The present thesis is devoted to two major atmospheric species – water and oxygen. The absorption spectrum of the 1Delta band of six oxygen isotopologues near was recorded by very high sensitivity CW-CRDS at room temperature and at 80 K. The magnetic dipole-allowed (0-0) band is observed for 16O2, 16O18O, 16O17O, 17O18O, 18O2 and 17O2. The first laboratory detection of extremely weak quadrupole transitions in the (0-0) band of 18O2, 16O17O, 17O2 is reported together with the (1-1) hot band of 16O2, 18O2, 16O17O and 17O2. The partly resolved hyperfine structure of the 16O17O, 17O18O, 17O2 transitions is analysed. These measurements combined with microwave and Raman data available in the literature led to the determination of the best to date spectroscopic constants for the six oxygen isotopologues, including the 17O hyperfine coupling parameters for the 1Delta state. The high resolution absorption spectra of water isotopologues (D216O, HD16O and H218O) were recorded by ICLAS and FTS in the 8800–14100 cm-1 region. The spectrum analysis based on high accuracy variational calculations provided a considerable amount of new energy levels for each of the isotopologues under consideration. The experimental energy levels derived in this study and available in the literature allowed calculating the line positions at the level of experimental accuracy in the 6100–15200 cm-1 region that extends much further the range of the present recordings. / Cette thèse est consacrée à deux espèces atmosphériques majeures: la vapeur d'eau et l'oxygène. Le spectre d'absorption de la bande 1Delta des six isotopologues de l'oxygène vers 1.27 micron a été enregistré à température ambiante et à 80 K par la technique CW-CRDS de très haute sensibilité. La bande (0-0) permise par le dipôle magnétique est observée pour les espèces 16O2, 16O18O, 16O17O, 17O18O, 18O2 et 17O2. La sensibilité expérimentale atteinte a permis de détecter pour la première fois au laboratoire (i) des transitions quadrupolaires électriques extrêmement faibles dans la bande (0-0) de 18O2, 16O17O et 17O2, (ii) la bande chaude (1-1) de 16O2, 18O2, 16O17O et 17O2 (iii) la structure hyperfine des transitions de 16O17O, 17O18O et 17O2. Ces mesures combinées avec des données micro-ondes et Raman disponibles dans la littérature ont permis de déterminer les meilleures constantes spectroscopiques à ce jour, y compris les paramètres de couplage hyperfin de 17O pour l'état 1Delta des six isotopologues de l'oxygène. Les spectres d'absorption à très haute résolution des isotopologues D216O, HD16O et H218O de la vapeur d'eau ont été enregistrés par ICLAS et FTS entre 8800 et 14100 cm-1. L'analyse du spectre basée sur les calculs variationnels de haute précision a fourni une quantité importante de nouveaux niveaux d'énergie pour chacun des isotopologues considérés. Les niveaux d'énergie expérimentaux obtenus dans cette étude et disponibles dans la littérature ont permis de calculer des positions de raies au niveau de la précision expérimentale dans la gamme 6100-15200 cm-1 qui s'étend bien au-delà de la gamme des enregistrements présents.

La spectroscopie d'absorption moléculaire est un outil incontournable non seulement pour la physique fondamentale et la métrolgie mais aussi pour des domaines aussi divers que les sciences environnementales, la planétologie ou l'astrophysique. Ces dernières années, des techniques spectroscopiques qui exploitent l'amplification résonnante d'interaction entre lumière laser et molécules dans une cavité optique ont fourni des détectivités exceptionnelles sur l'axe d'absorption, tandis que l'axe de fréquence des spectromètres n'atteignait généralement pas le même niveau de précision.Dans cette thèse, nous avons répondu à ce défi en développant la spectroscopie en cavité par temps de déclin stabilisée en fréquence par rétroaction optique (OFFS-CRDS en anglais). Cette nouvelle technique présente une combinaison unique de stabilité et résolution fréquentielles sub-kHz, d'un niveau d'intensité lumineuse intra-cavité de l'ordre du kW/cm^2, d'une detectivite de 2 x 10^(−13) cm^(−1)Hz^(-1/2) limitée par le bruit de photons, et d'une limite de détection de 8.4 x 10^(−14) cm^(−1) sur une plage spectrale étroite. Ces performances inédites sont dues à l'asservissement de la cavité spectroscopique à un laser balayé en fréquence par modulation à bande latérale unique et stabilisé par rétroaction optique avec une cavité en V de réference ultrastable. Pour transférer la cohérence de ce laser sub-kHz à des lasers plus bruiteux dans d'autres gammes spectrales à travers un peigne de fréquence optique, nous avons exploré une nouvelle méthode de clonage de phase par une correction anticipative à large bande passante et démontré une erreur résiduelle de phase de 113 mrad. En appliquant l'OFFS-CRDS à la spectroscopie du CO2 à 1.6 μm, nous avons obtenu un spectre large bande avec une dynamique de 8 x 10^5, et nous avons déterminé douze fréquences de transition absolues avec une exactitude de l'ordre du kHz en mesurant des Lamb dips sub-Doppler en absorption saturée avec un dispositif équipé d'un peigne de fréquence. Par ailleurs, nous avons procédé à une analyse détaillée des sources d'erreurs systematiques en CRDS et nous avons déduit une formule analytique pour le déclin de cavité non-exponentiel dans un régime faiblement saturé qui est susceptible de contribuer à de futures mesures de moments de transition dipolaire indépendantes de la concentration. Nos résultats ouvrent des perspectives prometteuses pour des applications métrologiques de l'OFFS-CRDS, comme par exemple l'étude de profils de raie poussés, la mesures de rapports isotopiques et la spectroscopie d'absorption saturée extensive dans le proche infrarouge. / High-precision molecular absorption spectroscopy is a powerful tool for fundamental physics and metrology, as well as for a broad range of applications in fields such as environmental sciences, planetology and astrophysics. In recent years, spectroscopic techniques based on the enhanced interaction of laser light with molecular samples in high-finesse optical cavities have provided outstanding detection sensitivities on the absorption axis, while the spectrometer frequency axis rarely met as high precision standards.In this thesis, we addressed this challenge by the development of Optical Feedback Frequency-Stabilized Cavity Ring-Down Spectroscopy (OFFS-CRDS). This novel technique features a unique combination of sub-kHz frequency resolution and stability, kW/cm^2-level intracavity light intensity, a shot-noise limited absorption detectivity down to 2 x 10^(−13) cm^(−1)Hz^(-1/2), as well as a detection limit of 8.4 x 10^(−14) cm^(−1) on a narrow spectral interval. This unprecedented performance is based on the tight Pound-Drever-Hall lock of the ring-down cavity to a single-sideband-tuned distributed-feedback diode laser which is optical-feedback-stabilized to a highly stable V-shaped reference cavity. To transfer the coherence of this sub-kHz laser source to noisier lasers in other spectral regions through an optical frequency comb, we have explored a novel high-bandwidth feed-forward phase cloning scheme and demonstrated a residual phase error as low as 113 mrad. Applying OFFS-CRDS to the spectroscopy of CO_2 near 1.6 μm, we obtained a broadband spectrum with a dynamic range of 8 x 10^5 and retrieved twelve absolute transition frequencies with kHz-accuracy by measuring sub-Doppler saturated absorption Lamb dips with a comb-assisted setup. Furthermore, we have performed a comprehensive analysis of systematic error sources in CRDS and derived an analytic formula for the non-exponential ring-down signal in a weakly saturated regime, which may contribute towards future concentration-independent transition dipole moment measurements. Our results open up promising perspectives for metrological applications of OFFS-CRDS, such as advanced absorption lineshape studies, isotopic ratio measurements and extensive saturated absorption spectroscopy in the near infrared.

Depuis ces dernières années, le monde doit faire face à une problématique énergétique importante due à la demande croissante en énergie primaire, sans mentionner les émissions de polluants nocives pour notre environnement. Pour cela les chercheurs étudient des voies alternatives à l’utilisation massive de carburants fossiles, telles que l’incorporation de biocarburants dans les essences conventionnelles, ou le développement de technologies modernes. De nouveaux types de moteur utilisant une combustion à plus basse température sont actuellement à l’étude. Ces derniers auraient l’avantage d’allier à la fois un bon rendement ainsi qu’une diminution des émissions de polluants (NOx et particules de suies). De fortes incertitudes existent pourtant encore, tant sur la caractérisation de la réactivité et des émissions des biocarburants, que sur la chimie d’oxydation en phase gazeuse à basse température. Les principaux objectifs de cette thèse sont donc : - d’établir une base de données expérimentales en identifiant les produits et intermédiaires réactionnels, et plus particulièrement à basse température d’oxydation (de 500 à 1100K), - de développer et valider de nouveaux modèles cinétiques détaillés afin de reproduire les résultats expérimentaux ainsi que la combustion du carburant étudié sur une large gamme de conditions. Les expériences d’oxydation ont été réalisées à partir d’un réacteur auto-agité par jets gazeux. Grâce à son homogénéité à la fois en température et en concentration, il est considéré comme un réacteur idéal, parfaitement adapté aux études cinétiques. Les produits formés en sortie du réacteur, sont analysés via trois méthodes complémentaires : la chromatographie en phase gazeuse (GC), la cavity ring-down spectroscopy (CRDS) et la spectrométrie de masse (SM). La GC est une technique efficace dans la séparation des composés (incluant les isomères) et nous permet d’identifier une large gamme de composés. La CRDS est une technique d’absorption spectroscopique qui a l’avantage d’analyser des espèces plus spécifiques telles que HCHO, H2O et H2O2. Enfin la spectrométrie de masse couplée à une source d’ionisation douce permet l’analyse de composés de type hydroperoxyde et de formule R-OOH. Que ce soit H2O2 ou les hydroperoxydes, ces derniers constituent d’importants intermédiaires réactionnels en combustion et il existe malheureusement très peu de données expérimentales les concernant. Due à la fragilité de la liaison O-O, ces espèces sont thermolabiles et difficiles à analyser de manière quantitative (indétectables via la GC). Cette thèse a permis l'étude de l'oxydation de différents carburants, en passant par les hydrocarbures (n-pentane, n-hexane, n-hexènes, n-heptane, iso-octane, n-décane), jusqu'aux molécules oxygénées (diméthyl-éther, 1-hexanol, hexanal, méthyl-esters lourds) / In recent years, the world is facing a major energetic issue due to the growing primary energy demand and not to mention the emissions of harmful pollutants for the environment. Researchers have been studying alternative pathways to the massive use of fossil fuels, such as the incorporation of biofuels into conventional gasoline or the development of modern technology. New types of engines using a low-temperature combustion are currently under study. They have the advantage of combining both a good performance and a reduction in pollutant emissions (like NOx and soot particles). Significant gaps of knowledge are still remaining, both on the characterization of the reactivity, the emissions and on the low-temperature gas phase oxidation chemistry of biofuels. Main objectives of this thesis are to: ? - Establish an experimental database by identifying reaction products and intermediates and more particularly during the low-temperature oxidation (from 500 to 1100K), ? - Develop and validate detailed kinetic models in order to reproduce the combustion of the fuel. Oxidation experiments were performed using a jet-stirred reactor. Thanks to its homogeneity in both temperature and concentration, it can be considered as an ideal reactor for kinetic studies. The products obtained at the outlet of the reactor have been analyzed using three complementary methods: gas chromatography (GC) and cavity ring-down spectroscopy (CRDS) and mass spectrometry (MS). The GC method is efficient in separating compounds (including isomers) and allows us to analyze a wide range of products. The CRDS method is an absorption spectroscopic technique which allows us to analyze specific species such as HCHO, H2O and H2O2. Finally MS coupled with a soft ionization technique allows us to analyze hydroperoxides products of formula R-OOH. Both H2O2 and hydroperoxides are important reaction intermediates in combustion, but there is very little experimental data available on those species. Due to their weak O-O bond, those compounds are thermolabile and difficult to analyze (undectable using GC). This thesis allowed the study of different fuels oxidation, from hydrocarbons (n-pentane, n-hexane, n-hexenes, n-heptane, iso-octane, n?decane) to oxygenated compounds (dimethyl-ether, 1-hexanol, hexanal, large methyl-esters)

La mesure de la formation de HO2 et H2O2 lors de l’oxydation de carburant est très difficile. Par contre, elle est extrêmement importante pour déterminer l’importance relative des voies de terminaison de chaînes de R + O2 et de ramification des chaînes menant à la production des radicaux OH. Par ailleurs, ces informations sont essentielles pour améliorer les modèles cinétiques. Afin de répondre à cette demande, un nouveau dispositif expérimental a été développé dans notre laboratoire : un réacteur auto-agité par jets gazeux couplé à un détecteur cw-CRDS qui permet d’analyser en ligne des produits de combustion. Grâce à ce nouveau système, pour la première fois, HO2 a été mesuré directement lors de l’oxydation du n-butane et de l’éther di-méthylique dans un réacteur auto-agité par jets gazeux. L’échantillonnage est toujours à basse pression et les produits sont détectés dans le proche infrarouge. Toutes nos expériences ont été réalisées à pression atmosphérique dans le domaine de température 500-900 K. Les produits de combustion mesurés sont CH2O, H2O2, HO2, C2H4 et H2O. Nos résultats expérimentaux ont été utilisés pour tester des modèles cinétiques issus de la littérature que nous avons analysés en menant des analyses de sensibilité et de voies réactionnelles. / Measuring the formation of HO2 and H2O2 from the oxidation of fuels is challenging but extremely important for determining their tendency to follow chain-termination pathways from R+O2 compared to chain-branching leading to the production of OH radicals. Furthermore, such data are vital for improving existing detailed chemical kinetics models. In order to meet these requirements, a new experimental setup has been developed in our laboratory: a jet-stirred reactor coupled with the cw-CRDS, which allows analyzing online combustion products. Thanks to this new system, for the first time, HO2 was measured directly during the oxidation of n-butane and dimethylether in a jet-stirred reactor. The sampling is always in vacuum and the species were detected at near infrared. All of our experiments were carried out at atmospheric pressure and in the range of temperature between 500 K to 900 K. The combustion products measured were CH2O, H2O2, HO2, C2H4, and H2O. Our experimental results were used to test published kinetic models that were analyzed by performing sensitivity and reaction paths analyzes.

Le principal objectif de ce travail de thèse a été de développer de nouvelles techniques de spectroscopie moléculaire afin obtenir de nouvelles données spectroscopiques dans le visible et le proche infrarouge pour des molécules, radicaux ou ions d’intérêt astrophysiques. La première partie de ce travail a consisté en l’étude d’harmoniques élevés, très faibles en intensité, de bandes vibrationnelles de la molécule HC₃N (cyanoacetylène), par la technique de spectroscopie CRDS. La deuxième partie a consisté en l’étude spectroscopique d’espèces instables radicalaires. Pour cela, une décharge inductive Radio Fréquence a été couplée au montage CRDS. Le plasma ainsi créé a été caractérisé et sa capacité à produire des anions a été démontrée via notamment la mesure quantitative du rapport C₂ / C₂⁻pour une grande variété de conditions expérimentales. De même, une analyse spectroscopique quantitative a été menée sur les radicaux isotopomères ¹⁴NH₂ et ¹⁵NH₂. Cette étude valide certaines hypothèses faites dans de précédents travaux ayant permis de mesurer le rapport isotopique ¹⁵N/¹⁴N dans les comètes, pour la première fois à partir de raies d’émission de ces 2 isotopomères portant un groupe amino. La troisième et dernière partie de ce travail a consisté en le développement d’une nouvelle technique expérimentale appelée Broad-Band Dual Etalon Frequency COMb. Cette technique expérimentale basée sur l’utilisation de 2 cavités optiques de haute finesse devrait permettre d’obtenir une spectroscopie avec une résolution spectrale ultime non limitée par la source laser nanoseconde large bande mais par l’intervalle spectral libre des cavités de haute finesse utilisées. / The main objective of this PhD was to develop spectroscopic techniques using high finesse optical cavities. These were applied to the measurement of quantitative spectroscopic data for neutral, radical and ionic molecular species of astrophysical interest in the near infrared and visible spectral range. The first part was devoted to the measurement of the oscillator strength of high vibrational overtone bands of the cyanoacetylene (HC₃N) molecule with the Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS) technique. The second part was devoted to the study of the spectroscopy of transient neutral and ionic species. For that, an inductively radio frequency (RF) discharged has been coupled to the CRDS set up. The pertinence of this plasma to efficiently produce anions was demonstrated via the quantitative measurement of the C₂ / C₂⁻ ratio in a wide variety of conditions. A quantitative spectral analysis of the radical isotopomers ¹⁴NH₂ and ¹⁵NH₂ was also performed for the first time. This study provides experimental data that will allow to better constraint the ¹⁵N/¹⁴N isotopic ratio in comets through the emission lines of these two amino bearing isotopomers. The third and last part of the work was devoted to the development of a CRDS scheme called Broad Band Dual Etalon Frequency Comb Ring Down Spectroscopy. This new heterodyne technique, based on the use of the microsecond frequency combs generated by two high finesse optical cavities, should allow performing molecular spectroscopy with ultrahigh spectral resolution. First proof experiments were performed and perspective’s for improvement of the method is provided.

Les télescopes terrestres et spatiaux recueillent une énorme quantité d'informations dans le domaine infrarouge en provenance d'objets astrophysiques ''chauds'' (500-3000 K) tels que les atmosphères d'exoplanètes (Jupiters chauds), de naines brunes et les enveloppes circumstellaires d'étoiles AGBs. Cette thèse s'inscrit dans une approche d'astrophysique de laboratoire s'attachant à reproduire in situ certains aspects des conditions extrêmes rencontrées au sein de ce type d'environnements afin notamment de produire des données haute température de molécules clefs. Le nouveau dispositif mis en place à Rennes couple une Source Haute Enthalpie à un spectromètre par temps de déclin d'une cavité optique (CRDS). Le gaz étudié, chauffé dans le réservoir à une température avoisinant 2000 K, est expulsé dans une chambre basse pression au travers d'un injecteur circulaire. Le jet libre hypersonique ainsi formé est sondé en tout point et avec une très haute sensibilité. La simulation de nos écoulements stationnaires (CFD) associée à la modélisation du spectromètre a abouti à des spectres synthétiques en très bon accord avec les spectres expérimentaux. Ces données numériques ont été utilisées pour expliquer l'origine des profils de raie atypiques et plus généralement pour comprendre la structure des jets hypersoniques axisymétriques. Le cœur isentropique de ces écoulements est caractérisé par de fortes conditions hors équilibre. Une température de vibration très élevée (1350 K) et une température de rotation très basse (10 K) ont été obtenues à partir d’un jet de CO et d’argon. Ce découplage des degrés de liberté internes permet de simplifier la structure rotationnelle des spectres enregistrés et facilite l’étude des états vibrationnels excités des molécules en révélant la structure des bandes chaudes, absentes des bases de données spectroscopiques pour la plupart des molécules polyatomiques. Une approche complémentaire consiste à sonder la couche de choc produite par l'ajout d'un obstacle sur le trajet de l'écoulement. La température rotationnelle est brutalement élevée donnant ainsi accès aux transitions rotationnelles de hautes valeurs du nombre quantique J. Ces deux méthodes ont été appliquées avec succès au méthane qui joue un rôle majeur dans de nombreux environnements astrophysiques chauds. Enfin, outre la production de données spectroscopiques, ce dispositif expérimental a permis de mettre en évidence la relaxation des degrés de liberté internes du CO dans différents gaz porteurs (He et Ar) en suivant l’évolution des températures de rotation et vibration le long de l'écoulement hypersonique, aussi bien dans le cœur isentropique qu'au sein des couches limites. Ces températures sont comparées aux températures d'excitation obtenues par des méthodes ab initio afin de valider des calculs de taux de collision. Les données obtenues alimenteront à terme des bases de données, matière première au développement de codes de transfert radiatif permettant d'interpréter les observations en provenance des milieux astrophysiques ''chauds''. / A huge quantity of infrared spectra is collected by terrestrial and space telescopes from cool astrophysical objects (500-3000 K) like exoplanet (hot Jupiter) and brown dwarf atmospheres or circumstellar envelop of AGB stars. The main purpose of this thesis connected to experimental astrophysics is to provide high temperature data of key molecules by reproducing in the laboratory some aspects of such environments. A new setup built in Rennes couples a High Enthalpy Source to a highly sensitive Cavity Ring-Down Spectrometer. The gas studied, heated in the reservoir up to 2000 K, is expanded in a vacuum chamber through a circular nozzle and the resulting hypersonic jet can be probed at any location. Computational flow dynamics (CFD) calculations associated to a modeling of the infrared absorption lead to synthetic lines which are in very good agreement with the observed spectra. These numerical data were used to attribute the unusual double peak line shapes to the particular flow structure of axisymmetric hypersonic jets. Strong out-of-equilibrium conditions were evidenced in the isentropic core of the expansion. High vibrational temperature (1350 K) and rotational temperature lower than 10 K were recorded inside a jet of CO seeded in Ar. This degrees-of-freedom decoupling greatly simplifies the rotational structure of the recorded infrared spectra and unveils the presence of hot bands stemming from highly excited vibrational states which are significantly populated at high temperature. Our approach is therefore well suited for the study of rotationally cold hot bands of polyatomic molecules which are virtually missing in spectroscopic databases. A complementary approach consists in probing the shock layer formed upstream of an obstacle set perpendicularly to the hypersonic flow axis. Rotational temperature raises abruptly downstream the shock, revealing transitions associated with high J quantum numbers. These two methods were successfully applied to methane which plays an important role in numerous astrophysical environments. In addition to the acquisition of infrared spectroscopic data, the relaxation of internal degrees-of-freedom of CO seeded in different carrier gases (Ar and He) was studied by following the evolution of rotational and vibrational temperatures along the flow, in the isentropic core as well as in the peripheral viscous layers. These temperatures were compared to excitation temperatures calculated by an ab initio method in order to validate collision rates. These data will feed databases needed for the development of radiative transfer codes with a view to a better modeling of spectra observed from "hot" astrophysical environments.

The interactions of electrons with ions and ions with neutrals are among the most important processes in the chemical evolution of molecules, allowing us to gain a deeper understanding of chemical processes in low-temperature environments in space such as interstellar gas clouds and to obtain feedback for quantum-mechanical calculations. Vari- ous plasma parameters such as kinetic and rotational temperature of ions, their concen- tration, etc. can vary by several orders of magnitude and different diagnostic techniques are used to determine them. Diagnostics such as SA-CRDS and Cryo-CRDS were used in this work. The subject of the study were two molecular ions: N2H+ and N+ 2 from the temperature range of 80-350 K, where we examined their recombination and absorption rate coefficients utilizing the absorption line involving the most populated states. 1

Les particules de suies émissent lors de la combustion incomplète de carburants fossiles et biosourcés sont reconnues comme étant un problème environnemental et sanitaire majeur. Il est essentiel d'acquérir une compréhension fondamentale de leur formation, dont l'étape de nucléation donnant naissance aux premières particules de suie, les nucléis, afin de développer des modèles capable de prédire leur formation et d'aider à la conception de dispositifs de combustion plus efficaces et plus propres. Ce travail démontre en combinant différentes techniques expérimentales: incandescence induite par laser (LII), granulométres SMPS et de microscopie à faisceau d'ions d’hélium (HIM) que ces nucléis ont une taille comprise entre 2 et 4 nm et sont capable d’émettre un rayonnement de type corps noir. Ces nucléis ont été étudiés dans des flammes prémélangées dites de nucléation dans lesquelles les particules de suie sont formées par nucléation, sans croissance de surface et standard où ces nucléis subissent les processus de croissance. Les résultats obtenus offrent une base de données expérimentale utile à l’amélioration des modèles cinétique de formation des suies notamment sur la phase de nucléation dans diffèrent carburants: n-butane et un mélange de n-butane et n-propylbenzene. Pour chaque carburant une flamme de nucléation et une flamme standard sont étudiées. La base de donnée comprend des profils d’espèces obtenus par chromatographie, profils de température mesurés par fluorescence induite par laser sur NO, les profils de fractions volumique de suies mesurés par LII et calibrés par extinction multi passage et les distributions de taille des particules de suies obtenus par SMPS et HIM. / Emission of soot formed from incomplete combustion of fossil fuels, biofuels and biomass is a serious concern due to soot’s harmful impact on human health, environment and its radiative forcing on climate. Gaining fundamental understanding of soot formation, particularly the nucleation step leading to the formation of the nascent soot particles, is critical to develop reliable predictive soot models and to help the design of more efficient and cleaner combustion devices. This work demonstrates that nascent soot particles in the size range of 2-4 nm are able to emit a black body radiation by combined Laser Induced Incandescence (LII), scanning mobility particle sizer (SMPS) and helium-ion microscopy (HIM). These nascent soot particles are investigated in nucleation premixed flames in which soot particles are essentially formed by nucleation, without growth by soot surface processes and in standard sooting premixed flames in which growth processes occur. This work provides an extensive database for improvement of kinetics modelling of sooting flames with a focus on the soot nucleation in flames. Two kinds of fuels have been selected: n-butane and mixture of n-butane and n-propylbenzene. For each fuels two flames have been studied: a nucleation and a standard sooting flames. The database consist of species profiles obtained by online gas chromatography, temperature profiles measured by Laser induced fluorescence thermometry, soot volume fraction profiles obtained by LII calibrated by cavity ring-down extinction and particles size distributions obtained in n-butane flames by SMPS and HIM. From this database effect of equivalence ratio and fuel composition is analyzed.

Les plasmas à couplage capacitif excités par deux fréquences sont utilisés pour la gravure des diélectriques, étape importante dans la fabrication de composants de microélectronique. L'utilisation des deux sources RF, une à basse fréquence, l'autre à haute fréquence, est censée permettre le contrôle indépendant du flux ionique et de l'énergie ionique. Les gaz fluorocarbonés jouent le rôle clé en fournissant les espèces nécessaires à la gravure des motifs nanométriques. Ces plasmas fluorocarbonés sont complexes, ils sont composés de plusieurs types de radicaux neutres, d'ions positifs et d'ions négatifs. Nous étudions un réacteur industriel modifié, avec des mélanges gazeux de type Ar/O2/C4F8 et Ar/O2/CF4, à des pressions proches de 50 mTorr (6.6 Pa) et excité par des sources RF de 27 et 2 MHz. La mesure des ions négatifs et leurs effets sur les propriétés électriques du plasma est le sujet d'étude principal de cette thèse. Plusieurs techniques de diagnostics sont mises en oeuvre pour caractériser les densités et les flux des particules chargées. Une sonde de flux ionique à polarisation RF est installée dans l'électrode du haut. La densité électronique est mesurée dans le centre de la décharge par une sonde de résonance micro-ondes, communément appelée sonde hairpin. La technique de spectroscopie dite « cavity ring-down » (CRDS) est appliquée à la mesure de la densité d'ions négatifs du fluor en détectant l'absorption large bande due au photodétachement de l'ion. La fraction d'ions négatifs est déduite des mesures de sondes en comparant le rapport du flux ionique sur la densité électronique à la valeur théorique obtenue par un modèle fluide d'un plasma électronégatif.

A B S T R A C T Title: Recombination of Ions in Plasma at 50 − 300 K Author: Peter Rubovič Supervisor: Prof. RNDr. Juraj Glosík, DrSc. Abstract: Main part of this doctoral thesis lies in a study of recom- bination of atomic and molecular ions in low temperature plasmatic environment with emphasis on effect of third bodies. Stationary After- glow equipped with Cavity Ring Down Spectrometer and Cryogenic Flowing Afterglow with Langmuir Probe II were used to obtain recom- bination rate coefficients. Electron assisted collisional radiative recom- bination of Ar+ ion was studied in the temperature range of 50−100 K and helium assisted collisional radiative recombination was observed too. Both H+ 3 and its isotopologue D+ 3 were studies in flowing after- glow and spectroscopically in stationary afterglow as well. Binary re- combination rate coefficients and ternary recombination rate coeffi- cients for helium assisted ternary recombination were determined in the temperature range of 50 − 250 K. These coefficients were deter- mined also for pure ortho- and para- nuclear spin configurations of H+ 3 in the temperature range of 80 − 200 K. Keywords: dissociative recombination, collisional radiative recombi- nation, H+ 3 , D+ 3 , Ar+ viii