L'expérience PAMPRE permet de produire des équivalents d'aérosols de l'atmosphère de Titan grâce à un plasma radio fréquence dans un mélange N2-CH4. Le premier objectif de cette thèse a été d'étudier le plasma afin de caractériser la source d'énergie permettant d'amorcer cette chimie. Des mesures de densité électronique montrent que celle-ci est plus faible dans les mélanges N2 -CH4 que dans l'azote pur. Une étude du plasma par spectroscopie optique d'émission montre que cette diminution de densité d'électrons peut être compensée par une augmentation de leur énergie pour maintenir la décharge. Le second objectif est une étude de la croissance des aérosols par des mesures ex situ et in situ Les observations d'aérosols au MEB mettent en évidence l'influence des paramètres du plasma sur la taille des poudres: pour des proportions élevées de CH4 ou des débits de gaz faibles (minimisant ainsi la force de traînée), les particules sont plus grosses, et peuvent atteindre 1 µm de diamètre. En pulsant le plasma, avec une durée d'allumage de 10 s, les aerosols obtenus ont un diamètre proche de celui des aerosols de Titan (90 nm). L'étude en mode pulsé a également permis de mesurer le temps de formation des aérosols, de quelques dizaines de secondes. Ce temps est réduit à pression élevée ou à concentration de CH4 faible. Enfin, un diagnostic de mesure de lumière diffusée a été conçu pour étudier la croissance in situ en temps réel. Les variations du degré de polarisation mesurées sont reproduites par un code de diffusion de Mie, et permettent de déduire la variation du rayondes particules au cours du temps. Les vitesses de croissance obtenues sont de l'ordre de 4 nm/ s.

Le travail de cette thèse s'inscrit dans le cadre du développement du programme S.E.T.U.P. (Simulations Expérimentale et Théorique Utiles à la planétologie) dont l'objectif est d'effectuer des simulations représentatives de l'atmosphère de Titan et de déterminer les processus physico-chimiques qui y sont impliqués. Pour ce faire, un dispositif expérimental combine deux types de dépôts d'énergie (électrons et photons) représentatifs des processus de dissociation des molécules N2 et CH4 qui composent majoritairement l'atmosphère de Titan. De plus, une technique d'analyse par spectroscopie laser doit permettre d'identifier et de quantifier des produits et donc de suivre l'évolution du mélange réactionnel in situ en temps réel.La méthodologie adoptée pour la mise en œuvre des expériences de simulations a été de caractériser l'ensemble des étapes depuis les sources énergétiques jusqu'à l'analyse des produits et de développer les outils de modélisation nécessaires à l'interprétation des expériences.Dans un premier temps, il s'est agit de mieux caractériser les deux types de photolyse du méthane envisagés. En effet, il est prévu d'utiliser soit une lampe UV délivrant un rayonnement à Lyman-α (121,6 nm) soit un laser excimère KrF pulsé délivrant un rayonnement à 248 nm. Ce dernier doit en effet permettre des études cinétiques concernant les espèces à courte durée de vie. Des expériences d'irradiation de CH4 et d'un mélange N2/CH4 aux deux longueurs d'onde ont été menées puis simulées grâce à un modèle 0D.L'analyse fine des résultats issus des irradiations de CH4 à Lyman-α montre que des travaux complémentaires sont nécessaires pour comprendre les différences entre les expériences et le modèle chimique. En particulier, une caractérisation de l'émission de la lampe s'est avérée indispensable et a été réalisée afin d'améliorer la compréhension de la chimie mise en jeu. Les résultats obtenus lors de l'irradiation à 248 nm suggèrent que la source laser utilisée pourrait provoquer l'ionisation de CH4 et induire une chimie ionique qui n'était pas envisagée au départ. Ce type d'irradiation pourrait se révéler intéressant pour étudier les processus ionosphériques de l'atmosphère de Titan. En revanche, cette source doit être abandonnée pour l'étude de la chimie des neutres. Une source pulsée à Lyman-α devra être développée.Dans un deuxième temps, trois types d'expériences préliminaires de simulations de l'atmosphère de Titan ont été effectuées. Afin de mieux comprendre l'importance relative de chaque source énergétique, des expériences dites de " plasma " où N2 et CH4 sont dissociés simultanément dans un plasma crée par décharge microonde, ont tout d'abord été menées. Ensuite, des expériences dites de " post-décharge " où CH4 est introduit dans l'enceinte après la dissociation de N2 par plasma, ont été conduites. Et enfin, des expériences dites de " couplage ", censées mieux représenter les processus de l'atmosphère de Titan où CH4, toujours introduit en post-décharge, est cette fois photodissocié à Lyman-α, ont été réalisées.Lors des expériences " plasma ", dix composés sont identifiés : HCN, NH3, HC3N, C2H2, C2H4, C2H6, C3H4, C4H2, HC5N et C6H2. Leur abondance est globalement en bon accord avec celle déterminée par les observations de la haute atmosphère de Titan dans la zone comprise entre 900 et 1200 km d'altitude validant ainsi le module plasma du dispositif. Lors des expériences " post-décharge " et " couplage ", seuls les composés azotés HCN et NH3 sont formés et cela indépendamment du fait que le CH4 subisse ou pas une irradiation UV. Ce résultat s'explique par le fait que le taux de photodissociation du CH4 se révèle très inférieur à la dissociation de N2 par les électrons, ce qui empêche une complexification chimique des hydrocarbures dans les simulations. Il s'avère donc indispensable de modifier la source de rayonnement à Lyman-α afin d'être beaucoup plus efficace en terme de flux.Les résultats acquis grâce à cette méthodologie " étape par étape " ont permis de mettre en évidence les paramètres qu'il faut impérativement maîtriser pour la mise en œuvre de simulations pertinentes de l'atmosphère de Titan. Ils définissent aussi l'orientation des futurs développements du projet SETUP

Since the achievement of the first results from the Cassini Huygens mission, Titan's aerosols present an astrobiological interest as their characterization enables to evaluate the prebiotic chemistry that occurred on the primitive Earth. To better understand the physical chemistry of the aerosols of Titan is important for scientists. The laboratory via analyzing the properties of tholins (analogues of Titan's aerosols) overcomes the difficulties for analyzing Titan's aerosols directly. In this thesis work, the research object is tholins produced by the PAMPRE experiment. Pyr-GC-MS analysis technique was used to characterize the composition and structure of tholins. The thermal stability and the properties change with the temperature have been realized by thermal degradation study. Finally, the evolution of organic aerosols after precipitation on the surface of Titan was also investigated through GC-MS analysis of tholins. The results obtained can be used to interpret data collected by observations of Titan from Earth or by the Cassini-Huygens probe, to better characterize the satellite and its evolution.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

This dissertation thesis deals with the evaluation of biocompatibility and osseointegration of nanostructured titanium materials used for dental implants. Bulk material topography and surface modification of titanium are currently of intense research mainly due to the significant impact on biocompatibility and improvement of osseointegration of dental implants. In the theoretical part are described types of titanium material and different methods of its surface modification. In vitro and in vivo biocompatibility and osseointegration tests are described as well. The experimental work consists of two parts of experiments. In the first experiment, we examined how grain size of nanostructured titanium material influences the behaviour of fibroblastic as well as osteoblastic cells growth on its surface. The experimentally obtained data were statistically analysed and discussed. Grain size was proven to be an important factor that influenced not only the strength of material but also its interactions with cells. The second experiment describes current methods used in the experimental evaluation of osseointegration of dental implants. The results of histological staining methods are illustrated and compared. A standardized and reproducible technique for stereological quantification of bone-implant contact...

L’avenir des nouvelles caméras embarquées pour l’astrophysique spatiale semble passer par unaccroissement du nombre de pixels et un fonctionnement à très basse température (en dessous de 0,1 K).Avec cette évolution, le nombre important de fils en sortie du détecteur refroidi représente souvent lacharge thermique prédominante sur la source froide (cryostat).Dans ce contexte, l’isolation thermique entre les différents circuits de détection est un point crucial pources caméras. Une brique technologique innovante a été développée pour apporter une solution présentantune excellente conduction électrique couplée à une grande isolation thermique. Cette innovation,protégée par un brevet, permet de résoudre cet apparent paradoxe. La solution proposée consiste enl’empilement d’un grand nombre de couches minces de matériaux supraconducteurs dans lesinterconnexions.La résistance thermique à chaque interface est dépendante des propriétés élastiques des matériaux,de la qualité des interfaces et de la température à laquelle le système fonctionne. A très basse température,le modèle AMM, couplé aux mesures des caractéristiques des matériaux composants la multicouche,permettent une estimation théorique de la résistance thermique pour une interface. Les mesures effectuéesavec les liaisons supraconductrices à forte résistivité thermique concordent avec les estimationsthéoriques. Nous avons ainsi pu mesurer des résistances thermiques de l’ordre de 3,3.105 K/W à 200 mKpour une multicouche composée d’une succession (62 interfaces) de couches minces de nitrure de titaneet de niobium sur une surface de 16 mm2. Dans les conditions d’utilisation prévues pour une camérarayons X de 4000 pixels microcalorimétriques, l’utilisation de cette brique technologique devrait assurerune charge thermique sur la source froide (à 50 mK) très inférieure au μW pour plus de 8000 pointsde contact. Ce dispositif pourra être utilisé à l’avenir dans nombre de projets cryogéniques, lorsqu’une excellenteisolation thermique associée à une excellente conduction électrique sera recherchée. / Future of the next camera onboard space observatories implies a major enhancement in number of pixelsand a very low operative temperature (below 0.1 K). In this evolution, the large number of output wiresfrom the cool detector is often responsible of the most important thermal load onto the cold bath(cryostat).In this context, the thermal insulation between the different detection circuits is the bottleneck for thesecameras. An innovative technological component, protected by a patent, has been developed to tackle thisproblem. This device has both an excellent electrical resistivity and a very high thermal resistivity.The proposed solution is a stack of thin superconducting layers at electrical interconnections.The thermal resistance at each interface relies on the elastic properties of the materials used, the quality ofthe interfaces and temperature. The AMM model used in conjunction with the measured materialcharacteristics allows a theorical estimation of the thermal resistance per interface. The measurementsundertaken with superconducting connections with very high thermal resistivity are very well describedby this AMM model. We have measured thermal resistances as high as 3.3 105 K/W @ 200 mKfor a multilayer of 62 interfaces built with titaniun nitride and niobium alternatively on a 16 mm2 array.In the conditions foreseen for a 4000 micro-calorimeters camera operating at 50 mK in X-rays,this multilayer technique should allow a thermal load onto the cold bath that is much lower that 1 mWfor more than 8000 contacts.

Titan, the largest moon of Saturn, is the only known moon with a fully developed nitrogen-rich atmosphere, its ionosphere is detectable as high as 2200 km above its surface and hosts complex organic chemistry. Titan’s atmosphere and ionosphere has striking similarities to current theories of these regions around Earth 3.5 billion years ago. The Cassini spacecraft has been in orbit around Saturn since 2004 and carries a wide range of instruments for investigating Titan’s ionosphere, among them the Langmuir probe, a “space weather station”, manufactured and operated by the Swedish Institute of Space Physics, Uppsala. This thesis presents studies of positive ions, negative ions and negatively charged dust grains (also called aerosols) in Titan’s ionosphere using the in-situ measurements by the Cassini Langmuir probe, supplemented by the data from particle mass spectrometers. One of the main results is the detection of significant (up to about 4000 cm-3) charge densities of heavy (up to about 13800 amu/charge) negative ions and dust grains in Titan’s ionosphere below 1400 km altitude. The dust is found to be the main negative charge carrier below about 1100 km on the nightside/terminator ionosphere, forming a dusty plasma (also called “ion-ion” plasma). A new analysis method is developed using a combination of simultaneous observations by multiple instruments for a case study of four flybys of Titan’s ionosphere, further constraining the ionospheric plasma charge densities. This allows to predict a dusty plasma in the dayside ionosphere below 900 km altitude (thus declaring it a global phenomenon), as well as to empirically estimate the average charge of the negative ions and dust grains to between -2.5 and -1.5 elementary charges. The complete Cassini dataset spans just above 13 years, allowing to study effects of the solar activity on Titan’s ionosphere. From solar minimum to maximum, the increase in the solar EUV flux increases the densities by a factor of ~2 in the dayside ionosphere and, surprisingly, decreases by a factor of ~3-4 in the nightside ionosphere. The latter is proposed to be an effect of the ionospheric photochemistry modified by higher solar EUV flux. Modelling photoionization also reveals an EUV trend (as well as solar zenith angle and corotational plasma ram dependencies) in the loss rate coefficient.

The understanding of the electrical properties of defects introducing deep levels in silicon is of prime technological importance in modern microelectronics. In this thesis, a comprehensive study of the transition metals titanium, cobalt, and nickel in silicon, and of their interaction with hydrogen is presented. The formed defects are detected and characterized by deep level transient spectroscopy (DLTS), Laplace DLTS, and minority carrier transient spectroscopy. A natural starting point for a study of metal-hydrogen reactions in silicon is the analysis of the effect of hydrogen on metal-free silicon. Complexes of hydrogen with carbon, which create deep levels in the band gap of silicon, are observed. Titanium introduces three levels into the band gap. The charge states determined in this thesis are in contradiction to the literature, questioning the assignment of these levels. Upon hydrogenation, TiH complexes with one, two, and three hydrogen atoms are identified. A proposition by theory that two different configurations of TiH with one hydrogen atom exist, can be supported. Cobalt is shown to have only one level in the band gap of silicon, whereas a second level previously attributed to cobalt is assigned to the cobalt-boron pair. Two CoH complexes are determined. Nickel has three levels in the band gap. Upon hydrogenation, complexes with up to three hydrogen atoms are identified. One of the defects can be observed in both n - and p -type silicon. For all three metals investigated, passive hydrogen complexes exist. They are created by further hydrogenation after the appearance of the above mentioned electrically active complexes. The thesis concludes with a comparison of the obtained results with those of neighboring elements to look for similarities and patterns. / Das Verständnis der elektrischen Eigenschaften von Defekten, welche tiefe Niveaus in der Bandlücke von Silizium erzeugen, ist von außerordentlichem Interesse für die moderne Mikroelektronik. In der vorliegenden Dissertation wird eine umfassende Untersuchung der Übergangsmetalle Titan, Kobalt und Nickel in Silizium und ihrer Wechselwirkung mit Wasserstoff vorgestellt. Die entstandenen Defekte werden mit Hilfe von Kapazitätstransientenspektroskopie (DLTS - deep level transient spectroscopy), Laplace DLTS und Minoritätsladungsträgertransientenspektroskopie (MCTS - minority carrier transient spectroscopy) beobachtet und charakterisiert. Für eine fehlerfreie Analyse der Metall-Wasserstoff-Reaktionen ist es sinnvoll, zuerst den Einfluss des Wasserstoffs auf metallfreies Silizium zu prüfen. Dabei wird die Bildung von Kohlenstoff-Wasserstoff-Komplexen, welche Niveaus in der Bandlücke von Silizium erzeugen, beobachtet. Titan besitzt drei Niveaus in der Bandlücke von Silizium. Die in dieser Arbeit bestimmten Ladungszustände stehen im Widerspruch zu den Literaturangaben, daher wird die Zuordnung dieser Niveaus in Frage gestellt. Die Reaktion von Titan mit Wasserstoff führt zu elektrisch aktiven Komplexen mit bis zu drei Wasserstoffatomen. Die Ergebnisse unterstützen einen Vorschlag aus der Theorie, nach dem der Komplex mit einem Wasserstoff zwei verschiedene Konfigurationen besitzen soll. Kobalt erzeugt ein Niveau in der Bandlücke. Ein weiteres Niveau, welches früher ebenfalls dem Kobalt zugewiesen wurde, kann dem Kobalt-Bor-Paar zugeordnet werden. Nach der Reaktion mit Wasserstoff können zwei CoH-Komplexe nachgewiesen werden. Nickel besitzt drei Niveaus in der Bandlücke und erzeugt elektrisch aktive NiH-Komplexe mit bis zu drei Wasserstoffatomen. Einer dieser Defekte kann sowohl im n - als auch im p -Typ Silizium beobachtet werden. Alle drei untersuchten Metalle besitzen elektrisch passive Komplexe, welche nach der weiteren Reaktion von Wasserstoff mit den aktiven Komplexen entstehen. Die Arbeit endet mit einem Vergleich der Ergebnisse mit denen benachbarter Elemente, um mögliche Ähnlichkeiten oder Muster zu erkennen.

Depuis leur découverte dans divers environnements astrophysiques, les anions polyyne CxH¯ (x = 2, 4, 6) et les anions cyanopolyyne CxN¯ (x = 1, 3, 5) ont reçu une attention considérable. Ces anions semblent jouer des rôles importants dans leur environnement. Cependant, les données à basse température sur les voies chimiques menant à leur formation et à leur destruction sont encore rares, en particulier ce qui concerne l'identité du produit et les ratios de ramification. Pour résoudre ce problème, nous nous sommes engagés dans la recherche de la réactivité de ces anions moléculaires en utilisant des instruments dédiés couplant des jets subsonique et supersonique avec des méthodes de spectrométrie de masse. De cette façon, nous avons étudié la réactivité des anions C3N avec le cyanoacétylène (HC3N) ainsi que la réactivité de CN¯, C3N¯, et C5N¯ avec l'acide formique (HCOOH) de 298 K à des températures aussi basses que 36 K. Nous rapportons dans ce travail le taux de vitesse, les produits, et les ratios de ramification de ces réactions. Ce travail aborde également la source prototype d'ions sélectionnée, qui a récemment été mis en place dans notre laboratoire afin d'étendre notre recherche à d'autres anions d'intérêt astrophysique (e.g. les anions CxH¯ et Cx¯). Une description de cet instrument ainsi que des résultats préliminaires sont présentés dans ce travail. Cette thèse, «Reactivity of Molecular Anions at Low Temperature: Implications for the Chemistry of the Interstellar medium and Titan’s atmosphere», a été réalisée au sein de l'Institut de physique de Rennes et de l'Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes. Mots-clés: astrochimie, atmosphère de Titan, anions moléculaires, cinétique en phase gazeuse, jet supersonique, spectrométrie de masse, source d’ions sélectionnée / Ever since their discovery in various astrophysical environments, polyyne anions CxH¯ (x = 2, 4, 6) and cyanopolyyne anions CxN¯ (x = 1, 3, 5) have received a considerable attention. These anions appear to be playing important roles in their environments. However, low temperature data on the chemical pathways leading to their formation and destruction is still scarce, especially regarding product identity and branching ratios. To address this issue, we have engaged in the investigation of the reactivity of these molecular anions by employing dedicated instruments coupling subsonic and supersonic flows with mass spectrometry methods. In this fashion, we have investigated the reactivity of C3N¯ anions with cyanoacetylene (HC3N) as well as the reactivity of CN¯, C3N¯, and C5N¯ with formic acid (HCOOH) from 298 K down to temperatures as low as 36 K. We report in this work the rate coefficient, the nature of the products, and the branching ratios of these reactions.This work also addresses the prototype selected ion source in our laboratory, which was recently implemented in order to extend our investigation to other anions of astrophysical interest (e.g. CxH¯ and Cx¯ anions). A description of this instrument as well as some preliminary results are presented in this work. This thesis, «Reactivity of Molecular Anions at Low Temperature: Implications for the Chemistry of the Interstellar medium and Titan’s atmosphere», was carried out at the Institut de Physique de Rennes and the Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes.Keywords: astrochemistry, Titan’s atmosphere, molecular anions, gas phase kinetics, supersonic flow, mass spectrometry, selected ion source

The subject of this diploma thesis is the use of knowledge of multidimensional regression models in practice. The first part describes the theoretical basis for regression analysis. Then further we focus on modeling theory and nonlinear multidimensional models. The next part describes a real problem. This is the width of kerf of titanium alloy using wire electrical discharge machining (WEDM). We apply most of the theoretical knowledge to this problem, and we use regression analysis using Minitab software. We will analyze the data from different perspectives and create several multidimensional regression models. In the last part we summarize the results obtained by the regression analysis.