedin numerical simulations. However, as combustion and radiation are characterized bydifferent time scales and different spatial and chemical treatments, and the complexity of theturbulent combustion flow, radiation effect is often neglected or roughly modelled. Couplinga large eddy simulation combustion solver and a radiation solver through a dedicated languageCORBA is investigated. Four formulations of Monte Carlo method (Forward Method,Emission Reciprocity Method, Absorption Reciprocity Method and Optimized ReciprocityMethod) employed to resolve RTE have been compared in a one-dimensional flame testcase using three-dimensional calculation grids with absorbing and emitting medium in orderto validate the Monte Carlo radiative solver and to choose the most efficient model forcoupling. In order to improve the performance of Monte Carlo solver, two techniques havebeen developed. After that, a new code dedicated to adapt the coupling work has beenproposed. Then results obtained using two different RTE solvers (Reciprocity Monte Carlomethod and Discrete Ordinate Method) applied to a three-dimensional turbulent reactingflow stabilized downstream of a triangular flame holder with a correlated-k distributionmodel describing the real gas medium spectral radiative properties are compared not onlyin terms of physical behavior of the flame but also in computational performance (storagerequirement, CPU time and parallelization efficiency). Finally, the impact of boundary conditionstaking into account the actual wall emissivity and temperature has been discussed.

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Melenev, Petr. "Simulations Monte Carlo de propriétés structurales et magnétiques d'agrégats de nanoparticules." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066162.

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Abstract:

Ce travail est une étude théorique par la méthode de Monte Carlo Metropolis (MCM) de nanoparticules (NPs) ferromagnétiques individuelles ou agrégées, sujettes à un comportement supermagnétique. La méthode MCM est utilisée pour décrire des propriétés à l’équilibre, mais la séquence d’états par lesquels passe le système dans la simulation avant d’atteindre l’équilibre ressemble beaucoup aux processus cinétiques réels. Cela s’avère être un moyen efficace d’étudier des phénomènes hors-équilibre dans les nanosystèmes magnétiques. Après construction de modèles d’agrégats multi-particules et rappel de leurs propriétés magnétiques dans l’état fondamental, le problème de la relaxation libre du moment magnétique est abordé. La quantification temporelle de la méthode MCM proposée par Nowak et al. Est ici modifiée de façon à introduire explicitement l’anisotropie magnétique des NPs. La même approche est ensuite utilisée pour décrire la relaxation superparamagnétique d’une NP sous un champ bias constant. Finalement la méthode MCM est appliquée à un processus hautement hors-équilibre, l’hystérésis magnétique dynamique d’une NP sous un fort champ alternatif. Les résultats MCM sont comparés aux solutions exactes de l’équation cinétique de Brown. D’une part les simulations MCM sont capables de très bien reproduire les dépendances exactes de l’aimantation de l’ensemble de NPs, d’autre part dans le cas de l’hystérésis dynamique la simulation MCM obéit à une règle spécifique. Quand on simule un cycle par une série de pas de champs avec un nombre d’itérations MCM à chaque pas, chacun de ces deux facteurs peut être choisi arbitrairement tant que leur produit est gardé contant

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Durand, Audrey. "Simulation et apprentissage Monte-Carlo de stratégies d'intervention en santé publique." Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/28698/28698.pdf.

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Abstract:

Les décideurs dans un système de santé publique comme celui du Québec ont un besoin grandissant d’outils d’évaluation pour soutenir la prise de décision quant aux interventions à mettre en place. Ce mémoire propose un simulateur générique, optimisé pour les problématiques de santé publique, mais également utilisable dans d’autres domaines. Son architecture logicielle est détaillée ainsi que toutes les caractéristiques qui en font un outil de choix pour les décideurs. On présente également l’optimisation des stratégies d’intervention existantes avec une méthode d’apprentissage par renforcement de type Monte-Carlo. Ceci comprend la proposition d’un nouvel algorithme de sélection d’actions dans un contexte d’apprentissage sur des populations d’individus évoluant en parallèle. On conclut le mémoire par l’application de cette infrastructure à deux problématiques de santé publique : la rétinopathie diabétique, ayant déjà fait l’objet de travaux par d’autres chercheurs, et l’ostéoporose, une application d’actualité dont la modélisation et les résultats ont été validés par des spécialistes en santé. Decision makers in public health system, such as the one in the province of Quebec, have a growing need for assessment tools to support their decisions on the interventions to implement. This master’s thesis proposes a generic simulator optimized for public health issues, while being extensible to other areas. It details the software architecture and all the features that make it a tool of choice for decision makers. It also presents the optimization of existing intervention strategies using Monte Carlo reinforcement learning. This includes the proposal of a new algorithm for selecting actions when learning on populations of individuals evolving in parallel. We conclude with the application of this infrastructure to two public health issues : diabetic retinopathy, that has already been the subject of work by other researchers, and osteoporosis, a current application that has been validated by health care specialists.

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Bellahsni, Karim. "Simulation Monte Carlo dibimensionnelle de transistors à effet de champ à grille isolée sur hétérostructures III-V." Lille 1, 1991. http://www.theses.fr/1991LIL10095.

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Abstract:

Dans ce travail, un modèle Monte Carlo bidimensionnel, tenant compte du courant grille a été développé afin d'étudier le fonctionnement et de prédire les performances des transistors à effet de champ à hétérojonctions à grille isolée. Le premier chapitre est consacré, d'une part à la présentation générale du composant à grille isolée MIS-LIke-FET AlGaAs/GaAs, de sont intérêt et de ses domaines d'applications et d'autre part, à la description de la méthode de simulation que nous avons mise au point. Une étude complète du fonctionnement d'un composant MIS-LIke-FET AlGa/GaAs autoaligné est effectuée dans le deuxième chapitre. Les différents mécanismes physiques à l'origine de l'effet de résistance différentielle négative sont particulièrement examinés. Dans le troisième chapitre, nous étudions l'influence de nombreux paramètres technologiques sur les performances du MIS-Like-FET AlGaAs/GaAs et principalement sur les conditions d'obtention d'un régime optimal de résistance différentielle négative. Une comparaison théorie-expérience est effectuée. Le quatrième chapitre est consacré à la présentation et à l'étude du fonctionnement du transistor D. M. T. AlGaAs/GaAs qui dérive du MIS-Like-FET AlGaAs/GaAs par l'utilisation d'un canal dopé et qui permet d'obtenir un courant beaucoup plus important que ce dernier. Dans un but prospectif, le cinquième chapitre traite du fonctionnement et des performances des transistors MIS-Like-FET et D. M. T. Composés d'hétérostructures AlInAs/GaInAs présentant des propriétés de transport électronique plus intéressantes que AlGaAs/GaAs

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Roupie, Julien. "Contribution à l'étude de l'émission électronique sous impact d'électrons de basse énergie (<=1keV) : application à l'aluminium." Thesis, Toulouse, ISAE, 2013. http://www.theses.fr/2013ESAE0004/document.

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Abstract:

Le phénomène d’émission électronique sous impact d’électrons, bien que très étudié, est mal connue à très basse énergie (<100 eV). Un domaine d’énergie où ce phénomène est un paramètre fondamental de technologies dans le domaine spatial comme les guides d’onde radiofréquence sous vide. Afin de lieux comprendre ce phénomène à cette gamme d’énergie,une étude théorique a été entreprise par le biais d’une simulation Monte-Carlo de l’émission électronique à très base énergie. Après identification des interactions mises en jeu, nous avons sélectionné pour chaque interaction le ou les modèles existants les plus appropriés tout en leur apportant des modifications à chaque fois que cela était nécessaire. Certains modèles trouvés dans la littérature ont été utilisés pour la première fois dans le domaine de l’émission électronique. Notre approche a été appliquée à l’aluminium et a été validée expérimentalement lorsque les données existaient. L’allure de la courbe de rendement communément admise à ce jour a été contredite et expliquée par la faible probabilité d’échappement des électrons de très basse énergie, ainsi que par un traitement plus rigoureux de la réflexion des électrons de très basse énergie qui impactent le matériau. De surcroit, la simulation donne accès pour la première fois à un rendement à très basse énergie qui présente des oscillations que l’on retrouve dans les rares données expérimentales disponibles. Ces oscillations sont attribuées à l’interaction de l’électron avec les plasmons. Les simulations ont montré l’importance de la population d’électrons rétrodiffusés à très basse énergie Although extensively studied, the phenomenon of electron emission under electron impact is not very well known at very low energy (<100 eV). An energy range where this phenomenon is a fundamental parameter in space technologies such as radiofrequency waveguide in vacuum. In order to provide a better understanding of the phenomenon, in this energy range, a theoretical study through Monte Carlo simulation of electron emission at very low energyhave been undertaken. After identification of the involved interactions, we selected for each interaction the most appropriate existing models while providing modifications whenever necessary. Somme models found in the literature were used for the first time in the field ofelectron emission. Our approach has been applied to aluminum and has been validated experimentally when data existed. The commonly accepted shape of the yield curve has benne contradicted and explained by the low escape probability of very low energy electrons, as well as by a more rigorous treatment of the reflection of very low energy electrons that impact thematerial. In addition, the simulation provides, for the first time, access to a yield curve at very low energy presenting oscillations also found in the few available experimental data. These oscillations are attributed to the interaction of the electrons with the plasmons. Simulations showed the importance of the backscattered electrons population ate very low energy

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Reyhanian, Mashhadi Mehrnaz. "Simulation numérique par la méthode Monte Carlo (DSMC) et modélisation analytique d'un mélange gazeux dans un micro canal." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066396.

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Ce travail porte sur des simulations numériques par la méthode DSMC (Direct Simulation Monte Carlo) de l'écoulement raréfié d'un mélange de deux gaz entrant, soit séparément, soit déjà mélangés, dans un micro canal. Dans le cas de deux gaz déjà mélangés, les paramètres permettant de retrouver les valeurs d'initialisation sont étudiés. En tenant compte de ces résultats pour l'étude de l'écoulement de deux gaz séparés et leur mélange, des facteurs influant sur la longueur de mélange sont analysés. On a tenté de diminuer cette longueur en étudiant les effets de quelques paramètres géométriques, comme ajouter deux bosses de manière symétrique dans le canal, ou des conditions aux limites d'initialisation, comme diminuer la vitesse d'entrée. Les résultats des simulations DSMC pour le gaz mélangé sont comparés avec des résultats théoriques connus dans deux cas : avec des bosses et sans bosses. On obtient un bon accord entre les résultats théoriques et ceux des simulations. Enfin, une étude analytique à partir des équations de Navier-Stokes avec les conditions aux limites du glissement à la paroi et les termes du couplage du modèle BGK pour le mélange, est faite pour modéliser un mélange binaire gazeux isotherme dans un micro canal. Le système asymptotique obtenu pour les pressions et les vitesses de chaque espèce dans le mélange, est analysé numériquement avec MATLAB. Pour finir, pour un problème identique, les résultats asymptotiques sont comparés avec ceux de la simulation DSMC pour les pressions

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Banse, Fabien. "Parallélisation multimodèle d'une méthode de Monte Carlo appliquée à la simulation bidimensionnelle de transistors à effet de champ." Lille 1, 1999. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1999/50376-1999-103.pdf.

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Abstract:

La simulation d'un composant semi-conducteur est un moyen permettant d'optimiser sa structure pour une application visée, tout en s'affranchissant du coût financier et des délais qui incombent aux différentes opérations technologiques nécessaires aux divers essais. Cependant, l'intégration de plus en plus poussée implique de prendre en considération des phénomènes physiques de plus en plus fins. Le modèle de simulation utilise, reposant sur une méthode de Monte Carlo, est l'un des rares à même de répondre à ces exigences ; il s'agit de suivre les évolutions spatiale et temporelle de particules représentatives, dans la structure du composant. En contrepartie, la fiabilité des données statistiques produites se traduit par des besoins non négligeables : un espace mémoire conséquent et un temps d'exécution parfois prohibitif. Utiliser le potentiel des machines parallèles permet de distribuer les différentes entités traitées sur plusieurs unités de calcul, et ainsi de réduire le temps d'exécution pour une simulation. Le but de ce mémoire est donc de réaliser une implémentation parallèle d'un algorithme de simulation existant. Une fois introduits les éléments de base relatifs aux transistors à effet de champ, à la méthode de simulation et au parallélisme, l'étude de quelques schémas de parallélisation permet de dégager les principes à adopter selon les spécificités du processus de simulation. Nous proposons ainsi une distribution du travail pour laquelle aucune procédure de rééquilibrage n'est nécessaire ; ce schéma est par ailleurs déclinable en deux configurations, autorisant le traitement d'ensembles réduits par un groupe de processeurs, ainsi que la répartition des tâches entre deux groupes de processeurs concurrents. Leur expérimentation sur deux plates-formes montre un bon comportement du schéma, pourvu que les conditions de simulation s'y prêtent ; par ailleurs, les résultats obtenus sont en conformité avec ceux issus du programme de simulation séquentiel.

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Le, Loirec Cindy. "Simulation Monte Carlo de suivi de positrons dans la matière biologique : applications en imagerie médicale." Thesis, Metz, 2007. http://www.theses.fr/2007METZ056S/document.

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Abstract:

Le sujet des travaux de recherche effectués au cours de mon doctorat consiste à contourner la difficulté liée au seuillage utilisé pour visualiser les images obtenues en tomographie par émission de positrons (TEP), de manière à obtenir des images tumorales plus précises qui par la suite pourraient être utilisées en radiothérapie. Pour cela, nous avons proposé de mettre à profit la simulation Monte Carlo que nous avions développée pour décrire le transport d’électrons et de particules lourdes chargées dans l’eau. Lors de cette étude, nous avons donc cherché à décrire dans les détails les plus fins (à l’échelle de la cellule) les dépôts d’énergie induits par le positron dans la matière biologique, et ce à partir de la simulation Monte Carlo de suivi de trace que nous avons déjà mise au point pour les électrons et les ions et qui a été modifiée pour décrire le suivi des positrons, notamment par la prise en compte du processus de capture qui vient d’être récemment calculé par notre équipe. L’intérêt de ce travail est multiple. D’une part, il permet de mesurer les risques encourus par le patient soumis à une irradiation +, ce qui est le cas lors d’examens médicaux comme la Tomographie par Emission de Positrons. D’autre part, la simulation numérique de transport de positrons dans la matière biologique, couplée à une simulation de suivi de photons dans l’eau, a permis d’appréhender avec précision la détection des photons après annihilation des positroniums (paires électron-positron formées lors du ralentissement du positron dans la matière). Une modélisation simple des paramètres géométriques et physiques de l’appareil de détection nous a ainsi permis de quantifier le nombre d’événements de chaque type détectés sur l’anneau à savoir le nombre de paires de photons dits diffusés, fortuits et vrais. A partir de ces données, il nous est alors possible de construire un sinogramme nous permettant la reconstruction d’images TEP The subject of my PhD work is to outline the problem linked to threshold used to visualize PET images, in order to obtain more accurate tumoral volumes which could be treated more efficiently in radiotherapy. To do that, we have proposed to use the Monte Carlo code we have already developed to study the following-up of electrons and ions in water. During this PhD study, we have also tried to describe with the best accuracy (at a cellular scale) the deposited energy induced by positrons in the biological matter thanks to the Monte Carlo simulation previously cited that we have adapted to describe the following-up of positrons, especially in adding the capture process which has recently been calculated by our team. In one hand, the goal of this work is to measure the risks taken by the patient during a medical exam (such as a PET acquisition). In another hand, the simulation of the following-up of positrons in the biological matter coupled to the simulation of the following-up of photons in water, has allowed the detection of photons after the Positronium (electron-positron pair formed during the positron slowing-down in the matter) annihilation. Then a simple modelling of the geometrical and physical parameters of the medical device has allowed a quantification of the number of events detected on the ring. More precisely, we have access to the number of true, scattered and random pairs. Thanks to these data, we are thus able to reconstruct a sinogram as well as the initial radiative volume. Then a comparison with some experimental results gives access to a semi-empirical relation between the volume and the threshlod

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Costa, Gustavo. "IRDose : un outil web de dosimétrie individualisée basé sur la méthode Monte Carlo pour les patients en thérapie avec le 177Lu." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30027.

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Abstract:

La médecine nucléaire est une spécialité médicale qui utilise un radiopharmaceutique dont l'administration permet généralement de visualiser une fonction, en détectant les émissions gamma (γ) du radio-isotope vectorisé. Lorsque le but de cette pratique est la thérapie (radiothérapie moléculaire), on privilégie des isotopes qui émettent des radiation à courte portée (α, β ou électrons Auger). Les traitements utilisant 177Lu-DOTATATE ont obtenu leur autorisation de mise sur le marché (AMM) sur la base de l'administration de 7,4 GBq par cycle (activité fixe), sans tenir compte de la variabilité de fixation inter patient. Ceci entraîne une importante fluctuation de la dose absorbée délivrée aux organes à risque et aux cibles tumorales, et par conséquent, une grande difficulté à prédire les résultats du traitement. Des études récentes suggèrent que la planification basée sur une dosimétrie individuelle est une piste d'optimisation du traitement. L'objectif de ce travail est de participer au développement de la dosimétrie clinique en radiothérapie moléculaire, notamment par le développement d'un outil web dédié à la dosimétrie interne personnalisée de patients traités avec 177Lu et basé sur la méthode Monte-Carlo. Dans un premier temps, nous avons réalisé une étude sur la modélisation de systèmes SPECT avec le code Monte-Carlo GATE. L'optimisation des simulations a été réalisée par différentes méthodes pour réduire les temps de simulation. Ces techniques ont réduit le temps de simulation jusqu'à un facteur de 85. Certaines ont été utilisées dans la comparaison entre acquisitions tomographiques simulées et expérimentales. Cette comparaison a permis la modélisation du contexte expérimental utilisé dans la validation de l'outil web, Finalement, une page web a été conçue en utilisant le framework Django où une séquence de scripts en Python et Bash réalisent le calcul de la dose absorbée par simulation avec GATE. Les doses absorbée obtenues ont été comparées avec OLINDA (version 1 et 2). Nos résultats montrent des différences entre 0,3% et 6,1%, selon la version d'OLINDA Nuclear medicine is a medical specialty that uses a radiopharmaceutical whose administration generally allows to visualize an organ function by detecting the gamma (γ) emissions of the targeted radioisotope. When the goal of this practice is molecular radiotherapy, isotopes emitting short-range radiation (α, β or electron Augers) are preferred. In general, treatments using 177Lu-DOTATATE still uses the historical practice of a fixed administration of 7.4 GBq per cycle, regardless the sex, age or inter-patient fixation variability. This causes a large fluctuation of the absorbed dose delivered to organs at risk and tumour targets, and therefore a great difficulty in predicting the treatment results. Recent studies suggest that treatment planning based on individual dosimetry is a way to optimize the treatment. The objective of this work is to contribute to the development of clinical dosimetry in molecular radiotherapy, in particular by developing a web tool based on the Monte Carlo method GATE dedicated to individualised internal dosimetry of patients treated with 177Lu. First of all, a study on the modelling of the SPECT systems by the Monte Carlo toolkit, GATE was realized, as well as the optimization of these simulations, where different methods were used in order to reduce simulation time. These techniques reduced simulation time by up to 85, and some of them were used in the comparison between simulated and experimental tomographic acquisitions. This comparison allowed the modelling of an experimental context which was used for the web tool validation. Finally, the web page was designed using the Django framework where a sequence of scripts in Python and Bash perform the calculation of the absorbed dose by GATE simulations. The absorbed doses obtained were compared with OLINDA versions 1 and 2, and the results show differences between 0.3% and 6.1%, depending on OLINDA's version

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Qin, Liang. "Application of irreversible Monte Carlo in realistic long-range systems." Thesis, Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLE009.

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Abstract:

Cette thèse étudie le comportement de la chaîne d'événements de Monte Carlo (ECMC) dans les systèmes de particules à interaction de longue portée. Les deux premiers chapitres présentent les méthodes actuelles de simulation moléculaire, en soulignant leurs difficultés à traiter l'interaction de Coulomb, et donnent les bases de l'ECMC. Le troisième chapitre présente notre cadre d'échantillonnage du système de Coulomb à l'aide de l'ECMC. Dans le cadre de la convention "tin-foil", la formulation constituée d’interaction à deux corps pour l'électrostatique peut être appliquée directement à la méthode "cell-veto". En ajoutant à cela, la factorisation dipolaire obtient un algorithme en O(NlogN)-par-balayage pour les systèmes dipolaires. Les chapitres quatre et cinq décrivent notre développement d'une application scientifique appelée JeLLyFysh pour la simulation moléculaire par ECMC. La conception de son médiateur et le traitement de toutes les opérations en flux continu sont les mieux adaptés aux extensions futures. Le chapitre six décrit les performances de l'ECMC pour les grands systèmes d'eau à l’aide de JeLLyFysh. La dynamique qui en résulte implique qu'un schéma plus sophistiqué est nécessaire pour équilibrer la polarisation. Enfin, au chapitre sept, on teste la stratégie d'échantillonnage avec changement de direction séquentiel. L'évolution du dipôle présente une dynamique particulière, et l'ensemble des choix de direction ainsi que l'ordre de sélection s'avèrent tous deux cruciaux pour atteindre la distribution stationnaire de l'orientation du dipôle This thesis studies the behavior of event-chain Monte Carlo (ECMC) in long-range particle systems. In the first two chapters, we introduce established methods for molecular simulation, highlighting their difficulties in dealing with Coulomb interaction, and gives the basic of ECMC. The third chapter presents our framework of Coulomb system sampling using ECMC. Under the tin-foil convention, the formulation consisting of pairwise terms for electrostatics can be directly applied to the cell-veto method. Together with dipole factorization, we obtain an O(NlogN)-per-sweep algorithm for dipole systems. Chapters four and five describe our development of a scientific application called JeLLyFysh for molecular simulation through ECMC. Its mediator design and stream processing of all operations can best accommodate future extensions. Using JeLLyFysh, we profile the performance of ECMC for large water systems in chapter six. The resulting dynamics imply that a more sophisticated scheme is needed to equilibrate the polarization. Finally, in chapter seven, we test the sampling strategy with sequential direction change. The dipole evolution exhibits distinct dynamics, and the set of direction choices and the order to select prove both crucial in mixing the dipole's orientation

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Bitar, Abdalkader. "Dosimétrie en radiothérapie vectorisée : conception d'un modèle dosimétrique par simulation Monte-Carlo." Nantes, 2007. https://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show/show?id=94a3c045-acdf-4034-b6e9-c64bae564c98.

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Abstract:

Les modèles murins sont importants pour les tests précliniques en la radiothérapie vectorisée. Ces modèles sont utilisés pour évaluer les effets de nouveaux radio- pharmaceutiques. Les méthodes dosimétriques généralement utilisées sont basées sur la méthodologie du MIRD qui suppose un dépôt local d'énergie des radiations non pénétrantes comme les électrons. Pour effectuer des études dosimétriques plus précises, on a développé deux modèles dosimétriques pour une souris nude de 30g, à partir d'images photographiques segmentées de coupes de cette souris. Le premier modèle, dit modèle voxélisé, est très détaillé et plus réaliste. Le deuxième modèle, dit mathématique, offre une représentation géométrique simplifiée des organes. Des simulations Monte-Carlo ont été réalisées pour des photons et des électrons monoénergetiques afin de calculer les facteurs S. Des tables de facteur S, en Gy/Bq. S, sont données pour plusieurs radionucléides potentiellement intéressants dans la médecine nucléaire The murine models are useful for pre-clinical experiments in targeted radiotherapy These models are used to assess the potential interest of new radiopharmaceuticals. The general MIRD method assumes local energy deposition for radiations like electrons. In this study, we developed two dosimetric models for a nude mouse of 30g. The first model, called voxel-based model, had detailed anatomic description while the organs in the second model, called mathematical model, were modelled to have simple geometric forms. Both models were developed from segmented photographed images of a sliced mouse. Monoenergetic photon and electron sources were simulated, using the Monte Carlo code MCNP4C2, for each source organ in order to give S-factor values, in Gy/Bq. S, for all target organs. Results obtained from monoenergetic particles were then used to generate S-factor tables for several important radionuclides in nuclear medicine

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Martineau, Antoine. "Optimisation d'un collimateur à ouverture codée avec la plate-forme de simulation Monte Carlo GATE." Paris 7, 2009. http://www.theses.fr/2009PA077208.

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Abstract:

En Médecine Nucléaire, l'imagerie par ouverture codée a été développée comme une alternative aux collimateurs à canaux parallèles pour atteindre une grande sensibilité de détection ainsi qu'une haute résolution spatiale. Les principales limites sont la formation d'artefacts et l'effet de collimation pour l'imagerie 2D, et une dégradation de la résolution spatiale longitudinale en imagerie 3D. Au cours de cette thèse, nous avons développé un algorithme de reconstruction ML-EM (Maximum Likelihood - Expectation Maximization) basé sur une matrice système estimée par des simulations Monte Carlo, et incluant la géométrie du masque codé ainsi que les effets physiques entrant en compte dans l'imagerie par ouverture codée. Nous avons validé la construction du masque codé dans la plate-forme de simulation GATE en comparant les données simulées avec les résultats expérimentaux. Le masque codé est basé sur un ensemble cyclique de différences de Singer et est monté sur une gamma-caméra clinique. Nous avons trouvé un bon accord entre les spectres en énergie mesurés et simulés avec et sans milieu diffusant et entre les fonctions de dispersions ponctuelles 3D mesurée et simulée. Nous avons calculé les coefficients de probabilité de la matrice système avec des simulations du masque code en utilisant GATE. Les résultats de la reconstruction d'une étude sur un fantôme simulé montrent que les artefacts en champ proche sont totalement supprimés en utilisant l'algorithme ML-EM à la place de la méthode de décodage classique par corrélation. Des d'études expérimentales sur fantôme et sur patient montrent la faisabilité de cette méthode de reconstruction pour la scintigraphie thyroïdienne 3D In Nuclear Medicine, coded aperture imaging was developed as an alternative to parallel hole collimators in order to achieve high sensitivity and high spatial resolution. The main limitations consist of near-field artifacts and aperture collimation effect for 2D imaging, and on a poor longitudinal spatial resolution for 3D imaging. We developed during this thesis, a ML-EM (Maximum Likelihood - Expectation Maximization) reconstruction algorithm with a Monte Carlo-based system matrix, including the geometry of the coded mask and all the physical effects involved in coded aperture imaging. We validated the construction of the coded mask in GATE simulation toolkit by comparison between experimental and simulation data sets. The coded mask is based on a Singer cyclic difference set and is mounted on a clinical gamma camera. We found a good agreement between measured and simulated energy spectra 4n non-scatter and in scatter conditions and between the experimental and simulated 3D point spread fonction. We calculated the probability coefficients of the System matrix using GATE simulations of the coded aperture. The reconstruction results of a simulated phantom study show that near-field artifacts are totally suppressed using the ML-EM algorithm in place of the standard correlation decoding method. The reconstruction results on a phantom and on a patient studies prove the feasibility of this reconstruction method for 3D scintigraphy thyroid

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Tinet, Eric. "Mise au point de méthodes de Monte Carlo performantes pour la simulation de la propagation des faisceaux lasers dans les milieux diffusants homogènes ou inhomomgènes : application à des problèmes liés aux méthodes de diagnostic biomedical." Paris 13, 1992. http://www.theses.fr/1992PA132032.

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Abstract:

La propagation de la lumière dans les milieux diffusants est d'un grand intérêt dans de nombreux domaines tels que l'optique de l'atmosphère et des océans, les télécommunications, la biologie et la médecine. Cette propagation peut être mathématiquement décrite par l'équation du transport radiatif. Cependant, il n'existe pas de solution génerale à cette équation. Des solutions analytiques exactes ont été proposées pour des cas très particuliers et des méthodes approchées ont été construites dans d'autres cas. D'autre part, des méthodes numériques, les simulations de Monte Carlo, permettent d'apporter des solutions rigoureuses à l'équation du transport. Leur principal avantage réside dans leur possibilité de prendre en compte toute géometrie concernant la source et les detecteurs, ou encore les propriétés optiques du materiau diffusant. Cependant, à cause de leur aspect aleatoire, les simulations de Monte Carlo peuvent souffrir de plusieurs inconvenients: le temps de calcul s'allonge avec le degré de précision exigé, une grande quantité d'information intermédiaire calculée à chaque étape de la simulation n'est plus accessible à la fin du calcul, et le stockage des distributions d'energie finales demande des capacités de mémoire importantes. Notre travail présente une analyse détaillée de l'ensemble de ces problèmes. Dans une première partie nous rappelons les grandes lignes des solutions analytiques ou approchées de l'équation de transport radiatif et nous indiquons quelles sont leurs limites. Dans un deuxième temps nous exposons les diverses simulations de Monte Carlo que nous avons utilisées. En particulier nous avons mis au point un modèle tout à fait nouveau utilisant une simulation de Monte Carlo semi-analytique: dans ce modèle, l'incidence de chaque pas de la simulation est evaluée globalement et analytiquement de telle sorte que le nombre de pas necessaires est extremement réduit. De plus l'information générée à chaque pas est stockée et peut etre réutilisée a posteriori pour calculer toute grandeur utile liée au problème étudié sans avoir à faire la simulation. Ces simulations de Monte Carlo nous servent ensuite à préciser de façon fine les domaines de validité des méthodes de résolution analytiques exactes ou approchées de l'équation de transport radiatif. Enfin nous nous appliquons à montrer que nous disposons désormais d'un outil capable d'analyser avec précision des situations expérimentales rencontrées dans la mise au point de méthodes de diagnostic de milieux diffusants: fluorescence induite par laser, spectroscopie de réflectance résolue dans l'espace ou dans le temps. . .

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Ferrando, Nicolas. "Potentiels intermoléculaires et algorithmes de monte carlo : application à l'étude des composés oxygénés." Thesis, Paris 11, 2011. http://www.theses.fr/2011PA112080/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse a pour but de proposer des potentiels d'interaction et des méthodologies pour prédire, au travers de simulations Monte Carlo, les équilibres et propriétés de phases de systèmes oxygénés rencontrés dans les procédés de conversion de la biomasse. Le potentiel AUA4 a ainsi été étendu aux alcools, éthers, cétones, aldéhydes et esters carboxyliques. Une attention particulière a été portée à la transférabilité de ce champ de forces, afin de pouvoir simuler de manière prédictive un grand nombre de molécules oxygénées. Différentes propriétés d'équilibre de corps purs sont correctement prédites (masses volumiques, pressions de saturation, enthalpies de vaporisation, propriétés critiques, tensions de surface, structure de la phase liquide). De nombreux mélanges ont également été simulés dans le pseudo-ensemble point de bulle, qui a été étendu aux molécules polaires dans le cadre de ce travail. Les résultats de simulation de mélanges complexes comme des bioessences ont été validés par l'acquisition de nouvelles mesures expérimentales. Enfin, une nouvelle méthodologie pour le calcul des interactions électrostatiques intramoléculaires a été mise au point dans ce travail pour la simulation de molécules oxygénées multifonctionnelles (polyols, éthers de glycol, composés aromatiques oxygénés). L'utilisation de cette méthode, qui permet d'éviter l'emploi de paramètres empiriques additionnels, conduit à des résultats très encourageants, ce qui laisse entrevoir de nombreuses perspectives pour la prédiction de propriétés de mélanges industriels complexes The goal of this thesis work is to propose interaction potentials and numerical methods to predict through Monte Carlo simulations the phase equilibrium and properties of oxygenated systems involved in biomass conversion processes. The AUA4 potential was therefore extended to alcohols, ethers, ketones, aldehydes and carboxylic esters. A special care was paid to the transferability of this force field to allow the predictive simulation of a large number of oxygenated compounds. Various equilibrium properties of pure compounds are correctly predicted (densities, saturation pressures, vaporization enthalpies, critical properties, surface tensions, liquid phase structure). Many mixtures have also been simulated in the bubble point pseudo-ensemble which was extended in this work to polar molecules. The simulation results of complex mixtures such as biofuels have been validated through new experimental data acquisition. Finally, a new methodology for the intramolecular electrostatic energy interaction has been developed in this work to simulate multifunctional oxygenated molecules (polyols, glycol ethers, oxygenated aromatic compounds). The use of this method, which allows to avoid the use of additional empirical parameters, leads to promising results, giving thus future opportunities to predict properties of complex mixtures of industrial interest

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Leblanc, Benoît. "Simulations moléculaires de Monte Carlo : amélioration de l'éfficacité statistique de l'échantillonnage grâce aux algorithmes d'évolution artificielle." Paris 11, 2002. http://www.theses.fr/2002PA112035.

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Abstract:

Le domaine de la simulation moléculaire a pour but de simuler un ensemble de particules en interaction représentant un système physico-chimique. Les algorithmes de Monte Carlo par chaîne de Markov appliqués dans ce cas peuvent rencontrer des problèmes d'efficacité statistique analogues à celles rencontrés par la dynamique moléculaire lors de la simulation de molécules complexe, comme par exemple des polymères. Le but étant d'échantillonner l'ensemble des configurations possibles, en accord avec la distribution de Boltzmann-Gibbs, l'efficacité statistique de tels algorithmes réside dans la capacité à fournir plus rapidement des états décorrélés couvrant l'espace des configurations, constituant ainsi un échantillonnage statistiquement valide. Nous sommes intéressés aux possibilités offertes par l'évolution artificielle (EA, classe d'algorithmes d'optimisation stochastique inspirés du principe biologique de l'évolution darwinienne) pour contribuer à améliorer cette efficacité. Ayant exploré l'utilisation de différentes mesures comme critère d'optimisation, nous avons identifié les fréquences relatives des différents mouvements de Monte Carlo, applicables conjointement lors d'une même simulation, comme degrés de liberté pouvant être optimisés. Nous avons combiné des simulations parallèles avec un ''Serveur'' génétique afin d'effectuer un échantillonnage tout en optimisant simultanément les fréquences des mouvements de Monte Carlo. Nos simulations ont montré qu'il était possible d'obtenir des amélioration par rapport à des réglages de références, pour les critères considérés. Adaptant cet outil au cadre du Monte Carlo avec thermalisation parallèle (parallèle tempering) nous avons pu améliorer certains de ses paramètres et indiqué des pistes pour améliorer encore le choix des températures additionnelles Molecular simulation aims at simulating particles in interaction, describing a physico-chemical system. When considering Markov Chain Monte Carlo sampling in this context, we often meet the same problem of statistical efficiency as with Molecular Dynamics for the simulation of complex molecules (polymers for example). The search for a correct sampling of the space of possible configurations with respect to the Boltzmann-Gibbs distribution is directly related to the statistical efficiency of such algorithms (i. E. The ability of rapidly providing uncorrelated states covering all the configuration space). We investigated how to improve this efficiency with the help of Artificial Evolution (AE). AE algorithms form a class of stochastic optimization algorithms inspired by Darwinian evolution. Efficiency measures that can be turned into efficiency criteria have been first searched before identifying parameters that could be optimized. Relative frequencies for each type of Monte Carlo moves, usually empirically chosen in reasonable ranges, were first considered. We combined parallel simulations with a "genetic server" in order to dynamically improve the quality of the sampling during the simulations progress. Our results shows that in comparison with some reference settings, it is possible to improves the quality of samples with respect to the chosen criterion. The same algorithm has been applied to improve the Parallel Tempering technique, in order to optimize in the same time the relative frequencies of Monte Carlo moves and the relative frequencies of swapping between sub-systems simulated at different temperatures. Finally, hints for further research in order to optimize the choice of additional temperatures are given

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Knorst-Fouran, Auriane. "Contribution à l’étude de propriétés interfaciales d’alcanes confinés par simulation moléculaire de type Monte Carlo." Pau, 2010. http://www.theses.fr/2010PAUU3027.

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Ce travail concerne la modélisation de propriétés interfaciales d’alcanes linéaires confinés dans des pores plan/plan, telles que la quantité adsorbée ou la tension interfaciale par la simulation moléculaire de type Monte Carlo. Les calculs ont été réalisés dans les conditions thermodynamiques variées allant de pressions et températures très faibles jusqu’à des valeurs élevées rencontrées typiquement dans les réservoirs. Nous avons mené une étude de sensibilité concernant trois potentiels d’interaction classiquement utilisés, regardé l’influence du confinement géométrique et des conditions thermodynamiques sur le méthane confiné, calculé la chaleur isostérique d’adsorption et mis en évidence le phénomène de condensation capillaire. Les résultats d’isotherme d’adsorption obtenus par simulation ont été confrontés avec succès à des résultats expérimentaux. Cette comparaison a également permis de mettre en évidence l’importance de la caractérisation du milieu poreux lors de l’estimation de l’isotherme d’adsorption. Le comportement d’alcanes linéaires de plus longue chaine a également été étudié This work concerns the modelling of interfacial properties of linear alkanes confined in slit pores, such as adsorbed quantities or interfacial tension by the Monte Carlo molecular simulation. The simulations were performed at various thermodynamic conditions ranging from very low pressures and temperatures to higher values typical of reservoirs. We have studied the influence of three classical interaction potentials, the effect of confinement and thermodynamic conditions on confined methane, the isosteric heat of adsorption and the phenomenon of capillary condensation. Adsorption isotherms obtained with Monte Carlo simulation were successfully compared with experimental results. This study has also underlined the impact of the porous media characterization on the estimation of adsorption. The behavior of alkanes with longer chains was also determined

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Briton, Jean-Philippe. "Simulations numériques de la diffusion multiple de la lumière par une méthode de Monte-Carlo et applications." Rouen, 1989. http://www.theses.fr/1989ROUES040.

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Abstract:

Ce mémoire décrit une approche de la diffusion multiple de la lumière à l'aide d'une méthode de Monte-Carlo. Après une description générale de la diffusion de la lumière et des méthodes de Monte-Carlo, les caractéristiques de la modélisation élaborée sont données. Le code de calcul réalisé est validé par rapport à la théorie développée par Van de Hulst et par rapport aux expériences publiées par Bruscaglioni et al. La validité du code assurée, il a permis d'étudier le modèle à 4-flux qui est un modèle simplifié pour la diffusion multiple. Ces travaux permettent d'avoir un mode d'emploi de ce modèle. Enfin, le chapitre 6 décrit une application du code aux problèmes de visibilité routière

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Ameur, Djilali. "Modélisation analytique et simulation numérique par la méthode de Monte-Carlo d'un écoulement de gaz dans des micro-canaux." Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066102.

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Abstract:

L’objectif de la thèse est de modéliser l’écoulement d’un gaz (azote) dans des micro-filtres. La région du filtrage est une membrane qui contient des orifices, en fait des micro-canaux, dont le diamètre est de quelques micromètres. Au voisinage de chaque orifice, l’écoulement du gaz supposé normal à la membrane, est en régime de raréfaction dit de ‘transition’, intermédiaire entre le régime continu relevant des équations de Navier-Stokes et le régime moléculaire libre où les molécules du gaz évoluent sans interactions entre elles. Deux approches sont utilisées pour analyser l’écoulement dans un micro-canal. La première, théorique, est basée sur une analyse adimensionnelle des équations de Navier-Stokes avec des conditions de glissement à la paroi. La seconde, numérique, est statistique et est basée sur une simulation de Monte Carlo (DSMC). Une étude paramétrique sur différentes géométries de micro-canaux est faite dans le cas d’un écoulement isotherme. Le comportement d’écoulement gazeux à travers un micro-canal est ensuite étudié en appliquant un gradient de température entre son entrée et sa sortie. Cette analyse permet de mettre en évidence le phénomène de transpiration thermique. En s’appuyant sur les résultats numériques, un modèle analytique est proposé. L’effet du coefficient d’accommodation à la paroi sur l’écoulement est aussi étudié. En fin, les effets de compressibilité sont étudiés dans un micro-canal, puis les relations liant le débit et les gradients de pression. Une simulation numérique d’écoulement au travers d’une série de micro-canaux est aussi présentée

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Renoud, Raphaël. "Simulation par la méthode de Monte-Carlo de la charge d'un isolant soumis au bombardement d'un faisceau électronique focalisé." Lyon 1, 1995. http://www.theses.fr/1995LYO10029.

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Abstract:

La caracterisation des materiaux isolants (par exemple par la methode du miroir) passe par une connaissance approfondie de la physique de la charge d'espace. La distribution des charges, la forme du potentiel et du champ electrostatique, ainsi que les rendements de l'emission secondaire, sont autant d'indicateurs essentiels pour apprecier la tenue dielectrique d'un materiau soumis a une contrainte (electrique, mecanique, thermique,). Dans ce cadre, nous simulons le bombardement d'un echantillon isolant par un faisceau electronique tel qu'on le realise dans un microscope electronique a balayage. En utilisant la methode de monte-carlo, il est alors possible de suivre les trajectoires electroniques dans l'echantillon. Dans la premiere partie de ce memoire, nous exposons les fondements theoriques necessaires a notre etude. Nous insistons notamment sur les proprietes des isolants (polarisation, champ electrique, piegeage) et sur la propagation des electrons a l'interieur de ces milieux (modele d'interaction electron-isolant). Nous abordons aussi l'etude du phenomene de l'emission electronique secondaire, dont le role est important pour confronter notre modele a l'experience. L'expose de la technique de simulation de monte-carlo fait l'objet de la seconde partie. Nous y indiquons notamment comment convertir les lois physiques en informations et modeles exploitables par un ordinateur. Nous detaillons en particulier le traitement du champ electrique. Dans la troisieme partie sont exposes les resultats obtenus. Nous calculons alors les taux d'emission secondaire, ce qui nous permet de valider notre modele. Nous pouvons ainsi calculer, a divers instants de la charge, la distribution des charges piegees, en fonction des caracteristiques du materiau, et nous en deduisons le champ et le potentiel en tout point de l'espace. Une etude du taux d'emission secondaire permet de deduire les caracteristiques de piegeage du materiau

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Bakkali, Amin El. "Simulation par méthode de monte carlo de détecteur gamma en imagerie radiosotopique : application aux détecteurs simple et double photon." Besançon, 2006. http://www.theses.fr/2006BESA2043.

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Abstract:

La conception et l’optimisation de nouveaux détecteurs, dédiés à des applications simple et double photon en imagerie radioisotopique, nécessite le développement d'outils de simulation capables de reproduire la réponse de ces détecteurs. Ces outils, basés sur la Méthode Monte Carlo, permettent également de tester les algorithmes de reconstruction et d’élaborer les méthodes de correction. Les travaux de recherche menés dans le cadre de cette thèse ont permis dans un premier temps d’étendre les applications du simulateur Pulsar, développé au laboratoire LIIS, à des détecteurs monophotoniques moyen champ discrets basés sur des cristaux scintillateurs pixellisés couplés à une matrice de tubes photomultiplicateurs à mesure de position (PSPMT) carrés à faible bords morts. Les résultats de la simulation sont ensuite validés en les comparant aux mesures effectuées sur un détecteur expérimental. Par ailleurs, la deuxième partie de ce travail de thèse a été consacrée au développement d’un simulateur dédié aux systèmes tomographiques par émission de positons (TEP). Il permet de produire des données TEP pour tester les algorithmes de reconstruction d’image et pour explorer de nouvelles configurations de détecteurs. Les résultats obtenus ont permis de déterminer les meilleurs compromis entre sensibilité, résolution spatiale et résolution en énergie Monte Carlo simulation represents currently an essential support tool of design and optimization of new detectors dedicated to simple and coincidence photon applications in radioisotopic imaging. This tool also allows testing of reconstruction algorithms and correction methods. The research studies undertaken within the framework of this thesis have been conducted initially to extend the applications of the Pulsar simulator, developed at the LIIS laboratory, to discrete and medium field of view mono photonic detectors based on pixellated scintillations crystal coupled to an array of squares and weak dead edges position sensitive photomultiplier tubes (PSPMT). Simulation results are then validated by comparing them to measurements taken on experimental prototype. The second part of this thesis work was given over to the development of a simulator dedicated to positron emission tomography systems (PET). It makes it possible to produce PET data to test image reconstruction algorithms and to explore new detectors configurations. The results obtained allow us to determine the best compromises between sensitivity, spatial and energy resolution

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Jiang, Chang Zhong. "Microscopie électronique à balayage analytique : simulation par techniques de Monte Carlo de la détection coaxiale des électrons rétrodiffusés." Lyon 1, 1999. http://www.theses.fr/1999LYO10109.

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Abstract:

En microscopie electronique a balayage (meb), le contraste du materiau et le contraste topographique des electrons retrodiffuses depend notablement des angles d'incidence et de collection. Dans une premiere partie nous proposons une geometrie particuliere correspondant a une detection coaxiale des electrons retrodiffuses. Nous montrons que l'avantage principal de cette geometrie est d'augmenter la sensibilite au numero atomique tout en minimisant le contraste topographique. Les caracteristiques du microscope a employer sont etudiees pour definir les conditions d'obtention d'un faible diametre de faisceau. Le systeme experimental presente un ensemble des parametres ajustables (energie primaire, perte d'energie, angle d'incidence et angle de collection) dont les influences conjuguees sont difficiles a prevoir. Pour preciser les conditions experimentales, nous avons choisi de simuler les trajectoires electroniques dans les materiaux d'etude. Nos simulations sont faites en utilisant la methode de monte carlo et en supposant un echantillon amorphe bombarde par un faisceau ponctuel d'electron. L'interaction electron-matiere et la technique de monte carlo sont decrites dans la deuxieme partie. Nous avons utilise des sections efficaces elastiques calculees par la methode du developpement en ondes partielles. Nous decrivons l'interaction inelastique en utilisant l'approximation des pertes continues de bethe. Dans la derniere partie, nous avons presente les resultats de la simulation et discute en detail les influences des differents parametres sur les taux de retrodiffusion d'un echantillon massif et d'une couche mince. Les caracteristiques les plus importantes (par exemple : contraste en z, contraste topographique, rapport signal sur bruit, resolution spatiale, etc. ) sont aussi discutees. La simulation permet de trouver comment ajuster les parametres disponibles du microscope, par rapport aux valeurs de z mises en jeu, pour atteindre les objectifs juges prioritaires.

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Dissertations / Theses on the topic 'Méthode de simulation Monte Carlo'

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