Nous avons caractérisé différents cristaux piézoélectriques de Langatate La3Ga5.5Ta0.5O14 (LGT), de différentes couleurs afin d’évaluer l’influence des défauts sur la qualité de dispositifs du domaine Temps-Fréquence (résonateurs acoustiques).Nous avons étudié la composition de ces cristaux dont les variations autour de la composition stoechiométrique sont surtout dues à l’évaporation du Ga2O au cours de la croissance compensée par un excès de Ga2O3 dans le mélange initial. Pour déterminer cette composition, la technique ICP-AES, précédée par une mise en solution par fusion alcaline, est la plus fiable.La présence d’impuretés chimiques, telles que les éléments métalliques ou les terres rares, liée à la pureté des oxydes de base, au frittage de la charge dans un creuset alumine… est étudiée. Nous expliquons ainsi la nature des centres colorés qui évolue selon l’atmosphère de tirage ou lors d’un recuit particulier.C’est ainsi que nous avons déterminé certaines propriétés de LGT permettant l’obtention de dispositifs comme les résonateurs à ondes de volume dont le produit Q.f est supérieur à celui des résonateurs à quartz. Pour cela, nous montrons notamment qu’il est nécessaire que :- la composition du cristal soit la plus proche possible de la stoechiométrie,- la résistivité électrique soit la plus grande possible,- l’étude spectroscopique ne révèle aucune absorption dans le domaine du visible.Dans ces conditions, le facteur de qualité Q d’une résonance à 10 MHz peut être de 1.44 million au point d’inversion de la courbe fréquence-température (1.35 pour le quartz) mais qu’il diminue notablement pour atteindre 0.35 million si nous pratiquons un recuit sous air à 1000°C pendant 48 h. / We have characterized Langatate piezoelectric crystals La3Ga5.5Ta0.5O14 (LGT), differently colored in order to evaluate the defects influence on the quality of Bulk Acoustic Waves resonators for the Time and Frequency domain.We have analyzed the composition of crystals whose variations around stoichiometric composition are mainly due to the evaporation of the Ga2O during growth compensated by adding an excess of Ga2O3 in the initial mixture. Among different techniques, the ICP-AES spectrometry, preceded by a dissolution by alkaline fusion seems to be the most accurate technique to determine the composition.The inevitable presence of chemical impurities, such as metallic elements, rare earth… linked to the purities of the raw materials, to the sintering of the load in an alumina crucible… is also studied. We try to explain in particular the nature of the color centers that evolve according to the growth atmosphere or during a particular annealing.So, we conclude by a list of necessary properties to obtain BAW resonators exhibiting a Q.f product higher than quartz. For this, we establish that it is necessary that:- the crystal composition is as close as possible to the stoichiometric composition,- the electrical resistivity is the highest possible,- the spectroscopic study does not reveal any absorption band in the visible domain.In these conditions, we were able to highlight that the quality factor of a 10 MHz resonance is of 1.44 million at the inversion temperature of the frequency-temperature curve (1.35 for the quartz crystal in the same conditions), but that this one decreases significantly to reach 0.35 million if we perform an annealing under air at 1000 °C during 48 hours.

Cette thèse présente le travail effectué sur la conception d’un oscillateur à quartz miniature (volume visé de 1 cm3) con-trôlé en température. Les équipements de télémétrie, poursuite et contrôle tels que ceux utilisés dans les microsatellites (comme Myriades) sont d'un volume très important (8 litres). Des équipements avec un volume 8 fois moindre (1 litre) sont envisagés sur les pico et nano satellites. Une réduction drastique du volume et de la consommation est donc nécessaire, à performances égales. Elle nécessite une remise en question de l'ensemble des éléments composant l'équipement dont le micro-oscillateur, tant au niveau volume qu'au niveau consommation d’énergie. Les études préliminaires ont servi à définir le résonateur adapté pour satisfaire les spécifications de stabilité demandées. La simulation thermique d'un modèle d’oscillateur OCXO (Oven Controlled Xtal Oscillator) a permis d'obtenir une bonne compréhension des transferts de chaleur dans le dispositif. La réduction des pertes thermiques et l'augmentation de la stabilité thermique du résonateur étaient les principaux défis. La dilatation thermique du résonateur entraine des contraintes mécaniques au niveau de ses fixations et décale la fréquence de résonance. Un MEMS en silicium a été conçu pour supporter le résonateur à l’aide de simulations thermomécaniques. Ce support est compatible avec les contraintes de faible con-sommation et de sensibilité thermique tout en gardant une bonne résistance aux chocs. En ce qui concerne l’électronique, une puce ASIC utilisée depuis plusieurs années a été caractérisée pour établir un modèle numérique. Cette étude a dévoilé les facteurs limitants des performances de l’ensemble et permis d’envisager des solutions correctives. En intégrant dans la démarche les coûts de fabrication, l’utilisation d’un ASIC a été écartée (au moins provisoirement) au profit d’une solution exploitant des composants électroniques du commerce. Enfin, un démonstrateur de module physique miniature a été monté et caractérisé. Les résultats de mesures montrent que la consommation du démonstrateur reste inférieure à la spécification demandée (50 mW à une température extérieure de 25°C et à 100 mW pour -40°C). L’importance de la participation du rayonnement dans les échanges thermiques a aussi été validée expérimentalement. / This thesis presents the work on designing a miniature temperature controlled crystal oscillator (required volume is 1 cm3). TTC (Telemetry, Tracking and Control) equipment which is used in microsatellites (as Myriades) has a very important volume (8 liters). 8 times lower volume equipment (1 liter) is planned for pico and nano satellites. Therefore, a significant reduction of volume and consumption for equal performance is necessary. Redesign is required for all components of equipment items including micro-oscillator, as in volume as at the level of energy consumption. Preliminary studies have served to define the resonator adapted to satisfy the request stability specifications. Thermal simulation of an OCXO oscillator model (Oven Con-trolled Xtal Oscillator) has permitted to achieve a good understanding of heat transfer into the device. Reducing heat loss and increases the thermal stability of resonator were major challenges. Thermal expansion of the resonator causes mechanical stresses in its mountings and shifts the resonance frequency. A silicon MEMS has designed for supporting the resonator by using thermo-mechanical simulations. This support is compatible with the constraints of low consumption and heat sensitivity retaining good impact resistance. As regards electronics, an ASIC chip which is used during many years has characterized with the purpose to obtain the digital model. This study has revealed the limiting factors of the oscillator performance. Also it has allowed to provide remedial solutions. The ASIC using was rejected in favor of the solution operating with commercial electronic components (at least temporarily). Finally, a miniature demonstrator of physical module was assembled and characterized. The measuring results show that demonstrator consumption remains below the required specification (50 mW at outside temperature 25°C and 100 mW at -40 ° C). The importance of the participation of radiation within the thermal exchanges has also validated experimentally.

Ce travail est dédié à la compréhension de phénomènes photoinduits dansles verres de chalcogénure. Ces phénomènes, bien que connus depuis des années,ne sont pas encore bien compris. Travailler sur des couches minces, fabriquées icipar co-pulvérisation cathodique, ajoute une diffculté supplémentaire : il y a peude matière qui interagit avec la lumière et il faut composer avec la présence dusubstrat. Afin d'étudier les phénomènes photoinduits, il a été nécessaire d'adapterdes techniques expérimentales déjà existantes telles que la spectroscopie pompe-sonde, qui permet d'étudier la dynamique électronique ultra-rapide (inférieure à lananoseconde) et les capteurs au quartz piezoélectrique qui permettent de mesurerla masse volumique et les modules mécaniques du matériau déposé à leurs surface.Des essais préliminaires de résonance en transmission ont été également réalisés etsont prometteurs. Une machine de DMA (Dynamical Mechanical Analysis) a étéspécialement conçue au laboratoire afin de réaliser une étude dynamique des verres de chalcogénures sous formes de fibres et de films minces. Toutes ces techniquesexpérimentales permettent d'étudier les effets photoinduits à différentes échelles detemps et de mieux les expliquer. / This work aims to understand photoinduced phenomena in chalcogenide glasses. These phenomena are known for years but yet not fully understood. Studying thin films, deposited by co-sputtering here, adds an other difficulty : the light-matter interaction takes place in a small amount of matter and it is inevitable to deal with the substrate. To study these photoinduced effects, it was necessary to adapt some already existing methods such as pump-probe spectroscopy which measures ultrafast electronic dynamics (less than a nanosecond), piezoelectric quartz sensors which gives density and mechanical modulus of the materials deposited on. Preliminary tests were run to investigate optical transmission resonance and are promising. A DMA machine (Dynamical Mechanical Analysis) was especially designed in the laboratory to study the behaviour of fibers and films. All these experimental setups allow to study photoinduced phenomena at various timescale and to better understand them.

Orientador: David Mendez Soares / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T17:51:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomide_AndrezaBarbosa_D.pdf: 5782130 bytes, checksum: 73ea74eba4132f68eced1394071826de (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Frente à complexidade estrutural e funcional das membranas biológicas, a construção de membranas modelo sobre suporte sólido surge como uma resposta para o estudo daquelas. Para acessar as propriedades estruturais e funcionais de uma membrana biológica é fundamental que a membrana modelo seja capaz de refletir a interface membrana/ambiente aquoso. Portanto, foi feito um estudo da água frente à superfície sólida e verificou-se que a água frente a superfícies pode apresentar estrutura e propriedades físicas como densidade, viscosidade, constante dielétrica, etc. diferentes da águas da massa líquida (bulk water). Também investigamos a formação de filmes de fosfolipídios sobre o eletrodo de ouro a partir de soluções de lipossomos. A microbalança de cristal de quartzo (QCM) mostrou os processos de adsorção de lipossomos à superfície do eletrodo de ouro, de ruptura e formação de filmes. Usando a técnica de filmes de Langmuir, determinamos a densidade de fosfolipídios em uma membrana modelo e comparamos com os resultados gravimétricos obtidos com a QCM. Com a técnica de miscroscopia de força atômica (AFM) usando medidas de força vs. distância, detectamos a espessura do filme de DMPC (6 nm). Além disso, mostramos que na presença de uma solução 0,5 M de H2SO4 o filme formado apresenta uma rugosidade na superfície que muda conforme o potencial aplicado ao eletrodo / Abstract: Faced with structural and functional complexity of biological membranes, the construction of model membranes on solid support appears as a response to the study of those. To access the structural and functional properties of a biological membrane, it is crucial that the membrane model is able to reflect the interface membrane/aqueous environment. Therefore, a study was made of water contacting a solid surface. It was found that water close to surfaces can have structure and physical properties (as density, viscosity, dielectric constant, etc..) different from bulk water. We also investigated the formation of phospholipid films on the gold electrode from solutions of liposomes. The quartz crystal microbalance (QCM) showed the adsorption of liposomes to the surface of gold electrode, breakdown and formation of a film. Using the technique of Langmuir we determined the density of phospholipids in a membrane model and compared with the gravimetric results obtained with the QCM. With the atomic force microscope (AFM) using the force vs. distance measurement we detected a 6 nm thick DMPC film on the electrode. Furthermore, we showed that in the presence of a 0.5 M solution of H2SO4 the film formed on the surface has a roughness that changes with the applied potential to the electrode / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências

Ce travail de thèse a été réalisé, dans le cadre de la convention CIFRE 1538/2010, au sein d'adixen Vacuum Products (aVP) à Annecy (France). Il a été en partie financé par le projet S.P.A.M. (Surface Physics for Advanced Manufacturing). Il s'agit d'un projet ITN financé par le programme Pierre et Marie Curie de la Communauté Européenne rassemblant des partenaires universitaires et industriels dont aVP. L'objectif de ce programme était de contribuer à l'étude et au développement de la lithographie et en particulier la lithographie à ultraviolet extrême (EUVL). Ce travail porte sur la problématique de la contamination moléculaire dans l'industrie des semi-conducteurs ainsi que les besoins de maitrise de contamination pour la photolithographie EUVL. Pour ce faire, des modèles mathématiques de sorption ont été recherchés, testés et validés à l'aide d'une microbalance à quartz (QCM). Cette technique, possédant une très haute sensibilité (au niveau du ng), permet d'étudier les phénomènes de sorption relatifs à tout matériau déposable sur un cristal de quartz mis au contact de différents gaz dont la pression partielle est maitrisée. Par conséquent, le protocole détaillé dans cette thèse peut être utilisé pour d'autres types d'expériences dans toute discipline nécessitant une telle précision. Le déroulement de notre plan d'expérience comprend deux types de matériaux naturellement différents : un polymère (PCBA) d'une part et deux substrats métalliques (SS AISI 304 et CuC1) d'autre part pour lesquels le transfert de masse n'intervient pas de la même manière. Les gaz d'étude ont été sélectionnés pour leur intérêt dans l'industrie des semi-conducteurs (vapeur d'eau, HF). Le résultat de l'interaction des gaz d'étude avec les substrats ciblés est suivi en direct par la QCM, ce qui permet non seulement de valider et/ou améliorer les modèles mathématiques déjà disponibles dans la bibliographie mais aussi de les ajuster aux données obtenues expérimentalement. Nous pouvons ainsi non seulement prévoir le comportement des contaminants à l'équilibre (isothermes) et à l'état transitoire mais aussi réaliser des estimations de sorption à des températures autres que celles retenues pour notre plan d'expérience / This thesis was carried out within the framework of the CIFRE 1538/2010 convention at adixen Vacuum Products (aVP) in Annecy (France). It is has been partly funded by the ITN project SPAM (Surface Physics for Advanced Manufacturing). SPAM is an ITN project funded by the Pierre and Marie Curie program of the European Community bringing together academic institutions and industrial partners including aVP. The objective of this program was to contribute to the study and development of lithography and extreme ultraviolet lithography (EUVL). This work deals with the issues caused by the airborne molecular contamination (AMC) in the semiconductor industry and their control needs in EUVL and the current photolithography. In order to tackle the problem, sorption mathematical models have been investigated and validated using a quartz crystal microbalance (QCM). This technique, which confers a high sensitivity (ng level), allows the study of the sorption phenomena related to any deposable material onto a quartz crystal in contact with different gases whose concentrations are accurately controlled. Consequently, the protocol detailed in this thesis may be used for other types of experiments in any discipline requiring such precision. The conduct of our experimental plan includes two types of naturally different materials: a polymer (PCBA) on the one hand and two metallic substrates (stainless steel AISI 304 and CuC1) on the other hand, for which the matter transfer does not occur in the same manner. Studied gases were selected for their interest in the semiconductor industry (water vapor, HF). The resulting interaction between the studied gases and the targeted substrates is continuously followed by the QCM, which allows not only to validate the mathematical models already proposed by the literature but also to fit the experimentally obtained data. This enables us not only to predict the behavior of the AMC at equilibrium (isotherms) and the transient state but also to provide sorption estimations at temperatures other than those specified in our experimental plan

L’objectif principal de ces travaux de thèse était de comprendre l’impact de la chimie de surface de NPs lors de leur interaction avec des interfaces biologiques. Deux sortes de NPs cœurs-coquilles ont été étudiées : des NPs sphériques de silice mésoporeuse Fe3O4@MSN de 100 nm de diamètre, contenant un cœur magnétique et des NPs composées d’analogues de bleu de Prusse (ABP) de formes cubiques (BP), cuboïdes (FeNi), ou polyédriques Au@BP contenant un cœur d’or, de tailles comprises entre 47 et 67 nm. Ces NPs différent par leur taille, leur composition chimique et leur forme. Les NPs de silice mésoporeuse, particulièrement étudiées ces dernières années pour leurs potentielles applications médicales, ont été choisies pour estimer la pertinence du recours à des modèles membranaires supportés pour l’évaluation de la sécurité biologique de nanomatériaux pour la santé. Les NPs Fe3O4@MSN ont été synthétisées de façon homogène et reproductible. Ces NPs ont ensuite été fonctionnalisées, par greffage de groupements PEG sur la silice, ou recouvertes avec une bicouche lipidique. L’influence des propriétés de surface sur la stabilité en suspension de ces NPs a été caractérisée dans différents milieux. Les effets de ces NPs sur la viabilité cellulaire et la cinétique d’internalisation ont été suivis sur une lignée cellulaire d’hépato-carcinome humain HepG2. Afin d’appréhender la relation entre les propriétés de surface des NPs et leurs effets sur les cellules, l’interaction des NPs avec des modèles membranaires a été étudiée. Les interactions des NPs avec des modèles membranaires ont été suivies par microbalance à quartz (QCM-D) et résonance plasmonique de surface (RPS). Les NPs fonctionnalisées sont plus rapidement internalisées que les NPs natives, en particulier les NPs recouvertes de bicouches lipidiques, mais sont moins toxiques pour les cellules HepG2. La présence de protéines de sérum de veau fœtal induit la formation d’une couronne de protéines qui influence l’interaction des NPs natives avec les membranes. Par contre, les groupements PEG ou le recouvrement lipidique forment un encombrement stérique limitant l’adhésion des protéines à la surface, qui n’influencent donc pas l’interaction des NPs avec les membranes. D’autre part, les NPs d’ABP ont été recouvertes avec des bicouches lipidiques. Les NPs polyédrique Au@BP contiennent un cœur d’or pour leur conférer des propriétés plasmoniques. La forme des NPs, sphériques, cubiques, cuboïdes ou polyédriques, n’influence pas le recouvrement lipidique. Ces différentes NPs, agrégées à 150 mM de NaCl, sont stabilisées en suspension par la formation d’une bicouche lipidique supportée en surface. L’influence de la forme sur la sécurité biologique des NPs peut ainsi être étudiée, celles-ci ayant des propriétés de surface communes mais différentes formes. / This work is a part of a multidisciplinary project focused on the safety of nanoparticles (NPs) developed for theranostic applications. The goal of this thesis is to investigate the role of surface chemistry of NPs at the biological interface. Two types of core-shell NPs have been studied: spherical mesoporous silica Fe3O4@MSN, with a diameter of 100 nm and a magnetic core, and cubic, cuboid and polyhedral NPs composed of Prussian blue analogous, presenting sizes comprised between 47 and 67 nm. The polyhedral Prussian blue NPs Au@BP contain a gold core. The NPs present different sizes, shapes and chemical compositions. Mesoporous silica NPs (MSN), particularly studied for their potential medical applications, have been used to evidence the relevance of model membranes to investigate NPs safety. First, Fe3O4@MSN were homogeneously synthesized, in reproducible 100 mg batches. These NPs have been functionalized by PEG grafting and lipid coating. The influence of the surface properties on the NPs stability have been characterized in various media. A human hepatocarcinoma cell line HepG2 have been used to measure the cell viability and observe the uptake kinetics when the cells are incubated with Fe3O4@MSN. To rely the surface properties of the NPs to their cell effects, the interaction of NPs with membrane models have been studied. Quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) and surface plasmon resonance (RPS) were used to follow NPs-model membrane interactions. Functionalized NPs were uptaken faster than the bare ones, in particular lipid coated NPs, but were less cytotoxic for HepG2 cells. The presence of fetal calf serum proteins reduces the interaction of bare Fe3O4@MSN with model membranes, due to the protein corona that formed around the NPs. However, the presence of proteins doesn’t change NPs-model membranes interactions when NPs are functionalized by PEG grafting or coated with a lipid bilayer. The PEG groups and the lipid bilayers constitute a steric barrier which reduces the protein adhesion at the NPs surfaces. On the other hand, Prussian blue analogous NPs were also coated with lipid bilayers. The golden core of the polyhedral one’s confers localized plasmon properties. The lipid bilayer coating is equally performed on spherical, cubic, cuboid or polyhedral shapes of the various NPs. These different NPs are aggregated in high ionic strength conditions, with 150 mM NaCl, but dispersed when coated by lipid bilayer. The influence of the shape on the safety of the NPs may be compared, using these NPs with common surface coating but various shapes.

La datation directe de l’édification de maçonneries est l’objectif archéologique majeur de cette thèse qui s'inscrit dans un contexte interdisciplinaire. Il s’agit de mettre au point une méthode de datation des mortiers, matériaux de choix beaucoup plus représentatifs de la chronologie de l’édification que les briques ou les bois de charpentes qui peuvent être remployés. Les mortiers de chaux, constitués d'un mélange de chaux et de sable, peuvent être datés par luminescence optiquement stimulée : il s’agit en effet de remonter à la fin de la dernière exposition à la lumière des grains de sable qui ont été ajoutés à la chaux par les anciens bâtisseurs, ce qui correspond précisément à la fabrication du mortier au moment de l’édification. Les monuments datés dans ce travail forment un ensemble d’édifices de référence s'étendant de l'Antiquité gallo-romaine jusqu'à la fin du Moyen Âge, bien calés chronologiquement par les approches chronologiques indépendantes. L’objectif est de comparer la chronologie obtenue par OSL à celle connue et démontrer ainsi la validité de la méthode. La procédure de datation des mortiers par OSL est compliquée par plusieurs facteurs. D’abord, le blanchiment optique des grains de quartz du mortier n’est pas uniforme en raison de l’éventuelle faible durée d’exposition à la lumière. En plus, une faible ancienneté des objets à dater (2000 ans au maximum) implique des signaux de faible amplitude et la nécessité d’adapter le protocole de mesure. Enfin, particulièrement les mortiers grossiers peuvent être affectés par les effets microdosimétriques. Ces facteurs sont pris en compte dans le choix de méthodologie de datation qui comprend ainsi les étapes suivantes : la caractérisation du mortier par microscopie optique, par EDX-MEB et par imagerie beta, la mesure des doses archéologiques individuelles par la technique de monograin, la détermination de la dose annuelle et le calcul de la dose archéologique ou bien de l’âge. Cette dernière est une étape délicate car il s’agit de sélectionner dans les distributions des doses archéologiques individuelles les grains bien blanchis qui portent une information chronologique recherchée. Pour cela, les différentes approches statistiques habituellement utilisées en datation par luminescence sont testées. Cette thèse apporte une démonstration de la méthode et montre que dans de nombreux cas, elle peut produire des dates fiables. L’analyse individuelle de chaque grain est ici un seul moyen permettant d’obtenir des informations exactes sur la vraie nature du matériau étudié. / The heart of the proposed research lies in the possibilities of direct dating of historical constructions, the interdisciplinary issues of a high significance. The aim of this research is to put into practice a dating method dealing with mortars, the category of materials more convenient and much more representative for the chronology of buildings in comparison with bricks or wood constructions that may be reused. Lime mortars composed of the mixture of sand and lime can be dated by optically stimulated luminescence: the objective is to determine the last moment when the grains of sand have been exposed to light which corresponds exactly with the fabrication of the mortar at the moment of building. The monuments dated within this PhD. thesis constitute a group of reference structures from the Gallo-Roman antiquity to the Middle Ages well-dated by other independent chronological approaches. The objective is to compare the chronology obtained by OSL with the known one and thereby to proof the validity of the method. The OSL dating procedure of mortars is complicated by numerous factors. First of all, due to the short exposure to light the optical bleaching of quartz grains in mortar is not homogeneous. In addition, the young age of dated material (maximally 2000 years old) implies signals of a weak intensity and the necessity to adapt conveniently the measurement protocol. Finally, especially the coarse-grained mortars can be affected by the microdosimetric effects. All these factors are taken into account when selecting a convenient dating methodology comprising the following stages: characterization of mortar by optical microscopy, by SEM-EDX and by beta autoradiography, the measurement of individual archaeological doses by the single grain technique, the determination of the annual dose and the calculation of the archaeological dose and of the age. The latter stage is a tricky one; it is necessary to select from the measured distribution of archaeological doses the well-bleached grains that contain the right chronological information. In this context, different statistical approaches usually used in luminescence dating are tested. This thesis brings a demonstration of the OSL dating method and shows that in many cases we can get reliable dates. The individual analysis of each grain is here the only way how to get the precise information about the nature of the studied material.

The recent discovery of the 31-km-wide Hiawatha impact crater has raised unanswered questions about its age, impactor and highly unusual organic carbon component. Previous research suggests a fractionated iron meteorite impactor, a probable maximum 3–2.4 Ma impact age and a possible Younger Dryas impact age. The first objective in this study has been to investigate a possible link between the Cape York meteorites and the Hiawatha impact crater by comparing the chromium isotopic signature in chromite from a Cape York meteorite with the chromium isotopic signature in potential chromite from the Hiawatha impactor. The second objective has been to investigate a possible Hiawatha signature in the Younger Dryas deposits from Baffin Bay. The third objective has been to study the organic carbon component in impactites derived from the Hiawatha impact crater. Heavy mineral grains were separated from glaciofluvial sediment which contains Hiawatha impactite grains. Not a single chromite grain was found and the possible link to the Cape York meteorites could not be tested. The petrographic examination of Younger Dryas marine deposits resulted in absence of impact-related Hiawatha grains. A petrological investigation revealed that organic carbon was likely found in five of six variably shocked impactites derived from the Hiawatha impact crater. The character of the organic carbon varies between the samples and also within individual samples. Vitrinite reflectance measurements of the organic carbon in two impactites yielded low reflectance values compared to charcoalification experiments of wood. Organic particles with different reflectance in the same sample suggest that the particles had different impact histories prior to settling and becoming a rock. Diagnostic conifer cellular texture was found in at least one of the samples. The character of the organic particles in the impactites supports the suggestion in a previous study that the sources of the Hiawatha organic carbon component are unmetamorphosed surficial deposits containing dead conifer tree trunks and fine-grained layered clay and organic matter.  In this study it is concluded that the apparent absence of chromite in the examined glaciofluvial sediment sample corroborates the significance of previous research which suggests that the Hiawatha impactor was an iron meteorite. The apparent absence of impact related grains in the Younger Dryas deposits suggests that although a Younger Dryas age for the Hiawatha impact crater is less likely now, the possibility remains open. The organic carbon with diagnostic conifer cellular texture in the Hiawatha impactites corroborates the conclusion in a previous study that the Hiawatha impact-related organic carbon component stems from local, thermally degraded conifer trees with a probable age of ca. 3–2.4 Ma. It is also concluded that the relatively low reflectance values of the organic carbon in the Hiawatha impactites seem to be related to the short duration of the high-temperature excursion during the hypervelocity impact event.

Depuis plusieurs années, le département Temps-Fréquence de l’institut FEMTO-ST mène une étude sur le comportement des résonateurs à ondes acoustiques de volume à énergie piégée dans des cristaux à quartz à température cryogénique, typiquement proche de 4 K. Les performances en termes de coefficient de qualité mécanique relevé à ces températures, plusieurs milliards à quelques dizaines de MHz, font des cavités acoustiques en quartz de bons candidats pour des sources de fréquences cryogéniques ultrastables.Les travaux présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans la continuité de ce programme d’étude. Ils visent à consolider l’intérêt du quartz mais aussi à envisager des solutions alternatives à base de matériaux à très faibles pertes acoustiques mais non piézoélectriques pour lesquels l’excitation optique est une alternative crédible. Les présents travaux peuvent être résumés en trois parties majeures :- La première partie a été réalisée dans le but de déterminer une coupe de quartz possédant un point d’inversion sur sa caractéristique fréquence-température aux températures cryogéniques. La seule régulation de température du résonateur d’une source de fréquence ultrastable est en effet insuffisante sans l’existence d’un tel point qui doit servir de point de fonctionnement à la régulation thermique. La recherche d’une coupe compensée a nécessité une campagne préliminaire de mesure des coefficients de température des coefficients élastiques du matériau, inconnus à basses températures. Il a alors été possible, à partir de la connaissance de ces coefficients, d’identifier par le calcul puis de réaliser une coupe remplissant les conditions recherchées.- La seconde partie a pour objectif de faire la preuve de concept consistant à utiliser une cavité acoustique en quartz en cavité optique. Dans sa version de base, le résonateur à quartz à onde de volume piégée est plan-convexe (pour assurer le piégeage) et à électrodes (métalliques pour assurer l’excitation électrique !) déposées sur chacune de ses faces. Il est démontré, théoriquement et expérimentalement, qu’une telle géométrie fonctionne en cavité optique, avec son avantage de simplicité mais avec ses limites. Cette structure de base doit être mise à profit pour le couplage optomécanique abordé en troisième partie et constitue le socle de conception de dispositifs optomécaniques plus performants.- La troisième partie est consacrée à l’évaluation de la pertinence du couplage optomécanique de tels dispositifs fonctionnant à température cryogénique. Une étude portant sur la quantification théorique du couplage optomécanique que peut atteindre une telle cavité a été réalisée. / For a few years, the Time and Frequency department in FEMTO-ST Insitute has been leading research about the behavior of Bulk Acoustic Wave (BAW) trapped in quartz crystal at cryogenic temperatures (near 4K).The measured quality factor are around a few billions at few tens of MHz for such temperatures. Acoustical quartz cavities are therefore good candidates for ultrastable cryogenic frequency sources. The work presented here is in the natural continuation of the research cited above. They aim at strenghtening the interest for quartz crystal, but also to consider alternative solutions with non-piezoelectric material with very-low acoustical losses, for which optical excitation is an option. The following work can be summed up in three main parts:- The first part is about the determination of a quartz crystal cut for which a turnover point exists in the frequency-temperature curve in the cryogenic region. Indeed, it is not enough to barely control the temperature in an ultrastable frequency source. Such a turnover point needs to be the operation point for thermal regulation. Searching a compensated cut arose the need for a preliminary measurements campaign of thermal coefficients of elastics coefficients of the material, which were unknown at low temperature. It was then possible, based on these coefficients, to calculate and even realize a cut fulfilling the required condition.- The second part had the objective to demonstrate conceptually that using a quartz acoustical cavity as an optical cavity was feasible. In its basic scheme, a BAW quartz resonator is plano-convex (to ensure the trapping of the acoustic wave) and has electrodes (metal-made to ensure electrical excitation) deposited on each face. It has been demonstrated, both theoretically and experimentally, that such a geometry works fine as an optical cavity, with its corresponding advantages and limitations. This scheme is used for the optomechanical coupling discussed in the third part and constitutes the very base for more efficient optomechanical devices.- The third part is dedicated to the evaluation of how efficient will such devices be while functioning at cryogenic temperature. A theoretical quantification of the optomechanical coupling that these cavities might reach is also presented.

Functionalized membranes provide an elegant platform for selective separations and sorptions. In this dissertation, application of functionalized membranes for surfactant and metal sorption studies are discussed. Sorption behavior of surfactants is also studied using quartz crystal microbalance (QCM) and other techniques. Adsorption of the ethoxylated surfactants on polymeric materials (cotton and polyester) and model gold surface was quantified from a non-aqueous siloxane based solvent (D5) and water. The role of ethylene oxide group and the effect of nature of polymeric materials on adsorption behavior was quantified and established. In the case of gold-water interface, the adsorption data was fitted to calculate adsorption/desorption rate constants. The study is important towards applications involving use of the surfactants in cleaning operations. PAA functionalized membranes were prepared and used for separation of the surfactants from the siloxane solvent. Finally the pH sensitivity of the PAA-surfactant complex was verified by successful regeneration of the membrane on permeation of slightly alkaline water. The preparation and application of thiol and sulfonic acid functionalized silica mixed matrix membranes for aqueous phase metal ion sorption is also studied. The functionalized particles were used as the dispersed phase in the polysulfone or cellulose acetate polymer matrix. The effects of the silica properties such as particle size, specific surface area, and porous/nonporous morphology on the metal ion sorption capacity were studied. Silver and ferrous ions were studied for metal sorption capacities. The ferrous ions were further reduced to prepare membrane immobilized iron nanoparticles which are attractive for catalytic applications. One dimensional unsteady state model with overall volumetric mass transfer coefficient was developed to model the metal ion sorption using mixed matrix membrane. The study demonstrates successful application of the functionalized mixed matrix membranes for aqueous phase metal capture with high capacity at low transmembrane pressures. The technique can be easily extended to other applications by altering the functionalized groups on the silica particles. The study is important towards water treatment applications and preparation of membrane immobilized metal nanoparticles for catalytic applications.