Thèse (M.Ing.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2006. / Bibliogr.: f. 123-127. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèse (D.Eng.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2005. / Bibliogr.: f. [194]-198. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèse (D.Eng.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2007. / La p. de t. porte en outre: Thèse présentée à l'Université du Québec à Chicoutimi comme exigence partielle au doctorat en ingénierie. CaQQUQ Bibliogr.: f. [211]-220. Document électronique également accessible en format PDF. CaQQUQ

Thèse (M.Eng.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2007. / La p. de t. porte en outre: Mémoire présenté à l'Université du Québec à Chicoutimi comme exigence partielle de la maîtrise en ingénierie. CaQCU Bibliogr.: f. 137-143. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Je présente une analyse multidisciplinaire du comportement d’une exosphère d’un satellite dont la limite inférieure est une surface solide. Une exosphère par définition n’a pas de limite supérieure, est constituée d’un gaz dont la dynamique n’est pas régie par des collisions et correspond à la région d’interaction entre un objet planétaire et sa planète mère ou étoile. Dans cette thèse, je montrerai qu’une population exosphérique d’un satellite qui serait volatile et dont la dynamique serait fortement dépendante de la température de surface, aura une évolution orbitale synchrone avec le cycle diurne. Par exemple, l’oxygène moléculaire autour d’Europa et de Ganymède, satellites de Jupiter,devrait suivre une telle évolution. Je m’attacherai donc à comparer les résultats d’un modèle 3D Monte Carlo reconstruisant l’évolution de cette exosphère et les observations d’émissions aurorales par le télescope Hubble pour souligner la persistance d’une asymétrie matin/soir caractéristique de ce cycle diurne. Par ailleurs,une analyse plus théorique de l’origine de cette asymétrie nous suggère qu’un réservoird’O2 sous forme gazeuse dans le régolite pourrait être à l’origine de la formation de cette exosphère. En plus de la description de l’O2 exosphérique autour d’Europa, je soulignerai les différences notables avec l’H2O et ses produits. Enfin, j’ai également travaillé à la caractérisation d’une nouvelle technologie pour une source d’ionisation basée sur l’utilisation de nano-tubes de carbone. Cet émetteur d’électron utilisé pour la spectrométrie de masse neutre s’avère nettement plus efficace que les émetteurs classiquement utilisés dans le spatial et devrait donc nous aider à explorer ces exosphères. / I present a multidisciplinary analysis on the behavior of asurface-bounded exosphere synchronously rotating about its primary. Anexosphere is the boundless, external envelope of gas extending from aplanetary surface or atmosphere. This collisionless gas represents theinterface between planets and stars, as it directly interacts with theinterplanetary medium. Should the exosphere possess a population ofvolatiles strongly coupled with the surface temperature, the exospherewill be capable of experiencing a diurnal cycle over an orbitalperiod. I provide the first evidence of the existence of such adiurnal cycle in the molecular oxygen exospheres of two of Jupiter’sicy moons: Europa and Ganymede. The evidence was surmounted by anin-depth comparison between the near-surface ultraviolet oxygenaurorae observations by the Hubble Space Telescope and 3-D Monte Carlosimulations of Europa’s near-surface O2 exosphere, where both auroraeand exospheres where found to be strongly peaking at dusk. Thedusk-over-dawn asymmetry analysis also provides evidence that Europamay harbor a large O2 reservoir embedded in its ice today. Inaddition to O2 , I present the first orbital simulations of all knownwater-products at Europa, and provide perspectives on discerning theeffects of cryovolcanism on the exosphere. Lastly, at LATMOS, Icharacterized a novel ionization source: a carbon nanotube electrongun (CNTeg). This in-situ device used for neutral mass spectrometry,may prove to be a very efficient electron emitter (P < 10 milliWatts)and should aid future searches to detect trace gases in any exosphere.

Occupant une place majeure dans les intérieurs, les miroirs se sont progressivement imposés comme un décor d’architecture à part entière dans les pièces privées, puis dans les pièces de réception des grandes demeures aristocratiques européennes aux XVIIe et XVIIIe siècles. Le propos de la présente thèse est d’éclairer non seulement le développement des miroirs en tant que décoration fixe, mais aussi leur utilisation dans de véritables mises en scène architecturales. Envisagé sur un temps long de deux siècles et dans une aire géographique conséquente (France, Italie, Espagne, Allemagne, Autriche, Suède), ce travail débute par une étude du développement de ces décors au XVIIe siècle, en interrogeant le rôle de la France dans la définition et la circulation des modèles en Europe. Puis, dans un second temps sont étudiées les typologies de cabinet et de galerie de glaces, pièces les plus concernées par ce type de décor. Enfin, la place des miroirs dans la pratique architecturale et leur rôle illusionniste dans les intérieurs sont traités dans une dernière partie. / Occupying an important place in the interiors, mirrors have progressively been an architectural decor in its own right in the private rooms, then in the reception rooms of the European great aristocratic houses in the XVII and XVIII centuries. The purpose of this thesis is to enlighten not only the development of mirrors as fixed decoration, but also their use in true architectural staging. Based on a two century scale and a substantial geographic area (France, Italy, Spain, Germany, Austria, Sweden), this work starts by a study of the development of these decors in the XVII century, by questioning the role of France in the definition and the circulation of models in Europe. Then, it focuses on the typologies of mirror cabinet and galleries, the most affected rooms by this kind of décor. Finally, in the last section, the mirror place in the architectural practice and their illusionist role in the interiors are studied.

La dernière période glaciaire est marquée par la présence de deux grandes calottes boréales recouvrant l’actuel Canada et le nord de l’Eurasie. Ces calottes constituent un élément actif du système climatique en interagissant avec les différentes composantes du système Terre. L’objectif de cette thèse est de déterminer par quels mécanismes les changements de circulation atmosphérique lors du dernier cycle glaciaire induisent potentiellement une téléconnexion entre les paléo-calottes de l’hémisphère nord. L’utilisation d’un modèle couplé climat-calotte simplifié m’a permis de tester séparément l’influence de la topographie et de l’albédo des calottes sur les champs de température et de précipitation lors du dernier cycle glaciaire, et de mettre en évidence le rôle de la circulation atmosphérique dans la synergie entre les paléo-calottes de l’hémisphère nord. Pour étudier plus en détail les mécanismes de cette interaction, l’utilisation d’un modèle de circulation générale s’est avérée nécessaire. J’ai tout d’abord effectué une inter-comparaison des modèles ayant participé à l’exercice PMIP3 pour le dernier maximum glaciaire (DMG). Cette inter-comparaison a permis d’illustrer l’impact des conditions glaciaires sur le décalage du courant-jet en Atlantique Nord et d’établir un lien entre ce décalage et les précipitations au sud de l’Europe. Enfin, à l’aide d’expériences idéalisées menées avec le modèle atmosphérique LMDZ, j’ai pu étudier le rôle de chacune des calottes dans les changements de circulation atmosphérique observés auDMG. Cette étude montre en particulier l’influence notable de la calotte nord-américaine sur le bilan de masse de surface de la calotte eurasienne. / The last glacial period is characterized by the presence of two large ice sheets covering Canada and North Eurasia. These ice sheets are a key element of the climatic system by interacting with all the components of the Earth system. The aim of this thesis is to determine by which mechanisms changes in atmospheric circulation may have induced a teleconnexionbetween the Northern hemisphere paleo-ice sheets. The use of a simplified coupled climate-ice sheet model allowed to test separately the influence of the ice-sheet topography and albedo on temperature and precipitation fields throughout the last glacial cycle and to highlight the role of atmospheric circulation within the synergy of past boreal ice sheets.To investigate in more details the underlying mechanisms, the use of a general circulation model was necessary.I therefore carried out an inter-comparisonof the PMIP3 models to examine the GCM responsesto glacial conditions. This work allowed to determinethe role of glacial conditions on the shift of the NorthAtlantic jet stream position and to establish a relationshipbetween this shift and the amount of precipitationover southern Europe. The last part of this thesisis devoted to the respective role of each ice sheeton atmospheric circulation changes observed underglacial conditions. To achieve this, I performed idealizedexperiments with the atmospheric circulationmodel LMDZ. The results highlight the key influenceof the North American ice sheet on the Eurasian icesheet surface mass balance.

Les glaces du milieu interstellaire sont invoquées comme l'une des origines de la formation de molécules organiques complexes dans l'espace. En effet, elles constituent un support catalytique pour des réactions chimiques et pourraient ainsi expliquer la formation de molécules d'intérêt prébiotique. Toutefois, en raison de la faible température des milieux considérés, la vitesse de la réaction est contrainte par le déplacement des différentes réactifs l'un vers l'autre. L'objectif de cette thèse est donc de traiter la réactivité et la diffusion de molécules simples dans les glaces interstellaires. Je présente dans cette thèse les résultats de l'étude de la réaction entre le dioxyde de carbone et l'ammoniac dans les glaces interstellaires. Cette étude a été effectuée au Laboratoire Univers et Particules de Montpellier ; elle combine différentes méthodes de la chimie théorique et confronte les résultats avec ceux issus d'expériences que j'ai réalisées au Laboratoire de Physique des interactions Ioniques et Moléculaires de l'Université d'Aix-Marseille. Dans une première partie, des simulations de dynamique moléculaire classiques sont employées pour simuler un modèle de glace amorphe basse densité. Ce modèle est utilisé pour simuler la trajectoire de petites molécules (NH3, CO, CO2, H2CO) dans cette glace et en déduire des coefficients de diffusion à différentes températures. Ces résultats sont comparés à des résultats expérimentaux de diffusion du dioxyde de carbone ce qui valide la méthode théorique utilisée et permet de suggérer un mécanisme pour ce processus de diffusion. Dans une deuxième partie, la réaction entre le dioxyde de carbone et l'ammoniac est traitée dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle densité par une approche « super-molécule ». Dans cette approche, le profil d'énergie et le mécanisme de la réaction dans des complexes moléculaires xNH3:CO2:yH2O sont étudiés. Deux produits de la réaction sont localisés : le carbamate d'ammonium et l'acide carbamique. La barrière d'énergie de la réaction obtenue est similaire à celle obtenue expérimentalement, et le carbamate d'ammonium est confirmé comme produit majoritaire de la réaction. Le profil d'énergie obtenu par cette approche « super-molécule » est ensuite étudié par dynamique moléculaire ab initio contrainte et le profil d'énergie libre est calculé par la méthode d'Intégration Thermodynamique. Cette approche confirme la forme générale du profil d'énergie et met en évidence un fort effet entropique du réseau d'eau. Je dresse finalement des conclusions sur les plans méthodologiques et astrochimiques permettant d'inscrire ma thèse dans des perspectives futures, notamment en incluant les barrières d'énergie de diffusion et de réaction, dans des modèles astrochimiques prenant en compte directement les réactions chimiques dans les glaces interstellaires. / It is postulated nowadays that complex organic molecules in space form on the surface and in the volume of interstellar ices. These ices can catalyse chemical reactions what could explain the formation of prebiotic molecules. However, because of the low temperatures, the diffusion of the reactants one towards another is slow, limiting their reactivity. The objectif of this thesis is to treat the reactivity and the diffusion of simple molecules in interstellar ices. I present in this thesis the results of the study of the chemical reaction between carbon dioxide and ammonia in interstellar ices. This study was conducted in the Laboratoire Univers et Particules de Montpellier : it combines various theoretical chemistry methods and confront the results to experimental ones I participated in at the Laboratoire de Physique des Interactions Ioniques etMoléculaires of the Aix-Marseille university. In a first part, classical molecular dynamic simulations are used to simulate a low-density amorphous ice model and to calculate the diffusion coefficients at various temperatures of a series of small molecules (NH3, CO, CO2, H2CO). These results are compared to the experimental diffusion coeficients of the carbon dioxide validating the theoretical approach used and allowing to porpose a mechanism for the diffusion process. In a second part, the reaction between carbon dioxide and ammonia is studied in the frame of Density-Functional Theory using a « super-molecular » approach. In this approach, the reaction energy profile for the molecular complexes xNH3:CO2:yH2O, is studied. Two reaction products are localised : the ammonium carbamate and the carbamic acid. The reaction energy barrier obtained by these calculations is similar to the one obtained experimentally, and the ammonium carbamate is confirmed as the major reaction product. The obtained energy profile is therfore investigated by constrained ab initio molecular dynamics and the free energy profile is computed with the Thermodynamics Integration method. These calculations confirme the general form of the previous energy profile and enlight the strong entropic effect of the water network. Finally, conclusions are drawn, and perspectives on methodological as well as on astrochemical aspects, as the inclusion of the reaction and diffusion energy barriers I calculated in astrochemical models, are given.

Les Objets Transneptuniens (OTN) et les comètes à courte période sont considérés comme les vestiges directs de la nébuleuse primitive qui a donné naissance à notre système solaire. L'histoire dynamique et collisionnelle de ces objets pourrait laisser penser qu'ils ont été différenciés physico-chimiquement. L'objet du travail présenté ici est de déterminer si la matière dite ``primordiale'', incorporée dans les OTN, a perdu, d'une certaine manière, la mémoire de ses origines, en subissant des transformations physico-chimiques profondes lors de collisions successives.<br /><br />Nous analysons dans une première étape les conditions de formation et la structure des glaces incorporées dans les planétésimaux. <br />Nous montrons que la composition chimique initiale de la phase gazeuse du disque protoplanétaire a une incidence non négligeable sur la composition des planétésimaux formés de diverses glaces cristallines, et sur l'évolution thermique de l'ensemble des objets formés (planètes extrasolaires de faible masse et glacées, planètes géantes, satellites, comètes, ...) dans la région externe des disques protoplanétaires. Ainsi, les planètes extrasolaires de faible masse formées à l'origine dans un environnement froid peuvent être du type planètes ``océan'' ou ``carbonées''. <br />Nous réalisons ensuite un modèle numérique de planétésimal, à la composition physico-chimique simplifiée, qui assure la conservation des quantités physiques (masse et énergie), et permet l'étude à long terme des planétésimaux dans la région transneptunienne. Ce modèle représente une matrice poreuse composée d'éléments réfractaires et d'un mélange de différentes glaces. L'ensemble des processus physiques tels que les changements de phase (sublimation/condensation, cristallisation) et la modélisation des transferts thermiques et de masse y sont pris en compte. <br /><br />Le choix de la méthode d'intégration numérique et du cadre mathématique de résolution des équations de conservation (masse et énergie) est ensuite discuté. Le problème de la conservation des quantités physiques (masse et énergie) est abordé et l'erreur sur la conservation de la masse obtenue avec notre modèle est comparée à celle obtenue avec des modèles antérieurs. Nous montrons que l'erreur sur le bilan de masse obtenu par la méthode des volumes finis, utilisée dans ce modèle, permet de gagner au moins un ordre de grandeur sur celui des modèles antérieurs.<br />Les améliorations apportées au modèle de planétésimal permettent d'obtenir une représentation de sa différenciation physico-chimique plus fiable sur le long terme et permettent l'étude de l'influence de collisions successives. <br />Grâce à cela, nous pouvons analyser l'influence de la composition physico-chimique et celle de l'ensemble des paramètres physiques sur l'évolution thermique et physico-chimique de planétésimaux situés dans la région transneptunienne.<br /><br />Enfin, nous déterminons les laps de temps nécessaires entre deux collisions pour engendrer une évolution physico-chimique des objets cibles, à partir d'une composition originelle imposée. Nos résultats infirment l'hypothèse selon laquelle les Objets Transneptuniens pourraient être significativement affectés par le processus collisionnel.

Le monoxyde de carbone (CO) est présent à l'état de trace dans l'atmosphère, il participe à de nombreuses réactions chimiques qui affectent la composition atmosphérique et le climat. Dans le cadre de cette étude, une méthode expérimentale a été mise au point pour extraire le gaz piégé dans la glace ancienne et analyser sa concentration en CO. L'extraction du gaz par fusion et regel de l'échantillon de glace apparaît comme étant la méthode la mieux adaptée à l'étude du CO contenu dans la glace. Des tests "blanc" réalisés à partir de glace artificielle montrent que cette méthode est efficace (pas de contamination en CO détectable) à condition de nettoyer préalablement la surface de l'échantillon. Il reste à déterminer dans quelle mesure ces observations faites sur la glace artificielle peuvent être extrapolées à la glace naturelle. Il semble que ce soit le cas pour la glace antarctique dont le comportement au cours d'un cycle de fusion-regel est similaire à celui de la glace artificielle. Par contre, le cas de la glace du Groenland paraît plus complexe, car elle semble induire, dans certaines sections de carotte, une contamination supplémentaire liée vraisemblablement à des processus in situ de production de CO. La méthode d'extraction par fusion-regel a été appliquée à un nombre important d'échantillons provenant de carottes antarctiques et groenlandaises. Pour la première fois, une interprétation en terme de signal atmosphérique a pu être apportée pour des échantillons couvrant les deux derniers siècles. Ainsi, l'analyse des carottes Eurocore (Groenland) et D47 (Antarctique) nous a pennis de retracer l'évolution au cours de la période 1850-1950 de la concentration en CO aux hautes latitudes. Une augmentation d'environ 20% des teneurs en CO apparaît, au cours de cette période, dans l'hémisphère nord, en phase avec l'évolution des sources anthropiques de CO telles que la combustion du charbon et la consommation des carburants liquides. Au cours de la période 1850-1916, l'Antarctique se caractérise, en revanche, par une relative stabilité des teneurs en CO qui suggère que les hautes latitudes sud sont restées influencées, pendant au moins la première partie de l'ère industrielle, par la prédominance de sources naturelles de CO. A partir d'un scénario d'évolution des sources, nous avons montré que ces résultats présentent des implications importantes dans la compréhension du cycle atmosphérique du CO. Ils suggèrent en effet que des sources anthropiques de CO doivent déjà être prises en compte pour la période pré-industrielle, ce qui constitue une contrainte importante pour les modèles. En marge de ces résultats, l'étude de la partie basse de la carotte Eurocore suggère la possiblité d'interactions physico-chimiques au sein de la glace pouvant modifier le signal atmosphérique originel. Le profil de concentration en CO, présente en effet dans cette partie de la carotte, une variabilité importante qui ne peut pas être a priori expliquée par la modification des sources et des puits de CO. L'existence de mécanismes d'oxydation de la matière organique contenue dans la glace pourrait être à l'origine des variations observées sur ces niveaux. La similitude du profil de CO avec celui du CO2 dans cette partie de la carotte semble confirmer cette hypothèse.