Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Poussière carbonée“

Dans les régions sahariennes de l’Algérie, l’eau souterraine constitue la seule alternative pour satisfaire les besoins vitaux des habitants, consommation et irrigation. Pour cela, la solution la plus utilisée est le pompage de l’eau par des groupes électrogènes de faible capacité. Le rendement global le plus élevé pouvant être atteint par les moteurs en question est d’environ 42 %, le reste de l’énergie étant des pertes thermiques et dans la plupart des cas, fournissent une puissance beaucoup plus supérieure à celle qui est demandée par la charge ce qui accroît donc les pertes. D’autre part, ces systèmes d’énergie polluent l’atmosphère avec des poussières, des gaz, tels que le dioxyde de carbone, les oxydes d’azote et de soufre, déclarés comme étant les plus dangereux pour la santé humaine. L'objectif de cet article est de présenter une méthode pour l’estimation du coût du m3 d’eau pompé par des systèmes PV en tenant compte d’une part des réductions de gaz à effet de serre (GES) et des réalités du marché algérien d’autre part.

Cette thèse s’intéresse aux signatures spectroscopiques des nano-particules carbonées dans l’infrarouge proche et moyen dans les disques protoplanétaires. Ces signatures sont largement observées dans le milieu interstellaire et les galaxies et représentent ainsi un outil essentiel pour étudier les conditions physiques qui y règnent. Notamment, leur étude dans les environnements circumstellaires d’étoiles de type Herbig contribue à notre connaissance de la formation des systèmes planétaires et du cycle de la matière dans la Voie lactée. Même si la poussière ne représente qu’un faible pourcentage de la matière galactique, elle est essentielle dans la formation d’espèces chimiques complexes, le chauffage photo-électrique du gaz, la balance énergétique ou ladynamique des structures. Ainsi, elle participe directement à l’évolution des disques protoplanétaires.Ce travail s’appuie notamment sur les données d’observations spectroscopiques résolues spatialement obtenues avec l’instrument NaCo au VLT dans l’infrarouge proche entre 3 et 4 μm. Le modèle THEMIS fournit un cadre d’interprétation pour les observations en proposant un modèle physique de la poussière dans lequel les propriétés optiques sont calculées en considérant la composition, la structureet la taille de populations de grains. THEMIS propose un scénario d’évolution de celle-ci au travers des différentes phases du milieu interstellaire.Les résultats obtenus montrent que des particules carbonées sub-nanométriques ayant une forte aromaticité sont présentes de manière étendue et structuréeà la surface des disques protoplanétaires. Leur degré d’aromaticité augmente avec l’intensité du champ de rayonnement de l’étoile. De plus, l’observation de ces particules près de l’étoile suggère leur renouvellement continu. La odélisation de l’émission de la poussière dans les conditions des disques met enévidence les contributions des différentes populations selon la longueur d’onde et les conditions d’irradiation.Ce travail s’inscrit dans la préparation de la mission du James Webb Space Telescope qui permettra d’observer notamment les disques ptrotoplanétaires surune large gamme infrarouge (0.6-28 μm). Ce travail a également conduit à la production de deux articles, un publié et l’autre soumis dans la revue Astronomy & Astrophysics
This thesis focuses on spectroscopic signatures of carbon nanoparticles in the near and mid-infrared in protoplanetary disks. These signatures are widely observed in the interstellar medium and galaxies and thus represent an essential tool for studying their physical conditions. In particular, their study in the circumstellar environments of Herbig stars contributes to our knowledge of the formation of planetary systems and the dust cycle in the MilkyWay. Even if dust represents only a small percentage of galactic matter, it is key to the formation of complex chemical species, photoelectric gas heating, energy balance or structural dynamics. Thus, it participates directly in the evolution of protoplanetary disks.This work is based in particular on spatially resolved spectroscopic observation data obtained with the NaCo instrument at the VLT in the near infrared between 3 and 4 μm. The THEMIS model provides an interpretative framework for observations by proposing a physical dust model in which optical properties are calculated by considering the composition, structure and size of grain populations. THEMIS proposes a scenario of its evolution through the different phasesof the interstellar medium.The results obtained show that carbon sub-nanoparticles with high aromaticity are present in a widespread and structured manner at the surface ofprotoplanetary disks. Their degree of aromaticity increases with the intensity of the stellar radiation field. Moreover, the observation of these particles close to the star suggests their continuous replenishment. Modelling the dust emission under disk conditions highlights the contributions of dust populations according to the wavelength and the radiation field.This work is related to the preparation of the James Webb Space Telescope mission which will allow to observe protoplanetary disks over a wide infrared range (0.6-28 μm) with a resolution of 0.1”. This work also led to the production of two articles, one published and the other submitted to the journal Astronomy & Astrophysics

Cette thèse présente une étude complète de l'interaction entre les grains de poussière et diverses espèces en phase gazeuse dans le milieu interstellaire. Les principaux résultats impliquent l'utilisation de surfaces comme la glace et le coronène, une surface qui ressemble aux hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAH), avec des éléments H et O en phase gazeuse. Nous étudions comment les grains de poussière peuvent catalyser la formation de nouvelles molécules par des processus comme l'adsorption, la diffusion, les réactions de surface et la désorption dans des conditions typiques du milieu interstellaire.La thèse comprend trois chapitres expérimentaux (4, 5 et 6), réalisés au LERMACYU en utilisant la configuration FORMOLISM, qui sont complétés par deux études théoriques (chapitres 8 et 9), menées avec les codes Cloudy et Nautilus à l'UGent. Les expériences se concentrent sur le rôle que jouent les différentes surfaces de grains de poussière et les couches de glace sur les énergies de liaison (BE) des molécules (chapitre 4), sur la formation expérimentale de H2 sur le coronène jusqu'à 250 K (chapitre 5) et sur la formation d'eau solide sur la poussière à des températures allant jusqu'à 85 K (chapitre 6). Plusieurs implications astrophysiques sont également discutées.Les résultats présentés au chapitre 5 montrent comment H2 peut se former dans des nuages ​​moléculaires avec des températures de poussière >20 K et cela est extrêmement pertinent pour expliquer l'efficacité de H2 et de la formation d'étoiles dans les galaxies à fort décalage vers le rouge. Le chapitre 6 donne de nouvelles perspectives sur la formation de manteaux de glace qui pourraient se former à une température plus élevée que celle démontrée précédemment,étant un moyen significatif d'expliquer l'appauvrissement en O élémentaire en phase gazeuse observé dans de telles conditions. De plus, la disparition des PAH lors de la transition des nuages ​​diffus aux nuages ​​denses pourrait s'expliquer par le fait que les grains de poussière commencent à être recouverts par des couches de glace. Dans le chapitre 8, nous étudions l'effet de la formation expérimentale de H2 à haute température sur les PAH sur la localisation du front de dissociation (DF) dans une image PDR classique, en le modélisant avec Cloudy. À partir d'une implémentation de base des résultats expérimentaux du chapitre 5 dans le code, il a été difficile de quantifier cet effet. Cela souligne combien il reste encore beaucoup de travail à faire sur les modèles pour mieux correspondre aux observations. Dans le chapitre 9, certaines questions concernant l'appauvrissement en O dans les nuages ​​​​translucides et la croissance des grains introduites au chapitre 6 sont abordées avec Nautilus. En utilisant une stratégie innovante, nous avons pu reproduire les appauvrissements en C et O dans des conditions de nuages ​​​​translucides en les verrouillant dans deux espèces de surface distinctes lors de l'adsorption, reproduisant le rapport de structure moléculaire des carbonates organiques. Cette thèse montre l'incroyable nature catalytique des PAH et leur capacité à permettre des processus de chimisorption pour la formation de molécules à des températures de poussière élevées. Il s'agit d'un résultat important qui peut être lié aux nouvelles découvertes rapportant la possibilité d'avoir une croissance des grains à des nH plus faibles
This Thesis presents a comprehensive study of the interaction between dust grains andvarious gas-phase species in the ISM. The main results involve the use of surfaces likeices and coronene, a surface that resembles polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs),with gas-phase H and O elements. We investigate how dust grains can catalyze the formation of new molecules through processes like adsorption, diffusion, surface reactions and desorption in typical ISM conditions.The Thesis includes three experimental Chapters (4, 5 and 6), performed at LERMACYUby using the FORMOLISM setup, that are complemented by two theoretical studies(Chapters 8 and 9), conducted with Cloudy and Nautilus codes at UGent. The experiments focus on the role that different dust grain surfaces and ice layers have onthe Binding Energies (BEs) of molecules (Chapter 4), on the experimental formation ofH2 on coronene up to 250 K (Chapter 5) and on the formation of solid water on dustat temperatures up to 85 K (Chapter 6). Several astrophysical implications are alsodiscussed.The results presented in Chapter 5 show how H2 can form in molecular clouds with dusttemperatures >20 K and this is extremely relevant to explain the efficient H2 and starformation in high redshift galaxies. Chapter 6 gives new insights on the formation oficy mantles that could be forming at higher temperature than previously demonstrated,being a significant way to explain the gas-phase elemental O depletion observed in suchconditions. Moreover, the disappearance of PAHs in the transition from diffuse to denseclouds could be explained by the dust grains starting to be covered by ice layers. InChapter 8 we study the effect of the high temperature experimental H2 formation onPAHs on the location of the dissociation front (DF) in a classical PDR picture, bymodelling it with Cloudy. From a basic implementation of the experimental results ofChapter 5 in the code, it has been challenging to quantify such effect. This underlineshow a lot of work still needs to be done on models to better match observations. InChapter 9 some questions regarding O depletion in translucent clouds and grain growthintroduced in Chapter 6 are addressed with Nautilus. By using an innovative strategy,we were able to reproduce C and O depletions in translucent cloud conditions by lockingthem in two separate surface species upon adsorption, reproducing the molecular structure ratio of organic carbonates.This Thesis shows the incredible catalytic nature of PAHs and their capacity to enablechemisorption processes for the formation of molecules at high dust temperatures. Thisis an important result that can be linked to the new discoveries reporting the possibilityof having grain growth at lower nH

La formation de poussières carbonées dans les tokamaks pose actuellement un réel problème (pertes de combustibles liées à la sécurité, pertes énergétiques …). Afin de comprendre les mécanismes de formation de ces poudres (distribution en taille, distribution spatiale et transport) et donc de trouver une méthode pour limiter leur rôle, une étude expérimentale a été réalisée dans une décharge radiofréquence Ar/C2H2. Le plasma et des poudres carbonées ont été caractérisés par différentes techniques (spectroscopie optique d’émission, diffusion du rayonnement, FTIR in-situ, caméra rapide, MEB et FTIR ex-situ). La diffusion du rayonnement polychromatique (IR et UV-visible-proche IR) a été utilisée afin d’obtenir des informations sur la distribution spatiale des poudres et l’évolution de leur distribution en taille. Un modèle, basé sur la théorie de Mie et associé à une méthode de Monte Carlo, a été développé afin de reproduire les mesures de diffusion in-situ. La comparaison entre expériences et simulations numériques à ouvert de nouvelles voies en termes d'interprétation et d'analyse des données. Cette étude est un premier pas vers la détermination en temps réel de la taille et de la densité des poussières en couplant les mesures optiques avec un modèle numérique basé sur la théorie de Mie
The formation of carbon dust in tokamaks raises currently several real problems (safety, energy losses ...). To understand the mechanisms of these powders’ formation (size distribution, spatial distribution and transportation) and then find out a way to limit their role, an experimental study was carried out in a radiofrequency discharge Ar/C2H2. The plasma and these carbon powders were characterized by different techniques (optical emission spectroscopy, scattering of radiation, in-situ FTIR, fast camera, SEM and ex-situ FTIR). The scattering of polychromatic radiation (IR and Ultra violet-visible-near infrared) was used to obtain some information about the powders’ spatial distribution and the evolution of their size distribution. A model, based on the Mie theory and associated with the method of Monte Carlo, was developed to reproduce the optical measurements in-situ. The comparison between experiments and numerical simulations provides new roads in terms of interpretation and analysis of their results. This study is the first step to determine in real-time the dust size and density by coupling the optical measurements with the numerical model based on the Mie theory

Lors du fonctionnement d’une machine de fusion, les interactions plasma-parois conduisent à des processus d’érosion des matériaux et à la production de particules. Ces poussières sont principalement composées de carbone et de tungstène. Pour des raisons de sureté et afin de garantir un fonctionnement optimum du réacteur, il est important de garder en quantité raisonnable les poussières dont la taille varie entre 10 nm et 100 $m. La mise en suspension de ces poussières est une étape préliminaire à leur récupération, et le laser est une technique prometteuse pour cette application. Afin d’optimiser le nettoyage, les mécanismes physiques à l’origine de l’éjection induite par laser de ces poussières ont été identifiés. Les agrégats sont directement ablatés par le laser et les gouttelettes métalliques sont éjectées intactes par une force électrostatique induite par les photoélectrons. Nous avons également caractérisé l’éjection des particules pour choisir un système de récupération adapté
During tokamak operation, plasma-wall interactions lead to material erosion processand dusts production. These dusts are mainly composed by carbon and tungsten, with sizesranging from 10 nm to 100 $m. For safety reasons and to guarantee an optimum reactorfunctioning, the dusts have to be kept in reasonable quantity. The dusts mobilization is a firststep to collect them, and the laser is a promising technique for this application. To optimizethe cleaning, physical mechanisms responsible for dust ejection induced by laser have beenidentified. Some particles, such as aggregates, are directly ablated by the laser. The metaldroplets are ejected intact by an electrostatic force, induced by the photoelectrons. We alsocharacterized the particles ejection to choose an appropriate collection device

Ce travail concerne l’étude de la matière carbonée au laboratoire en relation avec la matière carbonée interstellaire. L’observation de celle-ci utilise notamment la spectroscopie infrarouge de 7000 cm -1 à 600 cm -1, afin de comparer les motifs spectraux obtenus aux signatures observées dans le milieu interstellaire, répertoriées en trois classe (A,B et C). La première partie du travail a consisté en l’achèvement de la mise en place et le développement de l’expérience « Nanograins » au sein du laboratoire Photophysique moléculaire. Ce montage permet de faire brûler une flamme basse pression et permet de prélever des échantillons de produits du milieu réactif dans des conditions contrôlées. Les paramètres expérimentaux ont été ajustés de manière à maintenir la flamme et à produire de la suie, la matière carbonée qui a retenu l’essentiel de notre attention. Les dépôts de la partie condensable de la flamme ont été collectés puis analysés par la spectroscopie infrarouge en absorption. Nous avons étudié la flamme en phase gazeuse et aussi étudié l’effet d’irradiations laser et ionique sur les dépôts. Nous avons pu tracer la voie d’évolution des suies issues de la flamme en phase solide en fonction de diverses conditions de la flamme. Les spectres de certains dépôts démontrent leur caractère aromatique très fort. Un accord a été trouvé avec les signaux du milieu interstellaire de classe B et C. Ce résultat associé avec ceux issus de l’analyse par spectrométrie Raman et par spectrométrie de masse, ouvre des perspectives vers l’interprétation des signaux de la classe A
This thesis work concerns the study of carbonaceous material in the laboratory in relation to interstellar carbonaceaous material. The observation of this material makes a particular use of infrared spectroscopy. That’s why we sought to synthesize analogues of carbonaceous interstellar grains and realize their spectroscopy in the range 7000 cm -1 – 600 cm -1, in order to compare the obtained patterns with the observed spectral signatures in the interstellar medium. The first part of the work consisted in the completion of the set-up and in the development of the “nanograins” experiment at the Laboratoire de Photophysique Moléculaire in Orsay – France. This set-up allows to mount a flame burning under low pressure and to collect products after sampling in the reactive environment under controlled conditions. The experimental settings were adjusted so as to keep the flame and produce soot, the carbon material which retained most of our attention. Deposits from condensation of species in the flame have been collected and its components analyzed by infrared absorption spectroscopy. We have studied the flame in the gas phase and also studied the effect of laser and ion irradiation on deposits. We were able to trace the path of evolution of the solid phase soot from the flame depending on various conditions of the flame. The spectra of some deposits demonstrate their strong aromatic character. We found an agreement with the signals of the interstellar medium class B and class C. This result combined with those from the analysis by raman spectroscopy and mass spectrometry, will be valuable tools to seek for an agreement with the signals of class A of the interstellar medium

A travers les époques géologiques, l'océan Austral a joué un rôle majeur dans la régulation du climat à la surface de la Terre et en particulier dans la réduction de la concentration en CO2 atmosphérique. Cette région océanique est la plus importante pompe biologique de carbone et à travers la photosynthèse du phytoplancton permet la séquestration du carbone dans les profondeurs océaniques. Cette diminution aurait été causée par les dépôts de poussières qui par apportant des éléments comme le fer dans les régions limitées en nutriments, fertilise la surface des océans et permet l'activation de la pompe biologique de carbone. Aujourd'hui, l'entrée dans l'ère de l'Anthropocène a été marqué par l'impact que l'activité humaine exerce sur son environnement. L'activité anthropique génère et largue du dioxyde de carbone dans l'atmosphère provoquant un effet de serre sur la Terre altérant l'équilibre environnemental. Cette étude explore l'océan Austral qui est une zone de paradoxe biogéochimique avec de fortes concentrations en macronutriments, mais avec une faible productivité biologique. En 1990, John Martin a élaboré la « Iron Hypothesis » ou le fer (micronutriment) restreint la croissance phytoplanctonique. La poussière est une source majeure de métaux pour l'océan de surface. Dans l'océan Austral, les poussières ont une origine majoritairement d'Amérique du Sud (poussière patagonienne). Les apports d'Amérique du Sud contribuent pour 58% de la poussière totale dans l'océan Austral et seront multipliés par deux avec les futurs changements environnementaux. Pendant le dernier maximum glaciaire dans l'océan Austral, les apports de poussières auraient diminué la concentration en CO2 dans l'atmosphère. A de plus petites échelles de temps, des tests de fertilisation artificielle de fer ont été réalisés dans l'océan Austral et ont montré une forte productivité biologique. L'objectif de ce travail est de mieux caractériser et de quantifier la fraction de métaux qui se solubilise de la poussière patagonienne dans l'eau de mer sous des conditions actuelles et futures (2100) et d'améliorer les prédictions de l'évolution du phytoplancton dans la réponse à l'intensification de l'apport de poussières patagoniennes et des autres changements environnementaux dans l'océan Austral dans le but d'évaluer les impacts sur la production de carbone
Throughout geological time, the Southern Ocean has played a major role in regulating the Earth's surface climate and in particular in the reduction of atmospheric CO2. This oceanic region is the most important biological pump of carbon and through the photosynthesis of phytoplankton allows the sequestration of carbon in the deep ocean. This decrease would have been caused by dust deposits which, by bringing elements such as iron in areas limited in micronutrients, fertilize the ocean surface and allow the activation of the biological carbon pump. Nowadays, the entering into the Anthropocene era has been marked by the impact that human activity has exerted on its environment. Anthropogenic activity that generates the release of carbon dioxide into the atmosphere causes a greenhouse effect on the surface of the Earth and upsets the environmental balance. This study investigates the Southern Ocean which is biogeochemical paradox zone with high concentration of macronutrients but low biological productivity. In 1990 John Martin elaborated the "Iron hypothesis" hence iron (micronutrients) restricts phytoplankton growth. Dust is major source of metals in the surface ocean. In the Southern Ocean, dust have mainly a South America (Patagonian dust) origin. Input from South America contributed to 58% of the total dust into the Southern Ocean and will increase by two fold higher with the future environmental changes. During the last glacial maximal in the Southern Ocean, dust input would have decreased the CO2 concentration in the atmosphere. Moreover, in the small timescale there are tests of artificial iron fertilization performed in Southern Ocean have demonstrated high biological productivity. The overall aim of this work is to better characterize and quantify the fraction of metals that solubilizes from Patagonian dust in seawater under actual and future conditions (2100) and to improve predictions of the phytoplankton evolution in response to intensification of Patagonian dust input and other multi-stressor changes in the Southern Ocean in order to evaluate the impacts on carbon production

Elles sont toutes petites, dispersees dans le milieu interstellaire, mais elles mobilisent serieusement les astrophysiciens. Ces poussieres de taille submicrometrique, a base de carbone, interviennent directement dans le cycle de vie des etoiles et ont donc beaucoup a nous apprendre sur l'histoire de notre galaxie. Ces particules ne nous sont connues que par les signatures optiques qu'il est possible d'enregistrer sur une gamme de longueur d'onde s'etendant de l'infrarouge a l'ultraviolet. Leur eloignement et leur dispersion rendant tout echantillonnage impossible, l'elucidation de leur nature passe par l'elaboration d'analogues terrestres obtenus dans des conditions aussi proches que possibles de celles rencontrees dans un environnement circumstellaire. La pyrolyse d'hydrocarbures par laser infrarouge est une methode pertinente pour synthetiser de tels analogues, les mecanismes de synthese etant les memes que ceux postules pour la formation des poussieres carbonees. Nous avons verifie que les particules synthetisees par cette methode presentaient de fortes analogies avec les poussieres carbonees du point de vue de leur spectroscopie ir. En effet, la plupart des bandes observees par les astrophysiciens sont presentes dans nos spectres. Neanmoins des desaccords subsistent et peuvent etre relies a la trop faible taille des unites polyaromatiques presentes dans les depots. Afin de d'etudier cet effet de taille et d'ameliorer l'accord spectroscopique, nous avons agi de deux facons differentes : directement sur la synthese en modifiant les parametres experimentaux que nous avons defini comme etant les plus pertinents (temperature de flamme, temps de sejour du reactif dans la zone reactionnelle) et indirectement par le biais de post-traitements (recuits, irradiations). L'organisation multi-echelles des depots ainsi formes ou traites a ete caracterise en couplant met, meb et mo. L'evolution subsequente des proprietes optiques a ete suivie par spectroscopie infrarouge. Le developpement de techniques d'analyse d'image des cliches de met, nous a permis de correler les donnees structurales, en particulier le diametre des unites aromatiques aux caracteristiques optiques et donc a l'aptitude de ces equivalents terrestres a reproduire les signatures des poussieres carbonees interstellaires.

Cette these presente une etude sur des charbons demineralises en tant que modeles pour les poussieres circumstellaires et interstellaires carbonees. Apres avoir mesure les proprietes optiques, depuis l'ultraviolet du vide jusqu'a l'infrarouge lointain, de cinq charbons de reference de degres de graphitisation differents, nous presentons un certain nombre de modelisations astrophysiques utilisant les differentes donnees de laboratoire obtenues. Ainsi, dans la gamme de longueur d'onde uv-visible, nous avons pu reproduire la courbe d'extinction interstellaire moyenne de notre galaxie ainsi que deux autres relatives au grand nuage de magellan, a partir de melanges differents de grains de graphite polycristallin et de grains de charbons tres desordonnes et dont les proportions relatives dependent de la ligne de visee consideree. Alors que le premier fourni la bosse interstellaire a 220 nanometres, les deux types de grains contribuent a la remontee de l'extinction observee dans l'uv lointain ainsi qu'au continuum sousjacent dans le visible. Dans la gamme infrarouge, nous avons pu reproduire les spectres d'emission des bandes dites non-identifiees observees dans les enveloppes circumstellaires de nebuleuses pre-planetaires riches en carbone, a partir des spectres d'emission de grains de semi-anthracite a l'equilibre thermodynamique avec les champs radiatifs ambiants. D'autre part, nous avons demontre que les spectres de charbons plus evolues, du type anthracite, permettent de rendre compte de l'ensemble des bandes d'emission infrarouges generalement observees dans des nebuleuses par reflexion ou planetaires. Par consequent, les variations importantes des intensites relatives des bandes infrarouges non-identifiees d'une nebuleuse a l'autre, ainsi que celles de la bosse uv avec la ligne de visee sont paralleles a celles fournies par l'ensemble des spectres de la famille des charbons et peuvent aisement etre interpretees en terme d'evolution de la structure et de la composition des poussieres interstellaires avec le temps et, ou, la temperature

Des nanoparticules sont formées en phase gazeuse par pulvérisation d'une cible de graphite dans des décharges luminescentes dans l'argon. La pulvérisation de la cathode par les ions et les atomes rapides issus du plasma permet une injection continue de carbone. Des modèles ont permis d'estimer ce flux d'atomes de carbone et l'évolution de leur distribution en énergie lors de leur transport dans le plasma : ils se refroidissent rapidement par collisions avec les atomes d'argon. Ceci produit une vapeur de carbone en sursaturation qui condense, formant les précurseurs des poussières qui sont détectées in situ par atténuation laser puis analysées par MEB, METHR et spectroscopie IR. Les particules ont des tailles supérieures à 20 nm, sont sphériques avec un aspect chou-fleur. L'évolution de la distribution de leurs tailles et la loi de croissance en fonction de la durée de la décharge ont été établies expérimentalement, attestant d'une croissance par accrétion de clusters carbonés neutres
We study the dusts growth in gas phase from graphite target sputtering in argon glow discharges. The target sputtering by ions and energetic neutrals bombardment allows carbon injection. By using models we estimate the carbon flux. Then, the evolution of the sputtered carbon atoms energy distribution during their transport in the plasma shows that they quickly cool by collisions with argon atoms. This produces a supersaturated carbon vapour which condensation induces formation of dust precursors. Dusts are detected in situ by laser attenuation, then collected and analysed by SEM, HRTEM and IR spectroscopy to get information on their size, morphology, chemical and structural composition. The dusts are higher than 20 nm, more or less spherical and cauliflower-like shaped. The evolution of the dust sizes distribution as well as the growth law as a function of discharge duration were experimentally established and reveal a growth mechanism by accretion of neutral carbonaceous clusters

La formation des poussières est un sujet fondamental à la fois pour la physique des plasmas froids et pour l'astrophysique. Ce travail de thèse, réalisé à l'interface entre ces deux disciplines, vise à mieux comprendre la formation des poussières d'étoiles. Le sujet est traité de manière expérimentale dans un plasma et discuté dans un cadre élargi aux environnements des étoiles. Nous observons la formation de générations successives de poussières suite à l'injection pulsée d'hexaméthyldisiloxane (HMDSO : Si2O(CH3)3) dans un plasma radiofréquence asymétrique à couplage capacitif et entretenu dans l'argon. Le précurseur moléculaire utilisé contient des éléments d'intérêt pour l'étude des poussières d'étoiles, tels que carbone, oxygène, silicium et hydrogène. Notre démarche permet de suivre la formation des poussières dans le milieu plasma, de les collecter, de les caractériser et de corréler les propriétés du plasma et les caractéristiques des poussières. Nous avons ainsi pu déterminer des conditions optimisées pour la formation de poussières organosiliciées de taille typique de 50 nm. L'un des principaux facteurs affectant la formation des poussières dans les enveloppes d'étoiles est la variation du rapport C/O qui définit deux familles de poussières, silicatées (C/O < 1) et carbonées (C/O >1). Nous avons donc enrichi le mélange Ar/HMDSO en oxygène afin de faire varier le rapport C/O dans le plasma. Au-delà d'une certaine quantité d'oxygène, les poussières ne se forment plus. L'abondance d'oxygène affecte la formation des germes de nucléation dans la phase gaz en les inhibant. A la place, le dépôt d'une matrice siliciée est favorisé. Le rôle des métaux est étudié à l'aide de la pulvérisation d'une cible d'argent durant la formation des poussières organosiliciées. Nous avons démontré la synthèse de poussières de structure composite. Elles sont constituées de nanoparticules d'argent cristallines qui s'associent aux poussières organosiliciées amorphes durant leur phase de croissance. De plus, la présence d'argent s'accompagne d'un large éventail de molécules comprenant des espèces contenant de l'Ag et/ou du Si et des espèces hydrocarbonées. Ces molécules révèlent une chimie complexe autour de trois processus entrant en compétition à l'échelle moléculaire : la formation des poussières impliquant des molécules telles que le SiCH3 ou SiOCH3, des grains métalliques avec des agrégats Agn et des molécules aromatiques de grandes tailles comme C16H10, C24H12 dont les chemins de formation impliquent une chimie radicalaire et possiblement organométallique comme suggéré par la détection d'espèces telles que AgC5H6 et AgC13H8. Ces résultats démontrent l'importance d'approcher la formation des poussières d'étoiles en tenant compte de toute la complexité chimique de ces milieux
Dust formation is a fundamental topic in both cold plasma physics and astrophysics. This PhD thesis, carried out at the interface between these two fields, aims to better understand the formation of stardust. The problem is treated experimentally in cold plasmas and discussed in the context of the environment of evolved stars. We observe the formation of successive generations of dust due to pulsed injection of hexamethyldisiloxane (HMDSO: Si2O(CH3)3) in a capacitively-coupled radiofrequency asymmetric plasma sustained in argon. The used molecular precursor contains potential stardust forming elements, like carbon, oxygen, silicon and hydrogen. Our approach involves different steps: study of the dust formation in the plasma, dust collection, characterization of the dust properties and correlation of the plasma parameters with the dust characteristics. We have thus succeeded to identify optimum conditions for the formation of organosilicon dust with typical size of 50 nm. A major factor impacting dust formation in evolved stars is the variation of the C/O ratio, which is though to determine two large families of stardust, silicates (C/O < 1) and carbonaceous dust (C/O > 1). To explore this effect, we have enriched the Ar/HMDSO mixture with oxygen aiming at a variation of the C/O ratio in the plasma. Above a certain quantity of oxygen, dust is not formed anymore in the plasma. The abundance of oxygen limits dust formation through inhibition of the dust seeds in the gas phase. Instead, deposition of a silica-like matrix is favored. The role of metals is studied through sputtering of a silver target during organosilicon dust formation. We have demonstrated the formation of dust with composite structure in this case. Dust contains crystalline silver nanoparticles that attach to the amorphous organosilicon dust during their growth phase. Moreover, the presence of silver leads to a large variety of molecules composed of species containing Ag and/or Si and hydrocarbon species. Those molecules reveal a complex chemistry around three competitive processes at molecular scale: dust formation involving molecules such as SiCH3 or SiOCH3, metallic grains with clusters of Agn and aromatic molecules of large size such as C16H10 and C24H12, whose formation path involves radicals and possibly an organometallic chemistry as revealed by AgC5H6 and AgC13H8. The above results demonstrate the undoubted necessity to tackle stardust formation by taking into account the chemical complexity of these media

Dans ce chapitre nous allons évoquer l’importance de la durabilité des chaînes d’approvisionnement des entreprises qui cherchent à réduire leur impact sur l’environnement et améliorer les conditions de travail de leur personnel. Pour qu’elles puissent s’aligner sur leur vision d’avenir, elles ne doivent plus émettre de gaz à effet de serre. Elles doivent compenser leurs émissions par des plantations ou utiliser des technologies qui captent le carbone avant son rejet dans l’atmosphère. Elles doivent aussi s’impliquer dans les droits de leur personnel, de leur santé et de leur sécurité. Elles doivent leur éviter des expositions à des conditions non respectueuses de leur environnement : par exemple, l’utilisation des produits chimiques qui nuisent à la qualité de vie de leur personnel et des riverains en générant des rejets, des déchets, des eaux usées, des fumées, voire des poussières. Les entreprises feront savoir à leurs fournisseurs que la durabilité est une priorité absolue pour elles et qu’ils doivent adopter les principales pratiques de durabilité pour leur permettre de réduire leur impact environnemental. Ce n’est qu’alors que les entreprises seront en mesure d’optimiser la valeur en jeu de leur initiative de développement durable, cela passe par une gestion durable des ressources (énergie, eau, matières premières…) Comment y parvenir ? Nous décrivons ci-après plusieurs façons dont les entreprises peuvent guider leur travail de développement durable pour s’éviter des complications voire des effets dévastateurs dans leur gestion.