Cette thèse vise à connaître et expliquer l’impact de la contamination moléculaire sur l’endommagement laser des optiques en silice d'un laser de puissance tel que le Laser Méga Joule (LMJ). L'une des causes de l'endommagement prématuré de ces optiques est l'adsorption de polluants moléculaires ou particulaires à leur surface. Dans le contexte particulier du LMJ, nos conditions d'études laser sont des fluences supérieures à 10 J/cm², une longueur d’onde de 351 nm et une durée d’impulsion de 3 ns pour une irradiation en monocoup. Des prélèvements moléculaires, l’analyse du dégazage des matériaux, et l’identification de la contamination condensée sur les surfaces des optiques présentes dans des environnements jugés critiques, ont permis de déterminer certains polluants critiques. Des expériences de contamination contrôlée impliquant ces polluants ont alors été menées afin de comprendre et modéliser leur effet sur l'endommagement laser des optiques. Ceci nous a conduits à proposer plusieurs mécanismes supposés. / Laser induced damage impact of molecular contamination on fused polished silica samples in a context of high power laser fusion facility, such as Laser MegaJoule (LMJ) has been studied. One of the possible causes of laser induced degradation of optical component is the adsorption of molecular or particular contamination on optical surfaces. In the peculiar case of LMJ, laser irradiation conditions are a fluence of 10 J/cm², a wavelength of 351 nm, a pulse duration of 3 ns for a single shot/days frequency. Critical compounds have been identified thanks to environmental measurements, analysis of material outgassing, and identification of surface contamination in the critical environments. Experiments of controlled contamination involving these compounds have been conducted in order to understand and model mechanisms of laser damage. Various hypotheses are proposed to explain the damage mechanism.

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: The presence of mineral oils in dry foodstuff was found to originate from the packaging materials, namely, paperboard manufactured from recovered fibres, and these oils subsequently migrate to the foodstuff via the vapour phase. The presence of mineral oils in food is of concern as it originates from the use of paper products not originally intended for food contact applications, i.e., before the paper is subjected to a suitable recycling process. These mineral oils consist of technical grade compounds which may contain aromatic compounds and other components with unknown toxicological effects. Although the related authorities are currently considering the safe and legal limits of these contaminants in foodstuffs, as well as establishing a standardised test method for monitoring mineral oils in food and packaging materials, paperboard manufacturers wish to ensure that their products are safe for food contact applications. Since recycling is unavoidable, particularly from an ecological and economical point of view, one of the proposed solutions the industry is focussing on is the use of a functional barrier towards mineral oils – be it an inner bag as a direct food-contact surface, or a barrier coating directly applied on the inner side of the paperboard. In this study, a permeation test method was established, and developed, to evaluate the transmission rate of a volatile organic compound, acting as a mineral oil simulant, through model paper and plastic packaging materials. This was correlated to the transmission rate of actual mineral oil through the packaging materials, and therefore used as a highly accelerated tool to characterise packaging materials in relation to their barrier properties. The test method, referred to as the “heptane vapour transmission rate,” was subsequently used to derive the required transport parameters’ characteristics of each of the tested materials, which enabled an evaluation of the potential shelf-life of the packaged product. This research demonstrated that barrier-coated paperboards have the ability to behave in the same way as, and often even better than, commercial plastic films, towards the migration of mineral oil. Detailed information on the interaction between the packaging materials and mineral oil simulant, n-heptane, was acquired from gravimetric sorption. Insight was obtained into a material’s ability to function as a mineral oil barrier. It was established that the quick and easy permeation method was sufficient for evaluating packaging materials as potential mineral oil barriers, and resulted in the determination of transport parameters that were higher than that obtained by sorption. The obtained transport parameters could therefore be considered a worst case scenario when predicting the package content shelf-life. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Daar is voorheen bevind dat die teenwoordigheid van mineraalolies in droë voedsel afkomstig is van die verpakkingsmateriaal, naamlik karton, wat vervaardig is van herwonne papierprodukte, en daarna migreer die olies na die voedsel deur die gasfase. Die teenwoordigheid van hierdie mineraalolies in kos wek groot kommer aangesien dit afkomstig is van papierprodukte wat nie oorspronklik bedoel is vir voedselkontak voor die herwinningsproses nie. Die olies bestaan uit industriële graad mineraalolies wat moontlik aromatiese verbindings asook ander komponente bevat waarvan die toksiekologiese effekte onbekend is. Terwyl die betrokke owerhede tans besig is om die veilige en wettige grense van hierdie kontaminante in voedsel te oorweeg, asook die vestigting van 'n gestandaardiseerde toetsmetode vir die kontrole van mineraalolies in die voedsel-verpakkingsmateriaal-kombinasie, wil karton- en papiervervaardigers graag verseker dat hul produkte veilig is vir voedselkontak. Siende dat herwinning onvermydelik is vanuit 'n ekologiese en ekonomiese oogpunt, is een van die voorgestelde oplossings in die bedryf om te fokus op die gebruik van 'n funksionele keerfilm ten opsigte van mineraalolies, wat ‘n sakkie binne-in die karton, wat dien as die direkte kos-kontakoppervlak, of 'n keerlaag, wat direk aangewend word op die binnekant van die karton, kan behels. Hierdie studie ondersoek die daarstel en deursypelingsontwikkeling van 'n toetsmetode om die oordragtempo van 'n vlugtige organiese verbinding, wat optree as 'n mineraalolie simulant, deur middel van model papier- en plastiekverpakkingsmateriale, te evalueer. Dit stem ooreen met die oordragtempo van werklike mineraalolies deur die verpakkingsmateriaal en kan dus gebruik word as 'n hoogs versnelde instrument om verpakkingsmateriale te karakteriseer met betrekking tot hul keereienskappe. Die toetsmetode, die sogenaamde "heptaangasoordragtempo," is vervolgens gebruik om die vereiste oordragparameters af te lei wat kenmerkend is van elk van die geëvalueerde verpakkingsmateriale en wat sodoende gebruik kon word om die potensiële raklewe van die verpakte produk te bepaal. Hierdie navorsing het getoon dat kartonprodukte met ‘n keerlaag die vermoë het om dieselfde op te tree as kommersiële plastiekfilms en dikwels selfs beter, ten opsigte van die migrasie van mineraalolies. Gedetailleerde inligting oor die interaksie tussen die verpakkingsmateriale en mineraalolie simulant, n-heptaan, is verkry vanaf gravimetriese sorpsie. Dit gee insig in 'n materiaal se vermoë om te funksioneer as 'n mineraalolie-keermiddel. Daar is vasgestel dat die vinnige en maklike deurwerking metode voldoende is vir die evaluering van verpakkingsmateriale as potensiële mineraalolie-keermiddels, en verleen oordragparameters wat hoër is as dié verkry deur sorpsie. Hierdie oordragparameters kan dus as 'n ergste scenario vir die voorspelling van die raklewe van ‘n verpakte produk beskou word.

La miniaturisation et la complexification croissante des composants microélectroniques induit une sensibilisation et une fragilisation accrue des composants vis-à-vis des contaminations présentes dans les zones de productions appelées “salles blanches”. Dans ces espaces, le contrôle actuel de la contamination organique n’est pas suffisant puisqu’il ne permet pas d’éviter la contamination de surface des plaquettes de silicium et des optiques des robots de production utilisés pour la photolithographie. Un contrôle accru des concentrations des contaminants organiques dans les atmosphères des salles blanches devient donc nécessaire et de nouvelles méthodes analytiques doivent être développées et validées. Dans le cadre de ce travail, des méthodes d’analyse ont été développées et validées afin de disposer d’une gamme d’outils permettant un suivi rigoureux des contaminations. Ces outils permettent d’identifier et de quantifier les contaminations surfaciques des plaquettes de silicium par des composés organiques semi-volatils (phtalates et organophosphorés) mais aussi de déterminer les concentrations de composés organiques volatils présents dans l’atmosphère des salles blanches. Ces méthodes font appel aux technologies du WOS/ATD-GC-MS « Wafer Outgassing System/Automated Thermal Desorber–Gas Chromatography–Mass Spectrometry » et de la DART-ToF-MS « Direct Analysis in Real Time-Time of Flight–Mass Spectrometry » pour les analyses de surfaces et au PTR-ToF-MS « Proton Transfer Reaction – Time of Flight - Mass Spectrometry » pour l’analyse de l’atmosphère. / The recent advances in the miniaturization and complexification of microelectronic components induce an increase in the sensitivity of these components regarding the organic contamination present in the production zone called “clean room”. Although, the control of organic contamination in the clean room is very rigorous it does not avoid the contamination of silicon wafer surfaces and robot lenses used in the photolithography process. The later implies that new analytical methodologies should be developed and validated. In this work, analytical methods were developed and validated in order to have a panel of tools which allows careful monitoring of organic contaminants. These tools allow the identification and quantitation of the contamination of silicon wafer surface by semi-volatiles organic compounds (phthalates and organophosphates) and the determination of volatile organic compounds concentrations in the clean room atmosphere. These methods uses the WOS/ATD-GC-MS « Wafer Outgassing System/Automated Thermal Desorber–Gas Chromatography–Mass Spectrometry » technology and the DART-ToF-MS « Direct Analysis in Real Time-Time of Flight–Mass Spectrometry » technology for wafer surface analysis and the PTR-ToF-MS « Proton Transfer Reaction – Time of Flight - Mass Spectrometry » technology for gas-phase analysis.

Ce travail de thèse a cherché à déterminer si la contamination résiduelle à long terme des sols agricoles par les pesticides induit le développement de mécanismes d’adaptation aux pesticides chez les vers de terre. Il a aussi visé à identifier les coûts potentiels de l’adaptation de l’échelle de l’individu à celle de la population, et les conséquences pour l’écosystème sol. Une contamination résiduelle du sol par les pesticides est mesurée et comparée dans trois champs cultivés en agriculture conventionnelle (classés en fonction de l’historique cultural comme « haut », « moyen » et « bas » niveaux d’intrants), un champ cultivé en agriculture biologique et une prairie permanente biologique, tous dans ce type de management agricole depuis plus de 20 ans. En utilisant une méthode d’extraction des pesticides en milieu aqueux (représentant la fraction « biodisponible » des pesticides), 6, 8 et 4 résidus de pesticides sont détectés dans les champs à « haut », « moyen », et « bas » niveaux d’applications, respectivement, et un seul pesticide dans le sol du champ biologique (un résidu d’atrazine potentiellement vieux de plus de 20 ans). Les deux espèces endogées Allolobophora chlorotica et Aporrectodea caliginosa , communnes dans les sols des 5 champs,- mis à part A. chlorotica qui est absente du champ cultivé en agriculture biologique-, ont servi de modèles biologiques d’étude. Les stratégies d’adaptation aux pesticides sont étudiées en comparant les réponses de ces populations de vers de terre sur le terrain et après des expositions aux pesticides en laboratoire. Les réponses mesurées s’étendent de l’échelle moléculaire (enzymes de biotransformation et du stress oxidatif), biochimique (ressources énergétiques), métabolique (taux de respiration, métabolomique) à l’échelle de l’individu (biomasse, longueur) et de la population (traits de vie des cocons et des juvéniles), et aux possibles conséquences pour l’écosystème sol en termes de bioturbation (creusement et ingestion de sol) et de dissipation des pesticides comme service ecosystémique. Une capacité de détoxification augmentée et un plus grand potentiel anti-oxidant sont observés le long du gradient de contamination du sol et en laboratoire après exposition des vers de terre des champs conventionnel (population « pré-exposée ») et biologique (« naïve) à des pesticides. Des demandes énergétiques et des réarrangements métaboliques différents sont observés dans les deux populations, et sont plus prononcés chez la population pré-exposée. Une adaptation physiologique est démontrée chez les animaux pré-exposés, qui est associée à une ’augmentation de la bioturbation, et en cascade à une dissipation du pesticide dans le sol. Les conséquences au niveau de la population sont étudiées en termes de traits d’histoire de vie des deux populations pré-exposées et naïves. Le management en conventionnel incluant l’utilisation de pesticides semble diminuer le poids des adultes au champ, et implique potentiellement la réallocation des ressources énergétiques, des mécanismes reproductifs vers les processus métaboliques. Ceci aboutit à une diminution de la fécondité et du pourcentage d’éclosion et pourrait être un facteur participant à la diminution des populations de vers de terre dans les champs cultivés avec utilisation de produits phytosanitaires. / This work investigated if long-term residual contamination of agricultural soils leads to adaptation of earthworm populations to pesticides. It also aimed at identifying the costs of adaptation from the individual to the population level, and the consequences for the ecosystem. Residual contamination by pesticides was assessed and compared in three fields under conventional management (classified after evaluation of pesticide applications as ''high-'', ''medium-'', and ''low-''pesticide input), one field under organic agriculture requirements and one organic permanent pasture, all in this type of management for more than 20 years. Using a water extraction method, as indicative of the amount of bioavailable pesticides 6, 8 and 4 residues of pesticides were recovered in the ''high-'', ''medium-'', and ''low-input'' fields, respectively, and almost no pesticides were detected in the soil of the organic field except for low levels of residual (possibly 20 years old) atrazine. The endogeic species Aporrectodea caliginosa and Allolobophora chlorotica were found in common to the five fields, -except A. chlorotica which was absent from the organic field-, and were used as biological models. Adaptation strategies were investigated by comparing the populations of these earthworms between the different fields according to several endpoints in field and laboratory assessments. The endpoints measured ranged from the molecular (biotransformation and anti-oxidant enzymes), biochemical (main energy resources), and metabolic (respiration rate, metabolomics) levels, to individual (weight, length) and population-related parameters (cocoon and juvenile life traits), and to the possible consequences for the ecosystem in terms of bioturbation (earthworm burrowing behaviour) and pesticide disappearance as an crucial ecosystem service. Enhanced detoxification and anti-oxidant potential was demonstrated along the gradient of contamination in the fields, and in particular comparing the response to an experimental pesticide exposure between the pre-exposed, thus possibly adapted earthworms from the ''high-input'' field-, and the naïve population from the organic field. Distinct energetic demands and metabolic rearrangements were observed between the populations, more pronounced in the pre-exposed earthworms. Physiological adaptation was demonstrated in pre-exposed animals, and this was associated with an increase in burrowing behaviour and pesticide disappearance in the soil. Population-level consequences were assessed in life traits of the two populations. The conventional farming including the use of pesticides decreased the weight of adult worms in the field and resulted in reallocation of energy resources, possibly from reproductive to metabolic function. This led to lower fecundity and hatching success and could partly explain lower earthworm densities in pesticide-impacted soils. / I dette arbejde blev der forsket i om langsigtet residualforurening af landbrugsjord fører til pesticidadaptation hos regnorme. Forskningen sigtede også efter at identificere adaptations-omkostningerne fra individ- til populationsniveau, og konsekvenserne for økosystemet. Pesticiders residualforurening blev vurderet og sammenlignet i; tre konventionelt styrede marker (klassificeret efter evaluering af pesticid-anvendelser som ”højt-”, ”medium-”, og ”lav-input”), en mark styret ud fra økologiske betingelser, og et økologisk permanent græsningsareal, alle havde været styret på denne måde i mere end 20 år. Ved hjælp af en vand-ekstraktionsmetode blev 6,8 og 4 pesticidresiduums udvundet i henholdsvis ”høj-”, ”medium-”, og ”lav-input” markerne, og næsten ingen pesticider blev detekteret i jorden fra den økologiske mark bortset fra lave niveauer af resterende (højst sandsynligt 20 år gammelt) atrazin. Regnorms-populationerne Aporrectodea caliginosa og Allolobophora chlorotica blev fundet i alle fem marker, bortset fra A. chlorotica som ikke var til stede i den økologiske mark. Adaptationsstrategier blev undersøgt ved at sammenligne populationerne af disse regnorme de forskellige marker imellem ifølge flere parametre i felt- og laboratoriebedømmelserne. De målte parametre rangerede fra molekylære- (biotransformation og antioxiderende enzymer), biokemiske- (primære energiressourcer), og metaboliske- (respirationsrate, metabolomics) niveauer, til individuelle- (vægt, længde) og populations-relaterede parametre (puppe og juvenile livskarakterer), og til de mulige konsekvenser for økosystemet med hensyn til bioturbation (regnormes grave-adfærd) og nedgang i koncentrationen af ekstraherbare pesticider. Forbedret afgiftnings- og antioxiderende potentiale blev demonstreret langs gradienten af pesticid forurening i felten. Forbedret afgiftning i den pre-eksponerede population var særdeles tydeliggjort ved eksponeringen til pesticider i laboratoriet sammenliget med den økologiske population. Der blev observeret distinkte energibehov og metabolisk omgruppering populationerne imellem, dette var mere udtalt hos de pre-eksponerede regnorme. Der blev detekteret fysiologiske adaptationer hos de pre-eksponerede dyr, og dette hang sammen med en kompensatorisk øgning i grave-adfærd og nedgang i koncentrationen af ekstraherbare pesticider i jorden. Konsekvenser, på populationsniveau, blev bedømt ud fra de to populationers livskarakterer. Brug af pesticider resulterede i vægtnedgang hos de voksne orme i felten og omfordeling af energiressourcer, formodentlig fra reproduktiv til metabolisk funktion. Dette førte til lavere frugtbarhed og udklæknings-succes og kunne til dels forklare de lavere regnorme-densiteter i den pesticid-påvirkede jord.