La spectroscopie du proton issu de la décroissance du neutron donne un accès complémentaire à lambda (rapport des constantes de couplage faibles gA/gV) et permet la recherche de physique au-delà du Modèle Standard. Au sein des expériences, les protons de basse-énergie (E<751.4 eV) sont guidés et sélectionnés grâce à des champs électromagnétiques. La connaissance précise du potentiel électrostatique est primordiale car celui-ci peut biaiser la sélection des protons. Il faut une précision de quelques mV dans les expériences de spectroscopie du proton aSPECT et PERC pour leur permettre d’atteindre la précision de mesure désirée. Comme les conditions expérimentales impactent le champ (effets de température sur la position des électrodes et leur fonction de travail, condition de surface, pièges qui se chargent etc.), il est nécessaire de pouvoir effectuer la mesure du champ électrostatique in-situ. D’autres effets systématiques sont reliés à la détection de protons: résolution du détecteur, homogénéité, probabilité de rétrodiffusion etc. in-situ.Les objectifs de ce projet sont de créer des sources de calibration pour des mesures électrostatiques in-situ et la caractérisation de détecteurs de protons et de construire une chambre d’essai dédiée à la caractérisation et l’optimisation des sources.Pour les mesures électrostatiques, la modération des positrons a été identifiée comme prometteuse. Ce processus crée un faisceau de particules chargées positivement avec une largeur spectrale très faible (FWHM de quelques dizaines de meV) et avec une distribution angulaire bien définie. Un tel faisceau pourrait permettre de comparer, au sein du spectromètre, les différences de potentiels entre des électrodes.Pour la caractérisation des détecteurs, les sources de protons disponibles sur le marché sont difficiles à coupler aux forts champs magnétiques et induisent souvent une détérioration de la qualité du vide dans les expériences, rendant ardue l’utilisation d’un détecteur sous haute tension (entre -15 et -30 kV). La Désorption Stimulée par Electrons (ESD) de l’hydrogène adsorbé sur la surface d’un cristal s’avère posséder les qualités requises: une distribution en énergie piquée et bien définie et une compatibilité avec l’ultravide.Le spectromètre aSPECTino a été créé en tant que système de test. C’est un filtre MAC-E qui utilise des champs EM pour guider et sélectionner les particules chargées de basse énergie avant de les détecter à l’aide d’un détecteur sous haute tension pour accélérer les particules sélectionnées. Dans le spectromètre règne un champ magnétique entre 3.5 et 16 mT qui est suffisant pour confiner les positrons de basse-énergie. Les protons de basse-énergie avec un faible moment radial peuvent aussi être guidés vers le détecteur.CALIPSO, qui signifie CALIbration Positron/proton SOurce, est une source de calibration deux en un : elle peut fournir indépendamment des positrons et des protons et est basée autour d’un cristal de tungstène (110). Pour la source de positrons ce cristal est couplé à une source de positron 22Na. Il sert alors de modérateur et réémet une fraction des positrons primaires issus de la source 22Na avec une faible énergie et une distribution angulaire et spectrale étroite. Dans la configuration proton le même cristal est utilisé en tant que substrat pour l’adsortion d’hydrogène. L’ESD est induit par les électrons émis par une source thermoionique et frappants le cristal de tungstène.Cette thèse présente les processus physiques utilisés pour créer les faisceaux de positrons et de protons de basse-énergie de CALIPSO ainsi que la conception et le développement du spectromètre aSPECTino et de la source CALIPSO. Elle présente les premiers résultats expérimentaux de la caractérisation préliminaire d’aSPECTino et de CALIPSO. Les performances attendues de CALIPSO pour ses deux configurations et pour la sensibilité de comparaison des potentiels d’électrodes sont dérivés et démontrés à l’aide de simulations. / Proton spectroscopy in neutron beta decay gives a complementary access to $lambda$ (ratio of the weak coupling constants gA/gV and enables new searches for physics beyond the Standard Model. In experiment, low-energy protons (E< 751.4 eV) are usually guided and selected using electromagnetic fields. Precise knowledge of the electrostatic potentials is mandatory as it can drastically bias proton selection. For instance, electrostatic potentials have to be known with an accuracy of a few mV in the proton spectroscopy instruments aSPECT and PERC in order to reach their aspired precision. As experimental conditions can directly impact the field (temperature effects on electrode position and work function, surface conditions, charging traps, etc.), it is mandatory that electrostatic measurements are performed in-situ. Further systematic effects are related to proton detection. In addition to prior off-line detector characterization, it is important to verify detector resolution, homogeneity, backscattering probability etc. in-situ. The protons from neutron decay itself are not suitable for this purpose because of their broad energy distribution and insufficient localization.The goals of this project were to create calibration sources for in-situ electrostatic measurements and proton detector characterizations and to build a dedicated test setup to characterize and optimize the sources.For electrostatic measurements, the process of positron moderation was identified as most promising. Positron moderation creates a beam of positively charged particles with a very narrow energy spread (FWHM of a few tens of meV) and with a well-defined emission angular distribution. Such a beam would allow to directly compare, inside the spectrometer, potential differences between different electrodes.For detector characterization, available commercial proton sources are difficult to couple to high magnetic fields and often induce a deterioration of the vacuum quality in experiments, making it complicated to use detection systems at high voltage (-15 to -30 kV). Electron Stimulated Desorption (ESD) of hydrogen adsorbed on a crystal surface was found to provide the desired properties: a sharp and well-defined energy distribution of the created proton beam and compatibility with ultrahigh vacuum.The aSPECTino spectrometer was built as test setup. It is a MAC-E filter which uses electro-magnetic fields to guide and select low-energy charged particles before detecting them in a solid-state detector. The detector is set at high voltage to post-accelerate the selected particles. The resistive coils of the spectrometer produce a magnetic field between 3.5 and 16 mT which is sufficient to confine low-energy positrons. Low-energy protons with a small radial momentum component can also be effectively guided onto the detector.CALIPSO, which stands for CALIbration Positron/proton SOurce, is a two-in-one calibration source: one apparatus is designed to provide, not at the same time, both positrons and protons. Its core is a tungsten (110) crystal. In the case of positrons the tungsten crystal is coupled to a 22Na positron source. The crystal serves as positron moderator and re-emits a fraction of the primary positrons from the Na source, with low energy and a small angular and energy spread. In the proton configuration the same crystal is used as substrate for adsorbed hydrogen. ESD is induced by electrons emitted from a hot cathode and hitting the tungsten crystal.This thesis introduces the physical processes used to create the low-energy positron and proton beams of CALIPSO as well as the design and the development of both the aSPECTino spectrometer and the CALIPSO source. It presents first experimental results of the preliminary characterizations of aSPECTino and CALIPSO. The expected performances of CALIPSO in both configurations and the sensitivity for comparisons of electrode potentials are derived and demonstrated by simulations.

Cette étude s’inscrit dans le domaine de la microélectronique. Elle consiste à étudier l’impact de la morphologie 3D du dépôt d’énergie sur la modélisation des événements singuliers (SEE) induits par les muons atmosphériques. La démarche a consisté dans un premier temps à modéliser le dépôt d’énergie induits par des protons dans des volumes nanométriques. Pour cela, le code Monte-Carlo GEANT4 a permis de simuler et de stocker dans une base de données, les caractéristiques des traces des dépôts d’énergie des protons. Une fois la démarche validée pour les protons, des simulations du dépôt d’énergie induit par des muons ont été réalisées. Une caméra CCD a été utilisée afin de réaliser des mesures de l’environnement radiatif atmosphérique et de contraindre la modélisation des dépôts d’énergie induits par les muons. Cette étude met en évidence et quantifie l’apport de considérer la distribution radiale du dépôt d’énergie induit par des protons pour des volumes nanométriques, dans les calculs de prédiction des SEE. En revanche, l’étude montre que la considération de la distribution radiale du dépôt d’énergie induit par des muons dans des volumes nanométriques a un impact négligeable sur la modélisation des SEE. Il serait intéressant de réaliser des mesures du dépôt d’énergie induit par des muons dans des technologies nanométriques sous accélérateur. Cela permettrait d’apporter des données expérimentales encore inexistantes, nécessaires au développement de nouveaux modèles physiques plus précis sur la modélisationdu dépôt d’énergie induit par des muons. / This study concerns the domain of the microelectronics. It consists in the studyof the impact of the 3D morphology of the energy deposit on the Single EventEffect (SEE) modeling, induced by atmospheric muons. Over a first phase, theapproach has consisted in the modeling of the energy deposit induced by protonsin nanometric volumes. For that purpose the use of the Monte Carlo code GEANT4has allowed to simulate and stock in a database the tracks characteristics of theenergy deposit induced by protons. Once the approach validated for the protons,simulations of the energy deposit induced by muons have been realized. A CCDcamera has been used in order to measure the radiative atmospheric environmentand to constrain the modeling of the energy deposit induced by muons. This studyhighlights and quantify the contribution of the radial distribution of the energydeposit incuced by protons in nanometric volumes for the SEE prediction. On theother hand, the study shows that the contribution of the radial distribution of theenergy deposit induced by muons in nanometric volumes has a negligeable impacton the SEE modeling. It will be interesting to realize measurements of the energydeposit induced by muons in nanometric technologies under accelerator. This willallow to bring experimental data still nonexistant necessary to the developpmentof new physical models more accurate on the modelization of the energy depositinduced by muons.

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2000. / ENGLISH ABSTRACT: The aim of this work was to study the 208Pb(p,2p)207Tl quasi-free knockout process. The experimental data were measured at the National Accelerator Centre using incident polarised protons of 200 MeV. The two scattered particles, from the knockout reaction, were detected in coincidence and their energies were determined using a magnetic spectrometer and a solid state detector telescope. Cross section and analysing power energy distributions were extracted from the experimental measurements and these were compared with theoretical values for the Distorted Wave Impulse Approximation. The theoretical cross-section calculations predict the experimental cross-section distribution well for all combinations of distorting potentials and bound states that were investigated, both with regard to shape, as well as absolute magnitude. However the theoretical analysing power distributions did not agree with the experimental quantities. Therefore it is not clear whether the analysing power is a useful tool to extract information on the specifics of the quasi-free reaction mechanism. The spectroscopic factors were found to be consistent with the results obtained in previous studies, thereby inspiring confidence that the problem with the analysing power distribution is not ascribable to a possible deficiency in the experimental techniques exploited in this work. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die doel van die studie was om die kwasi vrye 208pb(p,2p )207TI verstrooingsproses te ondersoek. Die eksperimentele data is ingewin by die Nasionale Versnellingsentrum deur gebruik te maak van 'n 200 MeV gepolariseerde proton bundel. Die twee verstrooide deeltjies is in koïnsidens gemeet. Vir die metings is 'n magnetiese spektrometer en 'n vastetoestand detektorteleskoop gebruik. Die kansvlak- en analiseervermoë-energieverdelings is uit die eksperimentele data verkry en is vergelyk met die berekenings van die Vervormde Golf Impuls Benadering. Die teoretiese kansvlak berekening het die eksperimetele data goed voorspel, vir die verskillende parametrisering van potensiaal en gebonde toestande. Die berekeninge het goed ooreengestem met betrekking tot beide vorm en absolute grootheid. Die berekende analiseervermoë het egter nie goed met die eksperimentele data ooreengestem nie. Dit is dus nie duidelik of die analiseervermoë 'n handige instrument is om inligting oor die betrokke kwasi-vrye reaksie meganisme te bekom nie. Die spektroskopiese faktore was in ooreenstemming met resultate wat in vorige studies verkry is. Dit versterk vertroue dat die probleem met die analiseervermoë nie toegeskryf kan word aan die eksperimentele tegniek wat gebruik is nie.

Measurements of the differential cross-section for elastic scattering of positive and negative kaons off of a proton target are given in this dissertation. The beam momenta were 100 GeV/c and 200 GeV/c. The range of t, the four momentum transfer squared, measured was 0.4 < -t < 3.0. The experiment was performed at Fermilab. The data is consistent with previous experiments. Because of the much greater statistical accuracy of this experiment, it is now clear that the apparent equality of the pion and kaon cross-sections at larger t was due to poor statistical accuracy. The experimental results are not predicted by any theory. Furthermore, the difference between the pion and kaon differential cross-sections is not explained by geometrical scaling, as it was in the past.

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Kam Yuen Kwan = 利用散射及反衝粒子飛行時間譜儀及其他表面分析儀器就LiTaO3對質子及鋰離子交換後改變之研究 / 甘婉君. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2003. / Includes bibliographical references. / Text in English; abstracts in English and Chinese. / Kam Yuen Kwan = Li yong san she ji fan chong li zi fei xing shi jian pu yi ji qi ta biao mian fen xi yi qi jiu LiTaO3 dui zhi zi ji li li zi jiao huan hou gai bian zhi yan jiu / Gan Wanjun. / Acknowledgements --- p.i / Abstract --- p.iii / Table of contents --- p.viii / Chapter Chapter 1 --- Introduction --- p.1 / Chapter 1.1 --- Definition of Ferroelectrics --- p.1 / Chapter 1.2 --- Common Properties of Ferroelectrics --- p.2 / Chapter 1.3 --- Polarization --- p.2 / Chapter 1.4 --- Lithium Tantalate (LiTa03) --- p.7 / Chapter 1.4.1 --- Crystal Structure --- p.8 / Chapter 1.4.2 --- Pyroelectric Effect --- p.9 / Chapter 1.4.3 --- Determination of Polarity --- p.10 / Chapter 1.4.4 --- Proton Exchange --- p.11 / Chapter 1.4.5 --- Reverse Exchange --- p.12 / Chapter 1.4.6 --- Applications --- p.13 / Chapter 1.5 --- Emerging Attentions in Surface Properties of Smart Materials --- p.14 / Chapter 1.6 --- Difficulties in Surface Studies of Ferroelectric and Related Smart Materials --- p.15 / Chapter 1.7 --- Recent Developments of TOF-SARS in Our Research Group and Its Applicability on LiTa〇3 --- p.16 / Chapter 1.8 --- Objectives of the Present Thesis Work --- p.17 / Chapter 1.9 --- Organization of the Thesis --- p.17 / Chapter 1.10 --- Reference --- p.18 / Chapter Chapter 2 --- Ion Exchange Processes and Sample Prepartion --- p.20 / Chapter 2.1 --- Fundamental of Ion Exchange Technique --- p.20 / Chapter 2.2 --- Sample Preparation --- p.22 / Chapter 2.2.1 --- Starting Material --- p.22 / Chapter 2.2.2 --- Proton Exchange Procedures --- p.23 / Chapter 2.2.3 --- Reverse Exchange Procedures --- p.23 / Chapter 2.3 --- Reference --- p.24 / Chapter Chapter 3 --- Time-of-Flight Ion Scattering and Recoiling Spectrometry (TOF-SARS) --- p.26 / Chapter 3.1 --- Introduction --- p.26 / Chapter 3.1.1 --- Physics in Elemental Analysis --- p.26 / Chapter 3.1.2 --- Physics in Structural Analysis --- p.29 / Chapter 3.2 --- Instrumentation --- p.32 / Chapter 3.2.1 --- Vacuum Chamber --- p.33 / Chapter 3.2.2 --- Pumping System --- p.35 / Chapter 3.2.3 --- Sample Manipulator --- p.35 / Chapter 3.2.4 --- Pulsed Ion Beam Line --- p.36 / Chapter 3.2.5 --- Detectors and Associated Electronics --- p.37 / Chapter 3.3 --- Reference --- p.39 / Chapter Chapter 4 --- Other Surface Science Tools Used in This Work --- p.41 / Chapter 4.1 --- Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) --- p.41 / Chapter 4.1.1 --- Principle of FTIR --- p.41 / Chapter 4.1.2 --- Experiment --- p.42 / Chapter 4.1.3 --- Attenuated Total Reflectance (ATR) Mode of FTIR --- p.44 / Chapter 4.2 --- X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) --- p.45 / Chapter 4.2.1 --- Basic Principle of XPS --- p.45 / Chapter 4.2.2 --- Experimental Set Up --- p.48 / Chapter 4.3 --- Elastic Recoil Detection (ERD) --- p.49 / Chapter 4.3.1 --- Basic Theory of ERD --- p.49 / Chapter 4.3.2 --- Experimental Set Up --- p.50 / Chapter 4.4 --- Scanning Electron Microscope (SEM) --- p.51 / Chapter 4.4.1 --- Working Principle of SEM --- p.52 / Chapter 4.4.2 --- Experimental Set Up --- p.52 / Chapter 4.5 --- Reference --- p.53 / Chapter Chapter 5 --- Results and Discussions --- p.54 / Chapter 5.1 --- ERD Results on Incorporation of Protons --- p.54 / Chapter 5.2 --- XPS Results on Proton Exchange and Reverse Exchange --- p.56 / Chapter 5.3 --- FTIR Results on Proton Exchange and Reverse Exchange --- p.57 / Chapter 5.4 --- SEM Results on Domain-Inversion Induced by Proton Exchange --- p.59 / Chapter 5.5 --- TOF-SARS Results on Enhancement of Ion-induced Electron Emission by Proton Exchange --- p.61 / Chapter 5.5.1 --- Typical TOF-SARS Spectra - Data from Molybdenum Sample (Mo) Holder --- p.61 / Chapter 5.5.2 --- Virgin LiTa03 (0001) --- p.62 / Chapter 5.5.3 --- Possible Mechanism for the Variation of O(S) and the Electron Emission Yield --- p.65 / Chapter 5.5.4 --- The Use of O(S) Peak to Calculate the Potential Built Up upon a Change of Temperature --- p.67 / Chapter 5.5.5 --- TOF-SARS Data from the Proton and Lithium-ion Exchanged LiTa03 (0001) --- p.69 / Chapter 5.5.6 --- Plausible Mechanisms of Enhancement of Ion-induced Electron Yield induced by Proton Exchange --- p.70 / Chapter 5.6 --- Additional Discussions of the TOF-SARS Data on LiTa03 and Other Relevant Experiments --- p.75 / Chapter 5.6.1 --- Additional Discussion of the Nature of the Electron Peaks --- p.75 / Chapter 5.6.2 --- Additional Experiments on Azimuthal Angle (δ) Scans --- p.77 / Chapter 5.6.2.1 --- Data from Platinum (Pt) (111) as a Reference Test --- p.77 / Chapter 5.6.2.2 --- Azimuthal Angle Dependence of Ion-induced Electron Emission from Proton-ion Exchanged LiTa03 (0001) --- p.78 / Chapter 5.7 --- Reference --- p.80 / Chapter Chapter 6 --- Conclusion --- p.83 / Chapter Chapter 7 --- Appendix --- p.86 / Chapter 7.1 --- Caption --- p.86 / Chapter 7.2 --- Figures --- p.90

Le développement des lasers de fortes puissances réalisé au cours des dix dernières années a ouvert de nouveaux champs de recherche dans de nombreux domaines tels que la production de faisceaux de particules chargées. Lors de l'interaction d'un faisceau laser avec une cible, il est en effet possible de générer un faisceau d'ions ou d'électrons d'une large gamme énergétique dépendant de la puissance du laser et de la nature de la cible.Les physiciens qui étudient les interactions laser-matière montrent un grand intérêt à pouvoir réaliser des expériences avec une cible d'hydrogène pure de l'ordre d'une dizaine de micromètres d'épaisseur. Lors d'une telle interaction, un faisceau constitué uniquement de protons accélérés est produit. La protonthérapie est l'une des applications phares qui utilise les propriétés particulières des protons accélérés pour détruire des tumeurs cancéreuses. Cette technique, plus légère et moins coûteuse, pourrait remplacer dans les années à venir les gros accélérateurs de particules, situés en sous-sol des hôpitaux. Les travaux menés durant cette thèse ont permis de développer un moyen d'obtenir et de caractériser de telles cibles, et ce en utilisant un nouveau procédé d'extrusion.L'extrusion d'hydrogène solide requiert des fortes pressions (100 à 400 bar) et des basses températures (inférieures à 13 K). Les fortes pressions sont obtenues à l'aide des propriétés thermodynamiques du fluide. Dans un premier temps, de l'hydrogène est introduit puis solidifié dans la cellule expérimentale jusqu'à remplir celle-ci. La cellule est alors fermée et chauffée en partie haute afin de liquéfier l'hydrogène qui s'y trouve. La dilatation qui résulte du changement de phase, génère une pression sur l'hydrogène solide qui est situé sous le liquide. Cette pression permet d'obtenir la force nécessaire à l'extrusion qui est réalisée au travers d'une buse se situant à l'extrémité basse de la cellule. La principale différence avec un procédé classique d'extrusion est l'absence de parties mobiles.Des premiers rubans d'hydrogène d'une largeur de 1 mm et d'une épaisseur de 100 µm ont été obtenus et ont donné lieu à publication en mars 2014. Une évolution de la cellule et du cryostat a ensuite été réalisée dans le but d'atteindre des épaisseurs de rubans plus faibles (25 et 50 µm).Une buse cylindrique d'un diamètre de 140 µm a également permis d'obtenir de longs cylindres d'hydrogène solide et de comprendre le comportement de l'écoulement dans des géométries simples. En parallèle, de nombreuses simulations numériques ont été réalisées dans le but de caractériser ce comportement. Un modèle dédié a ainsi été établi, pour lequel les résultats expérimentaux et les simulations sont en bon accord.Un algorithme de mesure de vitesses d'écoulement, basé sur le suivi de défauts présents dans le film d'hydrogène a également été développé. Celui-ci est basé sur une technique d'inter-corrélation d'images. L'épaisseur du ruban est également obtenue par analyse d'images acquises. Ces résultats sont en adéquation avec la mesure du débit d'hydrogène pompé, réalisée en aval du cryostat.De nombreux laseristes ont alors manifesté leur intérêt autour de ce nouveau procédé et une collaboration a été mise en place avec l'équipe du laser PALS, à Prague, dans le but d'installer une nouvelle version du cryostat, capable de se fixer sur la chambre à vide de leur laser. Cette équipe, qui sera la première à tirer sur des cibles d'hydrogène solide courant novembre 2015, souhaite valider certaines théories et accélérer des protons en utilisant le principe de la TNSA (Target Normal Shealth Acceleration). Les laseristes du LULI (situés à Palaiseau, en France) sont également intéressés pour utiliser de telles cibles et une installation sur leur chambre laser a été planifiée au mois de janvier 2016. En parallèle, des physiciens de l'Institut Lumière Matière du CNRS de Lyon souhaitent également utiliser ces cibles pour générer des rayons X-UV. / The development of very high power lasers in the latest decade opened up new horizons in a various field, such as the production of accelerated ion beams. When a laser beam interacts with a target, the generated beam can contain energetic ions or electrons with a large energy spectrum (1–200 MeV). This energy distribution depends on the laser power and the nature of the target.Physicists studying the interaction between laser and materials are really interested in having very thin (10 µm) ribbons of solid hydrogen that could be used as a target. Indeed, during the interaction between a laser and such a target, a pure proton beam can be created. Protontherapy is one of the main potential applications which uses the special properties of accelerated protons to destroy cancerous tumor. This technique, lighter and cheaper, could replace in the next years huge particle accelerators situated underground the equipped hospitals. This PhD thesis was about developing a way to get and characterize such ribbons, using a new extrusion process.Extrusion of solid hydrogen requires a high pressure (10 MPa to 40 MPa) and a low temperature (below 13K). This is achieved by using the thermodynamic properties of the fluid. First, the cell is filled in with solid H2, then closed. Afterward, the upper part is heated to liquefy the solid. The expansion, resulting from the phase change creates a pressure on the solid hydrogen, located below the liquid. The extrusion is realized through a micron-sized hole at the bottom of the cell. The main difference with a classic extrusion process is the absence of moving parts.First solid hydrogen ribbons (1mm large and 100 microns of thickness) have been obtained in March 2014, leading to an article in a peer review (laser and particle beams (2014) 32,569-575, Continuous production of a thin ribbon of solid hydrogen). The use of a 50 micron nozzle was satisfying but it showed the limitation in the design of the cell, leading to an upgraded one, which will enable to extrude thinner ribbons.A cylindrical nozzle (140 microns diameter) has also been used to obtain long cylinders of solid hydrogen and to be able to understand the solid hydrogen flow in simple geometries. In parallel, several numerical simulations have been carried out to establish the flow behavior of solid hydrogen during the extrusion process. An “home made” model has been developed for which experimental results and numerical calculations fit quite well for different nozzles' geometries.Using small ribbon defaults as velocity tracers, cross-correlation algorithm has also been developed to measure the velocity during the extrusion process. The ribbon thickness is also extracted from image analysis. These results are also correlated by flowmeter measurements and appeared to be accurate.Several laser teams have shown a great interest for these results and a collaboration contract has been signed with the laser PALS team (Prague) to install an updated version of this cryostat, able to be plugged in their vacuum chamber. The team wants to shoot the solid hydrogen target to understand the laser/matter interaction and accelerate proton through the TNSA (Target Normal Sheath Acceleration) principle. It will be the first time such target will be shot. The installation of the cryostat is scheduled by the end of august and the first experiments are planned during november 2015. LULI's laser team at Palaiseau in France is also interested in using these targets and is planning to shoot them in January 2016. In parallel, CNRS physicists of the ILM (Institut Lumière Matière de Lyon) would like to use these targets to generate X-UV radiation.

Le projet de cette thèse était l'évaluation du processus de réactivation et l'étude du site actif de l'AChE inhibée par un agent neurotoxique par des méthode computationnelles. L'objectif était de guider le design rationnel de nouveau réactivateurs. Une étude initiale avec un modèle QM tronqué a indiqué la nécessité de modéliser l'environnement enzymatique pour compenser la charge du Glu334. Elle a aussi confirmé le rôle du trou oxyanionique dans la stabilisation des états de transition de la réactivation. Des simulations QM/MM de la réactivation par le réactivateur classique 2-PAM, ainsi que par deux réactivateurs au coeur aromatique non chargé ont été effectuées. Il a été démontré que le Glu202, un résidu à proximité de la triade catalytique de l'AChE, doit être protoné pour que la réactivation ait lieu. Ces simulations ont aussi montré que le réactivateur peut être déprotoné dans le site actif de l'AChE par His447. Les réactivateurs au coeur aromatique non chargé sont plus nucléophiles que la 2-PAM et l'un d'entre eux est plus aisément déprotoné dans le site actif. Nos résultats indiquent que la capacité d'un réactivateur à être facilement déprotoné est plus importante que sa nucléophilie. Enfin, un mécanisme de migration de protons a été identifié par des calculs QM/MM et EVB. Il implique deux glutamates derrière le site actif, Glu450 et Glu452. La possibilité que ces deux protons soient temporairement protonés et donc impliqués dans une migration de protons a été confirmé par des calculs CpHMD. La migration de proton passe par la N-protonation d'une liaison amide, ce qui constitue un nouveau mécanisme. / The project of this PhD was to investigate the reactivation process and the active site of nerve agent inhibited AChE by computational methodologies to gain insight about the rational design of new reactivators. An initial truncated QM model study provided some insight in the necessary compensation of Glu334 by the enzyme. It also confirmed the role of the oxyanionic hole in the stabilization of the transition state of the reactivation. QM/MM simulations of the reactivation with classical reactivator 2-PAM, as well as two non-pyridinium reactivators, were performed. It was shown that Glu202, a residue near the catalytic triad of AChE, needs to be protonated for the reactivation to occur. Those simulations also showed that the reactivator can be deprotonated in the active site of AChE by His447. Non-pyridinium reactivator were found to have a greater nucleophilicity than 2-PAM and, for one of them, to be easily deprotonated in the active site. Our results indicate that the capacity of a reactivator to be deprotonated in the active site of the enzyme is more important than its nucleophilicity. Finally, a proton relay mechanism was identified through QM/MM and EVB simulations. It involves two glutamate residues, Glu450 and Glu452, positioned behind the active site. The potential for these two residues to be transiently protonated and thus involved in a proton relay was confirmed by CpHMD simulations. This proton relay mechanism relies on the N-protonation of an amide which is a novel mechanism.

Les piles à combustible, dont l'efficacité énergétique est potentiellement supérieure à celle des meilleures batteries Li-ion actuellement proposées sur le marché, laissent entrevoir des autonomies considérables pour les appareils nomades. Un des objectifs à atteindre pour leur commercialisation est la gestion de l'eau. Le travail de cette thèse s'intègre dans cette problématique. Il a pour but premier d'étudier l'influence de différents paramètres aussi bien environnementaux (température, humidité relative,...) que structuraux (épaisseur du collecteur cathodique, couche de diffusion à la cathode, packaging,...) sur la gestion de l'eau afin de proposer des solutions permettant de gérer l'assèchement ainsi que le noyage d'une micropile à combustible. Une des particularités des micropiles étudiées ici est qu'il s'agit de pile dite à respiration, c'est-à-dire utilisant directement l'oxygène de l'air comme comburant. Il ressort de cette étude que ces micropiles à combustible sont extrêmement sensibles aux conditions environnementales et que si des performances optimales sont attendues sur une large gamme de température et d'humidité relative, une gestion totalement passive de l'eau sera insuffisante. A l'issue des différents résultats obtenus au cours de cette thèse, des perspectives sont avancées, et un premier prototype composé de neuf micropiles à combustible avec une gestion active de l'eau a été réalisé.