International Telemetering Conference Proceedings / October 30-November 02, 1995 / Riviera Hotel, Las Vegas, Nevada / Recent narrow band imagery of the surface of Titan reveals a very non-uniform surface. While there are no global oceans of liquid ethane/methane as once conjectured, the imagery does suggest the possibility of seas or lakes of liquid ethane, methane, and other organic materials. If these exist, Titan could be considered a gigantic analog model of the Earth's climate system complete with land masses, moderately thick atmosphere, and large bodies of liquid. By studying the climate of Titan, we could gain further understanding of the processes and mechanisms that shape the Earth's climate. Reuse of existing technology and methods may be a way to speed development and lower costs for the global study of Titan. Surprisingly, one of the key technologies could be a Transit or Global Positioning System (GPS) descendant for use in tracking probes wandering the surface of Titan.

International Telemetering Conference Proceedings / October 17-20, 1994 / Town & Country Hotel and Conference Center, San Diego, California / Current theories concerning the surface of Titan postulate the existence of large, possibly oceanic, bodies of liquid ethane/ammonia plus various other chemicals. ESA's Huygens probe is designed to gather oceanographic data on Titan. If the postulated oceans or lakes do exist, follow up missions of an oceanographic nature will be planned. This paper provides a concept for a modified XBT (eXpendable Bathymetric Thermograph) probe design that will provide more data than just temperature as a function of depth. By judicious use of acoustic telemetering links, data on the sound speed profile and constituents of the ocean can be obtained. The exo-oceanographic data collected will have important ramifications for oceanographic studies on Earth.

Depuis une vingtaine d'années, l'atmosphère de Titan fait l'objet de très nombreuses observations et études théoriques. Ce système complexe pose beaucoup de questions, en particulier quant aux relations entre ses différentes composantes, microphysique des aérosols, photochimie et dynamique atmosphérique. Ce travail de thèse s'inscrit dans une volonté d'approfondir notre connaissance de ces interactions. Le développement d'un modèle photochimique à deux dimensions (altitude-latitude) permet le couplage entre photochimie, jusqu'à présent étudiée sur la seule dimension verticale, et dynamique atmosphérique, qui apporte une description plus pertinente du transport des espèces chimiques dans la basse atmosphère. Nous avons développé une description tridimensionnelle du flux ultraviolet permettant d'aborder les effets saisonniers sur l'ensemble de la planète. Les données photochimiques ont été mises à jour. La partie dynamique comprend la prise en compte de la circulation méridienne, ainsi que des diffusions turbulentes verticale et horizontale. Les simulations de la composition de l'atmosphère en fonction de la latitude et de la saison, complétées par des études de sensibilité et d'impact purement dynamique, démontrent le rôle de ce transport sur les profils latitudinaux observés dans la basse stratosphère par la mission Voyager. La comparaison entre les diverses observations et les simulations est globalement satisfaisante. Les incertitudes importantes sur les données chimiques restent une source majeure de difficultés. L'étude de la rétroaction radiative des variations de composition sur le champ de température a été abordée grâce à l'introduction du suivi de la composition dans le GCM. Cet outil, permettant un couplage complet entre photochimie, dynamique atmosphérique et microphysique des aérosols sera, une fois finalisé, un outil puissant pour l'étude des nombreuses données attendues de la mission Cassini-Huygens.

Kinetic data is presented for a variety of ion-neutral reactions which are relevant to the atmosphere of Titan and to the chemistry occurring in interstellar clouds. The data were recorded with a Selected Ion Flow Tube (SIFT) operating at room temperature (294 ± 4 K) and at a pressure of 0.46 Torr. Results of the recent Cassini-Huygens mission to Saturn and Titan have identified several species in the atmosphere of Titan not predicted by pre-Cassini models of the atmosphere. In order to determine the fate of three of these species (methylenimine, propionitrile and cyanodiacetylene) in Titan's ionosphere, their reactivity with the principal ions in Titan's upper ionosphere has been examined. As expected, collision rate proton transfer reactions dominate the chemistry with association channels also observed with many of the hydrocarbon ions. The results of the Cassini mission also identified several individual reactions as being of potential importance to models of Titan's atmosphere and this chemistry has also been examined. The above studies are also relevant to the interstellar medium where each of the neutral reactants have also been detected. The results of some proton transfer equilibrium studies are also presented. The gas phase basicities of propyne and acetylene have been determined to be 681 kJ mol⁻¹ and 617.4 kJ mol⁻¹ respectively. Their relative proton affinities can be estimated from these values. A combined experimental/theoretical study of the proton affinity of cyanodiacetylene (HC₅N) has enabled this value to be estimated at 770 ± 20 kJ mol⁻¹. Details of an attempt to complete the first laboratory measurement of the crucial reaction between H₃⁺ and atomic carbon are presented. The generation of atomic carbon in sufficient quantities for reaction in the SIFT was not possible with the microwave discharge source used. Other generation methods have also been explored with the laser photolysis of carbon suboxide expected to provide a possible solution to the problems encountered. The results of an investigation into the applicability of lithium ions (Li⁺) to SIFT-MS are presented. The lithium ions associated with each of the twenty-one neutral analytes examined to form pseudo-molecular ions. The association reactions were rapid (k ~ 10⁻⁹ cm³ s⁻¹) for large hydrocarbons but were much slower for smaller analytes (k < 10⁻¹¹ cm³ s⁻¹). In order to clarify some unusual experimental observations, the effect of water molecules on the observed chemistry has been examined in detail. The measured chemistry has important consequences for the applicability of Li⁺ to SIFT-MS where the presence and detection of an identifiable ion of the analyte is essential. Details of new SIFT operating software which can be run on a modern computer are given. Mass spectra and kinetic data recorded with the new software are also presented.

Abstract Objective Cranioplasty is routinely performed in neurosurgery. One of its underestimated problems is the high postoperative complication rate of up to 40%. Due to the lack of good prospective studies and the low number of patients (5–20 each year) receiving alloplastic materials, decisions in favor or against a certain material are based on subjective empirical or eco-nomic reasons. The main goal of this first prospective, randomized multicenter study in Germany of custom-made titanium and hydroxyapatite (HA) implants was to compare lo-cal and systemic infections related to the implant within the first six months after implanta-tion. Secondary objectives included comparing reoperation rates, the complication rate, clinical and neurological outcome, and health-related quality of life. Methods The study included patient screening and randomization 6–8 weeks before operation, pre-, intra and postoperative documentation until discharge, and postoperative follow-ups after one and six months. Approval for the study was obtained from the local ethics committee. The study design was published on www.clinicaltrials.gov. Results A total of 52 patients were included in the study. The rate of local, implant associated wound infection in the HA group was 2 out of 26 (7.7%) patients and 5 out of 24 (20.8%) patients in the titanium group (p=0.407 n.s.). Systemic inflammation within six months after operation affected none of the patients in the HA group and 4 out of 24 (37.5%) pa-tients in the titanium group (p=0.107 n.s.). In both groups, 7 patients had to be reoperated after the six-month follow-up (26.9% in the HA group and 29.2% in the titanium group; n.s.). Re-surgery with explantation was necessary in 3 patients in each group (11.5% in the HA group and 12.5% in the titanium group; n.s.). The results demonstrated a significantly higher number of epidural hematomas in the HA group compared to none in the titanium group. Altogether, 46 AE were measured in 27 patients (54%). An improvement of the neurologi-cal outcome after six months was experienced by 43% of the patients in the HA group and 26.3% in the titanium group (p=0.709 n.s.). Conclusion The study emphasizes that cranioplasty is a high-risk intervention. Compared to tita-nium, HA shows a benefit in the infection rate and the neurological outcome, but has at the same time a higher postoperative risk for epidural hematoma. Depending on the individual conditions both materials have their place in future therapy of cranioplasty.

In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, die experimentellen Parameter für eine erfolgreiche elektrochemische Abscheidung sowohl von Struvit (MgNH4PO4 • 6H2O) als auch Newberyit (MgHPO4 • 3H2O) auf durch Sandstrahlen aufgeraute Titanproben zu ermitteln. Welche der beiden Phasen auf den Titanoberflächen abgeschieden wurde, hing dabei hauptsächlich von der jeweiligen Elektrolytzusammensetzung ab. Bei der Elektrodeposition selbst erwiesen sich eine Elektrolyttemperatur von 50 °C und Stromdichten von etwa 79 – 105 mA/cm2 als optimal, um geschlossene Schichten von hinreichender Dicke reproduzierbar herzustellen. Es zeigte sich, dass die für die jeweiligen Abscheidungsprodukte optimierten Parameter (79 mA/cm2 für Struvit und 105,3 mA/cm2 für Newberyit) zu deutlich unterschiedlichen Massenabscheidungen (4,4 mg/cm2 für Struvit und 0,6 mg/cm2 für Newberyit bei einer Beschichtungsdauer von 15 min) führten. Das Monohydrat Dittmarit (MgNH4PO4 • H2O) ließ sich nicht direkt abscheiden, konnte aber durch Dampfsterilisation von zuvor erzeugten Struvitschichten in einem Autoklaven erzeugt werden. Um das Verhalten der Oberflächenmodifikationen in einer in-vivo-Umgebung zu simulieren, wurden die Beschichtungen für eine maximale Dauer von 14 Tagen in Simulated Body Fluid (SBF), Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) und in fötalem Kälberserum (FCS) eingelagert. In bestimmten Zeitabständen wurden eingelagerte Proben ihrem Medium entnommen, getrocknet und die Schichten mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie und der Rasterelektronen-mikroskopie hinsichtlich ihrer kristallographischen und morphologischen Eigenschaften charakterisiert. Dabei zeigten die drei Magnesiumphosphate jeweils unterschiedliches Degradationsverhalten in den verschiedenen Einlagerungsmedien. Struvit wandelte sich nach 14 Tagen in DMEM teilweise, in FCS größtenteils und in SBF vollständig zu Bobierrit (Mg3(PO4)2 • 8H2O) um. Ein ähnliches Verhalten zeigte sich bei Dittmarit, allerdings kam es hier in allen Medien zur Bildung einer weiteren Phase (Tri-Magnesium-Di-Phosphat-5-Hydrat, Mg3(PO4)2 • 5H2O), in FCS bildete sich zusätzlich noch Di-Magnesiumphosphathydroxid-4-Hydrat (Mg2PO4OH • 4H2O). Die Newberyit-Schichten hingegen zeigten keinerlei Phasenumwandlungen, lösten sich aber in den Einlagerungsversuchen teilweise auf. Diese Ergebnisse zeigen, dass elektrochemisch erzeugte Beschichtungen auf Magnesiumphosphatbasis durchaus vielversprechend im Hinblick auf die funktionelle Modifikation metallischer Implantatoberflächen sind. Neben den literaturbekannten positiven Eigenschaften der Magnesiumphosphate (gute Zytokompatibilität, hohe Löslichkeit und mechanische Festigkeit) ist für zukünftige Forschungen vor allem das in dieser Arbeit untersuchte Degradationsverhalten von Interesse. Die in fast allen untersuchten Kombinationen aus Schichtmodifikation und Einlagerungsmedium auftretenden Phasenumwandlungen weisen auf durch die physiologische Umgebung hervorgerufene Resorptionsprozesse hin, die wiederum in vivo die Osteointegration des Implantats unterstützen könnten. Ein weiterer Aspekt zukünftiger Untersuchungen ist die mögliche Beladung der biokompatiblen Schichten mit bioaktiven Substanzen (antibakterielle oder osteointegrative Wirkstoffe sowie Metallionen zur Unterstützung bzw. Steuerung biologischer Prozesse im implantatnahen Bereich). Hier könnten die unterschiedlichen Degradationsmechanismen der verschiedenen untersuchten Magnesiumphosphat-Modifikationen die Grundlage für kontrollierte und maßgeschneiderte Freisetzungskinetiken liefern.

Le travail de thèse porte sur l'analyse des spectres infrarouges thermiques de l'atmosphère de Titan enregistrés par l'instrument CIRS (Composite InfraRed Spectrometer), à bord de la sonde Cassini. L'objectif est d'inverser les distributions verticales de la température et des abondances des espèces minoritaires entre 100 et 500 km à plusieurs latitudes afin d'en étudier les variations latitudinales. L'instrument CIRS est un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier observant dans la gamme spectrale 10-1400 cm-1 qui présente de nombreuses signatures dues aux bandes de rotation-vibration de CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CH3C2H, C3H8, C4H2, C6H6, HCN, HC3N et CO2. Les intensités de ces bandes dépendent à la fois de la température et de l'abondance de ces constituants. Il est donc nécessaire de connaître le profil de température avant de déduire les abondances des différents constituants. Le profil de température est déduit de l'intensité de la bande v4 de CH4 centrée à 1305 cm-1. En effet, l'abondance de CH4 est connue et a été mesurée in situ par la sonde Huygens. En utilisant cette abondance et en modélisant les spectres observés, il est possible d'en déduire la température. Pour cela, nous utilisons un code d'inversion qui résout l'équation de transfert radiatif en utilisant simultanément plusieurs spectres acquis avec une géométrie au limbe et au nadir et sondant différentes altitudes. Il est ainsi possible d'inverser le profil de température à une latitude donnée entre 100 et 500 km. J'ai effectué ce travail pour cinq latitudes : 56°S, 13°S, 56°N, 82°N et 83°N. J'ai ensuite utilisé ces profils de température inversés pour déduire, aux mêmes latitudes, les profils d'abondance des molécules minoritaires citées ci-dessus qui émettent principalement dans la gamme 600-1100 cm-1. J'utilise un algorithme d'inversion combinant à la fois les spectres au limbe et au nadir afin d'en déduire les profils d'abondance des molécules citées ci-dessus (hormis CH4). Une comparaison avec les observations précédentes (sonde Voyager et observations au sol) et les prédictions des modèles photochimiques a été réalisée. Enfin, la dernière partie de mon travail de thèse est consacrée à l'étude des rapports isotopiques 13C/12C et 15N/14N dans le HCN, ainsi que le rapport D/H mesuré dans C2H2. Les résultats obtenus pour différentes latitudes, ainsi que leurs implications concernant l'atmosphère de Titan sont présentés.

Saturn’s largest moon, Titan, presents a very interesting subject for study because of its atmosphere’s complex organic chemistry. Processes taking place there might shed some light on the origins of organic compounds on Earth in its early days. The international spacecraft Cassini-Huygens was launched to Saturn in 1997 for a detailed study of the gas giant and its moons, specifically Titan. The Swedish Institute of Space Physics in Uppsala has manufactured the Langmuir probe instrument for the Cassini spacecraft now orbiting Saturn, and is responsible for its operation and data analysis. This project concerns the analysis of Titan’s ionosphere measurements from this instrument, from all “deep” flybys of the moon (&lt;1400km altitude) in the period October 2004 - April 2010. Using the Langmuir Probe analysis tools, the ion flux is derived by compensating for the atmospheric EUV extinction (that varies with the photoelectron current from the probe). The photoelectron current emitted from the probe also gives an artifact in the data that for this project needs to be deducted before analysis. This factor has already been modeled, while the extinction of Titan’s atmosphere has only been taken into account on event basis (not systematically). The EUV corrected ion flux data is then used to derive the ion number density in Titan’s atmosphere, by setting up an average ion mass altitude distribution (using the Ion Neutral Mass Spectrometer results for comparison) and deriving the spacecraft speed along the Cassini spacecraft trajectory through Titan’s ionosphere. The ion number density results proved to correlate very well with the theoretical ionospheric profiles on the day side of Titan (see graphical representation in the Results section). On the night side, a perturbation of the ion flux data was discovered by comparison with Ion Neutral Mass Spectrometer data, supporting earlier measurements of negative ions reported by Coates et al 2009. The project was carried out at the Swedish Institute of Space Physics (Institutet för Rymdfysik, IRF) in Uppsala. / Saturnus största måne Titan är ett väldigt intressant forskningsobjekt på grund av dess atmosfärs komplexa organiska kemi. Processer som pågår i Titans täta atmosfär kan hjälpa oss att förstå ursprunget till organiska föreningar på Jorden i dess unga ålder. Den internationella rymdsonden Cassini-Huygens blev uppskjuten mot Saturnus 1997, för att i detalj undersöka gasjätten och dess månar, speciellt Titan. Institutet för Rymdfysik (IRF) i Uppsala är ansvariga för operation och dataanalys av Langmuirsonden ombord Cassini som ligger i omloppsbanan kring Saturnus sedan 2004. Detta projekt omfattar analys av Langmuirsondens mätningar av Titans jonosfär från alla ”djupa” förbiflygningar av månen under perioden oktober 2004 – april 2010. Med hjälp av analysverktygen för Langmuirsonden, tas jonflödet fram efter kompensation för den atmosfäriska EUV extinktionen som ger upphov till fotoelektronströmmen från sonden. Fotoelektronströmmen som utsänds från proben ger en artefakt i data och måste (för detta projekt) korrigeras före analysen. Denna faktor är redan bestämd, men extinktionen av Titans atmosfär har endast korrigerats för i enstaka fall. Det korrigerade datat används för att få fram jondensiteten i Titans atmosfär genom att en genomsnittlig jonmass/höjd fördelning antas (jämförs med resultat från INMS-instrumentet) och kombineras med den beräknade hastighet som Cassini håller i banan genom jonosfären. Projektet utfördes vid Institutet för Rymdfysik, Uppsala.

Thèse de doctorat : Chimie et science des matériaux : Paris 12 : 2007. / Thèse uniquement consultable au sein de l'Université Paris 12 (Intranet). Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. : 221 réf.

Thèse de doctorat : Sciences de l'univers et de l'environnement : Paris 12 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. : 188 réf.