京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第24211号 / 工博第5039号 / 新制||工||1787(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科社会基盤工学専攻 / (主査)教授 中北 英一, 准教授 山口 弘誠, 教授 田中 賢治 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

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La précipitation de l'orthophosphate monopotassique (KDP) à partir de ses solutions aqueuses sursaturées est la résultante de trois processus: germination primaire, croissance et germination secondaire que la présente étude essaie de discerner. Il est prouvé que l'aluminium introduit sous forme d'ajouts de chlorure d'aluminium a une influence sur les trois étapes précédentes et sur la morphologie des cristaux formes. Un intérêt tout particulier est porte à la germination secondaire étudiée par turbidimétrie et granulométrie laser; une analyse en termes de bilan de population permet de calculer la vitesse de formation et de croissance des germes secondaires.

Le travail effectué dans le cadre de ce mémoire nous a permis de faire des préparations chimiques de monocristaux à partir de substitution partielle de phosphore par l'arséniate dans des nouveaux composés issus de la famille de KDP . D'une part, la présence des propriétés physiques intéressantes propre au matériau NDAP fournie des résultats inédits en comparaison avec les composés étudiés dans la famille de KDP, en particulier la présence de la superconductivité à la température ambiante. Ce dernier point, paraît prometteur pour l'application de ce matériau dans divers domaines technologiques. D'autre part, l'amélioration considérable des propriétés physiques du composé KDP doublement substitué, permettant au composé KNDAP d'être un candidat potentiel pour couvrir les besoins technologiques dans le domaine de l'émission Laser, offrant ainsi de nouvelles perspectives pour des applications militaires et fondamentales.

The KdpFABC complex is a P-type ATPase. Several features make the inducible Kplus-transporting ATPase a unique member of this enzyme family. Aspects of structure and function of KdpB, the catalytic subunit of the complex, were examined here. Site-directed mutagenesis of the charged residues aspartate 583 and lysine 586 in the putative transmembrane helix 5 of KdpB revealed that these charges are involved in the coupling of ATP hydrolysis to ion translocation. The binding of FITC was shown to be specific and the binding site is within the nucleotide-binding domain of KdpB, most probably at lysine 395. Modification of KdpB with FITC was affected by adenosine nucleotides. A Mg2plus-dependent hydrolysis of p-nitrophenolphosphate was observed, which was inhibited by micromolar concentrations of ortho-vanadate and FITC. Low concentrations of ATP stimulated pNPP hydrolysis, while higher concentrations of ATP were inhibitory. ADP, AMP and Pi inhibited the pNPP hydrolysis. The catalytic modules of KdpB were separately synthesized, purified and biochemically characterized. It was found that KdpBN was highly soluble and could be concentrated up to 1 mM and higher. Therefore, the KdpBN domain was used for further structural analysis using nuclear magnetic resonance spectroscopy. The KdpBN domain could be purified from cells grown in minimal medium with 15N-ammonium sulfate and 13C1-6 glucose as sole nitrogen and carbon sources, respectively. The purified, labeled KdpBN protein was applied to NMR analysis. High quality multidimensional NMR spectra were obtained (M. Haupt and H. Kessler, TU Munich, personal communication) and structure calculations leading to backbone assignments were carried out. An ortholog of the H4H5 domain of KdpB from the thermopilic archaeon Methanococcus jannaschii, Mj0968, was cloned, expressed, purified, and characterized.

The high affinity, ATP-dependent K+ uptake system KdpFABC of Halobacterium salinarum, is highly induced under K+ limitation. In contrast to the well-characterized Kdp system in Escherichia coli, in which the kdpFABC genes are transcriptionally regulated by the sensor kinase/response regulator system KdpD/KdpE, transcriptional regulation of the kdp genes in H. salinarum was unknown due to the absence of halobacterial homologues of KdpD/KdpE. Furthermore, the physiological relevance of the KdpFABC K+ uptake system of H. salinarum was puzzling, since hypersaline habitats usually comprise K+ concentrations which do not induce kdp expression. In order to analyze the regulation of kdp gene expression, it was essential to gain information about the transcriptional unit(s) involved. Northern blotting, primer extension analysis and real-time RT-PCR revealed the presence of a polycistronic leaderless kdpFABCQ transcript with a putative kdp terminator or at least a potential mRNA processing site downstream of kdpQ. Furthermore, promoter truncation studies verified the so far only predicted basal transcription elements together with an upstream-located operator sequence. Since deletions of this putative operator sequence did not lead to a constitutive expression, a further component has to be involved in the regulation of the kdpFABCQ genes. However, truncation and scanning mutagenesis analyses of the kdp promoter as well as translational fusions of a halophilic beta-galactosidase to the kdp promoter excluded an additional regulatory element up- or downstream of the basal transcription elements and in the kdp-coding region. These results lead to speculations of multiple basal transcription factors to be involved. Furthermore, an inducible expression vector (shuttle vector) was constructed based on the promoter of the kdpFABCQ operon due to its, K+-sensitive features. Inducible expression systems are yet not available for H. salinarum. The resulting, replicating vector pKIX is functional and enables a K+-dependent expression from the kdp promoter with rather high induction ratios of 50-fold. Expression levels could further be improved by plasmid- and additional chromosomally encoded kdpQ and mutations generated in the kdp promoter. Since transcript levels from pKIX were found to be independent of differential target genes, the general application of pKIX as an inducible expression system is strongly supported and pKIX could, thus, be made accessible to the scientific community. To decipher the physiological relevance of the halobacterial Kdp system, H. salinarum was encountered to desiccation stress and salt crystal (halite) entombment. Halite crystals grown under non-inducing K+ concentrations with entombed strains of H. salinarum and H. salinarum deleted in the kdpFABCQ genes revealed a significantly reduced survival rate of the deletion strain upon recultivation. Additionally, a kdpFABCQ-inducing desiccation stress could already be determined on agar plates under non-limiting K+ concentrations. Furthermore, the cell morphology of H. salinarum entrapped in halite crystals resembled that of H. salinarum grown under K+-limiting conditions. Therefore, the Kdp system promotes survival of H. salinarum under desiccation stress. Furthermore, the Kdp system could be identified as at least one of the systems important for long-term survival of H. salinarum in halite.

Les travaux portent sur l’endommagement laser en régime nanoseconde aux longueurs d’onde 355 nm et 266 nm. L'objectif de cette étude est de comprendre et d'analyser les processus mis en jeu lors de l'endommagement laser en surface et en volume de matériaux optiques, massifs ou en couches minces, lors de tirs répétés. Dans ce contexte, un banc d'endommagement laser a été entièrement mis en place et automatisé. Il permet d'analyser la résistance et le vieillissement de ces composants sous irradiation UV à des fréquences de tir de 50Hz, pour un grand nombre de tirs et de relever de façon systématique les paramètres du test les plus importants (profiles spatiaux et énergies des impulsions, images du site avant et après dommage). Pour une meilleure compréhension des phénomènes physiques conduisant à la fatigue des matériaux en tirs laser répétés, un modèle a été développé afin de discriminer les effets statistiques (dus au grand nombre de tirs impliqués) de modifications du matériau sous flux UV. Ce modèle a été validé expérimentalement dans le cas de la silice synthétique étudiée en volume. En ce qui concerne les couches minces, une étude multi-paramètres de la tenue au flux UV de mixtures d'oxydes a été menée, en partenariat avec le Laser Zentrum Hannover (LZH, Allemagne). Ces matériaux ont en effet un comportement complexe et encore mal connu, en particulier en tirs répétés. Enfin, une partie du travail de thèse est consacrée à la caractérisation non-destructive de cristaux de KDP par photoluminescence pompée dans l'UV, réalisée dans le contexte du laser MégaJoule en collaboration avec le CEA Le Ripault (Monts). / The work is devoted to laser-induced damage in the nanosecond regime at the wavelengths of 266 nm and 355 nm. The goal of this study is to understand and to analyze the processes taking place during multi-pulse irradiation causing laser-damage, on the surface and in the bulk of massive or thin-films optical materials. To this end, a laser-damage experiment was entirely set up and automated. It allows analyzing the laser-damage resistance and the ageing of these components under UV irradiation at a pulse repetition rate of 50 Hz and for a high number of laser pulses and to record systematically the most important test parameters (spatial beam profiles, energies, images of the site before and after irradiation).To better understand the physical phenomena leading to fatigue effects in the materials under multiple pulse irradiation, a model was developed allowing the discrimination of statistical effects (due to the high number of shots) from material modifications under UV irradiation. This model was confirmed by testing synthetic fused silica irradiated in the bulk. Concerning thin-film coated components, oxide mixtures were studied in collaboration with the Laser Zentrum Hannover (LZH, Germany) using a multi-parameter approach. These materials show indeed a complex behavior and remain poorly known, in particular under multi-pulse irradiation. Finally, a part of the work is dedicated to the non-destructive characterization of KDP crystals by UV-pumped photoluminescence, realized in the framework of the MegaJoule project, in collaboration with CEA Le Ripault (Monts, France).

Cette thèse s'intéresse aux mécanismes initiateurs de l'endommagement laser du KDP et du DKDP en régime nanoseconde. C'est un matériau non linéaire utilisé notamment dans les cristaux de conversion de fréquence du Laser MégaJoule, en cours de construction sur le centre du CEA-Cesta, en France. La tenue au flux de ces cristaux est une des clés de la réussite de cette installation et demeure actuellement une problématique à résoudre. C'est pourquoi, cette thèse propose différentes études permettant de répondre en partie à deux volets essentiels de l'endommagement laser du KDP en régime nanoseconde : les défauts précurseurs et les mécanismes initiateurs de l'endommagement. Tout d'abord, nous proposons une étude en longueur d'onde des dommages créés suite à un tir laser. Cette étude est basée à la fois sur l'observation de clichés de dommages obtenus en microscopie DIC ainsi que sur la comparaison à un code de calcul couplant dépôt d'énergie et hydrodynamique. Par la suite, nous étudions l'influence de la géométrie des défauts précurseurs par le biais d'une étude de l'effet de la polarisation du faisceau laser sur la tenue au flux d'un cristal de KDP. A l'aide d'un code interne au CEA, cette étude permet notamment d'introduire une nouvelle géométrie des défauts, de type ellipsoïdale et respectant les propriétés de la structure cristalline d'un tel cristal. Enfin, nous abordons plus largement les mécanismes d'initiation de l'endommagement à partir d'expériences pompe--pompe. Ces tests mettent en jeu le mélange de deux longueurs d'onde différentes -- impactant l'échantillon de manière concomitante ou désynchronisée l'une par rapport à l'autre -- et son influence sur la tenue au flux du KDP. Il est notamment montré qu'il peut y avoir un couplage entre les longueurs d'onde, donc par extension entre les mécanismes, en fonction de la combinaison des fluences qui sont employées. Au final, l'intérêt de ces études est d'acquérir de nouvelles données permettant d'améliorer la compréhension des mécanismes de l'endommagement du KDP en régime nanoseconde. A terme, elles permettront également de développer des modèles de prédiction de l'endommagement des cristaux de KDP et de DKDP montés sur les chaînes laser. / This thesis interests in the laser-induced damage mechanisms of KDP and DKDP crystals in the nanosecond regime. KDP is a non-linear material particularly used in the frequency converters of the Laser MegaJoule, which is under construction at the CEA-Cesta in France. For this facility, the KDP laser damage resistance is one of the keystones and is still under investigations to fix this problem. This is why this manuscript presents different studies which highlight the two main aspects of the nanosecond laser-induced damage of KDP frequency converters : the precursor defects and the mechanims to initiate damage. First, we propose a study based on the analysis of several photos obtained by DIC microscopy of damage initiated by different wavelengths. A comparison with a code coupling the energy deposition and hydrodynamic is also done. Then, we interest in the influence of the defects geometry through a study based on the laser polarization effet on the laser damage resistance. By the comparison with a CEA home-made code, this study particularly underlines the possibility to define a new geometry for the precursor defects. This geometry proposed has the shape of an ellipsoid and is supposed to keep the crystal structure properties. Finally, we enlarge on the physical mechanisms initiating laser damage with pump--pump experiments. These tests consist in combinating two radiations of different wavelengths which imping the crystal simultaneously or are delayed one by the other. We then observe the influence of this wavelengths mixing on the KDP laser damage resistance. In particular, a coupling effet between the wavelengths of the mixture may occur as a function of the fluences combination. Finally, the goal of these specific studies is to accumulate new data in order to improve the undertanding in the intiation of the laser damage in KDP and DKDP crystals in the nanosecond regime. In the end, these data will allow us to develop predictive models to simulate the laser damage of KDP and DKDP crystals on the LMJ laser chains.

I den kurdiska delen i Irak finns det två stora partier som alltid har varit i konflikt med varandra men som kan träffas under samma tak som socialdemokraterna i Sverige med socialismen som ideologi. Syftet med denna undersökning är att testa ideologier för de politiska partierna som jag granskar, nämligen Kurdistan Parti Demokrati (KDP) samt Patriotiska Unionen i Kurdistan (PUK). I denna undersökning har jag använt mig av respektive partiprogram som material. Detta för att kunna komma fram till deras ideologiska grund samt att utforska deras likheter och skillnader. Teori som används i denna undersökning är det olika kriterierna för ideologin. De kriterier som en ideologi måste ha svar på är förklaring, värdering, identifikation, program, människans natur och frihet. Genom att ha analyserat KDPs och PUKs partiprogram med teorin som glasögon har jag kommit fram till att dessa två politiska partier har mer likheter än skillnader. Båda partierna förklarar sig under den socialistiska ideologin. De skillnader som kan återfinnas är att KDP kan även röra sig åt konservatismen och nationalismen till viss grad.

L'endommagement laser est le résultat d'une interaction laser-matière qui se traduit par une dégradation physique des optiques, entraînant une détérioration de leur(s) fonction(s) optique(s). Dans les matériaux diélectriques et en régime nanoseconde, ce phénomène est en grande partie dû à la présence de centres précurseurs de taille nanométrique sur lesquels s'initie l'endommagement. L'objectif des travaux présentés dans ce manuscrit est d'étudier les caractéristiques de ces centres initiateurs. Nous montrons en particulier qu'une étude multi-échelle spatiale de l'endommagement laser réalisée à plusieurs longueurs d'onde permet de discriminer différentes populations de défauts, et d'observer séparément leur évolution sous flux laser. Cette étude a été appliquée au cas de l'endommagement initié en volume de matériaux optiques à travers l'exemple du cristal de KH2PO4 (KDP), puis en surface sur des mono-couches minces de HfO2. Le développement d'un nouveau modèle statistique couplé à un modèle électromagnétique et thermique nous a permis d'aboutir à des estimations sur la nature et la taille des centres initiateurs présents dans les matériaux étudiés. D'un point de vue métrologie, nous montrons que la discrimination de ces populations influe sur la mesure des seuils d'endommagement laser. Enfin, le cas d'une initiation par des contaminants de surface a été étudiée grâce au dispositif de microscopie photothermique. Dans ce cas, un protocole de conditionnement a pu être établi.