Le travail présenté dans ce mémoire de thèse s'intéresse au problème de l'imagerie microonde bidimensionnelle polarimétrique. Il est scindé en deux parties, la première est dédiée aux études expérimentales liées à la détection d'objets enfouis tandis que la seconde présente le développement d'un algorithme d'imagerie quantitative. Ainsi le travail effectué dans la première partie du manuscrit porte sur la réalisation d'antennes ultra-large bande et la détermination de leur comportement lors de mesures polarimétriques sur sites. Dans ce dernier cas, plusieurs tests ont été réalisés et permettent de conclure sur les qualités des capteurs développés. Dans une deuxième phase, un code d'imagerie bidimensionnelle prenant en compte à la fois la polarisation 2D-TM et 2D-TE est présenté. Le développement d'un algorithme de diffraction électromagnétique est tout d'abord exposé. Son association avec un algorithme de problème inverse existant déjà au laboratoire permet alors de générer le code d'imagerie quantitative. Plusieurs configurations de reconstruction d'objet homogène, isotrope ou non, permettent ensuite de mettre en évidence ses capacités.

Extensive research has shown that electrochemistry is one of the factors that govern the flotation of sulfide minerals. Flotation is often adversely affected by uncontrolled oxidation, which is also an electrochemical process. The interest in pyrrhotite recovery arose after observing that there is a substantial loss of PGM due to the depression of pyrrhotite and the subsequent loss of any PGMs associated with it. The first part of this study focuses on the influence of chemical composition and crystal structure on the electrochemical behaviour of pyrrhotite in a 0.05 M Na2B4O7 solution. Rest potential and polarisation resistance measurements, as well as anodic polarisation diagrams, showed that the magnetic 4C type pyrrhotite is anodically more reactive than the non-magnetic 6C type pyrrhotite. It was also shown in cathodic polarisation diagrams that the non-magnetic 6C type pyrrhotite is a better substrate for oxygen reduction and is less susceptible to oxidation. ToF-SIMS showed the formation of an oxide layer on the pyrrhotite surface after oxidation. In the second part of this work, the influence of galvanic interactions on the electrochemical behaviour of pyrrhotite in contact with pentlandite was investigated. It was observed that, under oxygen-saturated conditions, as the amount of pentlandite increases, the reactivity towards oxidation of the mixed mineral system is reduced. Impedance measurements showed a decrease in capacitance values, indicating the formation of a continuous oxide layer on the surface and an increase in oxide layer thickness with decreasing pentlandite content. Anodic polarisation diagrams showed that under oxygen-deficient conditions and in the low potential region, pentlandite behaves as an inert material and does not have an influence on the oxidation behaviour of pyrrhotite. Hence, the anodic activities of the different magnetic 4C type pyrrhotites from Sudbury Gertrude, Phoenix and Russia were compared. It was shown that the oxidation reactivity decreased in the following order: Sudbury Gertrude magnetic 4C pyrrhotite > Phoenix magnetic 4C pyrrhotite > Russian magnetic 4C pyrrhotite; it also varied according to location. In the transpassive region, higher anodic currents were observed on the mixed samples because both pentlandite and pyrrhotite reacts. The reactivity increased in the order: pure pyrrhotite (Russia) < medium-pentlandite (Sudbury Gertrude) < high-pentlandite (Phoenix). In the presence of potassium ethyl xanthate, there was no change in the initial anodic reactivities of the different pyrrhotites. The anodic polarisation diagrams of the pure and mixed samples showed a reduction in the maximum anodic peak current, suggesting the presence of xanthate on the surface, which hinders oxidation of the mineral surface. In addition, the influence of cleaning of oxidised pyrrhotite with gaseous carbon dioxide was studied, using electrochemical and microflotation measurements. Electrochemical measurements indicated that CO2 treatment resulted in depassivation of the oxidised surfaces; this was supported by ToF-SIMS measurements that demonstrated a reduction in the oxide layer thickness after CO2 treatment. Anodic polarisation diagrams showed a higher anodic peak current, indicating that the surface is more reactive. Gaseous carbon dioxide conditioning of oxidised pyrrhotite resulted in improved flotation response of pyrrhotite with the aid of copper activation and higher air flow rate. Copyright / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2010. / Materials Science and Metallurgical Engineering / unrestricted

Cette thèse est consacrée aux propriétés des exciton-polaritons, les particules mixtes formées à partir de la lumière et la matière dans les microcavités de semi-conducteurs dans le régime de couplage fort. D'abord, j'analyse la possibilité de condensation de Bose des exciton- polaritons à température ambiante dans les microcavités de GaN avec les équations de Boltzmann semi-classiques. Puis les effets de polarisation dans le régime d'oscillateur paramétrique sont étudiés avec les équations de Boltzmann semi-classiques avec pseudospin. La deuxième partie de la thèse est consacrée aux propriétés des condensats et modes macrooccupés des exciton-polaritons. Leur polarisation, dispersion des excitations, propagation, localisation et superfluidité sont décrits avec l'équation de Gross-Pitaevskii

Les polaritons de cavité sont des quasi-particules, partiellement matière-t partiellement lumière, crées lors du couplage fort d'un exciton et d’un photon de cavité. A une certaine température et densité de particules, les polaritons de cavité peuvent subir une transition de phase de type quasi-Bose-Einstein et condenser dans l'état de plus basse énergie du système; dans ces conditions, la cavité émet de la lumière cohérente et le dispositif associé est appelé laser à polaritons. ZnO est l'un des matériaux les plus adaptés pour la fabrication des lasers à polaritons fonctionnant à température ambiante, en raison de ses excellentes propriétés excitoniques. Cependant, des difficultés techniques ont empêché la réalisation de microcavités à base de ZnO pendant longtemps. Dans cette thèse nous présentons la fabrication de microcavités à base de ZnO par deux approches différentes, ce qui a permis de surmonter les difficultés technologiques existantes et ont permis d'obtenir des figures de mérite avec des valeurs records (pour le facteur de qualité ainsi que pour l’éclatement de de Rabi). Des lasers à polaritons fonctionnant à température ambiante ont été démontré dans les deux cas. Dans la microcavité entièrement hybride, des condensats de polaritons ont été étudiés dans une gamme de désaccord exciton-photon sans précédents, et de basse température à température ambiante; ceci a permis d'obtenir, pour la première fois, un diagramme de phases complet. Cette thèse ouvre la voie à une polaritonique appliquée fonctionnant à température ambiante. / Cavity polaritons are quasi-particles, partially light partially matter, resulting from the strong-coupling of an exciton and a cavity photon. At a certain temperature and particle density, cavity polaritons can go through a quasi-Bose-Einstein phase transition and condense at the lowest energy state of the system; in this situation the cavity emits coherent light and the associated device is termed polariton laser. ZnO is one of the most adapted materials for fabricating room temperature polariton lasers, due to its excellent excitonic properties. However, technical difficulties have been preventing the achievement of ideal ZnO microcavities for a long time. In this thesis we report the fabrication of high quality ZnO microcavities with two different approaches, which overcome the existing technical challenges and allow to achieve a record cavity quality factor and large Rabi splittings. Room temperature polariton lasing has been demonstrated in both cases. In a fully-hybrid ZnO microcavity, polariton condensates were studied within an unprecedented range of exciton-photon detunings, and from low to room temperature. This tunability has enabled to obtain, for the first time, a complete condensation phase diagram for ZnO-based microcavities, wherein the exciton fraction of the polaritons has been tuned between 17% to 96%, corresponding to a modification of the exciton-polariton mass, its lifetime and its interaction constant by 1 order of magnitude. This thesis paves the way for implementing a polariton-based technology operating at room-temperature.

Alors que la microscopie super-résolue a apporté une amélioration considérable en imagerie des assemblages moléculaires dans les milieux biologiques à l'échelle nanométrique, son extension à l'imagerie de l'orientation moléculaire, utilisant l'anisotropie de fluorescence, n'a pas encore été complètement explorée. Apporter une information sur l'orientation moléculaire à l'échelle nanométrique aurait un intérêt considérable pour la compréhension des fonctions biologiques. Dans cette thèse, nous proposons une technique de microscopie super-résolution résolue en polarisation, capable d'imager les comportements d'orientation moléculaire dans des environnements statiques et dynamiques, dans le but de rapporter une information structurale à l'échelle de la molécule unique et à des échelles spatiales nanométriques. En utilisant la microscopie par reconstruction stochastique (dSTORM) en combinaison avec une détection polarisée, des images d'anisotropie de fluorescence sont reconstruites avec une résolution spatiale de quelques dizaines de nanomètres. Nous analysons numériquement le principe de la méthode en combinaison avec des modèles des mécanismes d'orientation moléculaire. Enfin, nous proposons une technique alternative basée sur l'émission de molécules uniques en fluctuations stochastiques: l'imagerie super-résolue polarisée par fluctuations (polar-SOFI), et comparons cette approche avec la précédente. Nous illustrons les deux techniques pour l'imagerie de l'ordre moléculaire dans des fibres de stress d'actine et de tubuline dans des cellules fixées, des fibres d'ADN et des fibrilles d'amyloïde à base d'insuline. / While super-resolution microscopy has brought a significant improvement in nanoscale imaging of molecular assemblies in biological media, its extension to imaging molecular orientation using fluorescence anisotropy has not yet been fully explored. Providing orientational order information at the nanoscale would be of considerable interest for the understanding of biological functions since they are intrinsically related to structural fundamental processes such as in protein clustering in cell membranes, supra-molecular polymerization or aggregation. In this thesis, we propose a super-resolution polarization-resolved microscopy technique able to image molecular orientation behaviors in static and dynamic environments, in order to report structural information at the single molecule level and at nanometric spatial scale. Using direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (dSTORM) in combination with polarized detection, fluorescence anisotropy images are reconstructed at a spatial resolution of a few tens of nanometers. We analyze numerically the principle of the method in combination with models for orientational order mechanisms, and provide conditions for which this information can be retrieved with high precision in biological samples based on fibrillar structures. Finally, we propose an alternative technique based on stochastic fluctuations of single molecules: polarized super-resolution optical fluctuation imaging (polar-SOFI), and compare this approach with the previous one. We illustrate both techniques on molecular order imaging in actin stress fibers and tubulin fibers in fixed cells, DNA fibers and insulin amyloid fibrils.

Student Number : 0405740V - MSc (Eng) dissertation - School of Chemical and Metallurgical Engineering - Faculty of Engineering and the Built Environment / Silicon carbide ceramics have many attractive properties, one of which is their high degree of corrosion resistance. Even though corrosion is slow, it does occur. Standard procedures for corrosion testing such as the immersion method is limited due to the low corrosion rates of most of these materials: it does not elucidate the mechanism of corrosion, but only gives the rate and degree of dissolution. Electrochemical techniques offer the possibility to further elucidate corrosion mechanisms and establish the resistance stability of conducting or partially-conducting ceramic materials, thus enhancing the understanding of ceramic material behaviour. In conjuction with microstructural changes, the electrochemical corrosion behaviour of solid state sintered silicon carbide (SSiC) and liquid phase sintered silicon carbide (LPSSiC) have successfully been studied at room temperature in acidic and alkaline environments by using potentiodynamic polarisation measurements. Several hypotheses were proposed to assist in establishing the effect of silicon and carbon on the corrosion mechanisms of these materials. The effect of the secondary phase on the electrochemical corrosion of the LPSSiC was also investigated. Corrosion current densities of the LPSSiC materials were much lower than the SSiC materials in all test solutions. The SSiC materials showed pseudo-passive behaviour in HCl and HNO3, due to the formation of thin layer of SiO2 on the surface. The carbon in the SiC compound increased the corrosion current densities in all test solutions for SSiC materials. The electrochemical corrosion of LPSSiC is due to the dissolution of SSiC and not the oxides; the chemcial attack on the oxide phases is mainly by acid-base type of reactions, rather than electrochemical corrosion involving redox reactions.

Establishing the excitation spectrum of the nucleon would be a key advance to further our understanding of nucleon structure and Quantum Chromodynamics (QCD). Recent theoretical advances allow predictions of the excitation spectrum of the nucleon and other nucleon properties directly from QCD in the non-perturbative regime, via numerical methods (such as Lattice QCD), complementing existing constituent quark models. There is an ongoing world programme in meson photoproduction from the nucleon, which has already led to a number of nucleon resonances being discovered and established. This advance has largely been made possible by the first accurate measurement of polarisation observables. Available data has been obtained for proton targets, whereas for a complete picture of meson photoproduction, data from the neutron must also be obtained. This is important, as nucleon resonances can have very different photo-couplings to the proton and neutron. This thesis presents the first measurement of the E double-polarisation observable for the exclusive γn → K+Ʃ- reaction using a polarised hydrogen-deuterium target from the g14 run period at CLAS. Circularly polarised photons of energies between 1:1 and 2:3 GeV were used, with results shown in 200 MeV bins in Eγ and bins of 0:4 in cos θC.M./K+. Further to this, CLAS has undergone a detector upgrade in order to facilitate electrons of up to 12 GeV from Jefferson Lab's upgraded accelerator. Essential to this, is a new system for tagging quasi-real photons by detecting electrons scattered at very small angles. My work includes significant contributions to the design, realisation and construction of a hodoscope for this forward photon tagging apparatus. Presented in this thesis is a comprehensive overview of my work in developing and constructing the scintillating hodoscope for the CLAS12 Forward Tagger.

Efferocytosis, the clearance of apoptotic cells including apoptotic neutrophils by macrophage phagocytosis, is a key cellular mechanism for resolution of inflammation and tissue repair. Cyclin-dependent kinases (CDKs) 7 and 9 phosphorylate RNA polymerase II that is vital for neutrophil transcriptional capacity. CDK inhibitors such as R-roscovitine, and the more selective inhibitor AT7519, induce neutrophil apoptosis and promote resolution of several mouse models of inflammation including acute lung inflammation. The hypothesis investigated here was that AT7519 would promote neutrophil apoptosis (i) in the infarcted heart, leading to macrophage polarisation, angiogenesis, reduced infarct expansion and retention of cardiac function and (ii) in the peritoneum, enhancing resolution of sterile peritonitis. AT7519 (1μM) induced apoptosis of mouse unstimulated-bone marrow derived neutrophils and thioglycollate-stimulated neutrophils in vitro in a time- and caspase-dependent manner, but did not alter activation assessed by calcium flux in response to the synthetic formyl peptide (fMLF) or platelet-activating factor (PAF). Only high concentrations of AT7519 (10 μM) induced monocyte/macrophage apoptosis and this was likely due to saturated phagocytosis of apoptotic neutrophils induced by high concentration of AT7519. Myocardial infarction (MI) was induced by coronary artery ligation in adult male mice and infarct volume was assessed 7 or 21 days later by in vitro optical projection tomography (OPT). The novel use of OPT for this purpose was validated by demonstrating correlation with infarct volume obtained by late-gadolinium enhanced magnetic resonance imaging in vivo and with infarct area assessed by histological staining (Masson’s Trichrome) in tissue sections. AT7519 (30 mg/kg i.p.) increased the number of apoptotic neutrophils (cleaved caspase-3 and Ly6G +ve) in the heart when administered after MI, but this was not associated with any subsequent alteration in macrophage polarisation, vessel density, infarct expansion or structural and functional remodelling of the left ventricle. In contrast, induction of neutrophil apoptosis by AT7519 (30mg/kg i.p.) successfully promoted macrophage polarisation and the resolution of inflammation associated with peritonitis elicited by either 10% thioglycollate or by 1mg zymosan. AT7519 treatment also reduced the number of CD19+ B cells, Foxp3+CD4+ T cells and eosinophils in peritoneal lavage, and prolonged the phase of monocyte recruitment in zymosan-induced peritonitis. In conclusion, AT7519 successfully induced mouse neutrophil apoptosis in vitro, as well as in vivo in experimental MI and peritonitis. Subsequent promotion of inflammation resolution in peritonitis was not matched by improved outcome following MI. Unexpected effects of CDK inhibition on monocytes, T cells and eosinophils that are necessary for myocardial infarct repair may have compromised any beneficial effects resulting from promotion of in situ neutrophil apoptosis. CDK inhibition may therefore have therapeutic potential for the treatment of peritonitis, but not for prevention of infarct expansion and detrimental ventricular remodelling after MI.

Les jonctions tunnel magnétiques épitaxiées sont des systèmes modèles permettant de confronter l’expérience à la théorie de l’effet tunnel polarisé en spin. Celles à barrière de MgO(001) font à ce titre l’objet de nombreuses études, dont certaines ont permis d’établir expérimentalement l’existence de phénomènes tunnel cohérents dépendant de la symétrie des états de Bloch. Les expériences réalisées au cours de cette thèse visent à identifier et contrôler plusieurs propriétés des interfaces, de la barrière et des électrodes qui s’expriment dans le transport tunnel. Nous étudions les conséquences d’un excès d’oxygène à l’interface Fe/MgO dans les jonctions Fe/MgO/Fe(001). La réalisation d’un empilement modèle Fe/p(1×1) O/MgO/Fe(001) nous permet de confirmer certains effets attendus, notamment la formation d’une barrière additionnelle à l’interface pour les états de symétrie ?1. Cependant, et contre toute attente, la magnétorésistance dépend peu de la présence d’oxygène. Elle est en revanche très sensible à la qualité cristallographique des interfaces. Nous démontrons ainsi les influences néfastes du désordre et du désaccord paramétrique entre la barrière de MgO et l’électrode sous-jacente. L’emploi d’alliages Fe V de composition variable permet de réduire le désaccord paramétrique et de diminuer la densité de dislocations, ce qui conduit à une forte augmentation de la magnétorésistance. Nous étudions enfin comment les structures électroniques des alliages Fe Co et Fe V se manifestent dans le transport tunnel. Des mesures de photoémission résolue en spin nous permettent de sonder directement les bandes ? et les états de résonnance interfaciale des surfaces (001) libres ou recouvertes de MgO. / Epitaxial magnetic tunnel junctions are model systems in order to test the spin polarized tunnel effect theory. MgO(001) based junctions are thus subject of many studies. Some of them experimentally established the existence of coherent tunnelling involving the symmetry of Bloch states. However quantitatively, characteristics of real junctions strongly deviate from predictions. The role of imperfections in the barrier and at the interfaces is suspected but the current knowledge of dominant mechanisms is still limited. This thesis experiments aim at identifying and controlling several properties of the interfaces, of the barrier and of the electrodes which influence tunnelling. We study the consequences of an excess of oxygen at the Fe/MgO interface in Fe/MgO/Fe(001) junctions. Preparing a model Fe/p(1×1) O/MgO/Fe(001) stacking allows us to confirm some expected effects, namely the appearance of an additionnal potential barrier at the interface for states with ?1 symmetry. However, and unexpectedly, the magnetoresistance little depends on the presence of oxygen. On the other hand, it is very sensitive to the crystallographic quality of interfaces. We show evidence for the detrimental influence of disorder and of the misfit between the MgO barrier and the supporting electrode. Using Fe V alloys with variable composition allows us to reduce the misfit and the dislocations density, which in turn induces a great enhancement of the magnetoresistance. We finally investigate how the electronic structures of Fe Co and Fe V alloys express themselves in tunnelling. In addition, we probe by spin resolved photoemission the ? bands and interfacial resonance states of free and MgO covered (001) surfaces.

Ce travail est consacré à l'étude expérimentale et théorique du speckle de l'onde diffusée par des hétérogénéités en surface ou en volume des substrats ou des systèmes interférentiels multicouches. La première étude est basée sur le contraste en intensité du speckle diffusé dans chaque direction de l'espace, que l'on étudie pour discriminer les effets d'interface et de volume, ou pour identifier le niveau de diffusion en l'absence d'étalonnage. Des résultats expérimentaux sont présentés pour des surfaces polies et doucies, et des liquides diffusant, avec des niveaux de pertes croissants. Ces résultats sont ensuite complétés par l'étude du déphasage polarimétrique de l'onde diffusée dans le "grain" de speckle. L'écart-type de ce déphasage est calculé et mesuré pour les mêmes échantillons, ainsi que pour des membranes poreuses pour des applications à la caractérisation du colmatage. On obtient ainsi une nouvelle signature pour discriminer les différents effets. Puis le déphasage polarimétrique est utilisé pour l'étude des coefficients d'intercorrélation entre les interfaces d'un système multicouche. Une procédure d'annulation des flux diffusés polarisés est ensuite présentée dans le cadre de théories perturbatives. Les conditions d'annulation sont calculées pour différents types d'échantillons, et obtenues grâce à un réglage en champ lointain et pour chaque direction, de lames polarisantes et déphasantes. Les résultats expérimentaux confirment ces prédictions, pour des surfaces et liquides diffusant. La technique d'annulation est alors étendue pour éliminer de façon sélective les différentes sources de diffusion. On montre ainsi comment annuler de façon sélective la diffusion par une surface ou un volume, ou comment isoler une interface dans un système multicouche. La confrontation des calculs numériques avec les résultats de mesure sont encourageants, et ouvrent une première porte au domaine de l'imagerie en milieu diffusant. Enfin, les problèmes des fortes diffusions sont abordés, et amènent à traiter de l'influence des irrégularités de structure sur les phénomènes de dépolarisation partielle ou totale. Selon la microstructure des composants, la dépolarisation est plus ou moins marquée et impose la dynamique de réduction sélective des flux diffusés. Ce travail trouve des applications dans l'optique sous-marine, l'imagerie du petit animal ou le biomédical, le transport terrestre ou l'avionique, l'environnement, la défense...