L'objectif principal de mon travail de thèse est de comprendre les processus qui agissent sur la poussière pendant le couplage entre le milieu interstellaire galactique et le milieu intra-amas. Ce processus est d'intérêt particulier dans les phénomènes violents comme les interactions galaxie-galaxie ou le "Ram Pressure Stripping" causé par la chute d'une galaxie vers le centre de l'amas.Initialement, je me suis concentré sur le problème de la destruction de la poussière et le processus de chauffage, en re-visitant les modèles présents en littérature. J'ai particulièrement insisté sur les cas des environnements extrêmes comme le gaz chaud de type coronale (e.g., IGM, ICM, HIM) et les chocs interstellaires générés par les supernovae. Sous ces conditions les petits grains sont détruits rapidement et les gros grains sont chauffés par les collisions avec les électrons énergétiques, en rendent la distribution spectral d'énergie de la poussière très différente de ce qu'on observe dans le milieu interstellaire diffus.Pour tester nos modèles j'ai les appliqués au cas d'une galaxie en interaction, NGC 4438. Les données Herschel de cette galaxie indiquent la présence de la poussière avec une température plus élevée de ce qu'on s'attendait.Avec une analyse à plusieurs longueurs d'onde on montre que cette poussière chaude semble être dans un gaz ionisé et chaud et donc subir à la fois le chauffage collisionnel et la destruction des petits grains.De plus, je me suis focalisé sur l'énigme de longue date à propos de la différence entre les échelles de temps de destruction et formation de la poussière dans la Voie Lactée. Basées sur l'efficacité de destruction de la poussière dans les chocs interstellaires, les estimations précédentes portent à une durée de vie de la poussière plus courte que l'échelle de temps typique de sa formation dans les étoiles AGB. En utilisant un modèle de poussière récent et les dernières estimations pour l'évolution de la poussière, on a réévalué la durée de vie de la poussière dans notre Galaxie. Finalement, j'ai tourné mon attention au phénomène de "Ram Pressure Stripping''. La galaxie ESO 137-001 représente un des meilleurs cas pour étudier cet effet. Sa longue queue H2 intégrée dans une queue de gaz chaud et ionisé soulève des questions sur son possible arrachement de la galaxie ou sa formation en aval dans la queue. Basé sur des récentes simulations numériques, j'ai montré que la formation des molécules de H2 sur la surface des grains dans la queue est un scénario viable. / The main goal of my PhD study is to understand the dust processing that occurs during the mixing between the galactic interstellar medium and the intracluster medium. This process is of particular interest in violent phenomena such as galaxy-galaxy interactions or the "Ram Pressure Stripping'' due to the infalling of a galaxy towards the cluster centre.Initially, I focus my attention to the problem of dust destruction and heating processes, re-visiting the available models in literature. I particularly stress on the cases of extreme environments such as a hot coronal-type gas (e.g., IGM, ICM, HIM) and supernova-generated interstellar shocks. Under these conditions small grains are destroyed on short timescales and large grains are heated by the collisions with fast electrons making the dust spectral energy distribution very different from what observed in the diffuse ISM.In order to test our models I apply them to the case of an interacting galaxy, NGC 4438. Herschel data of this galaxy indicates the presence of dust with a higher-than-expected temperature.With a multi-wavelength analysis on a pixel-by-pixel basis we show that this hot dust seems to be embedded in a hot ionised gas therefore undergoing both collisional heating and small grain destruction.Furthermore, I focus on the long-standing conundrum about the dust destruction and dust formation timescales in the Milky Way. Based on the destruction efficiency in interstellar shocks, previous estimates led to a dust lifetime shorter than the typical timescale for dust formation in AGB stars. Using a recent dust model and an updated dust processing model we re-evaluate the dust lifetime in our Galaxy. Finally, I turn my attention to the phenomenon of "Ram Pressure Stripping''. The galaxy ESO 137-001 represents one of the best cases to study this effect. Its long H2 tail embedded in a hot and ionised tail raises questions about its possible stripping from the galaxy or formation downstream in the tail. Based on recent hydrodynamical numerical simulations, I show that the formation of H2 molecules on the surface of dust grains in the tail is a viable scenario.

This thesis proposes that astronomical ideas and forces structured the poetic, religious and philosophical imaginings of William Wordsworth and Samuel Taylor Coleridge. Despite the widespread scholarly predilection for interdisciplinary enquiry in the field of literature and science, no study has been undertaken to assess the impact and imaginative value of mathematics and astronomy upon Wordsworth and Coleridge. Indeed, it is assumed they had neither the resources available to access this knowledge, nor the capacity to grasp it fully. This is not the case. I update the paradigm that limits their familiarity with the physical sciences to the education they received at school and at Cambridge, centred principally on Euclid and Newton, by revealing their attentiveness to the new world views promulgated by William Herschel, William Rowan Hamilton, Pierre-Simon Laplace, and the mathematicians of Trinity College, Cambridge, including John Herschel, George Peacock, and George Biddell Airy, amongst others. The language of astronomy wielded a vital, analogical power for Wordsworth and Coleridge; it conditioned the diurnal rhythms of their thought as its governing dynamic. Critical processes were activated, at the level of form and content, with a mixture of cosmic metaphors and nineteenth-century discoveries (such as infra-red). Central models of Wordsworth’s and Coleridge’s literary and metaphysical inventions were indissociable from scientific counterparts upon which they mutually relied. These serve as touchstones for creative endeavour through which the mechanisms of their minds can be traced at work. Exploring the cosmological charge contained in the composition of their poems, and intricately patterned and pressed into their philosophical and spiritual creeds, stakes a return to the evidence of the Romantic imagination. The incorporation of astrophysical concepts into the moulds of Wordsworth’s and Coleridge’s constructions manifests an intelligent plurality and generosity which reveals the scientific valency of their convictions about, variously, the circumvolutions of memory and the idea of psychic return; textual revision, specifically the ways in which language risks becoming outmoded; prosody, balance, and the minute strictures modifying metrical weight; volubility as an axis of conversation and cognition; polarity as the reconciling tool of the imagination; and the perichoretic doctrine of the Holy Trinity. The ultimate purpose is to show that astronomy provided Wordsworth and Coleridge with a scaffold for thinking, an intellectual orrery which ordered artistic consciousness and which they never abandoned.

La formation des étoiles massives reste, à ce jour, encore mal connue à cause de l’extrême quantité d’énergie que ces étoiles dégagent, limitant en conséquence leurs masses théoriques et contredisant les observations de ce type d’étoile. Les observatoires du futur (en particulier l’observatoire spatial Herschel) vont tenter de répondre à cette problématique grâce notamment aux émissions moléculaires de l’eau. L’analyse précise et correcte de ces données, dans l’avenir, nécessite donc dès aujourd’hui un travail associant des observations et des modélisations des objets concernés. C’est dans ce but que cette thèse a consisté en l’élaboration d’une méthode de modélisation dite « globale » d’objets protostellaires massifs (proto-amas ou cœurs denses massifs). Celle-ci a permis une description physique et une étude chimique des multiples cœurs denses massifs étudiées, et a ouvert de nombreuses voies vers des aspects évolutifs. Elle a également donné des indices pour a?ner le programme d’observation en temps garanti WISH des raies moléculaires de l’eau et con?rmé le rôle clef de cette molécule pour la compréhension de la formation des étoiles massives. / Today the formation of massive stars is still not well understood due to the huge interac- tion of these objects with their environment, leading to a theoretical limit in the ?nal mass that observations contradict. The future observatories, like the Herschel Space Observatory, will try to answer some of the questions linked to this topic, particularly through the water line emissions. The correct and precise analysis of the future data is then necessary and needs a full work linking the observations and the modelling of the objects that will be studied. Hence the main goal of this PhD Thesis was to elaborate a robust and global modeling method of the massive dense cores in which high-mass stars are forming. The method leaded to a physical description and a chemical study of multiple massive dense cores, opening new views on evolution aspects. In addition it gave some tweaks on the guaranteed-time key program WISH for the water line emissions and con?rmed the key role of this molecule for a better understanding of the high-mass star formation.

Les domaines millimétrique et submillimétrique sont des domaines qui permettent de caractériser la physico-chimie des atmosphères <br />planétaires par l'observation des molécules qui les composent. Le télescope spatial Herschel et l'interféromètre ALMA, qui <br />entreront prochainement en service, permettront d'améliorer considérablement notre connaissance des atmosphères planétaires.<br /><br />L'un des principaux objectifs de cette thèse est de développer un modèle d'analyse des observations millimétriques et submillimètriques qui seront effectuées avec Herschel et ALMA. C'est en ce sens que nous détaillons un modèle qui tient compte de la géométrie sphérique des corps observés et des spécificités instrumentales propres aux télescopes utilisés. <br /><br />Dans un premier temps, ce qui a permis notamment de valider notre modèle de transfert radiatif, nous avons étudié l'origine des <br />composés oxygénés dans les atmosphères des planètes géantes. Nous présentons l'analyse d'observations de Saturne et d'Uranus, effectuées avec les télescopes de l'IRAM et du JCMT, pour contraindre les sources de monoxyde de carbone dans ces atmosphères. Nous améliorons ainsi les limites supérieures précédemment publiées et réalisons la première observation du monoxyde de carbone dans l'atmosphère de Saturne dans <br />le domaine submillimètrique. Cette observation prouve l'existence d'une source externe pour ce composé. Nous analysons également des observations récentes de Jupiter, effectuées par le télescope spatial Odin, pour contraindre l'origine externe de l'eau dans la stratosphère de cette planète. Les observations confirment que la chute de la comète Shoemaker-Levy~9 est vraisemblablement la source principale d'eau. <br /><br />Dans un second temps, nous avons appliqué notre modèle à l'étude de la structure thermique et la dynamique de l'atmosphère de Mars, à partir d'observations du monoxyde de carbone. Ces observations sont comparées aux prédictions d'un modèle de circulation générale, ce qui permet de vérifier la validité de ses prédictions et de fournir de nouvelles contraintes observationnelles pour ce type de modélisations.<br /><br />Enfin, nous avons appliqué notre modèle à l'étude des planètes géantes avec le télescope spatial Herschel, dans le cadre du programme-clé de temps garanti du télescope spatial Herschel "Water and related chemistry in the Solar System''. Nous avons également identifié les améliorations à apporter à notre modèle pour analyser des observations ALMA.

L'étalonnage des instruments dédiés à l'observation de la Terre et du Cosmos est l'une des clefs d'un retour scientifique maximal de ces missions. <br> La première partie de cette thèse est consacrée à la préparation des outils et méthodes d'étalonnage du spectromètre submillimétrique HIFI embarqué à bord du satellite Herschel en 2007. Le premier aspect traite de l'étalonnage des données et de leur conversion en une échelle scientifique. Nous recensons dans un premier temps les besoins de l'étalonnage en vol et identifions les étalons primaires et secondaires. Nous établissons alors une liste de candidats potentiels, complétée par une campagne d'observations préparatoires au sol. Un schéma d'étalonnage interne fondé sur deux charges embarquées est étudié et nous présentons un premier bilan d'erreur. Nous montrons que cette approche n'est a priori pas adaptée aux conditions spatiales et donnons les premiers éléments d'une technique plus adéquate. Le second aspect s'intéresse à l'étalonnage de l'instrument proprement dit. Nous analysons les besoins de la campagne de mesures en laboratoire du premier prototype de HIFI, et proposons un système original afin d'étalonner divers paramètres au sol. Nous montrons également l'importance d'une modélisation instrumentale et présentons une description des systèmes d'ondes stationnaires susceptibles d'affecter les données de HIFI. <br> La seconde partie de cette thèse est dédiée à l'étude de coeurs denses galactiques détectés dans l'infrarouge moyen par le satellite ISO. Nous montrons que ces objets appartiennent à une population nouvelle de condensations massives (M > 1000 Masses solaires) et froides (8 < T < 25 K) associées à des nuages moléculaires géants. L'analyse indique des extinctions dans le visible supérieures à 50, et suggère que des phénomènes de collage sur les grain affectent la plupart des espèces moléculaires. Nous montrons que ces objets sont probablement fragementés, et qu'ils sont susceptibles, ou ont déjà initié la formation d'étoiles massives en leur sein.

Une fraction non négligeable de l'histoire de la formation stellaire a lieu dans des environnements très affectés par la poussière. Il est donc naturel de se demander si on arrive à bien contraindre cette activité de formation d'étoiles. En effet, une part importante de cette activité pourrait être manquée due à la présence de poussière. C'est dans ce contexte que s'inscrit le travail que je vais présenter.Dans la première partie de ma thèse, j'ai eu pour but de déterminer la fraction de galaxies lumineuses formant des étoiles à haut redshift (i.e. 1.5 1mJy) présentent des couleurs 100/24 et 160/24 plus faibles que les autres sources du champ COSMOS et leur luminosité semble donc provenir majoritairement d'un AGN. Les avancées technologiques et l'exploration des longueurs d'ondes en infra-rouge lointain et en submillimétrique, avec notamment Herschel, SCUBA-2, Alma, JWST, permettront de mieux comprendre la connexion AGN/ flambée de formation stellaire au sein des galaxies jusqu'à des hauts redshifts.

Des panaches sont connus pour migrer à travers le manteau ductile et quasi-Newtonien ; alors que les dikes se fracturent et se propagent dans la lithosphère solide. Cependant, la lithosphère est en fait visco-élastique. Afin de déterminer ce qui se passe dans ce cas complexe, nous avons réalisé une étude expérimentale et numérique sur le développement de panaches thermiques dans des solutions aqueuses de Carbopol, un gel de polymères formant un réseau continu d'éponges microscopiques. Ce fluide est rhéofluidifiant et présente un seuil de contrainte σ₀, de sorte que l'écoulement ne se produit que si la contrainte locale dépasse cette valeur critique σ₀. En dessous de cette valeur, le fluide agit comme un solide élastique. Les propriétés rhéologiques des solutions peuvent être systématiquement ajustées en variant la concentration de Carbopol. Le dispositif consiste en une source locale de chaleur de puissance constante placée au centre d'une cuve cubique. Selon la valeur du rapport entre la contrainte d'origine thermique et la contrainte seuil, Y₀, on peut observer trois régimes différents. A faible Y₀.

ABSTRACT GENERALIZED COUETTE FLOW OF A HERSCHEL - BULKLEY FLUID THROUGH ECCENTRIC ANNULUS - AN APPROXIMATE SOLUTION Seyidoglu, Tijen M.S., Department of Chemical Engineering Supervisor: ismail Tosun Co-Supervisor: Ahmet N. Eraslan January 2006, 134 pages Generalized Couette flow of a Herschel-Bulkley fluid in an eccentric annulus is analyzed by approximating the flow geometry as a slit of variable height. Besides an imposed pressure gradient, one of the plates is considered non-stationary to take into account the axial and/or angular motion of the inner pipe in an eccentric annulus system. Depending on the magnitude and the direction of the applied pressure gradient with respect to the plate velocity, three separate flow cases are studied in which the velocity reaches its maximum value either within the plug flow region or at the moving boundary. Velocity distributions are obtained for each case by solving the equations of continuity and motion. Volumetric flow rate expressions are obtained by integrating the velocity distribution over the cross-sectional area. At a given pressure gradient, the results indicate an increase in volumetric flow rate with an increase in eccentricity ratio. Criteria for each flow type is developed in terms of a dimensionless parameter &amp / #923 / , which takes into account the ratio of the imposed pressure gradient to the plate velocity. Volumetric flow rate expressions for Newtonian, Bingham and power-law fluids are obtained by considering the limiting values of the fluid index and yield stress. The validity of the equations are checked by considering the slit height to be a constant, i.e., flow between parallel plates. Surge/swab pressure calculations are carried out for Herschel-Bulkley, power-law and Bingham fluids and the results are expressed as a function of eccentricity ratio, radius ratio, fluid index and yield stress. The results indicate that when the fluid index and the eccentricity ratio are fixed, a slight increase in the radius ratio causes a tremendous increase in surge/swab pressure, especially for low values of fluid index. On the other hand, displacement of the inner pipe from a concentric position causes a decrease in swab/surge pressure when other parameters are held constant. Comparison with the literature values reveals the fact that flow in an eccentric annulus can be modeled as flow between a slit of variable height as long as the radius ratio is greater than 0.5 and the eccentricity ratio is less than 0.3. The results for other values of radius ratio and eccentricity ratio can be used as initial guess values in carrying out numerical calculations.

Orientador: Geraldo de Freitas Maciel / Banca: André Luiz Seixlack / Banca: Luís Miguel Chagas da Costa Gil / Resumo: Os escoamentos na superfície livre que se processam sobre forte declividade podem desenvolver instabilidades ao cabo de tempo finito. Tais instabilidades aparecem sob formas de ondas tipo "hydraulic jumps" bem espaçados e são denominadas Roll Waves. Estas ondas, longas e periódicas, podem ser contínuas ou descontínuas; contínuas em problema Shallow Water viscoso e descontínuas para o caso não viscoso. Tal fenômeno pode ser observado tanto em escoamentos naturais como em canais artificiais e vertedouros de barragens. Tratando-se de escoamento de Fluidos não newtonianos, tal fenômeno pode ser visto facilmente em lavas torrenciais, avalanchas ou "debris flows". Nesta dissertação foram analisados matematicamente e numericamente o comportamento e as condições de existência para a formação de Roll Waves em escoamentos laminares e turbulentos. Em escoamentos turbulentos toma-se como referência os trabalhos realizados por Maciel (2001) numa reologia Binghamiana. Para escoamentos laminares, cita-se o trabalho de Mei (1994) em uma reologia tipo Power Law. No plano numérico, para escoamentos turbulentos, foram utilizadas rotinas do MATLAB® versão 6.5 e, para escoamentos laminares, rotinas em FORTRAN 90; onde pôde-se analisar e comparar resultados para diversas reologias. O foco desta dissertação foi tratar o problema Roll Waves como uma instabilidade na vizinhança do regime uniforme para Fluidos não newtonianos, em regimes turbulentos e laminares. A reologia tratada e representativa de diversos escoamentos na natureza foi a de Herschel Bulkley. A partir desta dissertação deixa-se, como perspectiva futura, um estudo mais aprofundado sob formação de ondas em fluidos hiperconcentrados tipo Herschel Bulkley com abordagem experimental a fim de validar resultados apontados nesta pesquisa. / Abstract: Flows that happen over strong slope with free surface can develop instabilities after some finite time. Such wave shaped instabilities appear in the flow and are of the type "hydraulic jumps" well spaced and they are called Roll Waves. Those waves are long and periodic, continuous or discontinuous, continuous in viscous Shallow Water problems, and discontinuous for the inviscid case. Roll Waves are uncommon in natural flows, but they are common in man made channels and dams spillway. For flows of non Newtonian fluids such phenomenon can be seen easily in lava torrent, avalanche and debris flow. In this work it were mathematically and numerically analyzed the behavior and the existence conditions for the generation of Roll Waves within laminar and turbulent flows. For turbulent flows it is taken as reference the works done by Maciel (2001) dealing with a Bingham rheology. For laminar flows the reference is the work done by Mei (1994) using a Power Law rheology. Numerically, for turbulent flows it were used MATLAB® 6.5 procedures and for laminar flows FORTRAN 90 procedures were developed. Using these reference procedures it was obtained compared and analyzed results for several rheologies. This work left as future perspective a deeper study about the generation of waves in hipper concentrated fluids such as Herschel Bulkley fluid, with an experimental approach aiming to validate results produced. The focus of this work was to treat the so called Roll Waves problem as an instability in the vicinity of the uniform flow regime for non Newtonian fluids under laminar and turbulent flow regimes. The Herschel Bulkley rheology that was treated in this work is representative of several flows that happen in nature. / Mestre

Orientador: Geraldo de Freitas Maciel / Banca: José Luiz Gasche / Banca: José Carlos Cesar Amorim / Resumo: Os escoamentos em superfície livre que ocorrem em canais inclinados, tanto em fluido Newtoniano quanto em fluido não-Newtoniano (hiperconcentrado), podem desenvolver instabilidades, tais como ondas em forma de ressalto hidráulico, com comprimentos bem definidos. Tais perturbações são denominadas Roll Waves. Essas ondas são comuns em canais artificiais, em lavas torrenciais e deslizamento de avalanchas. Neste trabalho, no plano teórico, é determinado um modelo matemático geral, com base nas equações de Navier- Stokes integradas na vertical, em cujo tensor de tensões é introduzido a reologia de Herschel- Bulkley. A velocidade média do escoamento é determinada levando-se em consideração que o escoamento apresenta um perfil de velocidade parabólico na região cisalhada (próximo ao fundo do canal) acoplado a um perfil linear na região não cisalhada (condição de plug), característico dos escoamentos de lamas e detritos. A partir do sistema de equações (conservação da massa e equação da quantidade de movimento) em variáveis adimensionais, uma análise de estabilidade linear é realizada, colocando em evidência as condições de formação dessas instabilidades, tanto em fluido hiperconcentrado como em fluido Newtoniano. Com as condições de formação de instabilidades estabelecidas, uma teoria analítica de Roll Waves permanente é imposta e um modelo matemático para geração de tais instabilidades é determinado. No plano numérico, utilizando a linguagem de programação Python, a validade do modelo é verificada, considerando que essas ondas são ajustadas por choques devido às singularidades existentes no modelo. Com a determinação das condições de choque e da velocidade de propagação da onda em um ponto crítico; pode-se observar a formação de Roll Waves em fluidos não Newtonianos com reologia de Herschel-Bulkley, Bingham, Power Law, como também em fluido Newtoniano. / Abstract: The flows in free surface that occur in sloping canals, such as Newtonian fluid as in non- Newtonian fluid (hyperconcentrated), they can develop instabilities, such as long waves in form of hydraulical jumps, with well defined lengths; these instabilities are called Roll Waves, more common in artificial canals, torrential spillways of dams, lava and avalanche landslide. This work, in the theoretical plan, a general mathematical model is determined, on the basis of the integrated Navier-Stokes equation in the vertical, of tensor tensions the rheology of Herschel-Bulkley is introduced. The average velocity of the flows is determined taking itself in consideration that the flows presents a parabolic profile of speed in the shear region (near of the floor of canal) connected to a linear profile in the region not shear (condition of plug), categorized as flows of mudflows and debris flows. From the system of equations (conservation of the mass and equation of the momentum) in adimensional variables, an analysis of linear stability is carried through, placing the conditions of formation of these instabilities, as much in hyperconcentrated fluid as in Newtonian fluid. With the conditions of formation of instabilities established, a analytical theory of permanent Roll Waves is imployed and a mathematical model for geration of such stabilities it's determined. In the numerical plan, using the computational consol Python, the validity of model is checked, considering of this waves are adjusted by shocks devided by the singularities existents in the model. With the determination of conditions of shock and the velocity of propagation of wave in a critical point; we can observe the formation of Roll Waves such in fluids non-Newtonians (Herschel- Bulkley, Bingham, Power law) as Newtonian fluids. / Mestre