No description available.

Urolithias, calculus formation in the urinary system, affects 5 – 10% of the population and is a painful and recurrent medical condition. A common approach in the treatment of calculi is the use of laser radiation, a procedure known as laser lithotripsy, however, the technique has not yet been fully optimised. This research examines the experimental parameters relevant to the interactions of the variable microsecond pulsed holmium laser (λ = 2.12 μm, τp = 120 – 800 μs, I ~ 3 MW cm-2) and the Q-switched neodymium laser (λ = 1064 nm, τp = 6 ns, I ~ 90 GW cm-2) with calculi. The laser-calculus interaction was investigated from two perspectives: actions that lead to calculus fragmentation through the formation of shockwave and plasma, and the prospect of material analysis of calculi by laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) to reveal elemental composition. This work is expected to contribute to improved scientific understanding and development of laser lithotripsy. The results support the general model of thermal and plasma processes leading to vaporization and pressure pulses. Nd:YAG laser interaction processes were found to be plasma-mediated and shockwave pressure (~ 12 MPa) dependent on plasma and strongly influenced by metal ions. Ho:YAG laser-induced shockwaves (~ 50 MPa) were found to be due to direct vaporisation of water and dependent on laser pulse duration. The characteristics of the pressure pulse waveforms were found to be different, and the efficiency and repeatability of shockwave and the nature of the dependencies for the lasers suggest different bubble dynamics. For the Nd:YAG laser, LIBS has been demonstrated as a potential tool for in situ analysis of calculus composition and has been used for the identification of major and trace quantities of calcium, magnesium, sodium, potassium, strontium, chromium, iron, copper, lead and other elements.

No description available.

No description available.

No description available.

Ce mémoire est consacré à l’étude expérimentale de deux procédés de bioimpression assistée par laser femtoseconde, fonctionnant à 1030 nm. En effet, les lasers femtosecondes constituent un choix intéressant pour la bioimpression: la versatilité des matériaux qui peuvent être déposés et la zone affectée thermiquement négligeable sont des atouts pour l’impression de structures biologiques complexes, sans compromettre la viabilité et la fonctionnalité des matériaux biologiques transférés. Tout d’abord, la bioimpression assistée par laser femtoseconde avec couche absorbante métallique a été étudiée sur une bioimprimante adaptée au transfert de cellules (MODULAB®). Une étude expérimentale a été menée par observation du jet induit par laser grâce à un système d’imagerie résolue en temps (TRI) et par impression sur receveur (puits de culture). La rhéologie de la bioencre, certains paramètres laser, ainsi que la position de focalisation laser ont été variés lors des expériences. Des tests de viabilité cellulaire après l’impression ont permis d’identifier une énergie optimale de 3 μJ. L’étude de la variation de la position de focalisation a permis de prédire la plage de tolérance de la position de focalisation du laser : pour une énergie de 3,5 μJ et une ON équivalente de 0,125, la tolérance maximale dans la direction « z » était de 60 μm pour pouvoir imprimer.Dans un second temps, la bioimpression assistée par laser femtoseconde sans couche absorbante a été étudiée sur un montage expérimental comprenant un réservoir de bioencre via des paramètres opératoires clés (position de focalisation, ouverture numérique de l’objectif de focalisation, diamètre de goutte imprimé, la hauteur du jet de l’impression par TRI, la distance de transfert limite pour imprimer). L’impression était reproductible pour une distance d’impression de 75 % hmax à 100 % hmax, hmax étant la hauteur maximale du jet d’impression pour une condition expérimentale. L’utilisation du réservoir de bioencre a permis de trouver une position de focalisation z tolérante: Δz a été calculée (Zernike et l’aberration sphérique) et mesurée. Expérimentalement, Δz valait de 0 à 60 μm selon la bioencre et l’ON. Elle était maximale à l’ON 0,4. Cette tolérance est grande devant la profondeur de champs dans l’air (4 μm à l’ON 0,4) mais faible au regard de la tolérance sur la position du receveur qui peut subir une variation de 25% hmax, d’après la plage de reproductibilité. / This manuscript deals with the experimental study of two bioprinting processes assisted by femtosecond laser at a wavelength of 1030 nm. Indeed, femtosecond lasers are an interesting choice for bioprinting: the high versatility of materials which can be deposited and the negligible heat affected zone are advantages to print complex biological structures without compromising viability and functionality of the transferred biological materials. Firstly, femtosecond laser assisted bioprinting with a metallic absorbing layer was studied on a bioprinter adapted for cell printing (MODULAB®). An experimental study was conducted, observing the laser induced jet of liquid with a time-resolved imaging system (TRI) and printing on receiver substrates (cell culture well plate). The bioink rheology, some laser parameters, and the laser focus position were changed during the experiments. Cell viability assays after the printing enabled to identify an optimal energy of 3 μJ. The study of the laser focus position variation allowed predicting the tolerance range of the laser focus position: for 3.5 μJ and an equivalent numerical aperture (NA) of 0.125, the maximum tolerance in the “z” direction was of 60 μm in order to print. Secondly, femtosecond laser assisted bioprinting without an absorbing layer was studied on an experimental set-up comprising a reservoir of bioink. Some key operating parameters were studied (focalization position, NA of the focalization objective, printed drop diameter, printing jet height by TRI, maximum transfer distance for printing). The printing was reproducible for a printing distance from 75 % hmax to 100 % hmax, with hmax corresponding to the maximum printing jet height for a given experimental condition. Using the reservoir of bioink enabled to find a tolerant focalization position z: Δz was calculated (Zernike polynomial and the spherical aberration) and measured. Experimentally, Δz ranged from 0 to 60 μm depending on the bioink and the NA. It was maximal at NA 0.4. This tolerance is high compared to the depth of field in the air (4 μm at NA 0.4) but low compared to the tolerance of the receiver substrate position which can vary to 25 % hmax according to the reproducibility range.

No description available.

Les processus de combustion ont un impact important sur la qualité de l’air, le climat ou l’utilisation des sources d’énergie. Malgré les progrès réalisés pour une combustion plus propre, les chemins réactionnels conduisant à la formation des polluants (notamment des particules de suie) ne sont pas encore complétement élucidés. L’objectif de ce travail est d’étudier la formation des suies et de leurs précurseurs dans des flammes de laboratoire pour une meilleure compréhension fondamentale des mécanismes impliqués dans la transition de la phase gaz à la phase particulaire. Le même objectif est poursuivi dans des campagnes de terrain pour évaluer l’impact potentiel des propriétés de surface des suies sur l’environnement. Nous utilisons des techniques d’analyse in-situ (incandescence et fluorescence induites par laser) et ex-situ (spectrométrie de masse couplée à la désorption laser ou ionique) pour mettre en évidence des propriétés spécifiques des suies et de leurs précurseurs. L’évolution de l’indice de réfraction complexe avec le stade de la combustion est mesurée, et ses implications sur la physico-chimie de la flamme et sur les techniques analytiques sont discutées. Une nouvelle méthode de détection basée sur l’excitation simultanée de la suie et des précurseurs à une seule longueur d’onde est proposée. La composition chimique de surface des suies émises par des moteurs utilisés dans les transports terrestres et aériens est également analysée. Des méthodes statistiques multivariées sont utilisées pour identifier des tendances communes et des différences dans les échantillons étudiés, en faisant ressortir l’influence du carburant ou des paramètres de combustion. / Combustion impacts many important aspects of our life like the air quality, the local and global climate and the use of energy sources. In the last decades, an outstanding progress towards cleaner combustion has been achieved. However, the reaction pathways leading to the formation of some pollutants, especially particulate matter (soot) resulting from incomplete combustion, are still elusive. In this work, we aim to investigate specific aspects of soot and its precursors formation in laboratory flames for a fundamental understanding of the mechanisms leading from the gas phase up to the mature particulate found in the exhausts. This objective is also pursued in field-campaigns to assess the potential impact of soot surface properties on the environment. Following this approach, experimental techniques like in-situ laser induced incandescence and fluorescence, and ex-situ laser desorption and secondary ion mass spectrometry are used to target specific properties of soot and its precursors. Notably, the evolution of the complex refractive index of soot is measured as a function of soot maturity, and the implications on both the flame physico-chemistry and the analytical techniques applicability are discussed. Additionally, a new detection method for soot and precursors based on simultaneous excitation at one wavelength is developed. In parallel, two campaigns are dedicated to the analysis of the surface chemistry of soot sampled from airplane and car exhausts. Statistical methods as multivariate analysis are used to identify patterns and differences within sets of samples by assessing the influence of the combustion parameters or the role of the fuel.

No description available.

No description available.