Ce manuscrit traite de l'étude expérimentale du transport de particules dans la région de bord du tokamak Tore Supra. La première partie du manuscrit introduit les motivations énergetiques, le principe du confinement magnétique ainsi que les éléments de physiques essentiels à la description de la dynamique du plasma à l'interaction avec la paroi du tokamak. A partir des données de sondes de Langmuirs et d'imagerie rapide, nous demontrons que le transport de particules est dominé par la convection de filaments plasmas, structures alongées le long du champ magnétique. Ces filaments presentent un nombre d'onde parallèle fini, responsable de la forte localisation du flux de particules coté faible champ du tokamak. Il en resulte l'apparition de forts écoulements parallèles le long des lignes de champs, ainsi qu'une geométrie complexe de ces filaments contrainte par le cisaillement magnétique.

Ce manuscrit pr´esente l'´etude de latex magn´etiques auto-organis´es. Dans un premier temps, l'obtention de filaments magn´etiques, compos´es d'assemblages lin´eaires et permanents de particules magn´etiques, est pr´esent´ee. Ces objets nouveaux introduisent une m´ethode originale pour sonder la flexibilit´e `a l'´echelle mol´eculaire. Sous champ, ils adoptent une configuration m´etastable : ils se plient en forme d'´epingle`a cheveux. A partir de la mesure macroscopique de leur rayon de courbure, corr´el´ee `a la mesure par diusion de la lumi`ere de la longueur du lien, la rigidit´e de flexion de ce dernier peut ˆetre d´eduite. La mod´elisation de ce ph´enom`ene est aussi d´ecrite. Enfin, l'organisation de ces filaments, dans des microcanaux, constitue une nouvelle matrice de s´eparation que l'on a cherch´e `a appliquer, ici, au tri cellulaire. L'obtention d'un r´eseau de pas contrˆol´e, l'accrochage des filaments `a la paroi, leur d´ecoration par des anticorps sp´ecifiques sont d´etaill´es. Enfin la possibilit´e de proc´eder `a une chromatographie des cellules est introduite. Ces nouveaux objets ouvrent un champ d'applications dans le domaine des laboratoires sur puce.

The production of fine filaments using the melt spinning process needs considerable effort. A thermoplastic melt is stretched from the spinneret under a constant take-up speed. The high performance thermoplastic PEEK is solidified in the melt spinning process in a small distance and short time. Therefore, the fine PEEK filaments in the fibre formation zone underwent a high deformation and cooling rate. To make the melt spinning process stable and to produce the fine PEEK filaments, material properties and material behaviour are examined using on-line and off-line measurements. The fibre speed measured using Laser Doppler Anemometry and simultaneous temperature measured using infrared thermography enable both the strain rate and consequently the apparent extensional viscosity to be estimated. This provides the apparent extensional viscosity over the spinning line, which can itself show the structural development of PEEK fibres in the fibre formation zone, i.e. necking and solidification phenomena. The one-dimensional fibre formation model must include both procedural and material parameters. The heat transfer coefficient was estimated using the filament temperature measurement and showed a relatively high contribution of radiation and free convection in comparison to forced convection near the spinneret. The improved model of PEEK fibre formation gave a good agreement to both temperature and speed measurements, and also confirmed the high deformation rate effect on the extensional viscosity, which could be simulated with a properly generalised Newtonian constitutive equation. The end properties of the fibres, such as as-spun filament fineness, orientation (expressed using total birefringence) and total crystallisation (examined using DSC) are investigated in relation to different spinning conditions, i.e. take-up speed, throughput and the draw down ratio. The tensile test diagram results, measuring phenomena such as the elongation at break, tenacity, and the Young modulus of elasticity are also analysed in order to complete the correlation of the above-mentioned spinning conditions to the structural properties of as-spun fine PEEK filaments. The melt spinning of fine PEEK fibres under different spinning conditions is examined with the purpose of finding the optimum take-up speed and throughputs. Other spinning conditions, such as the temperature of melt processing, and the arrangement and diameter of the spinneret holes, are changed in order to make the process more stable. The recommendations for further study can be used to further examine some aspects of this work; however, this work presents a new concept for fine PEEK melt spinning supported by spinnability examinations under different spinning conditions and the improved model of fibre formation, which is also relevant for typical industrial processing applications.

L'exercice de forces est indispensable au bon fonctionnement de nombreux processus cellulaires. Chez les eucaryotes, une majorité de ces phénomènes motiles est assurée par la polymérisation et la dépolymérisation spatialement et temporellement contrôlée du cytosquelette d'actine. Le cytosquelette est composé de microfilaments d'actine qui s'associent en structures complexes aux propriétés mécaniques particulières. Au cours des dix dernières années, beaucoup d'efforts ont été menés pour comprendre la dynamique des réseaux branchés de filaments d'actine initiés par le complexe Arp2/3. En revanche, peu de choses sont connues à propos de la dynamique de formation et de désassemblage des câbles de filaments d'actine. Récemment, il fut montré que les formines représentent une famille de protéines essentielles à l'initiation de ces structures.<br />Cette thèse résume dans un premier temps le travail accompli pour comprendre le mécanisme d'action des formines à l'échelle moléculaire. La plupart des formines sont des nucléateurs processifs, c'est-à-dire qu'ils permettent la formation et l'élongation de nouveaux filaments d'actine, tout en restant liées à l'extrémité du filament qui polymérise. Nous avons montré par la technique originale de microscopie à onde évanescente que Arabidopsis Thaliana FORMIN1 représente un nouveau type de formine, qui se déplace sur le côté des filaments d'actine après les avoir formés. Depuis le côté d'un filament préexistant, FORMIN1 est capable de nucléer un autre filament, initiant la formation de câbles de filaments d'actine. Dans un deuxième temps, cette thèse s'intéresse au mécanisme moléculaire mis en jeu par l'ADF/cofiline pour accélérer la dynamique d'assemblage/désassemblage des filaments d'actine, et traite pour la première fois de la dynamique de l'actine en temps réel à l'échelle du filament individuel ou à l'intérieur de structures organisées de filaments d'actine.

La manipulation de micro et nanoparticules magnétiques et leurs applications dans les domaines de la biologie, la biodétection et du diagnostic a continuellement gagné en intérêt ces dernières années. Ce travail de thèse explore l'utilisation des propriétés magnétiques des particules en suivant deux axes distincts.Dans un premier axe, nous avons utilisé des particules magnétiques dans une analyse par biocode barre pour la capture et la concentration de cibles biologiques. La détection a été effectuée à l'aide d'un nouveau biocapteur à onde évanescente. Le but était de pouvoir procéder à un génotypage plaquettaire sans utiliser la " Polymérase Chain Reaction " (PCR), en collaboration avec l'Etablissement Français du Sang Rhône-Alpes. Nous nous sommes servis du système biallélique HPA-1 comme preuve de concept, en utilisant des cibles de type oligonucléotide synthétique pour valider nos protocoles d'analyse. Nous avons réussi à détecter une concentration de 2 fmol/l de cibles non marquées. Notre test permet de discriminer les deux allèles du gène HPA-1, qui ne diffèrent que d'un nucléotide. Notre approche par biocode barre permet d'abaisser le seuil inférieur de détection de notre biocapteur d'un facteur 125 000. Nous avons pu détecter 6.105 copies de cible synthétique, sans passer par une amplification PCR. La prochaine étape consistera à adapter le test pour analyser des échantillons biologiques réels.Dans un deuxième axe, nous avons exploré l'assemblage de particules magnétiques sous champ magnétique, de manière à fabriquer des filaments permanents ancrés sur une surface et orientables. Les filaments ont pu être greffés sur des supports homogènes de verre, d'or et sur des supports mixte verre/or fonctionnalisés de manière orthogonale. Les filaments ont pu être localisés dans des zones précises du support, soit en employant des pointes concentrant le champ magnétique localement (spots de 500 µm), soit en jouant sur la fonctionnalisation sélective sur support mixte (carrés d'or de 1 mm de côté). Typiquement l'assemblage de particules de 200 nm de diamètre a permis d'obtenir des filaments de 5 µm de longueur pour 200 à 400 nm de largeur. Les conditions de formation des filaments restent toutefois à améliorer.Les filaments magnétiques permanents ont été employés pour deux applications. Tout d'abord nous avons employé les filaments magnétiques orientables pour valider un banc d'imagerie polarimétrique par résonance de plasmon de surface (P-SPRI) développé par le LCFIO (Palaiseau). Les premières mesures tendent à montrer que l'anisotropie des filaments peut être détectée par le banc de P-SPRI, il est toutefois nécessaire de poursuivre les travaux pour mieux valider ces résultats. Deuxièmement nous avons employé des filaments magnétiques biofonctionnalisés avec des oligonucléotides sondes, pour procéder à un génotypage plaquettaire. Dans des conditions de mesure non optimisées, l'hybridation d'oligonucléotides cibles fluorescents sur les filaments ancrés sur support permet de multiplier par trois le signal de fluorescence par rapport à une hybridation sur surface plane, grâce à une augmentation de la surface spécifique du support.

Schaut man durch ein Mikroskop auf eine biologische Zelle mit angefärbten Zytoskelett, so erblickt man lange, mehr oder minder gerade Objekte. Mit ziemlicher Sicherheit gehören diese zu einer von drei Arten von Zytoskelettfilamenten -- Aktin- oder Mikrofilamente, Intermediärfilamente und Mikrotubuli. Schon seit mehreren Jahrzehnten versucht man die mechanischen Eigenschaften lebender Zellen nicht nur zu beschreiben, sondern ihr Verhalten von zwei tieferen Ebenen ausgehend zu verstehen: Inwiefern beschreiben die Eigenschaften von Filamentnetzwerken und -gelen die Zellmechanik und, noch tiefgreifender, wie bestimmen eigentlich die einzelnen Filamente die Netzwerkmechanik. Das Verständnis der Mechanik homogener und isotroper, verhedderter als auch quervernetzter Gele ist dabei erstaunlich detailreich, ohne jedoch vollständig dem jüngeren Verständnis von Zellen als glassartige Systeme zu entsprechen. In den letzten Jahren sind daher anisotrope Strukturen mehr und mehr in den Fokus gerückt, die die Bandbreite möglichen mechanischen Verhaltens enorm bereichern. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit solch einem hochgradig anisotropen System -- nämlich Aktinbündeln -- unter drei Gesichtspunkten. Mit Hilfe von aktiven Biegedeformationen wird ein funktionales Modul, das eine differentielle Antwort auf verschiedenen Zeitskalen liefert, identifiziert. Es handelt sich um Aktinfilamente, die durch transiente Quervernetzer gebündelt werden. Während sich das System nach kurz anhaltenden Deformation völlig elastisch verhält, sorgt eine Restrukturierung der Quervernetzer während langanhaltender Deformationen für eine plastische Verformung des Bündels. In einem weiteren Aspekt widmet sich die Arbeit der frequenz- und längenabhängigen Biegesteifigkeit. Die Methode des Bündel-Wigglings, das Induzieren von \"Seilwellen\", wird dabei genutzt, um aus der Wellenform die Biegesteifigkeit zu berechnen. Bündel von Aktinbündeln zeigen dabei ein Verhalten, das vom klassischen Worm-like-chain-Modell abweicht und stattdessen durch das Worm-like-bundle-Modell beschrieben werden kann. Der letzte Aspekt dieser Arbeit untersucht den Musterbildungsprozess bei der Entstehung von Aktinbündeln. Gänzlich unerwartet entstehen quasi-isotrope Strukturen mit langreichweitiger Ordnung, wenn der Bündelungsprozess erst nach der Polymerisation von Filamenten frei von zusätzlichen mechanischen Einwirkungen einsetzt. Da dieser Zustand nicht von der klassischen Flüssigkristalltheorie vorhergesagt wird, soll eine Simulation eine Hypothese zum Entstehungsmechanismus testen. Die Annahme einer lateralen Kondensation von Filamenten zu Bündeln reicht demnach aus, um die beobachteten Strukturen zu erzeugen. Diese Arbeit leistet somit einen Beitrag zum Verständnis hochgradig anisotroper Strukturen und deren Überstrukturen, wie sie auch in lebendigen Zellen reichlich vorhanden sind. / Being the most basic unit of living organisms, the cell is a complex entity comprising thousands of different proteins. Yet only very few of which are considered to play a leading part in the cell’s mechanical integrity. The biopolymers actin, intermediate filaments and microtubules constitute the so-called cytoskeleton – a highly dynamic, constantly restructuring scaffold endowing the cell not only with integrity to sustain mechanical perturbations but also with the ability to rapidly reorganize or even drive directed motion. Actin has been regarded to be the protagonist and tremendous efforts have been made to understand passive actin networks using concepts from polymer rheology and statistical mechanics. In bottom-up approaches isotropic, homogeneous actin-gels are well-characterized with rheological methods that measure elastic and viscous properties on different time scales. Cells, however, are not exclusively isotropic networks of any of the mentioned filaments. Rather, actin alone can already be organized into heterogeneous and highly anisotropic structures like bundles. These heterogeneous structures have only come into focus recently with theoretical work addressing bundle networks. and, in the case of the worm-like bundle theory, individual bundles. This work aims at characterizing bundles and bundle-crosslinker systems mechanically in two complementary approaches – in the time as well as in the frequency domain. In addition, it illuminates a bundle formation mechanism that leads to bundle networks displaying higher ordering.

No description available.

Giant molecular clouds (GMCs), out of which stars form, are complex, dynamic systems, which both influence and are shaped by the process of star formation. In this dissertation, I examine three different facets of the dynamical motions within GMCs. Collapse modes in different dimensional objects. Molecular clouds contain lower dimensional substructures, such as filaments and sheets. The collapse properties of finite filaments and sheets differ from those of spherical objects as well as infinite sheets and filaments. I examine the importance of local collapse modes of small central perturbations, relative to global collapse modes, in different dimensional objects to elucidate whether strong perturbations are required for molecular clouds to fragment to form stars. I also calculate the dependence of the global collapse timescale upon the aspect ratio of sheets and filaments. I find that lower dimensional objects are more readily fragmented, and that for a constant density, lower dimensional objects and clouds with larger aspect ratios collapse more slowly. An edge-driven collapse mode also exists in sheets and filaments and is most important in elongated filaments. The failure to consider the geometry of a gas cloud is shown to lead to an overestimation of the star formation rate by up to an order of magnitude. Molecular tracers of turbulent energy dissipation. Molecular clouds contain supersonic turbulence that simulations predict will decay rapidly via shocks. I use shock models to predict which species emit the majority of the turbulent energy dissipated in shocks and find that carbon monoxide, CO, is primarily responsible for radiating away this energy. By combining these shock models with estimates for the turbulent energy dissipation rate of molecular clouds, I predict the expected shock spectra of CO from molecular clouds. I compare the results of these shock models to predictions for the emission from the unshocked gas in GMCs and show that mid-to-high rotational transitions of CO (e.g., J = 8 to 7), should be dominated by shocked gas emission and should trace the turbulent energy being dissipated in molecular clouds. Orion-Eridanus superbubble. The nearby Orion star forming region has created a large bubble of hot plasma in the local interstellar medium referred to as the Orion-Eridanus superbubble. This bubble is unusual in that it is highly elongated, is believed to be oriented roughly parallel to the galactic plane, and contains bright filamentary features on the Eridanus side. I fit models for a wind driven bubble in an exponential atmosphere to the Orion-Eridanus superbubble and show that the elongation of the bubble cannot be explained by such a model in which the scale height of the galactic disk is the typical value of 150 pc. Either a much smaller scale height must be adopted or some additional physics must be added to the model. I also show that the Eridanus filaments cannot be equilibrium objects ionized by the Orion star forming region. / Graduate / 0606 / andyrpon@gmail.com

Nous étudions le comportement de gels, transitoires auto-assemblés et réticulés permanents, soumis à des contraintes mécaniques extrêmes. D'une part, nous étudions la déformation biaxiale de nappes libres produites par impact d'une goutte liquide (Newtonienne ou viscoélastique) ou d’une perle de gel polymère sur des surfaces solides dans des conditions de dissipation minimale, obtenues soit avec une petite cible solide, soit avec une surface répulsive. Lors de l'impact, la goutte ou perle est transformée en une nappe mince qui s’étend et se rétracte sous l’action de forces de rappel élastiques. Pour les fluides viscoélastiques avec un temps de relaxation plus petit que la durée de vie typique de la nappe, la dynamique de la nappe viscoélastique est similaire à d’un liquide visqueux Newtonien de même viscosité. L’expansion maximale de la nappe diminue avec la viscosité et est modélisée quantitativement en utilisant un bilan énergétique entre l'inertie, la tension superficielle et la dissipation du cisaillement visqueux sur la cible solide, qui peut être prise en compte en mesurant une vitesse effective de la nappe à temps court, en sortie de cible. Nous montrons en outre que la dissipation visqueuse peut être sensiblement éliminée en utilisant une surface solide sur la base d'un effet de Leidenfrost inverse. Les expériences effectuées à l'aide de perles élastiques de modules élastiques variables, de gouttes liquides de tensions superficielles variables et de gouttes viscoélastiques révèlent un comportement universel pour l’expansion maximale de la nappe avec la vitesse d'impact, avec une dynamique analogue à celle d'un système ressort-masse conventionnel. Nous montrons en outre que, pour les gouttes qui impactent une petite cible solide, une description similaire peut être utilisée une fois que la dissipation visqueuse est prise en compte en remplaçant la vitesse d'impact par la vitesse effective. Un autre comportement fascinant des fluides viscoélastiques est l’expansion hétérogène de la nappe associée à l’apparition de fissures, révélant la nature élastique du fluide viscoélastique. D’autre part, nous étudions la déformation uniaxiale et la facture de filaments de doubles réseaux transitoires en couplant rhéométrie extensionnelle et imagerie rapide des filaments étirés. Nous établissons un diagramme d'état qui délimite le régime de du filament, lorsqu'il est étiré à un taux supérieur à l'inverse du temps de relaxation du plus lent des deux réseaux. Nous démontrons quantitativement que les processus de dissipation ne sont pas pertinents dans nos conditions expérimentales et que, suivant la densité des nœuds dans les réseaux, la rupture se produit dans le régime élastique linéaire, ou non linéaire précédé d'une augmentation considérable de la viscosité extensionnelle. L'analyse des profils d'ouverture des fissures indique, pour des réseaux faiblement connectés, des écarts par rapport à une forme parabolique en pointe de fissure, caractéristique d’une fracture fragile en régime linéaire. Nous montrons une corrélation directe entre l'amplitude de la déviation de la forme parabolique et le caractère non linéaire de la déformation élastique. / We investigate the behavior of transient self-assembled and permanently crosslinked gels subjected to extreme mechanical stresses. On the one hand, we study the dynamics of freely expanding sheets produced by impacting a (Newtonian or viscoelastic) liquid drop or a bead of polymeric gel on solid surfaces in minimal dissipation conditions, achieved using either a small solid target or a repellent surface. Upon impact, the drop or bead is transformed into a thin sheet that expands and retracts due to elasticity. For viscoelastic fluids with a relaxation time smaller than the typical lifetime of the sheet, the dynamics of the viscoelastic sheet is similar to that of Newtonian liquids with equal viscosity. The maximal expansion of the sheet decreases with the viscosity and is quantitatively modeled using an energy balance between inertia, surface tension and viscous shear dissipation on the solid target that can be accounted by measuring an effective velocity of the expanding sheet at short time scale. We further show that the shear dissipation can be substantially eliminated by performing impact experiments on a solid surface based on an inverse Leidenfrost effect. Experiments performed using elastic beads of various elastic moduli, viscoelastic or liquid drops of various surface tensions reveal a universal scaling behavior of the maximum expansion with the impact velocity, with a dynamics that mimics that of a conventional spring-mass system. We furthermore show that, for drops impacting a solid target, a similar scaling holds once the viscous dissipation is accounted by replacing the impact velocity with the effective velocity. Another fascinating behavior of viscoelastic fluids is a heterogeneous expansion of the sheet with the occurrence of cracks, revealing the elastic nature of the viscoelastic fluid. On the other hand, we study the uniaxial deformation and the fracture of reversible double transient networks by coupling extensional rheology to fast imaging. We provide a state diagram that delineates the regime of fracture without necking of the filament, when it is stretched at a rate larger than the inverse of the slowest relaxation time of the networks. We quantitatively demonstrate that dissipation processes are not relevant in our experimental conditions and that, depending on the density of nodes in the networks, fracture occurs in the linear elastic regime, or in a non-linear elastic regime preceded by a considerable strain hardening. In addition, analysis of the crack opening profiles indicates, for weakly connected networks, deviations from a parabolic shape close to the crack tip, which is expected for the linear elasticity of a brittle fracture. We demonstrate a direct correlation between the amplitude of the deviation from the parabolic shape and the amount of non-linear elasticity.

Es werden die Ergebnisse der Untersuchungen von Stromverteilungen an Solarzellen und Solarmaterial durch magnetische, elektrische und optische Messmethoden gezeigt. Die neue magnetfeldtopographische Messmethode CAIC wird hierbei erläutert und deren Stromverteilungen mit Ergebnissen der IR-Durchlichtmikroskopie, der LBIC- und der LIT-Methode verglichen und ausgewertet. Auf Basis der durchgeführten Untersuchungen und der Annahme des Vorhandenseins einer Korngrenzendekoration werden die Stromverlaufsmodelle einer elektrisch aktiven Korngrenze für eine Probe mit pn-Übergang sowie für eine Probe ohne pn-Übergang gezeigt. Anhand von CAIC-Messungen können die Position und die Orientierung leitfähiger und oberflächennaher SiC- und Si₃N₄-Ausscheidungen in mc-Silizium ohne pn-Übergang ermittelt werden. Hierfür wird ein Stromverlaufsmodell gezeigt. Weiterhin werden Zellmikrobrüche, Fehler in der Kontaktstruktur und Layoutunterschiede der Kontaktstruktur durch CAIC-Messungen an Solarzellen eindeutig nachgewiesen.