Este trabalho apresenta a caracterização in situ de propriedades de interesse geotécnico de maciços de resíduos sólidos urbanos (RSU) e o estudo das propriedades de resistência ao cisalhamento de RSU com diferentes idades. Foram realizadas investigações por sondagens e com métodos geofísicos sísmicos no Aterro Sanitário de São Carlos (ASSC) e ensaios de cisalhamento direto de grandes dimensões (50x50 cm2) com amostras de diferentes idades de aterramento coletadas no ASSC, no Lixão Desativado de São Carlos e em Aterro Experimental construído nas proximidades do Lixão. As investigações realizadas no ASSC revelaram que as diferentes fases de operação do maciço (aterro controlado e aterro sanitário) produziram dois estratos com diferentes propriedades geotécnicas. A umidade, as velocidades de propagação de ondas sísmicas e o peso específico in situ dos dois estratos são distintos, sendo sempre menores e menos dispersos no estrato mais raso (operado como aterro sanitário) e maiores e mais dispersos no estrato mais profundo (operado como aterro controlado). Realizaram-se tentativas de determinação do peso específico in situ dos RSU com medição dos volumes escavados por substituição de volume. Notou-se que os furos tendiam a diminuir de diâmetro assim que a composição de sondagem era retirada e que o método adotado para avanço dos furos, com trado helicoidal de haste oca, promovia segregação dos componentes atravessados, realizando uma amostragem parcial dos mesmos. Foram calculados valores médios de peso específico in situ para o maciço investigado (9 a 15 kN/m3) e identificadas as principais limitações da aplicação deste método a aterros sanitários. A aplicação de métodos geofísicos sísmicos foi fundamental para a diferenciação dos dois estratos e permitiu que se calculasse o módulo de cisalhamento máximo (Go) dos resíduos, que variou significativamente de um estrato para outro. Foi possível comparar os resultados obtidos com a aplicação do método crosshole e do método multichannel analysis of surface waves (MASW) no mesmo aterro sanitário. A caracterização das seis amostras utilizadas nos ensaios de cisalhamento direto revelou que, apesar de elas representarem idades distintas de disposição dos resíduos (2 a 25 anos) e condições de aterramento variadas (formas de operação dos depósitos, ambientes de decomposição e condições de confinamento), a maioria delas se encontrava em estágio avançado de degradação (fase metanogênica) e apenas a mais recente (2 anos de aterramento) encontrava-se em estágio um pouco menos avançado de degradação (início da fase metanogênica). Todas elas exibiram curvas tensão-deslocamento semelhantes, sem pico ou valor de máxima resistência bem caracterizados. Os parâmetros de resistência ao cisalhamento foram obtidos a partir de níveis específicos de deslocamento. Avaliou-se a influência da amostragem, dos procedimentos de preparação das amostras e da composição gravimétrica de cada uma delas sobre os valores calculados para coesão e ângulo de atrito. Para deslocamentos de 100 mm o resíduo aterrado há dois anos apresentou coesão de 13,7 kPa e ângulo de atrito de 22º. Os resíduos mais degradados, com idades de disposição entre 5 e 25 anos, apresentaram coesão de 4,4 kPa e ângulo de atrito de 30º. Utilizaram-se tensões normais de 50, 150 e 250 kPa. Realizaram-se ainda ensaios de cisalhamento direto de grandes dimensões em uma das amostras com corpos de prova em duas posições: paralela e perpendicular à direção de compactação. Os resultados confirmaram que os RSU têm comportamento anisotrópico, sendo que os corpos de prova ensaiados com os componentes alinhados preferencialmente na posição vertical (rotacionados) têm comportamento de endurecimento ainda mais pronunciado que aqueles ensaiados com os componentes orientados preferencialmente no plano horizontal. / Field and laboratory tests were combined to characterize some in-place geotechnical properties of the waste body in the São Carlos Sanitary Landfill (SCSL). The investigation was carried out using hollow stem auger soundings and seismic geophysical methods in the field, and large-scale direct shear testing in the laboratory. The field investigation revealed two strata with different geotechnical properties and they could be related to the different operational phases of the landfill (controlled landfill and sanitary landfill). Moisture content, seismic wave velocities and in-place unit weight were systematically lower and less scattered in the upper stratum than in the lower stratum. The upper stratum was operated as a sanitary landfill and the lower stratum was operated as a controlled landfill. The investigations with geophysical seismic methods were essential for identifying the two strata and allowed for the calculation of the Poisson ratio and the small strain shear modulus (Go) of the waste body. The Poisson ratio showed no sensibility to the waste stratigraphy, but Go values were significantly higher in the lower stratum. Moreover, the results of two different geophysical methods, namely crosshole and multichannel analysis of surface waves (MASW), could be compared. An attempt was made to estimate overboring using a volume substitution method by filling the boreholes with gravel. This aimed at incorporating this aspect in the calculations of the MSW in-place unit weight. Nevertheless, the borings tended to cave in as soon as the augers were removed and this prevented the evaluation of the overboring. Moreover, the hollow stem auger tended to segregate the larger components of the waste and to bring only the smaller ones to the surface. Despite all these difficulties, average values for the MSW inplace unit weight were be calculated (9 to 15 kN/m3). In the laboratory, large-scale direct shear tests (500 x 500 mm2) were performed to provide an insight on the shear strength response of municipal solid waste (MSW) of different landfilling ages. The test samples were collected from the SCSL, a dumpsite and an experimental landfill. Their landfilling ages ranged from 2 to 25 years. Physico-chemical characterization of the samples revealed that most of them were subjected to the metanogenesis degradation phase, in spite of their different landfilling ages and burial conditions (operational characteristics of the deposits, decomposition environment and confining pressures). Only the newest one (2 years old sample) was subjected to an earlier stage of degradation. In the direct shear tests, all samples showed similar stress-strain curves, with continuous strain hardening and no identifiable maximum stress, despite the large displacements. The influence of sampling method, sample preparation and sample gravimetric composition on the calculated shear resistance parameters is discussed. For a 100-mm displacement the shear resistance of the less degraded waste (2 years of landfilling) is best characterized by cohesion = 13.7 kPa and friction angle = 22º. The more degraded wastes (5 to 25 years old samples) are best characterized by cohesion = 4.4 kPa and friction angle = 30º. The tests were performed with initial normal stresses of 50, 150 and 250 kPa. Specific large direct shear tests were performed to evaluate anisotropy in the MSW shear response. The test samples had the fibrous materials oriented perpendicular or parallel to the horizontal shear surface. Results confirmed the expected anisotropy by showing a hardening behaviour that was more pronounced when the fibrous materials were oriented perpendicular to the shear plan.

A Faixa Araçuaí foi formada no Neoproterozóico a partir da colisão E-W entre os continentes Sul-Americano e Africano. Sua porção leste compreende uma extensa área migmatítica (~300 km de comprimento por 50-100 km de largura) onde afloram anatexitos e leucogranitos (unidade Carlos Chagas), kinzigitos e granulitos migmatizados, que provavelmente são o registro de uma ampla fusão parcial da crosta intermediária a inferior. Observações de campo associadas com evidências micro-estruturais indicam que a deformação ocorreu quando as rochas estavam incompletamente solidificadas. Estimativas de temperaturas sincinemáticas realizadas a partir do geotermômetro TitaniQ (titânio-em-quartzo) indicam que a temperatura mínima para a cristalização de cristais de quartzo é ~750°C. Tais temperaturas combinadas com composição química de leucossomas dos anatexitos sugerem que a viscosidade das rochas crustais foi reduzida para pelo menos 108 Pa s. Baixo valor de viscosidade associado às evidências de campo e de micro-estruturas são consistentes com a geração de no mínimo 30% de volume de magma durante a orogênese. Grandes quantidades de magma promovem um drástico enfraquecimento da resistência mecânica das rochas à deformação, e atestam que a crosta anatética do extremo leste da Faixa Araçuaí representa um análogo de litosferas quentes (hot orogen), tal como a Himalaiana. Investigação mineralógica detalhada permitiu caracterizar um comportamento dominantemente paramagnético para os anatexitos e ferromagnético para os granulitos. Medidas de orientação preferencial cristalográfica (OPC) a partir da técnica de EBSD (electron backscatter diffraction) revelam que a foliação magnética surge, sobretudo, a partir da orientação preferencial dos eixos [001] da biotita orientados perpendicularmente ao plano de fluxo. Contudo, dada a fraca anisotropia linear desse mineral, apenas uma secundária contribuição de sua subtrama foi observada para a origem da lineação magnética (k1). A correspondência entre os eixos [001] de feldspatos e k1 ocorre devido a OPC de pequenas inclusões de ilmenita que imitam a OPC de seus minerais hospedeiros. Correlação entre k1 da Anisotropia de Remanência Anistéretica (ARA) e k1 da Anisotropia de Suscetibilidade Magnética (ASM) demonstra que, na escala do espécime, a lineação magnética tem uma contribuição da anisotropia dos minerais ferromagnéticos. Assim sendo, a lineação magnética nos anatexitos é o resultado da combinação da trama cristalográfica de feldspatos e de biotita com o alinhamento preferencial de grãos ferromagnéticos. Medidas de ASM realizadas para recuperar a trama mineral e investigar o fluxo nos migmatitos revela um padrão de deformação complexo, no qual, em função das direções de lineação, especialmente, é possível caracterizar três setores estruturais. A porção norte (região estrutural 1) com foliações dominantemente sub-horizontais e lineação fortemente orientada na direção NW-SE representa uma região de escape tectônico que ocorre através de um fluxo horizontal de canal (channel flow). Fluxos de canais possivelmente resultam da atuação de forças gravitacionais (gravity-driven flow). O setor sul (regiões estruturais 2 e 3) com variadas direções de foliação (NE-SW, E-W e NW-SE) e lineações com caimentos para Norte e Oeste, provavelmente refletem um regime de fluxo influenciado, sobretudo, pela tectônica de convergência E-W (collision-driven flow). Ambos os setores sugerem que na escala regional o fluxo crustal registrado pelos migmatitos resulta de um regime de deformação que envolve forças gravitacionais, devido a carga topográfica da crosta superior sobreposta à crosta intermediária parcialmente fundida, com viscosidade baixa, e forças tectônicas, associadas à colisão entre os continentes Sul-Americano e Africano. / The Araçuaí belt was formed by the collision between South American and African protocontinents during the Neoproterozoic. Its eastern part consists of an extensive migmatitic area (~300 km long x 50-100 km wide) where crop out anatexites and leucogranites (Carlos Chagas unit), migmatitic kinzigites and granulites that probably are the record of a widespread partial melting of the middle to lower crust. Field observations associated with microstructural evidences indicate that the deformation occurred when the rocks were incompletely solidified. Synkinematic temperature estimates realized using the TitaniQ (titaniun-in-quartz) geotermomether suggest that the minimum temperature for the quartz crystallization is ~750°C. Such temperatures combined with bulk rock composition of leucosome in the anatexites suggest that the viscosity of crustal rocks was dropped to at least 108 Pa s. Low viscosity values associated with field and microstructural evidences are consistent with the generation of at least 30% volume of melt during the orogeny. The presence of large volumes of melt promotes a drastic weakening of the mechanical strength of rocks and suggests that the anatectic crust of the eastern Araçuaí belt represents an analogue of present day hot orogen such the Himalayas. Detailed mineralogy investigation permitted to characterize the paramagnetic behaviour of the anatexites and the ferromagnetic behaviour of the granulites. Crystallographic preferred orientation (CPO) measurements using the EBSD (Electron Backscatter Diffraction) technique reveal that the magnetic foliation results from the preferred orientation of the biotite [001] oriented normal to the flow plane. However, given the feeble linear anisotropy of this mineral, only a subsidiary contribution of its subfabric to the origin of the magnetic lineation (k1) was observed. Correspondence between [001] of feldspars and k1 is due to the CPO of small inclusions of ilmenite that mimic the CPO of their host minerals. Correlation between k1 of the Anisotropy of Anhysteretic Remanent Magnetization (AARM) and k1 of the Anisotropy of Magnetic Susceptibility (AMS) demonstrate that, at the specimen scale, the magnetic lineation has a contribution of the anisotropy of the ferromagnetic minerals. AMS measurements realized to recover the mineral fabric and investigate the migmatitic flow field revealed a complex strain pattern in which, considering the lineation trends, especially, it is possible to characterize three structural sectors. The north region (structural sector 1) with foliations dominantly sub-horizontal and lineation trending NW-SE is interpreted as a region of tectonic escape that may represent a horizontal channel flow. This oblique tectonic escape probably results from gravity forces (gravity-driven flow). The Southern region (structural sectors 2 and 3) with variable trending foliations (NE-SW, E-W and NW-SE) and lineation plunging to North and West, probably reflect a flow regime dominantly influenced by the E-W convergence of the African and South-American continents (collision-driven flow). Altogether, the characteristics of the various domains suggest that the deformation of the partially molten middle crust of the Araçuaí belt was the result of the combination of gravity forces due to the topographic load and tectonic forces due to the convergence between the African and South-American continents.

Este texto trata do Método dos Elementos de Contorno Dual empregando a solução fundamental anisotrópica. As integrais impróprias que surgem nesta formulação são regularizadas pela técnica da subtração de singularidade. Aplica-se a transformação de coordenadas auto-adaptativa de Telles para a avaliação das integrais quase-singulares. Apresenta-se o programa computacional desenvolvido utilizando os paradigmas da programação orientada a objetos e processamento em paralelo. Foram analisados diversos problemas e os resultados obtidos comparados àqueles da solução analítica. Os resultados alcançados mostraram-se satisfatórios validando a formulação proposta. / This text deals with the Dual Boundary Element Formulation Method using the fundamental solution for anisotropic body. The improper integrals that arise in this formulation are regularized using the singularity subtraction technique. The self-adaptive coordinate transformation developed by Telles is used to evaluate the near-singular integrals. The computer program developed using the paradigms of object-oriented programming and parallel processing is presented. Several problems were analyzed and its results compared with those proposed by analytical solution. The results achieved were satisfactory therefore validating the proposed formulation.

[pt] Este trabalho propõe uma técnica do tipo rotação de fase para migração em profundidade de dados sísmicos para meios com simetria polar local (localmente transversalmente isotrópicos, LTI), nos quais a direção do eixo de simetria varia continuamente ao longo das camadas. São testadas, através de simulações numéricas de levantamentos sísmicos, a precisão e a estabilidade do método, em função da variação do eixo de simetria. Para a realização das simulações, desenvolveu-se um método a partir da solução da equação elástica da onda usando-se a técnica das diferenças finitas, que possibilita a modelagem em meios LTI, onde cada ponto da malha tem suas características definidas pelas velocidades de fase P e SV, parâmetros de Thomsen, densidade e inclinação do eixo de simetria. Na separação dos modos de onda qP e qSV dos sismogramas, implementou-se um algoritmo baseado na solução da equação de Christoffel para determinar os operadores de separação. A migração para cada família de tiro comum é realizada por soluções da equação da onda usando somente técnicas de rotações de fase. De fato, tanto a depropagação do campo registrado quanto a geração das matrizes de tempo utilizadas na condição de imageamento, são realizadas por soluções que envolvem rotações de fase para cada conjunto de parâmetros, em cada nível de profundidade. Nos resultados das migrações usando reflexões dos tipos qP-qP, e qP-qSV, os horizontes foram localizados precisamente e verificou-se que o processo é estável em relação à variação do eixo de simetria. Vale ressaltar que o método não está restrito a aquisições sísmicas multicomponentes, podendo ser aplicado em dados sísmicos marítimos convencionais, como também em dados provenientes de aquisições do tipo OBC (Ocean Bottom Cable) e com cabo vertical. Como o método proposto se baseia em algoritmos que utilizam técnicas de rotação de fase, a sua implementação conta com o beneficio de ser altamente paralelizável. / [en] This work proposes a technique based on the phase-shift method to implement pre-stack depth migration on locally transverse isotropic media (LTI), in which the direction of the symmetry axis varies continually along the layers. Through numerical seismic data simulations the methods robustness and stability were tested in relation to the axis symmetry variations. For seismic modeling, a generalization of the finite differences method for the solution of the elastic wave equation was used. With this procedure, it was possible to accommodate seismic modeling on LTI media defined by six parameters at each grid point, i.e., density, P and S wave propagation velocities along the local symmetry axis, Thomsen parameters and, the direction of the local symmetry axis itself. In order to separate from the seismograms the qP and qSV wavefields, an algorithm based on the Christoffel equation was implemented. The migration for each common shot gather is implemented solely by phase-shift based algorithms, which means that not only the depropagation of the registered wavefield, but also the generation of the time matrices involved in the imaging condition were obtained in this manner for each set of parameters at each depth level. The migration results using qP-qP and qP-qSV reflections show that the horizons were located precisely, and that the process is stable in relation to the symmetry axis variations. The proposed method is not restricted to multicomponent seismic acquisitions, but it can be applied to marine seismic data using streamers, or Ocean Bottom Cables or vertical cables. Since the proposed method uses phaseshift algorithms, its parallel implementation can be highly efficient.

Un des dilemmes au quel doit faire face la technologie MRAM est la réduction de la consommation énergétique et l’amélioration des vitesses d’accès aux données sans compromettre la rétention des données. Une des solutions possibles passe par les jonctions tunnel magnétiques à double barrière(JTMDB) dont l’amplitude du couple de transfert de spin de la couche de stockage peut être réglée par le choix de la configuration magnétique des électrodes. Cela permet ainsi des modes d’opération lecture/écriture plus fiables pour les MRAM. Malgré la réduction de moitié du courant de commutation, une étude précédente sur les JTMDB avec aimantation dans le plan signale des commutations indésirables en mode lecture liées au couple de transfert de spin perpendiculaire. Dans cette thèse, nous étudions plus en détail l’interaction complexe entre les couples de transfert de spin planaire et perpendiculaire dans ces structures à double barrière. Les mesures effectuées en utilisant courant DC ou des impulsions en tension de courte durée dans des JTMDB avec des barrières symétriques et asymétriques ont montré la présence du couple de transfert de spin perpendiculaire en mode lecture et en mode écriture. De plus, dans les JTMDB avec barrières symétriques en mode lecture, nous démontrons la commutation pure déclenchée par le couple de transfert de spin perpendiculaire qui est proportionnel à la tension quadratique et ajusté par le préfacteur. En outre, ce couple de transfert de spin favorise l’alignement antiparallèle entre les aimantations de la couche de stockage et les deux couches de référence. Les résultats obtenus expérimentalement sont en accord avec des simulations macrospin effectuée avec un choix adéquat des préfacteurs des couples de transfert de spin planaire et perpendiculaire. Afin de supprimer l’influence du couple de transfert de spin perpendiculaire, réduire encore plus le courant d’écriture et permettre la miniaturisation des JTM, nous avons développé et fabriqué des JTMDB avec anisotropie perpendiculaire (p-JTMDB). Des nouvelles multicouches sans couche de croissance avec une anisotropie magnétique perpendiculaire amélioré ont été conçues et introduites dans p-JTMDB fonctionnelles comme référence du haut. Les p-JTMDB optimisées ont été fabriquées en nanopiliers de diamètre inférieur à 300 nm et le couple de transfert de spin étudié expérimentalement en mode lecture et écriture. L’utilisation du W au lieu de Ta comme couche intercalaire dans la couche de stockage FeCoB/couche intercalaire/FeCoB a montré une amélioration de l’efficacité du couple de transfert de spin d’un facteur 3. En mode écriture, les p-JTMDB ont aussi démontré un considérable renforcement de l’efficacité du couple de transfert de spin par comparaison aux p-JTM à simple barrière. En mode lecture, la commutation est empêchée au centre de la région bistable mais la stabilité thermique de l’état magnétique se dégrade aux tensions élevées. Parmi plusieurs explications proposées pour ce phénomène, la réduction de la aimantation à saturation et de l’anisotropie effective avec l’augmentation de la température par effet Joule semble la plus probable selon des simulations macrospin. / One of the dilemmas faced by the present STT-MRAM technology is the reduction of the power consumption and increase of data access speed without jeopardizing the data retention. A possible solution lies on the double barrier magnetic tunnel junction (DBMTJ) where the amplitude of the spin transfer torque (STT) on the storage layer can be tuned through a proper magnetic configuration of the outer electrodes. Thus providing more reliable read/write operation modes for MRAM. Despite the reduction in half of the switching current, previous studies on DBMTJs with in-plane magnetization report undesired switchings in read mode associated with field-like torque. In this thesis, we further investigate the complex interplay between damping-like and field-like torques in these double barrierstructures. Measurements using DC current and short voltage pulses in DBMTJ with symmetric and asymmetric barriers have revealed a strong presence of the field-like torque both in write and read modes. Moreover, in DBMTJs with symmetric barriers set in read mode, we demonstrate pure field-like torque switching which is proportional to a quadratic voltage and adjusted by a b2 prefactor. Furthermore, this torque favors a antiparallel alignment between the storage layer magnetization and the two references’ magnetizations. The results obtained experimentally were in agreement with macrospin simulation performed with a proper tuning of the damping-like and field-like torque prefactors. In order to suppress the field-like torque and aiming for a further reduction of the writing currents and enhancedscalability of MTJs, we developed and realized DBMTJs with perpendicular anisotropy (p-DBMTJs). Novel seedless multilayers with improved perpendicular magnetic anisotropy to be used as top reference were designed and implemented in functional p-DBMTJs. The optimized p-DBMTJs were patterned into sub-300nm nanopillars and the spin transfer torque studied experimentally in write and read modes.The use of W instead of Ta as a spacer in the FeCoB/spacer/FeCoB composite storage layer showed a 3x improvement of STT efficiency. In write mode, p-DBMTJs have also demonstrated a considerable enhancement of STT efficiency when compared to single barrier p-MTJs. In read mode, switching has been prevented at the center of the bistable region but its thermal stability degraded with high voltage. Among several proposed explanations of this phenomenon, the reduction of the saturation magnetization and effective anisotropy with increasing temperature has been supported by macrospin simulations as the most probable one.

Apresentamos os resultados de estudos sobre a utilização de técnicas baseadas no fenômeno de fluorescência para a investigação de processos relacionados a membranas modelo. Nessa investigação, estão envolvidas medidas de propriedades espectrais de absorção e emissão de luz por cromóforos adequados, determinação xperimental de perfis de decaimento temporal da fluorescência e correlação temporal de emissão fluorescente, bem como a utilização apropriada de metodologias para análise e interpretação dos dados experimentais. Foram utilizados diversos compostos que apresentam absorção e emissão na região ultravioleta/visível, como as sondas lipofílicas 2-Amino-N-hexadecil-benzamida (Ahba), 6-lauryl-2-dimethylaminonaphthalene (Laurdan), N-(7-nitrobenz-2-oxa-1,3- diazol-4-yl) (NBD), em diferentes condições: meio aquoso homogêneo, suspensões de micelas de Sodium Dodecyl Sulfate (SDS), Cetyl-trimethyl-ammonium-bromide (CTAB) e 3-(Dodecyl-Dimethyl-Ammonio)-propane-sulfonate (DPS) e vesículas de fosfolipídios, como o 1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DMPC), o 1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3-[Phospho-rac-(1-glycerol)](Sodium Salt) (DMPG) e o 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (POPC). Supressores alquilpiridínios de diferentes comprimentos da cadeia alquila e, portanto, diferentes afinidades por agregados anfifílicos, foram utilizados em experimentos de supressão da fluorescência da sonda Ahba. Usando o formalismo que descreve fenômenos de supressão dependente de colisões entre fluoróforo e supressor, observamos que as taxas de supressão são maiores em presença de agregados anfifílicos carregados negativamente: micelas de SDS e vesículas de DMPG; em micelas zwiteriônicas o processo é mais eficiente quando a hidrofobicidade do supressor é grande, o que ocorre quando a cadeia alquila é mais longa. Realizamos experimentos de transferência de energia por ressonância de Förster (FRET) onde o grupo fluorescente da sonda lipofílica Ahba atuou como doador. Como aceitadores utilizamos os compostos Acridina Laranja, -(2,4,dinitrofenil)-etilenodiamina (Eddnp) e o NBD ligado a fosfolipídios. Fizemos uso do programa CONTIN para análise de dados experimentais de perfis de decaimento da fluorescência em sistemas em que ocorre transferência de energia e obtivemos distribuições de distâncias para os pares Ahba/Eddnp e Ahba/NBD-fosfolipídios na presença de vesículas de fosfolipídios. Para este último par, verificou-se que a distribuição de distâncias depende da temperatura do sistema, ou seja, da fase da bicamada, da concentração de aceitador e da posição onde o NBD está ligado ao fosfolipídio. Analisamos a utilização da sonda Laurdan em presença de vesículas de DMPC e POPC, em experimentos de espectroscopia de correlação de fluorescência. Embora tenha apresentado sinal elevado de fluorescência, a sonda é fotodegradável. Os mesmos experimentos de correlação de fluorescência foram realizados com o Ahba que, apesar de ter se mostrado bastante fotoestável, revelou não ser uma sonda adequada para uso em tal técnica. O espectro de excitação a dois fótons foi obtido para esta sonda, com máximo de absorção em 695 nm. Em experimentos de microscopia de fluorescência, o Ahba mostrou ser um bom marcador fluorescente para membranas lipídicas, ao possibilitar a aquisição de imagens de fluorescência de vesículas gigantes marcadas. / In this work we showed results from studies about the use of fluorescence spectroscopy techniques as a tool to investigate amphiphilic aggregates, used as a model of the cell membrane. We performed measurements on the spectral properties of light absorption and emission of adequate chromophors, registered the experimental timeresolved decay of fluorescence and time correlated fluorescence emission of the probes and used also adequate methodologies for the analysis and interpretation of experimental data. Several compounds presenting absorption and emission in the UV/visible spectral range were employed: the lipophilic probes 2-Amino-N-hexadecil-benzamida (Ahba), 6-lauryl-2-dimethylaminonaphthalene (Laurdan), N-(7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl) (NBD), in different environment:homogeneous aqueous medium, micelles of surfactants like Sodium Dodecyl Sulfate (SDS), Cetyl-trimethyl-ammonium-bromide (CTAB) and 3- (Dodecyl-Dimethyl-Ammonio)-propane-sulfonate (DPS) and phospholipid vesicles of 1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (DMPC), 1,2-Dimyristoyl-sn-Glycero-3- [Phospho-rac-(1-glycerol)](Sodium Salt) (DMPG) and 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn-Glycero-3-Phosphocholine (POPC). Alkyilpyridinium halides with different alkyl chain length were employed fluorescence quenchers of the Ahba probe. Using the Stern-Volmer model to describe the quenching phenomena dependent on fluorophor/quencher collision, we observed that higher quenching rates were obtained in the presence of negatively charged amphiphilic agreggates: SDS micelles and DMPG vesicles; in the presence of zwitterionic vesicles the quenching efficiency was more efficient when the quencher hydrophobicity was high (long alkyl chain). We performed Förster resonance energy transfer (FRET) experiments where the fluorescent moiety of the probe Ahba was the energy donor. As acceptors molecules we used Acridine Orange, Ethylene-diamine-dinitrophenyl (Eddnp) and NBD-labeled phospholipids. The computational package CONTIN was adapted to analyze the experimentally obtained fluorescence decay profiles of the donor in the presence of the acceptor, in order to determine the distance distribution between the Ahba/Eddnp and Ahba/NBD-phospholipids pairs in the presence of lipid vesicles. For the Ahba/NBD pair, the distances were dependent on the emperature of the system (or the phase bilayer behavior), the acceptor concentration and the NBD position in the phospholipid. We observed that the Laurdan probe can be used in studies about DMPC vesicles diffusion using fluorescence correlation spectroscopy techniques. Investigation about the use of the probe Ahba with this technique had shown that its maximum absorption for two photon excitation occurs near to 695 nm, but it is not an appropriated probe to FCS experiments due to its very low brightness. On the other hand, Ahba can be used as a membrane fluorescent label in membrane fluorescence microscopy, as we can see in the fluorescence imaging experiments with giant vesicles labeled with Ahba.

Ce travail de thèse est consacré à l’étude des propriétés magnéto-optiques de nanoparticules (NP) magnétiques de ferrite de cobalt (CoFe2O4) sous forme liquide et lorsqu’elles sont bloquées dans une matrice de silice produite par voie sol-gel. Cette dernière dispersion constitue un matériau composite à activité magnéto-optique obtenu par un procédé basse température qui le rend totalement compatible avec les technologies d’intégration. A plus long terme, ce matériau pourra contribuer à l’intégration de composants non-réciproques. L’objectif de ce travail est d’une part l’identification du type de NP qui maximise la rotation Faraday et le facteur de mérite (rapport de la rotation Faraday à l’absorption) dans le but d’améliorer la qualité magnéto-optique du matériau composite. Et d’autre part, il s’agit d’améliorer la compréhension des phénomènes physiques liés aux effets magnéto-optiques de ces nanoparticules et le lien avec leurs caractéristiques physiques. L’étude est menée sur des NP magnétiques synthétisées et dispersées en phase aqueuse au laboratoire PHENIX (UMR CNRS 8234). Les mesures optiques et magnéto-optiques réalisées au laboratoire Hubert Curien (UMR CNRS 5516) ont été complétées par des mesures magnétiques XMCD au synchrotron SOLEIL. L’étude des différentes nanoparticules magnétiques a révélé que l’utilisation d’une petite taille de NP permet de multiplier par deux le facteur de mérite du matériau pour une longueur d’onde de 1,5 µm, soit une division par deux des pertes pour les composants magnéto-optiques visés. L’analyse du comportement spectral de l’effet Faraday illustre l’influence de la distribution cationique des ions Co2+ et Fe3+ dans la structure cristalline. Couplée aux mesures XMCD, l’analyse montre le besoin d’une localisation de l’ion Co2+ en site tétraédrique dans la structure spinelle pour maximiser l’effet Faraday à 1,5µm, et obtenir une anisotropie uniaxe qui permette une pré-orientation aisée des NP lors de la gélification / This work is dedicated to the study of the magneto-optical properties of cobalt ferrite (CoFe2O4) nanoparticles (NP) dispersed in liquid as ferrofluid, or blocked in a solid silica matrix realized with a sol-gel method. This last dispersion is a magneto-optical composite material, obtained with a low temperature process which insures its compatibility with photonic integration technologies, to produce, in the future, integrated non-reciprocal devices. The aim of the study is, on one hand, to identify which kind of NP can improve the Faraday effect and the merit factor (ratio between the Faraday effect and the absorption) of the composite material. On the other hand, the aim is to give a better understanding of the link between the magneto-optical properties and the physical characteristics of the NP. The study has been led on NP synthetized and dispersed as ferrofluid in PHENIX laboratory (UMR CNRS 8234). Optical and magneto-optical measurements were made in Hubert Curien laboratory (UMR CNRS 5516) and completed by XMCD analysis in Synchroton SOLEIL. Results show that it is necessary to use a small size of NP (5 nm) to maximize the merit factor at a wavelength of 1,5 µm. The spectral analysis of the Faraday effect shows the influence of the cationic distribution of Co2+ et Fe3+ in the spinelle structure. Coupled to XMCD results, this analysis shows that it is necessary to maximize the quantity of Co2+ in tetraedric sites to maximize the Faraday effect at 1,5 µm and to obtain an uniaxial anisotropy which allows to orientate the NP during the gelification of the sol-gel matrix

O período pós-colisional do Ciclo Brasiliano/Pan-africano é marcado no sul do Brasil pela ocorrência de granitos metaluminosos e peraluminosos, controlados por um sistema transcorrente de zonas de cisalhamento (ZC). No Rio Grande do Sul (RS), a Zona de Cisalhamento Transcorrente Dorsal de Canguçu (ZCTDC), de cinemática sinistral e direção NE, é a principal estrutura que condicionou o posicionamento desses granitos (ca. 634 – 610 Ma). Entretanto, o Granito Butiá (GB – 629 Ma), localizado a noroeste da ZCTDC, ocorre como um corpo alongado de direção NNW que intrude rochas de alto grau metamórfico do Complexo Várzea do Capivarita (ca. 650 Ma). O GB possui trama planar bem desenvolvida (S>L), cuja foliação mergulha com alto ângulo para NNW; apesar de raramente apresentar lineação, seu posicionamento é interpretado como sintectônico a uma ZC transcorrente de cinemática destral. Dessa forma, um estudo de anisotropia de susceptibilidade magnética (ASM) foi realizado no GB, com o objetivo de melhor delimitar os mecanismos de seu posicionamento e relacioná-los com o sistema regional de zonas de cisalhamento. No total, 492 espécimes (180 cilindros) foram coletadas em 16 sítios, distribuídos no corpo principal do GB. A mineralogia magnética foi investigada através de curvas termomagnéticas, curvas de histereses e de aquisição de magnetização remanente isotermal, e detalhada com microscopia eletrônica de varredura em amostras representativas. Essas análises demonstram o domínio de fases paramagnéticas e uma pequena contribuição de minerais de baixa coercividade (e.g., magnetita, titanomagnetita) e alta coercividade (e.g., hematita). Apesar disso, a trama magnética é controlada exclusivamente por cristais paramagnéticos de biotita. A susceptibilidade magnética total é baixa e varia entre 0,1 e 8x10-5 SI. O parâmetro de forma (T) varia de 0,272 a 0,908 e o grau de anisotropia (P) varia de 1,073 a 1,266, aumentando do centro em direção as margens do GB. A presença de par S-C destral de origem magmática e microestruturas de deformação em alta temperatura (~650°C) confirmam que a deformação atuava durante o processo de cristalização. Esses elementos, junto à análise da trama magnética, sugerem que a ascensão e o posicionamento do magma foram controlados por uma ZC transcorrente de direção NNW e cinemática destral. Próximo as rochas encaixantes, os elipsoides magnéticos são fortemente oblatos, a foliação mergulha com alto ângulo para W ou E, e a lineação têm alto a moderado caimento, sugerindo significante achatamento e domínio de uma componente de cisalhamento puro de deformação. Longe das margens, a lineação tem baixos caimentos, paralelos a direção da foliação (NW-NNW), sugerindo um transporte horizontal e domínio de uma componente de cisalhamento simples de deformação, que promoveu o estiramento. No nordeste do corpo, a presença de roof pendants e menores ângulos de mergulho da foliação sugerem proximidade com a cúpula. A combinanção de bouyoancy forces e da partição da deformação regional, em cisalhamento puro e simples durante o posicionamento do GB, está de acordo com um regime transpressivo. Esses resultados também sugerem uma relação no tempo-espaço entre a ZC que controlou o posicionamento do GB e a ZCTDC. Possivelmente, elas formavam um par conjugado do mesmo sistema transcorrente durante o estágio pós-colisional do Ciclo Brasiliano/Pan-africano no sul do Brasil. / The post-collisional stage of the Brasiliano/Pan-African Orogenic Cycle in Southern Brazil is marked by metaluminous and peraluminous granites controlled by a transcurrent shear zone system. In the Rio Grande do Sul State, southernmost Brazil, the sinistral, NE-trending Dorsal de Canguçu Transcurrent Shear Zone (DCTSZ) is the best known structure that conditioned these peraluminous granites (ca. 634 – 610 Ma). However, the NNW-elongate Butiá Granite (BG – 629 Ma) is emplaced to the northwest of the DCTSZ, intrusive in the high-grade Várzea do Capivarita Complex (ca. 650 Ma). The BG has a S>L fabric, which foliation steeply dips towards NNW. Despite its poorly-developed linear fabric, BG emplacement is interpreted to have been controlled by a dextral transcurrent shear zone. Thus, anisotropy of magnetic susceptibility (AMS) study was performed in the BG aiming to constrain its emplacement mechanism and the relation of the granite with the regional shear zone system. A total of 492 specimens (180 drill cores) were obtained through 16 sites distributed along the BG main body. Magnetic mineralogy was investigated by hysteresis loops, thermomagnetic and IRM acquisition curves, and a complementary SEM analysis in representative samples. These experiments show a dominant contribution of paramagnetic phases and a small content of low-coercivity (e.g., magnetite and titanomagnetite) and highcoercivity (e.g., hematite) remanence-carrying minerals. In spite of the presence of minor ferromagnetic grains, the BG magnetic anisotropy fabric is interpreted as dominantly controlled by paramagnetic biotite crystals. The bulk magnetic susceptibility ranges between 0.1 and 8.0×10−5 SI. Shape parameter (T) ranges from 0.272 to 0.908, and anisotropy degree (P) ranges from 1.073 to 1.266, increasing from the inner portion of the pluton to its margins. The presence of dextral S-C magmatic fabric and high temperature (ca. 650 °C), solid-state deformation at the margins confirms that the pluton was deformed during its cooling process. Such features, together the magnetic fabric analysis, suggest that magma ascent and emplacement were controlled by a NNW-trending dextral transcurrent shear zone. Close to the host-rocks, magnetic foliation dips steeply towards W or E, and magnetic lineation plunges steeply to moderate, displaying strongly-oblate ellipsoids. This is interpreted as a result of shortening and the significantly pure-shear component of deformation operating close to the host-rocks. Shallow-plunging lineation parallel to the NWto NNW-striking foliation is found away from the pluton margins, which is related to the horizontal displacement, where the simple-shear component of deformation was more effective, resulting stretching. Foliation becomes less steep towards the BG northeastern portion and the presence of roof pendants in this area suggests the proximity to the roof zone. The combination of buoyancy forces and the partitioning of regional strain into simple and pure shear are in accordance with a transpressive regime. These results also suggest a time-space relationship between the NNW-dextral shear zone that controlled the emplacement of the Butiá Granite and the sinistral, NE-trending DCTSZ, responsible for the emplacement of peraluminous granites. Possibly, these zones formed a conjugate pair during the transcurrent deformation of the early post-collisional stage of the Brasiliano/PanAfrican Cycle in southernmost Brazil.

Nous nous intéressons dans cette thèse à l’optimisation conjointe de forme et d’anisotropie pour les structures surfaciques. Nous nous focalisons dans un premier temps sur l’analyse de ces structures minces modélisées par des coques. Le modèle utilisé pour décrire le comportement mécanique est celui de Naghdi communément utilisé pour les coques modérément épaisses et qui permet de prendre en compte l’effet transverse de déformation. La discrétisation par méthode éléments finis est réalisée avec des éléments Lagrange standards de classe C0. Nous considerons la simulation d’assemblage de coques en utilisant la méthode des éléments finis avec joint (mortier). Cette méthode est flexible, elle est adaptée à l’utilisation de maillages localement raffinés et/ou non-conformes, c'est-à-dire non coïncidents. La deuxième partie se consacre à la définition d’un paramétrage pour la conception optimale de champ d’anisotropie. Notre approche se base sur l’utilisation conjointe du formalisme polaire pour représenter le tenseur d’élasticité et le principe isogéométrique permettant de paramétrer les champs d’anisotropie par des fonctions de type B-splines. La dernière partie est dédiée à l’optimisation conjointe de forme et de propriétés matériaux. Le nombre de paramètres d’optimisation dans l’approche proposée est maîtrisée puisque les paramètres d’optimisation sontles coordonnées des points de contrôle. Nous considérons principalement pour l’optimisation un critère detype compliance. / This thesis tackles the problem of the shape and anisotropy optimization of shell structures. The first part of this work focuses on the analysis of the shell model. The mechanical behavior of the structure is described using the Naghdi’s shell model which allows to take into account the transverse shear deformation. This model is typically used for shallow shells. We use a standard Lagrange C0 finite elements discretization and we numerically simulate the shell assemblings by means of the mortar technique. This approach enables the application of local refinements and the use of nonconforming mesh discretizations. The second part of this thesis aims at defining an effective parameterization for the optimal design of the shell’s distributed elastic properties. The method adopted is based on the joint use of a polar formalism to represent the elastic tensor and an isogeometric technique for the parameterization of the elastic tensor fields by CAD-based functions such as B-splines. The number of design variables thus only depends on the control points coordinates making the approach numerically manageable. The last part is devoted to the joint optimization of both the material properties and shape of the shell using the structure compliance as objective function.

Cette thèse s’intéresse à divers aspects de l’atténuation sismique dans le manteau terrestre et aux implications de celle-ci quant à la structure de ce dernier. L’enjeu est de mieux comprendre les mécanismes d’atténuation ainsi que les mesures que l’on peut effectuer afin d’améliorer les modèles radiaux d’atténuation dont on dispose et in fine l’interprétation des modèles de tomographie. Je me suis concentrée sur deux exemples de mécanismes d’atténuation, appartenant à deux grands types d’atténuation : l’atténuation intrinsèque, liée à l’absorption par le milieu d’une partie de l’énergie sismique dissipée irréversiblement sous forme de chaleur, et l’atténuation extrinsèque, liée à la dispersion de cette énergie par le milieu. Dans le premier cas, j'ai regardé l’effet des transitions de phase sur l’atténuation des ondes sismiques. En appliquant un modèle thermomécanique développé par Ricard et al., 2009, pour prédire l’atténuation des ondes sismiques liée à la transition de phase uniquement et en comparant les valeurs obtenues aux mesures dont on dispose, j'ai pu contraindre la cinétique d’une transition de phase mantellique. Dans le second cas, j'ai testé l’effet de l’anisotropie comme mécanisme d'atténuation apparente, le but étant de trouver une distribution statistique d’orientation d’anisotropie pouvant reproduire la quasi-constance du facteur de qualité Q avec la fréquence, observée en sismologie et lors d’expériences de laboratoire (Knopoff, 1964), et aujourd’hui expliquée par un modèle ad-hoc seulement (Liu, 1976).Enfin, je me intéressée à mesurer cette atténuation sismique sur des enregistrements réels. Après avoir testé la méthode dite de la fréquence instantanée (Ford et al., 2012), je me suis concentrée sur deux régions, l’Amérique centrale et l’Alaska pour l'appliquer. Ces mesures sont ensuite interprétées en termes de modèle radial d’atténuation révélant un manteau inférieur hétérogène atténuant. Je montre aussi qu’une origine compositionnelle est la plus probable pour expliquer ces anomalies d’atténuation. / This thesis is devoted to various aspects of seismic attenuation in the Earth's mantle and the consequences on the mantle structure. The challenge is to better understand the attenuation mechanisms, as well as the measurements that can be done, in order to improve the published radial profiles of attenuation and in fine the interpretation of tomographic models.I focus on two examples of attenuation mechanisms, belonging to two kinds of attenuation: the intrinsic attenuation related to the absorption by the medium of a part of the seismic energy then irreversibly dissipated as heat, and the extrinsic attenuation related to the dispersion of the seismic energy by the medium. In the first case, I investigate the effect of phase transitions upon seismic attenuation. Applying the thermo-mechanical model developped by Ricard et al., 2012, to calculate the attenuation of seismic waves due to the phase transition only and comparing the obtained values to published measurements, I succeed in constraining the kinetics of a mantle phase transition. In the second case, I test the seismic anisotropy as a mechanism of extrinsic attenuation, the aim being to find a statistical distribution of anisotropy orientation and layer thicknesses that can reproduce the observed quasi-frequency independence of Q in seismology and laboratory experiments (Knopoff, 1964), and which is, today, only explained by an ad-hoc model (Liu, 1976).Finally, I was interested in measuring the seismic attenuation on real seismograms. After having tested the method of the instantaneous frequency (Ford et al., 2012), I applied it to seismic records sampling the mantle below Central America and Alaska. These measurements are then inverted for a radial profile of shear attenuation which reveals the existence of an attenuating zone in the lower mantle. I also show that these attenuation anomalies are likely to be of chemical origin.