Dissertations / Theses on the topic 'Grains de poussières'

Les grains de poussière interplanétaires contiennent des informations importantes sur le système solaire. L’analyse de ces particules est un aspect important de l’étude de l’héliosphère. Depuis les années 1980, les impacts de poussières sont observés à l’aide d’instruments radio et à ondes embarqués à bord de sondes spatiales. L’interaction entre le nuage de plasma généré par l’impact de poussières et les éléments du système antenne-sonde spatiale génère la forme d’onde du signal. Le présent travail se concentre sur la détection et l’interprétation des observations de poussières à partir d’instruments radio à bord de divers sondes en orbite à 1 AU. Dans la première partie de la thèse, nous avons développé un modèle qui lie les signaux électriques observés aux propriétés d’impact des poussières. Nous proposons un nouveau modèle qui prend en compte les effets d’impact - ionisation - collection de charges et d’influence électrostatique. Il s’agit d’une expression analytique de l’impulsion. Elle nous permet de mesurer la quantité de la charge ionique totale, la fraction de la charge qui s’échappe, l’échelle du temps de montée et l’échelle du temps de relaxation. Le modèle proposé est simple et pratique pour l’ajustement à un grand jeux de données. Pour valider le modèle, nous utilisons le sous-système Time Domain Sampler (TDS) de l’instrument STEREO/WAVES, qui génère des séries temporelles d’impulsions de la tension à haute cadence pour chaque monopole. Nous avons collecté tous les événements de poussière détectés par S/WAVES/TDS simultanément sur les trois monopoles à 1 AU depuis le début de la mission STEREO en 2007. Notre étude confirme que le temps de montée dépasse largement la courte échelle de temps de collecte des électrons par la sonde. Outre la dynamique des électrons, nous avons également obtenu des résultats nouveaux concernant la température des électrons du nuage. Le modèle présenté constitue un outil efficace pour analyser les formes d’onde de la poussière et est applicable à différentes missions spatiales qui étudient la distribution des particules de poussière, par exemple sur Solar Orbiter et Parker Solar Probe. Dans la deuxième partie de la thèse, nous ètudions la poussière interstellaire (ISD). La poussière interplanétaire et la poussière inter- stellaire sont les deux principales populations de poussière à 1AU. L’objectif de cette partie est d’analyser les jeux de données pour la poussière interstellaire collectés par les sondes STEREO et Wind, sur une grande échelle de temps, dès le début des missions. Entre 2007 et 2012, au moment du minimum solaire avec un dipôle solaire pointant vers le sud, les trois sondes ont enregistré un flux ISD à 1 AU, mais avant et après cette période, la disparition de la composante interstellaire est notable. La disparition d’impacts suggère que le flux de poussière interstellaire observé varie avec le cycle solaire. Lorsque le champ dipolaire magnétique a changé de polarité au cours du cycle solaire, les grains interstellaires ont subi une focalisation ou une défocalisation. Par conséquent, les grains de poussière sont systématiquement déviés vers - ou loin - du plan de l’équateur magnétique solaire, par le champ magnétique du vent solaire, ce qui affecte la dynamique de la poussière et le flux total de poussière interstellaire dans l’héliosphère interne
Interplanetary dust grains contain important information about the Solar System. Analyzing these particles is an important aspect of the heliosphere study. Dust impacts have been observed using radio and wave instruments onboard the spacecraft since the 1980s. The interaction between the impact-generated plasma cloud and antenna – spacecraft system elements generates the characteristic signal waveform. The present work focuses on the detection and interpretation of the dust generated signals from radio instruments onboard various spacecraft orbiting at 1 AU.In the first part of the thesis, we aim to develop a model which links the observed electric signals to the dust impact properties. We propose a new model which takes into account the effect of impact - ionization charge collection and electrostatic-influence. Our model provides an analytical expression for the pulse. It allows us to measure the amount of total ion charge, the fraction of escaping charge, the rise timescale, and the relaxation timescale. The proposed model is simple and convenient for large data fitting. To validate the model, we use the Time Do- main Sampler (TDS) subsystem of the STEREO/WAVES instrument, which generates high-cadence time series of voltage pulses for each monopole. Since the beginning of the STEREO mission in 2007, we have collected all the dust events detected by S/WAVES/TDS simultaneously on all three monopoles at 1 AU. Our study confirms that the rise time vastly exceeds the spacecraft’s short timescale of electron collection by the spacecraft. Aside from electron dynamics, we also obtained interesting results regarding the cloud’s electron temperature. The presented model provides an effective tool for analyzing dust waveforms, and is applicable for different space missions which investigate the distribution of dust particles, e.g., Solar Orbiter and Parker Solar Probe.In the second part of the thesis, we focus on the interstellar dust (ISD). Interplanetary and interstellar dust are the two main dust populations at 1 AU. Our objective is to search for interstellar dust by analyzing the data sets collected by STEREO and Wind, starting from the beginning of the missions. Between 2007 and 2012, while being at the solar minimum with a solar dipole pointing southward, all three spacecraft recorded ISD flux at 1 AU. However, before and after that period, the disappearance of the interstellar component was noticeable. The observed change of the impact rate suggests that the flux of interstellar dust at 1 AU varies with the solar cycle. Each time the magnetic dipole field changes its polarity during the solar cycle, small interstellar grains experience focusing or defocusing. Consequently, the dust grains are systematically deflected either towards, or away from the solar magnetic equator plane by the solar wind magnetic field which thus affects the dust dynamics and the total interstellar dust flux in the inner heliosphere. Our study provides the first quantitative description of the time variation of ISD flux at 1 AU

Les gaz ionisés contenant des particules solides, appelés plasmas poussiéreux, sont principalement utilisés pour le dépôt de couches minces et la synthèse de nanoparticules aux propriétés maîtrisées. L'objectif de cette thèse était de synthétiser des poussières de taille et/ou composition chimique connues en vue d'applications en microélectronique, photovoltaïque (nanocristaux de silicium) et astrophysique (tholins, ISD grains). La localisation et l'étude du démarrage de la phase d'agrégation des nanocristaux, par l'étude paramétrique d'une instabilité, ont été réalisées dans des plasmas d'Argon/Silane. Puis, une étude de la forme et du comportement du nuage de poussières a été menée dans deux décharges différentes. Elles ont mis en évidence la forte influence de la croissance des poussières sur le plasma et sur le nuage, et d'optimiser nos paramètres de dépôt pour les nanocristaux de silicium non-agglomérés. Une étude paramétrique des caractéristiques électriques du plasma (courant, tension et densités électronique et ionique) en Azote/Méthane a permis de cibler les meilleurs paramètres pour synthétiser des tholins (aérosols analogues de Titan). Par ailleurs, l'ellipsométrie in-situ de Mie-Rayleigh en chimie Azote/Acétylène nous a donné certaines informations sur les analogues de poussières interstellaires synthétisés (structure, indice optique). Finalement, l'effet des basses températures de gaz a été exploré afin d'augmenter la taille des nanocristaux de silicium. Différentes hypothèses (chimiques et thermodynamiques) sont discutées dans le but d'expliquer les effets observés : accélération de la cinétique de croissance et augmentation de la taille des nanocristaux.

Cette thèse est consacrée à la caractérisation du milieu interstellaire (MIS) dans le Petit Nuage de Magellan (SMC). Cette galaxie, modèle proche des galaxies aux premiers stades d'évolution, a une faible métallicité et un fort taux de formation d'étoiles.

Mes travaux sont consacrés en particulier à la définition des propriétés des poussières, du milieu diffus aux régions de formation stellaire du SMC. L'analyse et la modélisation de l'émission infrarouge dans ces environnements montre que (1) les grains sont globalement détruits dans le milieu diffus; (2) la destruction des PAHs ne serait pas systématique dans le MIS de faible métallicité.

La seconde partie est dédiée à l'étude de l'émission millimétrique des poussières comme traceur du gaz moléculaire dans les nuages denses. La comparaison de ce traceur avec l'émission CO indique une dépendance linéaire avec la métallicité du facteur de conversion CO-vers-H$_2$. D'autre part, les masses de nuages moléculaires locaux déduites de ce traceur sont compatibles avec celles obtenues à partir des observations CO. Cependant, dans le SMC on observe un excès systématique par rapport aux masses virielles. L'ajout d'un champ magnétique comme support partiel de ces nuages permet d'expliquer l'excès observé.

L'ensemble de mes travaux met en évidence une évolution du rapport gaz-sur-poussières dans le SMC. Dans le milieu diffus, les grains sont détruits par les nombreuses explosions de supernovae. Les éléments lourds réaccrètent sur les grains dans les régions plus denses.

Ces études se placent comme cas scientifiques d'utilisation de l'Observatoire Virtuel (OV). Dans ce cadre, j'ai construit une base de données sur les nuages de Magellan, prototype des bases de données d'équipe de l'OV. De plus, la formalisation des étapes de traitement et d'analyse effectuées me permet de spécifier les développement nécéssaires à l'inclusion des objets étendus dans l'OV et de proposer des outils génériques.

GIADA est un des instruments de la mission ROSETTA, il est dédié à l'étude de l'évolution du flux des grains cométaires et de leurs propriétés dynamiques en fonction de la position du noyau. Parmi les modules qui composent cet instrument, le système MBS a pour mission de mesurer le flux en masse de poussières au moyen de microbalances à cristaux de quartz (QCM). L'objectif principal de cette thèse est le développement, la production et la caractérisation du MBS. Dans le but de déterminer la capacité de QCM à mesurer la déposition de masses sous formes de particules solides, quelques caractéristiques fondamentales (sensibilité en fonction de la température et masse des grains, efficacité de l'adhésion en fonction de la vitesse du grain) devront être étudiés. Un travail préliminaire a été d'optimiser les expériences pour le modèle de vol du QCM. Dans cette phase, on a utilisé des modèles de capteurs de laboratoire et on a étudié quelques matériaux pour produire un film adhésif dans la prospective d'améliorer l'efficacité de récolte du capteur. Pour la première fois, la sensibilité du QCM aux matériaux solides a été déterminée. La valeur trouvée est proche de la valeur nominale. En étudiant l'efficacité d'adhésion des grains dans différentes configurations du capteur (avec et sans film adhésif) on a pu montrer que le film augmente l'efficacité de l'adhésion, principalement pour les grains rapides. Malgré tout, le signal de sortie en fonction de la température est pratiquement 10 fois moins stable en présence d'un film. Ces résultats ont suggéré d'adopter une configuration finale sans film pour le MBS. Pendant la mission, on prévoit pour les grains cométaires direct une révélation quotidienne et au moins mensuelle pour les grains indirects. L'activité effectuée durant cette thèse a été cruciale pour le développement et la calibration du MBS, de plus, les résultats obtenus de ce travail ont validé la microbalance comme capteur de poussière en environnement spatial.

Les poussières interstellaires sont une composante clé du milieu interstellaire (MIS). Elles jouent non seulement un rôleimportant dans la physique et la chimie du MIS, mais elles servent également de traceur, du gaz via leur émissionthermique, et du champ magnétique interstellaire via la polarisation de cette émission.De nombreux modèles de poussières reproduisent les principales observables sur les poussières (la courbe d'extinction,la distribution spectrale d'énergie (SED), la polarisation en extinction et en émission), tout en respectant les abundancecosmiques élémentaires. Notre compréhension des poussières reste cependant toujours incomplète, en particulier surl'origine physique des variations de l'extinction et de l'émission des poussières dans le MIS. Le changement d'opacitédes poussières entre le milieu diffus et les nuages moléculaires est bien établi, et des modèles physiques d'interprétationont été proposés. Avec ses cartes de l'émission submillimétrique de tout le ciel à plusieurs longueurs d'onde, le surveysubmillimétrique de Planck nous permet pour la première fois de mesurer la température des poussières, et d'étudierainsi les variations d'opacité des poussières dans le milieu diffus.Cette thèse, basée sur une comparaison des données Planck avec des mesures en extinction en direction d'étoiles et dequasars, combine modélisation et analyse de données, afin de contraindre les variations des propriétés optiques despoussières dans le MIS diffus, et d'estimer les contributions respectives de l'alignement et de l'évolution des poussières àleur émission polarisée.La première partie de la thèse se focalise sur l'émission non polarisée des poussières dans le MIS diffus. L'étude desvariations de l'émission par unité d'extinction permet de contraindre les variations des propriétées optiques despoussières. Nous fittons les 20 SEDs normalisées en extinction de Planck Intermediate Results XXIX à l'aide de troismodèles de poussière (Draine & Li 2007, Compiegne et al 2011, Jones etal 2013). Le meilleur accord entre modèle etobservations est obtenu pour le modèle utilisant les grains plus émissifs (Jones 2013), dont les propriétés optiques sontbasées sur des données de laboratoires portant sur les silicates et carbones amorphes. En combinant la mesure del'extinction et de la SED sur la même ligne de visée, nous obtenons un nouvel estimateur de l'intensité du rayonnementinterstellaire G0,, qui s'avère moins biaisé que celui obtenu par un fit de la SED. Aucun des modèles n'arrive àreproduire simultanément les variations de G0 et de la SED à propriétés optiques des poussières fixes. A l'aide de notreestimateur, nous démontrons que la variation des propriétées optiques et de l'intensité du rayonnement interstellaire ontdes contributions semblables aux variations observées des SED dans le MIS diffus.La seconde partie de la thèse se focalise sur l'extinction et l'émission polarisées dans les nuages moléculaires. Enconfrontant des données Planck et des observations stellaires à un modèle de poussières, nous tentons de séparer leseffets dûs aux variations de l'alignement des poussières des effets dûs aux variations de leurs propriétés optiques. Noustrouvons une corrélation entre le rapport de la polarisation en émission à la polarisation en extinction, RP/p = P353/pv, et lalongueur d'onde de polarisation maximale en extinction, λmax, qui trace la taille typique des grains alignés. A l'aide d'unnouveau modèle de poussières basé sur les données Planck, nous démontrons que la variation de la taille minimale desgrains alignés suffit à elle seule à reproduire la corrélation observée, sans avoir à modifier ni la distribution en taille niles propriétés optiques des poussières, et qu'elle est de plus compatible avec la chute observée des fractions depolarisation avec λmax. D'autres interprétations ne sont cependant pas exclues
Interstellar dust is a key component of the interstellar medium (ISM). Not only does it play an important role in thephysics and chemistry of the ISM, but its thermal emission can be used to trace the gas column density, and itspolarization angle to trace the magnetic field orientation projected on the plane of the sky.Different dust models have been built to reproduce the main dust observables: extinction curve and albedo, spectralenergy distribution (SED) from the near-infrared to the microwave continuum, polarization in extinction and emission,within cosmic elemental abundance constraints. Our understanding of interstellar dust is, however, still incomplete;among other things, we do not fully understand the local variations in the emission and extinction properties of dust.The variation of the dust far-infrared opacity from the diffuse ISM to molecular clouds is well established, and modelshave been proposed. With the Planck submillimeter survey we have, for the first time, a multi-wavelength, all-sky mapof dust emission allowing for a precise measure of dust temperature, and therefore of dust opacity variations in thediffuse ISM.This thesis, based on the comparison of Planck data with extinction measures toward stars and QSOs, makes use of bothdust models and data analysis to constrain the dust optical properties and evolution within the diffuse ISM, and toimprove our understanding on the interplay between grain alignment and dust optical properties in the emission ofpolarized thermal radiation.The first half of the thesis focuses on the total emission of dust in the diffuse ISM. The variations in the ratio of dustemission to extinction is used to constrain the variations of the dust optical properties. We fit the 20 SEDs normalizedper unit extinction of Planck intermediate results XXIX with three dust models (Draine & Li 2007, Compiegne et al2011, Jones et al 2013). The best agreement between model and observations is obtained for the model with the moreemissive grains (Jones 2013), with optical properties derived from recent laboratory data on silicates and amorphouscarbons. We develop a new estimator of the radiation field intensity G0, which combines the dust SED and theextinction on the same line of sight. We show that this new estimator is less biased than the one obtained through thefitting of the dust SED. With their fixed optical properties, none of the models can simultaneously reproduce thevariations of G0 and of the shape of the SED. With our new estimator of G0, we demonstrate that the variations in thedust optical properties and in the radiation field intensity give similar contributions to the scatter observed in the dustSED per unit extinction in the diffuse ISM.The second half of the thesis focuses on polarized dust extinction and emission in molecular clouds. By confrontingPlanck and stellar observations to a dust model, we attempt to disentangle the effects of variations in the dust opticalproperties from the effects of variations in the grain alignment. We find a correlation between the ratio of polarizedemission to polarized extinction, RP/p = P353/pv, and the wavelength of maximum polarization in extinction, λmax, whichtraces the typical size of the aligned grains. Using a new dust model for polarization based on Planck data, we show thatthe variation of the minimal size of aligned grains can reproduce the observed correlation, without any need for achange in the size distribution or in the optical properties of grains. This scenario is also compatible with the drop of thefractions of polarization with λmax. Alternative models cannot however be ruled out

Modele decrivant l'interaction d'une onde electromagnetique avec une poussiere rugueuse et etude de la fonction de diffusion volumique, la polarisation et la couleur de la lumiere diffusee par les poussieres d'un nuage interplanetaire

Le but de cette étude était de documenter aussi précisément que possible le bilan de masse des aérosols minéraux désertiques qui sont des acteurs importants du système climatique terrestre puisqu'ils présentent un flux en masse annuel égal à environ la moitié du flux d'aérosols total. La mise en évidence de certains cas délicats à modéliser a conduit à mettre l'accent, dans ce travail, sur deux problèmes clefs de l'Afrique du nord : la région de Bodélé, du fait d'une topographie locale complexe, et les lignes de grains sahéliennes dont l'interaction avec les émissions d'aérosols minéraux reste encore largement inconnue.
Cette étude a été réalisée à l'échelle méso haute résolution en utilisant le modèle Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) couplé en ligne avec le Dust Production Model (DPM) développé par Marticorena et Bergametti [1995] et Laurent [2005]. Afin d'examiner la capacité de ce modèle à reproduire les émissions d'aérosols minéraux dans la région complexe de Bodélé, nous avons tout d'abord modélisé la période correspondant à la campagne Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDEx 2005). Notre modèle a ainsi été capable de reproduire les caractéristiques météorologiques locales (principalement le vent dans les basses couches) ainsi que les concentrations en aérosols minéraux et la structure du panache observées pendant la campagne. Nous avons aussi vérifié que les aérosols émis depuis cette région du monde atteignent le continent sud américain.
De plus, cette validation nous a permis de vérifier le constat établi par divers auteurs : les modèles à grande échelle (MCG) ont souvent du mal à reproduire correctement les champs de vent dans la région de Bodélé. Nous avons alors entrepris une étude climatologique (sur l'année 2001) sur une zone étendue autour de la région de Bodélé à différentes résolutions spatiales afin de caractériser les phénomènes de basses couches qui pourraient expliquer ce biais quasi-systématique des MCG. Ce travail a été validé grâce aux données de routine des stations de mesure de surface ainsi que grâce à l'imagerie satellite.
Le deuxième cas sur lequel la validation de notre outil était nécessaire est constitué par les événements de ligne de grains qui se succèdent sur la zone sahélienne lors de l'été boréal. Cette validation a été réalisée sur un événement bien documenté des périodes d'observations spéciales 1 et 2 de la campagne Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA).

PILOT (Polarized Instrument for Long wavelength Observation of the Tenuous interstellar medium) est une expérience embarquée en ballon stratosphérique destinée à la mesure de l'émission polarisée de notre galaxie dans le submillimétrique. La charge pointée de PILOT est composée d'un télescope au foyer duquel est placée une caméra embarquant 2048 bolomètres, refroidis à 300 mK, mesurant dans deux bandes spectrales (240 µm et 550 µm) et deux polarisations. La détection de la polarisation est réalisée à l'aide d'un polariseur placé à 45° dans le faisceau, le décomposant en deux composantes polarisées orthogonales chacune détectée par un bloc détecteur, et d'une lame demi-onde rotative. L'Institut d'Astrophysique Spatiale (Orsay, France) est responsable de la réalisation, de l'intégration, des tests et de l'étalonnage spectral de la caméra. Pour cela deux bancs de mesures sont développés, un pour les essais d'imagerie et de polarisation, et un pour l'étalonnage spectral. L'expérimentation permet de valider l'alignement des optiques froides, de caractériser la qualité optique des images, de caractériser les réponses temporelles et en intensité des détecteurs, et de mesurer la réponse spectrale de la caméra. Un modèle photométrique de l'instrument est développé simulant les différentes configurations pour les essais d'étalonnage spectral, d'imagerie en laboratoire, et en vol, ceci afin d'estimer la puissance totale reçue par chaque pixel du détecteur de chaque configuration. Cette puissance totale est issue de l'émission thermique de l'instrument, de l'atmosphère et des sources observées en vol ou de l'environnement du laboratoire. Une campagne de tests a permis de caractériser et d'étalonner la caméra de l'expérience PILOT. Les premières images dans le domaine du submillimétrique ont été révélées, et les premières réponses spectrales mesurées. Suite à la caractérisation et l'étalonnage spectral, la caméra est alignée avec le miroir primaire sur la nacelle CNES pour des caractérisations et des étalonnages en polarisation de l'instrument complet. Le premier vol est prévu pour le milieu de l'année 2014.

Le but de cette étude était de documenter aussi précisément que possible le bilan de masse des aérosols minéraux désertiques qui sont des acteurs importants du système climatique terrestre puisqu'ils présentent un flux en masse annuel égal à environ la moitié du flux d'aérosols total. La mise en évidence de certains cas délicats à modéliser a conduit à mettre l'accent, dans ce travail, sur deux problèmes clefs de l'Afrique du nord : la région de Bodélé, du fait d'une topographie locale complexe, et les lignes de grains sahéliennes dont l'interaction avec les émissions d'aérosols minéraux reste encore largement inconnue. Cette étude a été réalisée à l'échelle méso haute résolution en utilisant le modèle Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) couplé en ligne avec le Dust Production Model (DPM) développé par Marticorena et Bergametti [1995] et Laurent [2005]. Afin d'examiner la capacité de ce modèle à reproduire les émissions d'aérosols minéraux dans la région complexe de Bodélé, nous avons tout d'abord modélisé la période correspondant à la campagne Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDex 2005). Notre modèle a ainsi été capable de reproduire les caractéristiques météorologiques locales (principalement le vent dans les basses couches) ainsi que les concentrations en aérosols minéraux et la structure du panache observées pendant la campagne. Nous avons aussi vérifié que les aérosols émis depuis cette région du monde atteignent le continent sud américain. De plus, cette validation nous a permis de vérifier le constat établi par divers auteurs : les modèles à grande échelle (MCG) ont souvent du mal à reproduire correctement les champs de vent dans la région de Bodélé. Nous avons alors entrepris une étude climatologique (sur l'année 2001) sur une zone étendue autour de la région de Bodélé à différentes résolutions spatiales afin de caractériser les phénomènes de basses couches qui pourraient expliquer ce biais quasi-systématique des MCG. Ce travail a été validé grâce aux données de routine des stations de mesure de surface ainsi que grâce à l'imagerie satellite. Le deuxième cas sur lequel la validation de notre outil était nécessaire est constitué par les événements de ligne de grains qui se succèdent sur la zone sahélienne lors de l'été boréal. Cette validation a été réalisée sur un événement bien documenté des périodes d'observations spéciales 1 et 2 de la campagne Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA)

L'étude en laboratoire de matériaux extraterrestres provenant d'objets ayant peu ou pas évolué depuis leur formation il y a environ 4.6 milliards d'années, peut améliorer notre connaissance sur les débuts de notre système planétaire. Par ailleurs, la simulation en laboratoire de certains processus que ces matériaux sont susceptibles de subir au cours de leur histoire apporte également de précieuses informations pour l'interprétation des données issues des observations astronomiques ainsi que pour la compréhension de l'évolution des solides du Milieu Interstellaire jusqu'à leur incorporation dans des objets planétaires, objets incluant aussi toutes sortes de débris tels que les astéroÏdes, les comètes et toutes sortes de poussières accessibles à la collecte et/ou à l'observation.Au cours de cette thèse, l'analyse des matériaux organiques ainsi que des matériaux silicatés, jusqu'alors peu étudiés conjointement, dans les poussières stratosphériques d'origine cosmique, révèle une corrélation entre la minéralogie des grains et la longueur des chaînes carbonées. Ce lien ne semble pas le fruit de processus à la surface des corps parents des grains mais semble plutôt tracer des processus pré-accrétionnels. La conservation de composants peu altérés sur les corps parents dans les matériaux extraterrestres est encore une fois confirmée par la découverte, au cours de cette thèse, d'inclusions dans la météorite carbonée " Paris " dont les spectres infrarouges sont très similaires à ceux des composés carbonés observés dans le Milieu Interstellaire. L'étude de grains cométaires issus de la mission spatiale Stardust a montré, contrairement à l'idée que les comètes soient composées uniquement de matériaux primitifs puisque conservés dans un réservoir froid, que celles-ci contiennent aussi un certain nombre de matériaux formés à haute température, confirmant alors de précédentes analyses d'échantillons de Stardust et impliquant des échanges de matériaux à grande échelle radiale dans le jeune Système solaire.La deuxième partie de ce travail, consacrée à l'étude d'analogues de matière extraterrestre, porte sur le rôle qu'ont pu jouer les matériaux à partir desquels les planètes telluriques se sont formées dans l'apport de l'eau sur la Terre dans le cadre du scénario dit de " wet accretion ". Les expériences effectuées au cours de cette thèse visant à simuler les interactions entre silicates et vapeur d'eau ont montré que ces matériaux permettent de stocker d'importantes quantités d'eau à leur surface par adsorption des molécules de la phase gazeuse.

Les étoiles, durant les premiers millions d’années de leur existence, sont entourées d’un disque composé à 99% de gaz et à 1 % de poussière. La poussière est initialement sous forme de grains de taille sub-micrométrique mais évolue jusqu’à pouvoir former les planètes. Grâce à l’interféromètre du plateau de Bure, avec lequel nous avons observé aux longueurs d’onde millimétrique, l’évolution temporelle ainsi que la distribution radiale des grains de poussière a pu être mise en évidence sur de nombreux disques. Par ailleurs, l’important gain en résolution et sensibilité d’ALMA, un nouvel interféromètre très performant basé au Chili, a nécessité l’amélioration de notre code de transfert radiatif afin de déterminer si et comment il allait être possible d’observer la sédimentation de la poussière, étape préalable à la formation des planétésimaux
The stars, during the first millions years of their existence, are surrounded by a protoplanetary disk composed of99 % of gas and of 1 % of dust. The dust is initially under the form of sub-micrometric grains but evolves to likelyform planets. Thanks to the Plateau de Bure interferometer, with whom we observed at the millimeter wavelengths, the temporal evolution as well the radial distribution of the dust grains has been bringing to light in several disks.In addition, the important gain in resolution and in sensibility of ALMA, a new interferometer based in Chili, has required the improvement of our transfert radiativ code in order to determine if and how it will be possible to observe the dust settling, preliminary step for the formation of planetesimals

Le milieu interstellaire est un élément essentiel des galaxies. Il est en effet la matrice de la formation des étoiles et des planètes. Il est composé de gaz et de poussières interstellaires. Il est généralement admis que la présence de molécules organiques complexes (COM) est due aux réactions en phase gazeuse. Toutefois, la synthèse de certaines espèces clés (i.e. H2,H2O, CO2, etc.) nécessite l'intervention des réactions en phase solide c'est à dire sur les grains de poussière. Plus de 200 molécules, dont des COM, ont été détectées dans l'ISM. et les enveloppes circumstellaires. Certaines de ces COM contiennent déjà du carbone, de l'oxygène, et de l'azote, qui sont les principaux éléments chimiques de la composition des molécules à partir desquelles la vie terrestre s'est construite. L'objectif de cette thèse est de comprendre les processus physiques et chimiques (diffusion, désorption et réactivité) qui se produisent sur les grains de poussière interstellaire. Plus spécifiquement, ma thèse se concentre sur l’étude de la désorption et de la réactivité des espèces azotées qui peuvent mener à des COM par des processus liés à l'hydrogénation. Toutes les expériences ont été réalisées avec l'expérience VENUS située au laboratoire LERMA à l'université de Cergy Pontoise, France. VENUS est composée d'une chambre à ultra-vide (UHV), appelée chambre principale, dotée d'une pression de base d'environ 10-10 mbar. Des atomes/molécules sont dirigées vers un porte-échantillon dans la chambre UHV au moyen d'un système à quatre faisceaux séparés. La température du porteéchantillon peut être contrôlée entre 7 K à 400 K. Les produits sont sondés par spectrométrie de masse et spectroscopie infrarouge par réflexion en adsorption. Différents environnements ont été utilisés : surface d'or ou substrats de glace d'eau (glace amorphe compacte ou poreuse et glace cristalline) pour imiter les différents environnements astrophysiques. Nous avons procédé à des expériences impliquant certains atomes et molécules comme l'hydrogène, le deutérium, l'oxygène, le CO, N2, NO, H2O, H2O, H2CO, CH3CN et CH3NC. Ces espèces ont été déposées sur une surface froide maintenue à 10 K (et jusqu'à 40 K). CO et N2 ont été déposés sur des substrats de glace d'eau pour étudier les différents comportements des adsorbats ainsi que la distribution des énergies de désorption et le mécanisme de ségrégation. Nous avons étudié l'efficacité de la pénétration des atomes (oxygène et hydrogène) dans la glace d'eau poreuse. Nous avons utilisé le NO comme traceur chimique. A partir de l'analyse de la consommation de NO, nous avons estimé la pénétration des atomes O ou D à travers la glace d'eau poreuse. Nous avons procédé à de nouvelles expériences sur l'hydrogénation du NO et nous avons constaté qu'il existe une barrière d'activation à l'étape HNO + H. Cependant, les atomes H peuvent traverser cette barrière d'activation par effet tunnel sur une surface maintenue à 8 K. Nous avons montré que l'hydroxylamine (NH2OH) est le principal produit de l'hydrogénation du NO à basse température, mais que le N2O est le principal produit à haute température. Nous présentons également les voies chimiques possibles de formation du formamide (NH2CHO) , molécule clé de la chimie pré-biotique, par co-hydrogénation de NO et de H2CO sur une surface froide (typiquement à 10 K). Nous avons analysé et montré l'efficacité de cette voie de formation du formamide sur les grains interstellaires. Nous avons montré que le réseau chimique de l'hydrogénation du CH3CN et du CH3NC est complexe et se fait par différents mécanismes qui sont en compétition. Nous avons mesuré et montré que l'hydrogénation est le mécanisme dominant. De plus, la présence de H2O augmente l'efficacité réactive. De nombreux processus chimiques en phase solide ont été simulés dans le contexte astrophysique de la formation de COM
The interstellar medium is a key component of galaxies which is the matrixof the formation of stars and planets. It is composed of interstellar gas and dust grains. The presence of complex organic molecules (COMs) can be understoodvia reactions in the gas phase. However, the synthesis of some key species (i.e H2, H2O, CO2, etc) needs the intervention of the solid-state reactions on dust grains surface. More than 200 molecules including COMs have been detected in ISMand circumstellar shells. Some of these COMs already contain carbon, oxygen,and nitrogen, which are the main chemical elements in the composition of themolecules on which terrestrial life is built. The aim of this thesis is to understand physical and chemical processes (i.e diffusion, desorption, and reactivity) occurring on interstellar dust grains. More specifically, my thesis focuses on the investigation of desorption and reactivity of nitrogen bearing species that lead to COMs by hydrogenation related processes.All experiments were performed with the VENUS set-up located at the LERMACergy laboratory in the university of Cergy Pontoise, France. VENUS is composedof an Ultra High Vacuum (UHV) chamber, so called the main chamber, with abasis pressure around of 10 −10 mbar. Atoms/molecules were injected onto a sample holder in the UHV chamber through a separated four beamline system. The sample holder is controlled in temperature from 7 K to 400 K. Products are probed by using mass spectrometer and reflection adsorption infrared spectroscopy. Different solid states environments have been used: gold surface or water ice substrates (compact amorphous solid water, porous amorphous solid water, and crystalline ice) to mimic different the astrophysical environments.We proceeded experiments involving some atoms and molecules such as hydrogen,deuterium, oxygen, CO, N2, NO, H2O, H2CO, CH3CN, and CH3NC. These specieswere deposited on the cold surface held at 10 K (up to 40 K). CO and N2 weredeposited on water ice substrates to study different adsorbed behaviours as well as the distribution binding energy and the segregation mechanism. We studied theefficiency of atoms (i.e oxygen and hydrogen) penetration into porous water ice.We used NO as a chemical tracer for the penetration of O and H atoms throughwater ice. From the analysis of the consumption of NO, we estimated the penetra-tion of O or D atoms through porous water ice. We proceed new experiments onthe hydrogenation of NO and found that there is an activation barrier at HNO H step. However, H atoms can cross the activation barrier via quantum tunnelingon the cold surface maintained at 8 K. We indicated that hydroxylamine (NH2OH)is the major product of the hydrogenation of NO at low temperatures, but N2O isthe major product at high temperatures. We also present possible chemical path-ways of the pre-biotic formamide (NH2CHO) through the co-hydrogenation of NOand H2CO on the cold surface (typically at 10 K). Simultaneously, we analysedand discussed the efficient formation route of formamide on interstellar grains. We showed that the chemical network of the hydrogenation of CH3CN and CH3NC iscomplex and takes place via different mechanisms which tend to be competitive.We measured and indicated that the hydrogenation is the dominant mechanism.Furthermore, H2O is always raising the reactive efficiency

Parmi les différentes structures de l'univers existe ce qu'on appelle le milieu interstellaire (MIS). C'est un endroit où gaz et poussière co-existent et interagissent en parfaite harmonie. L'hydrogène moléculaire est l'espèce la plus abondante et de loin la plus importante du gaz interstellaire. Elle est à la base de trois sur quatre des molécules les plus essentielles à l'apparition de la vie : l'eau, le méthane, l'amine et le monoxyde de carbone. La physico-chimie du MIS qui mène à la formation de nouvelles molécules est divisée en deux : les réactions en phase gazeuse et les réactions sur les grains de poussière qui s'est révélée la voie de formation la plus efficace pour l'hydrogène moléculaire. Ce travail de thèse est une contribution expérimentale à l'étude de l'interaction et de la formation de l'hydrogène moléculaire sur les surface de glace d'eau amorphe qui couvrent les grains de poussière dans les nuages sombres du MIS. Dans ce but, en réunissant techniques ultravides, systèmes cryogéniques, jets atomiques et moléculaires, spectrométrie de masse et modélisation, plusieurs expériences ont été faites en utilisant le dispositif FORMOLISM (FORmation of MOLecules in the InterStellar Medium).

Dans les disques protoplanétaires, les grains micrométriques croissent jusqu'à atteindre des tailles de planétésimaux avant de finalement former des planètes. Cependant,des études dynamiques ont montré qu'une fois que les grains atteignent une taille critique, ils dérivent rapidement vers l'étoile et y sont accrétés. Ce problème est connu comme la barrière de dérive radiale. De plus, des expériences en laboratoire ont montré que les grains peuvent fragmenter ou rebondir et ainsi arrêter la croissance avant les tailles kilométriques.Afin de passer outre ces barrières, plusieurs méthodes ont été proposés comme les pièges à particules (dans les vortex ou les sillons planétaires) qui demandent des évolutions dynamiques à grande échelle. Dans ce travail, nous choisissons d'étudier les propriétés intrinsèques de la poussière pendant leur croissance et plus particulièrement leur porosité.Nous développons un modèle d'évolution de la porosité pendant la croissance en fonction de la masse des grains pour plusieurs régimes d'expansion/compression (Kataoka et al. 2013, Okuzumi et al. 2012) et l'implémentons dans notre code SPH bifluide (Barrière-Fouchet et al. 2005). Nous trouvons que la croissance des grains poreux est accélérée en comparaison aux grains compacts et leur taille peut atteindre plusieurs kilomètres. De surcroît,la dérive est légèrement ralentie pour les grains poreux qui peuvent croître jusqu'à de plus grandes tailles avant de commencer à dériver vers l'étoile. Nous constatons aussi que les grains des régions externes du disque grossissent plus que quand l'effet de la porosité est négligé. Ces deux mécanismes peuvent aider les grains à outrepasser la barrière de dérive radiale, notamment en passant dans le régime de traînée de Stokes, et ainsi former des planétésimaux.Nous étudions aussi l'effet de la fragmentation et du rebond sur le comportement des grains. En considérant un seuil de fragmentation constant, nous observons que la croissance de grains poreux est retardée un temps par la fragmentation mais qu'elle se poursuit vers de grandes tailles et par conséquent, permet de passer outre les problèmes dus à la fragmentation et à la dérive radiale. Cependant, les grains très poreux sont plus fragiles et peuvent se fragmenter plus facilement entraînant une accrétion massive des poussières dans l'étoile. De plus, nous montrons que les effets du rebond peuvent être négligés devant ceux de la fragmentation.Enfin, nous observons également que la taille des monomères et du paramètre de viscosité turbulente peut avoir une influence sur l'évolution de la porosité et donc de la poussière dans le disque.La porosité permet donc de favoriser la croissance des grains et accélérer le découplage des grains. Les grains très poreux peuvent être plus sensibles à la fragmentation.Cependant, les effets collectifs de la poussière couplés à la porosité peuvent aider les grains à outrepasser les barrières de formation planétaire. La barrière de rebond peut être négligée dans le cas de grains poreux devant les autres barrières. Enfin,l'intensité de la turbulence altère la croissance et ainsi le devenir de la poussière.La taille des monomères modifie le facteur de remplissage sans toutefois impacter le découplage des grains dans les parties internes
In protoplanetary discs, micron-sized grains should grow up to planetesimal sizes in order to ultimately form planets. However, dynamical studies show that once they reach a critical size, they drift rapidly into the accreting star. This is known as the radial-drift barrier. Moreover, laboratory experiments have shown that grains can fragment or bounce, stopping the growth towards planetesimal sizes.In order to overcome those barriers, several methods have been proposed such as particles traps (e.g. vortices or planet gaps) which all involve large-scale dynamics.In this work, we choose to investigate the intrinsic properties of the grains during their growth, in particular their porosity.We thus consider the growth of grains with variable porosity as a function of their mass in several regimes of compression/expansion (Kataoka et al. 2013, Okuzumiet al. 2012) and implement it in our 3D SPH two-fluid code (Barrière-Fouchetet al. 2005).We find that growth is accelerated for porous grains that can reach kilometersizes. On the other hand, drift is slightly slowed down for porous grains that can grow up to larger sizes before drifting towards the star. As a result, grains in the outer regions of the disc reach larger sizes than when porosity is neglected. Those two mechanisms can help grains overcome the radial-drift barrier and form planetesimals.The Stokes drag regime appears to play a substantial part in maintaining grains in the disc.Considering a constant fragmentation threshold, we also find out that growth is delayed because of fragmentation but reaching large sizes and thus overcoming problems due to fragmentation and radial drift is still possible. However, very fluffy grains are fragile and can be easily disrupted leading to a massive accretion of dust into the star. Moreover, we show that the effects due to dust bouncing can be neglected compared to fragmentation.Finally, we investigate the influence of the size of monomers and -parameter on the evolution of porosity and then dust in the disc.Dust growth is accelerated by porosity and thus promotes grains decoupling. Very fluffy grains are more affected by fragmentation. However, dust collective effects and porosity can help grains to overcome planet formation barriers. Besides,the bouncing barrier can be neglected in the case of porous dust compared to other barriers. Finally, the intensity of turbulence can alter the growth and so the outcome of dust. The size of monomers modifies the grain filling factor without impacting dust decoupling in the inner parts of the disc

Mon travail de thèse est centré sur la compréhension des propriétés d'émission des gros grains de poussières dans le domaine submillimétrique et du couplage de ces grains avec le gaz interstellaire dans les régions froides et denses. Des observations astrophysiques marquantes (PRONAOS, FIRAS) révèlent que les grains possèdent à grande longueur d'onde des propriétés d'émission inattendues qui ne peuvent pas être comprises par la seule considération des modèles usuels. Pour expliquer ces propriétés, nous avons proposé un modèle original d'émission des grains, basé sur les propriétés physiques intrinsèques des solides amorphes. Ce modèle permet de rendre compte de l'anticorrélation existant entre la température d'équilibre des gros grains T et leur indice spectral d'émissivité Β, déduite des mesures PRONAOS (Dupac et al. 2003) mais également de l'excès submillimétrique observé par FIRAS. Il permet ainsi d'interpréter deux faits observationnels distincts qui n'avaient jamais été expliqués de manière simultanée et définit ainsi le canevas d'un futur modèle de grains. Pour avoir une meilleure compréhension des propriétés d'émission/absorption des grains, j'ai complété ce travail théorique par des expériences en laboratoire sur les propriétés d'absorption de différents types de silicates amorphes, à basse température et grande longueur d'onde. Pour la première fois, nous avons analysé nos spectres d'absorption en distinguant deux domaines fréquentiels (500Μm-1mm et 100Μm-200Μm) dans lesquels l'absorption présente une dépendance fréquentielle différente. Pour des longueurs d'onde comprises entre 500Μm et 1mm, l'indice spectral Β présente une anti-corrélation marquée avec la température, d'allure similaire à celle mesurée par le ballon PRONAOS. Cette variation de l'absorption pourrait être expliquée par la présence de défauts (groupements OH ou ions modifiant le réseau). Dans les environnements froids et denses, les propriétés d'émission des grains sont modifiées notamment par les processus d'agglomération des grains entre eux, processus favorisés par la présence de manteaux de glace. Dans ce cadre il apparaissait intéressant de relier les modifications des propriétés d'émission des grains à celles du gaz. Le traitement et l'analyse de données moléculaires CO et N2H+ en direction d'un filament de la constellation du Taureau nous a permis de démontrer que le processus d'agglomération des grains entre eux n'était pas initié par la présence de manteaux de glace de CO mais plus probablement par celle de manteaux de glace de H2O. Enfin, nous avons confirmé les résultats de SWAS sur la sous-abondance de l'eau en phase gazeuse dans les environnements froids et denses en étudiant, en direction d'un nuage sombre (Cha-MMS1), la raie d'émission submillimétrique de l'eau dans sa transition fondamentale avec le satellite ODIN.

Le milieu interstellaire (MIS) est la matière presente dans l'espace au sein des galaxies.Cette matière est composée de gaz et de grains de poussière. Jusqu'à présent, les radioastronomes principalement ont identifié plus de 170 molécules différentes dans le MIS.La présence de la plupart de ces molécules est expliquée à travers des réactions dans la phase gazeuse, mais la synthèse de beaucoup de ces molécules (comme H2, H2O, CO2) nécessite l'intervention d'uncatalyseur, donc des réactions dans la phase solide, sur la surface des grains de poussière. Les objectifs de cette thèse sont de comprendre quels sont les processus physico-chimiques qui ont lieu (par exemple, la diffusion et désorption) sur la surface des grains de poussière interstellaire et comment ils conduisent à la synthèse de molécules de plus en plus complexes.En particulier, l'objet de ma thèse est d'étudier:- le rôle de la diffusion des atomes d'oxygène (noté « O ») et les processus d'oxydation dans la formation des glaces interstellaires;- le couplage thermique et non thermique entre la phase gaz et la phase solide.L'astrochimie ne tendait à considérer que la diffusion des atomes d'hydrogène et les réactions d'hydrogénation, ignorant souvent le rôle de l'oxygénation ainsi que l'importance des processus d'adsorption et de désorption, d'où mes recherches approfondies sur ces thématiques.Évidemment, une meilleure connaissance de ces processus physico-chimiques et des réactions de surface aiderait les astronomes à comprendre la formation des glaces interstellaires, l'augmentation de la complexité moléculaire, et l'équilibre entre le gaz et la phase solide.Pour répondre à ces questions, de nombreuses expériences ont été réalisées avec le dispositif FORMOLISM, situé à l'Université de Cergy-Pontoise dans le cadre du LERMA (Observatoire de Paris). Via deux jets de particules avec un pompage différentiel, les atomes et les molécules sont déposés sur un échantillon froid (> 6,5 K) dans une chambre ultravide. Les produits des réactions sont ensuite sondés en utilisant la spectroscopie de masse et la spectroscopie infrarouge.Pour simuler différents environnements astrophysiques, la physique-chimie de l'état solide a été étudiée dans différentes conditions expérimentales:- La morphologie de substrat (glace d'eau amorphe soit poreuse, soit compacte, glace d'eau cristalline, silicate amorphe ou graphite)- Les espèces déposées et leur rapport relatif- La couverture des espèces déposées, de 0,1 à 2 monocouches- La température du substrat, de 6,5 à 60 K.En ce qui concerne les processus d'oxydation, les résultats montrent que l'O est très réactif avec de nombreuses espèces ; la diffusion des atomes d'O semble être beaucoup plus rapide que prévu et peut se produire par effet tunnel à des températures aussi basses que 6,5 K. Nous avons comparé les valeurs expérimentales des coefficients de diffusion et constaté que les taux de diffusion sur chaque surface, basés sur les résultats de la modélisation, étaient considérablement plus élevés que ceux prévus pour les atomes lourds tels que l'O. Nos résultats montrent que les atomes O peuvent rencontrer tous les partenaires disponibles de réaction à un taux plus rapide que le taux d'accrétion. En particulier, dans les nuages interstellaires très denses, le rapport O/H est tel que O devient l'un des partenaires réactifs dominants avec H. Ceci a un impact sur la formation de certaines espèces et sur l'abondance relative des produits formés.En ce qui concerne les processus de couplage solide-gaz (c'est à dire, l'adsorption, désorption thermique, désorption chimique), les résultats montrent que chaque processus est influencé d'une manière différente par le substrat (glace d'eau, de silicate ou graphite). Enfin, nous fournissons une liste utile des énergies de liaison de plusieurs espèces et de l'efficacité de désorption chimique des différentes réactions sur ces substrats
The interstellar medium is the matter that exists in the space between the star systems in a galaxy. It is composed of gas and elongated tiny dust grains. To date, plenty of molecules (> 170) are known to exist in the interstellar medium. The presence of most of them can be understood in terms of gas phase reactions but the synthesis of some key species (H2, H2O, CO2) need the intervention of solid-state reactions on dust grains surface. The aims of this thesis are to understand what are the relevant physical-chemical processes (i.e., diffusion and desorption) occurring on the surface of interstellar dust grains and how these processes influence synthesis of more and more complex molecules. In particular, the focus of my thesis is the investigation of:1) the role of O-atom diffusion and the oxidation processes in the formation of interstellar ices;2) the thermal and non-thermal processes coupling gas and solid phase.The reasons of these investigations lie on the realization that, up to now, only hydrogen diffusion and hydrogenation reactions are commonly considered in solid astrochemistry and the role of oxygenation as well as the importance of adsorption and desorption processes are often disregarded.Evidently, a better knowledge of such physical-chemical processes and, in general, of the solid state physical-chemistry could help astronomers to understand the formation of interstellar ices, the increase on molecular complexity, and the equilibrium between gas and solid phase.To answer these questions, many experiments have been performed with the FORMOLISM set-up, i.e., FORmation of MOLecules in the ISM, located in the Universitè de Cergy Pontoise, Observatoire de Paris. Via two triply differentially pumped beams, atoms and molecules were aimed at a cold (>6.5 K) sample held in a Ultra high vacuum chamber. The products were probed using Mass spectroscopy and Reflexion Absorption Infrared Spectroscopy.To simulate different astrophysical environments, the solid state physical-chemistry has been studied in different experimental conditions:-The substrate morphology (Amorphous water ice, porous (p) and compact (np), crystalline (c) ice, amorphous silicate, and graphite)-The species deposited and their relative ratio-The coverage of deposited species, from 0.1 to 2 ML-The substrate temperature, from 6.5 to 60 KConcerning oxidation processes and O-atom reactivity, the results show that oxygen is very reactive with many species (i.e., H, CO, NO, H2CO, HCOOH); O diffusion appears to be much faster than previously expected and can occur via quantum mechanical tunnelling at temperatures as low as 6.5 K. We compared the experimental values of the diffusion coefficients and found that the rates of diffusion on each surface, based on modelling results, were considerably higher than those expected for heavy atoms such as oxygen. Our findings show that O atoms can scan any available reaction partners (e.g., either another H atom, if available, or a surface radical like O, OH, CO) at a faster rate than that of accretion. In particular, in very dense interstellar clouds, the O/H ratio is such that O becomes one of the dominant reactive partners together with H. This has an impact on the chemistry occurring at the surface of dust grains as either the formation of some species may be enhanced, or at least the relative abundances of the final products will be affected. An important example of how O-atom mobility can modulate the abundances of key species of ices in the ISM is the case of the H2O/CO2 ratio via the CO+O and H2CO+O pathways.Concerning gas-solid coupling processes (i.e., adsorption, sticking, thermal desorption, chemical desorption), the results show that each processes is influenced in a different way by the substrate (i.e., water ice, silicate or graphite). Moreover, we provide a useful list of binding energies of several species and chemical desorption efficiency for different reactions on different subst

La petite taille des nanoparticules induit une grande surface spécifique, qui procure des propriétés inédites, notamment chimiques, mécaniques, optiques ou biologiques, comparées aux particules micrométriques. Parmi ces nouvelles spécificités, les nanoparticules sont soumises à des forces de cohésion plus intenses, telles que des forces de van der Waals, électrostatiques ou capillaires, ce qui les amène à s’agglomérer de manière réversible. Cependant, une explosion de poussières nécessite une dispersion de la poudre dans l’air, ce qui peut mener à une fragmentation de ces agglomérats. L’objectif de ce travail est ainsi d’étudier l’influence des spécificités des nanoparticules, notamment de l’agglomération, sur leur sensibilité à l’inflammation et leur sévérité d’explosion, et d’évaluer l’adéquation des méthodes définies par les standards internationaux pour la détermination de ces paramètres concernant les nanoparticules. Quatre types de poudres ont été considérées pour étudier le comportement spécifique de chaque type de combustible: noirs de carbone, nanocellulose, aluminium et silicium enrobé de carbone. Les poudres ont été caractérisées au repos, et leur distribution de tailles de particules a été mesurée avant et après dispersion à l’aide de méthodes complémentaires. Le diamètre moyen en surface diminue significativement après l’injection dans la sphère de 20L, i.e l’équipement standard utilisé pour mesurer la sévérité d’explosion. Cette observation prouve la nécessité de caractériser la poudre après injection dans la sphère de 20L, pour évaluer le risque de manière fiable. Des essais d’inflammation et d’explosion ont été réalisés dans des conditions standards, mais aussi modifiant la préparation de la poudre (vieillissement, séchage, tamisage, agglomération) ainsi que les conditions opératoires (procédure de dispersion, énergie d’inflammation, turbulence initiale). Des comportements spécifiques liés à la nature de la poudre (carbonée, organique ou métallique) ont été observés, discutés, et des méthodes alternatives de mesure ont été proposées. Par exemple, la procédure de dispersion et la source d'inflammation doivent être adaptées à l'énergie d'allumage minimale des nanopoudres pour éviter à la fois les phénomènes de pré-inflammation et ‘d’overdriving’. Enfin, l’une des principales propositions consiste à considérer la vitesse laminaire de flamme comme un paramètre standard représentant la sévérité d’explosion. Des tests ont été réalisés dans un tube de propagation de flamme et dans une sphère éventée pour évaluer la vitesse non étirée de la nanocellulose. Les résultats obtenus ont alors été comparés à une corrélation existante basée sur les paramètres obtenus lors d’essais standards. De plus, un modèle de propagation de flamme, initialement développée pour des mélanges hybrides, a été adapté pour représenter la propagation de flamme dans un nuage de nanoparticules et a montré des résultats en adéquation avec les résultats expérimentaux
The small size of nanoparticles implies a high specific surface area, which induces original properties when compared to micropowders, such as chemical, mechanical, optical or biological properties. Among these new specificities, nanoparticles are subjected to weak cohesion forces, such as van der Waals, electrostatic or capillary forces, which cause them to agglomerate in a reversible way. However, dust explosions require the dispersion of the dust in the air, which can lead to a breakage of these agglomerates. The aim of this work is then to study the influence of nanoparticles specificities, notably the agglomeration, on their ignition sensitivity and explosion severity, and evaluate the adequacy of the international standard methods to determine these parameters when it comes to nanoparticles. Four types of powders were chosen to highlight the specific behavior of each type of combustible powder: carbon black, nanocellulose, aluminum and carbon-coated silicon. The powders were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), specific surface measurement and helium pycnometer, and their particle size distribution (PSD) was measured before and after dispersion using different methods. The mean surface diameter, used to consider the high surface area of nanoparticles, considerably decreases after the injection in the 20L sphere, i.e the standard equipment to measure the explosion severity of a dust. This observation highlighted the necessity to characterize the dust after injection in the 20L sphere, to accurately evaluate the explosion risk. Ignition and explosion tests were conducted in standard conditions, but also by varying the powder preparation (aging, drying, sieving, agglomeration), and the operating conditions (dispersion procedure, ignition energy, initial turbulence). Specific behaviors related to the powder nature (carbonaceous, organic or metallic) were then observed, discussed, and alternative measurement methods were proposed. For instance, alternative dispersion nozzles were tested to provide a better cloud homogeneity or to reproduce industrial release conditions. Dispersion procedure and ignition source should be adapted to the minimum ignition energy of the nanopowders to avoid both pre-ignition and overdriving. Variation of the ignition delay time can be helpful to obtain the most conservative results. One of the main proposals consists in the consideration of the laminar burning velocity as a standard characteristic of the explosion severity. Experiments were conducted in a flame propagation tube and a vented 20L sphere to evaluate the unstretched burning velocity of nanocellulose. The results were then compared to an existing correlation based on the pressure-time evolution during standard experiments. Furthermore, a flame propagation model, initially designed for hybrid mixtures, was adapted to the flame propagation in a cloud of organic nanoparticles, showing consistent results with the experiments

Alors que les galaxies évoluent, leur milieu interstellaire (MIS) s’enrichit continuellement en métaux, et cet enrichissement influence la formation d’étoiles. Les galaxies naines de faible métallicité de l’Univers Local sont les candidates idéales pour étudier l’influence de cet enrichissement en métaux sur les propriétés du MIS des galaxies et nous donne un aperçu des processus d’enrichissement et de formation stellaire dans des conditions proches de celles trouvées dans les systèmes pauvres en métaux de l’Univers primordial. Des études précédentes ont montré que le MIS des galaxies naines pose un certain nombre d’énigmes en terme d’abondance des grains, de composition de la poussière et même des processus d’émission en infrarouge lointain (FIR). Cependant, ces études étaient limitées à la poussière chaude émettant à des longueurs d’onde plus courtes que 200 micromètres et étaient effectuées sur un petit nombre de galaxies. Grâce à une sensibilité et une résolution améliorées dans les domaines FIR et submillimétriques (submm), Herschel nous donne une vue nouvelle sur les propriétés de la poussière froide dans les galaxies et nous permet d’étudier les galaxies les plus pauvres en métaux de manière systématique. Dans ce travail, je mène une étude des propriétés des poussières dans les galaxies naines et compare avec des environnements plus riches en métaux, pour aborder la question de l’impact de la métallicité sur les propriétés de la poussière. La nouveauté de ce travail réside dans le fait que les galaxies naines sont étudiées de manière systématique, nous permettant d’accéder aux, et de quantifier les propriétés générales représentatives de ces systèmes. Cette étude est conduite sur toute la gamme de longueurs d’onde infrarouge (IR)-submm, avec les nouvelles observations en FIR/submm d’Herschel, ainsi que des données Spitzer, WISE, IRAS, et 2MASS. Nous complétons ces données avec des mesures en domaine submm de télescopes au sol comme APEX ou le JCMT, pour étudier la présence et les caractéristiques de l’excès submm dans mon échantillon de galaxies. Je collecte aussi les données HI et CO pour accéder aux propriétés du gaz dans ces galaxies et étudier l’évolution du rapport en masse gaz-sur-poussière (G/D) avec la métallicité. Notre étude révèle des propriétés de poussière différentes dans les environnements de faible métallicité que celles observées dans des systèmes plus riches en métaux (par exemple, une poussière globalement plus chaude). Une émission en excès par rapport aux modèles utilisés, apparait souvent aux alentours de 500 micromètres, menant à d’importantes incertitudes sur les propriétés de la poussière, notamment sur la masse de poussière. Les excès les moins importants peuvent cependant être expliqués en utilisant une autre composition pour la poussière, avec des grains plus émissifs. Traceur idéal de l’état d’évolution chimique d’une galaxie, le G/D est en fait bien plus grand que ce que l’on pourrait attendre si l’on considère un modèle simple d’évolution chimique. Interprétée avec des modèles d’évolution chimique plus complexes, incorporant des processus de croissance des grains et/ou une formation d’étoiles épisodique, la relation entre le G/D et la métallicité, ainsi que sa dispersion, peuvent être expliquées par la grande variété d’environnements que nous considérons dans notre étude
As galaxies evolve, their Interstellar Medium (ISM) becomes continually enriched with metals, and this metal enrichment influences the subsequent star formation. Low metallicity dwarf galaxies of the local Universe are ideal candidates to study the influence of metal enrichment on the ISM properties of galaxies and gives us insight into the enrichment process and star formation under ISM conditions that may provide clues to conditions in early universe metal-poor systems. Previous studies have shown that the ISM of dwarf galaxies poses a number of interesting puzzles in terms of the abundance of dust grains, the dust composition and even the FIR emission processes. However these studies were limited to the warmer dust emitting at wavelengths shorter than 200 microns and were done only on a small number of dwarf galaxies. Thanks to its increased sensitivity and resolution in FIR and submillimeter (submm) wavelengths, Herschel gives us a new view on the cold dust properties in galaxies and enables us to study the lowest metallicity galaxies in a systematic way. In this work, I carry out a study of the dust properties in dwarf galaxies and compare with more metal rich environments, in order to address the question of the impact of metallicity on the dust properties. The novelty of this work lays in the fact that dwarf galaxies are studied here in a systematic way, enabling us to derive and quantify the general properties that are representative of these systems. This study is conducted over the full IR-to-submm range, using new FIR/submm Herschel observations, Spitzer, WISE, IRAS and 2MASS data. We complete this set of data with longer submm measurements from ground-based facilities such as APEX and JCMT to study the presence and characteristics of the submm excess in my sample of galaxies. I also collect Hi and CO data to access the gas properties of the galaxies and study the evolution of the G/D with metallicity. Our study reveal different dust properties in low-metallicity environments than that observed in more metal-richs systems (e.g., an overall warmer dust component). An excess submm emission is often apparent near and/or beyond 500 microns rendering large uncertainties in the dust properties, even for something as fundamental as dust masses. Some of the smallest excesses can be explained by using another dust composition with more emissive grains. Ideal tracer of the chemical evolutionary stage of a galaxy, the gas-to-dust mass ratios (G/D) is found to be much higher than what is expected by simple chemical evolution models. Interpreted with more sophisticated chemical evolution models, including dust growth in the ISM and/or episodic star formation, the relation of the G/D with metallicity and its scatter can be explained by the wide variety of environments we are considering

Au cours des dernières décennies, l’astronomie infrarouge a changé notre point de vue au sujet de l’évolution des galaxies, en particulier à de grandes distances. Nous avons accès à une grande variété d’informations physiques grâce au domaine spectral infrarouge. Toutefois, les limites de diffraction des instruments infrarouges et l’existence d’un grand nombre de sources font de l’identification individuelle des galaxies une tâché difficile. La première partie de cette thèse est consacrée à Résoudre le fond extragalactique infrarouge avec l’observatoire spatial Herschel, à, l’aide de simulations réalistes, correspondant aux images les plus profondes jusqu’ici obtenues en infrarouge lointain. Nous avons étudié l’origine du bruit de confusion dans les images GOODS-Herschel et résolu une partie de fond cosmique infrarouge en galaxies individuelles. De nouvelles techniques ont été développées pour prédire les flux en infrarouge lointain à partir de la connaissance préalable des positions, décalages spectraux et densités de flux des sources dans l’infrarouge moyen. Les images simulées ont été construites en utilisant les flux prédits afin d’évaluer le rôle du bruit local de confusion et d’identifier des sources individuelles. La deuxième partie de la thèse concerne l’étude de la Destruction de grains de poussières par des jets vus en radio. Nous avons étudié les effets des noyaux actifs de galaxies dans le milieu interstellaire, en particulier le mécanisme qui donne lieu à la région des raies étroites dans les galaxies de type Seyfert. Des spectres en infrarouge proche à fente longue a ont été enregistrés sur un ensemble de galaxies Seyfert de type 2 afin de mesurer les raies d’émission de ([Fe II], [P II] et Paβ) qui révèlent la destruction de poussières par les ondes de choc produites par les jets radio. Nous avons constaté que le mécanisme dominant l’ionisation près du noyau des galaxies Seyfert est le champ de rayonnement produit par l’activité du trou noir. Dans la partie extérieure de la région des raies étroites, des ondes de choc induites par des jets de radio contribuent également au budget énergétique du milieu interstellaire et à la destruction des grains de poussière. Cette thèse s’est déroulée en co-encadrement au Service d’Astrophysique du CEA-Saclay et au Département d’Astronomie de l’Université de Concepción, au Chili
During the last decades, infrared astronomy has changed our view about the evolution of galaxies, especially at large distances. We have access to large variety of physical information in the infrared bands. However, diffraction limits of the infrared instruments and the existence of a large number of sources makes individualization of galaxies a difficult task. The first part of this thesis is entitled Resolving the Cosmic Infrared Background with the Herschel Space Observatory where, by the use of far-infrared realistic simulations of the deepest infrared images of the Universe, we have studied the origin of the confusion noise in the GOODS-Herschel images and resolved a substantive part of the Cosmic Infrared Background into individual galaxies. New techniques were developed to predict the fluxes in the far-infrared from prior knowledge in the mid-infrared. Mock images were built using those predicted fluxes to evaluate the role of local confusion noise and identify individual sources. The second part of the thesis concerns the study of the Destruction of dust grains by radio jets. We study the effects of active galactic nuclei in the insterstellar medium, in particular in the mechanism that gives rise to the narrow-line region in Seyfert galaxies. Long-slit near-Infrared spectra of a set of type-2 Seyfert galaxies were taken to measure diagnostic emission lines ([Fe II], [P II] and Paβ) that reveal the destruction of dust grains due to the shock waves produced by the radio jets. We found that the dominant mechanism of ionization close to the nuclei of the Seyfert galaxies is the radiation field produced by the back hole activity. In the outer part of the narrow-line region, shock waves induced by the radio jets also contribute to the energy budget of the interstellar medium and sputter the dust grains. This was a co-advising thesis performed in the Service d’Astrophysique CEA-Saclay and the Astronomy Department of the University of Concepción, Chile
Durante las últimas décadas, la astronomía infrarroja ha cambiado nuestra visión sobre la evolución de galaxias, en especial revelando que a grandes distancias (z >1) las galaxias individuales son típicamente Galaxias Infrarrojas Ultraluminosas (cuyas siglas en inglés son ULIRGs por Ultraluminous Infrared Galaxies, 1012 < Lbol < 1013 L⊙). Actualmente tenemos acceso a una gran variedad de información física basada en la emisión en bandas espectrales infrarrojas (IR), radiación que en el caso de las galaxias es producida en su mayoría por granos de polvo. Sin embargo, el límite de difracción de los instrumentos infrarrojos junto con el gran número de fuentes de emisión hace de la individualización de galaxias una tarea difícil. La primera parte de esta tesis se titula Resolviendo el Fondo Cósmico Infrarrojo con el Observatorio Espacial Herschel donde, con el uso de simulaciones realistas de las imágenes más profundas del Universo, hemos estudiado el origen del ruido de confusión en las imágenes GOODS-Herschel y resuelto en galaxias individuales una parte sustantiva del Fondo Cósmico Infrarrojo. Nuevas técnicas fueron desarrolladas para predecir los flujos en el infrarrojo lejano a partir del conocimiento a priori en el infrarrojo medio. Las imágenes simuladas fueron construidas usando esos flujos predichos y con ellos evaluar el rol del ruido de confusión local así como identificar fuentes individuales. La segunda parte de la tesis trata del estudio sobre la Destrucción de granos de polvo por chorros en ondas de radio. Este proyecto que se concentró en la observación de galaxias Seyfert y ULIRGS y apunta a entender mejor el ciclo de vida del polvo al estudiar la destrucción de granos en galaxias con nucleos activos y los efectos de la actividad de estas últimas en el medio interestelar, en particular en el mecanismo que da origen a la región de líneas de emisión angostas en las galaxias Seyfert. Se obtuvo espectros infrarrojos de rendija larga de galaxias Seyfert del tipo 2 para medir líneas de emisión ([Fe II], [P II] y Paβ) las cuales revelan la destrucción de granos de polvo debido a las perturbaciones de las ondas de choque producidas por chorros detectados en ondas de radio. Hemos encontrado que el mecanismo dominante de la ionización cerca de los núcleos de las galaxias Seyfers es el campo de radiación producido por la actividad del agujero negro central. En la parte externa de la región de líneas de angostas, las ondas de choque inducidas por los chorros en radio también contribuyen al balance energético del medio interestelar y desintegran los granos de polvo. Esta fue una tesis de co-tutela llevada a cabo en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Concepción y en el Service d’Astrophysique del Commissariat á l’Énergie Atomique (CEA), Francia

De nos jours environ 200 molécules ont été observées dans le milieu interstellaire, environ 75% d'entre elles sont carbonées et 25% sont des hydrocarbures. Les grains de poussières contiennent également du carbone en grande quantité. La présence du carbone dans la majorité des molécules et dans les grains de poussières s'explique par son abondance et sa capacité à former des liaisons. Il est donc crucial de les étudier d'un point de vue astrochimique. Dans une première partie, ce travail présente les mesures des rapports de branchement et des énergies dissipées sous forme d'énergie cinétique dans les fragments neutres lors d'une collision à haute vitesse, des molécules carbonées suivantes : SiC, AlC, AlCH, C ₂ O, CN, CH ₂ et CH. Ces mesures ont été obtenues grâce au dispositif expérimental AGAT. Ce dernier est installé à demeure auprès de l'accélérateur Tandem d'Orsay. Il permet la collision molécule-atome en cinématique inverse et la détection 100% efficace de tous les fragments émis, y compris les neutres. Dans une seconde partie, l'effet de l'ajout ou la correction de nouveaux rapports de branchement d'hydrocarbures est discuté, sur la modélisation de la chimie de deux objets célèbres : la région de photo-dissociation de la nébuleuse de la Tête de Cheval et le nuage moléculaire TMC-1. Ces deux objets sont bien connus pour leur richesse en molécules observées. Ces nouveaux rapports de branchement diminuent les abondances calculées des espèces de la phase gazeuse, déjà trop basses par rapport aux observations. Une hypothèse stipule que des hydrocarbures sont dégagés dans la phase gazeuse via les grains de poussières carbonés. Suite à cette hypothèse, pour la première fois, les effets de l'incorporation de réactions de photo-production d'hydrocarbures par les grains de carbone amorphes hydrogénés ont été étudiés, sur la chimie de la phase gazeuse de la nébuleuse de la Tête de Cheval. L'ajout de ces réactions resserre l'écart entre la modélisation et les observations
Nowadays, about 200 molecules have been observed in the interstellar medium, about 75% are carbon molecules and 25% hydrocarbons. Dust grains also contain carbon in large quantities. The presence of carbon in the majority of molecules of the gaseous phase and in the dust is due to its abundance and its ability to form bonds. So, it is crucial to study the carbon in an astrochemical point of view.In the first part, this work presents measurements of branching ratios and energy dissipated as kinetic energy in neutral fragments which are emitted in a high speed collision, of the following carbon molecules: SiC, AlC, AlCH, C ₂ O, CN, CH ₂ and CH. These measurements were obtained from the experimental setup AGAT. This setup is permanently installed at the Tandem Orsay facility. It allows molecule-atom collisions and 100% effective detection of all the transmitted fragments, including neutral ones.In the second part, the effect of the addition or correction of new hydrocarbon branching ratios is discussed, by modeling of chemistry of two famous objects: the photo-dissociation region of the Horsehead nebula and the molecular cloud TMC-1. Both objects are well known for their numerous observed molecules. These new branching ratios reduce the calculated abundances of species in the gas phase, even though these abundances were already too low compared to the observations. A hypothesis states that hydrocarbons are released into the gas phase via the carbonaceous interstellar dust. Following this assumption, for the first time, the effects of the incorporation of photo-production reactions of hydrocarbons from the hydrogenated amorphous carbons were studied on the chemistry of the gaseous phase of the Horsehead nebula. The addition of these reactions narrows the gap between modeling and observations

Les disques de débris orbitant dans l'environnement des étoiles proches constituent un indicateur très important des propriétés des systèmes planétaires extra-solaires. Depuis l'espace et au sol, les moyens observationnels actuels permettent de déterminer dans divers domaines de longueurs d'ondes les propriétés spatiales de ces disques et celles des grains de poussières circumstellaires. Cette thèse aborde le sujet de la modélisation des disques de débris, à partir de données fournies par de multiples instruments, en premier lieu les télescopes spatiaux Hubble et Herschel, et les interféromètres infrarouges du VLTI, CHARA, et KIN. Mes premiers projets ont pris place dans le cadre de deux programmes-clés de l'Observatoire Spatial Herschel dédiés à l'étude des disques circumstellaires autour des étoiles proches. Au sein du projet GASPS, j'ai obtenu des observations spectro-photométriques de HD 181327, une jeune étoile (12[+8\-4] millions d'années, Ma) de type solaire entourée d'un anneau de débris massif de 90 unités astronomique (UA) de rayon vu aussi en lumière diffusée par le télescope spatial Hubble. La bonne détermination de la géométrie de l'anneau permet de se concentrer sur la modélisation de la distribution spectrale d'énergie, afin de mieux caractériser les propriétés des poussières. J'ai utilisé le code de transfert radiatif GRaTer et démontré que le système héberge une population de planétésimaux glacés, qui pourrait représenter une source d'eau et de volatils susceptible d'être libérée sur des planètes telluriques encore en formation. Je discute quelques résultats additionnels obtenus avec Herschel à propos de disques de débris jeunes, notamment HD 32297, et d'analogues faibles de la Ceinture de Kuiper. Les disques exo-zodiacaux (exozodis), analogues du nuage Zodiacal du Système Solaire, représentent une contrepartie chaude (ou tiède) aux disques de débris, résidant proche de la zone habitable (moins de quelques unités astronomiques) et encore mal connue. Ils sont révélés par leur émission proche et moyen infrarouge et peuvent être étudiés avec la précision et la résolution requises grace à l'interférométrie optique. Dans le cas de l'étoile β Pictoris (12[+8\-4] Ma), dont le disque est vu par la tranche, une fraction significative du disque externe diffuse de la lumière vers le champ de vue des interféromètres ; une composante interne chaude doit tout de même être invoquée pour justifier de l'excès mesuré dans l'infrarouge proche. En m'appuyant sur l'exemple de l'étoile Véga (440 ± 40 Ma), je présente la méthodologie employée et démontre que les exozodis chauds se caractérisent par une abondance de poussières sub-microniques, près de la distance de sublimation de l'étoile. D'un point de vue théorique, le mécanisme de production de ces petits grains non-liés est encore incompris. J'aborde plus en détails le cas du disque exozodiacal à deux composantes (chaude et tiède) de Fomalhaut (440 ± 40 Ma). Je développe une nouvelle méthode de calcul des distances de sublimation et recense les processus variés qui peuvent affecter un grain de poussière afin de fournir un cadre pour l'interprétation : l'exozodi chaud à ~0.1 - 0.2 UA serait la signature indirecte d'une ceinture d'astéroïdes située à ~2 UA à l'activité dynamique particulièrement intense. Finalement, je dresse un bilan des propriétés des disques de débris et de ce qu'ils peuvent nous apprendre quand on les compare au Système Solaire, et propose de futures directions de recherche pour explorer davantage les systèmes planétaires et leur dynamique.

L'expansion des plasmas joue un rôle très important dans différents phénomènes comme ceux intervenant dans les accélérateurs et les rayons cosmiques. Les dernières observations et exprériences ont montré que la présence des grains de poussière dans le plasmas modéfie considérablement les caractéristique du plasma et donne lieu à des nouveaux effets. Dans se travail il s'agit de modéler l'expansion d'un plasmas en présence de grains de poussière en utilisant le formalisme self similaire. Les résultats obtenus pour différentes situations physiques ont montré d'un part les limites de la solution self similaire, d'autre part ils ont révéle l'exsitence d'un front associe aux ondes acoustique au delàs duquel la condition de quasi neutralité n'est plus valable.

Associée à d'autres techniques observationnelles, la polarimétrie dans le visible ou dans le proche infrarouge permet d'étudier la morphologie des champs magnétiques à la périphérie de nombreuses régions de formation stellaire. A l'intérieur des nuages molécualires la morphologie des champs est connue par polarimétrie submillimétrique, mais rarement pour les mêmes régions. Habituellement, il manque une échelle spatiale intermédiaire pour pouvoir comparer correctement la morphologie du champ magnétique galactique avec celle située à l'intérieur des nuages moléculaires. -- Cette thèse propose les moyens nécessaires pour réaliser ce type d'analyse multi-échelle afin de mieux comprendre le rôle que peuvent jouer les champs magnétiques dans les processus de formation stellaire. La première analyse traite de la région GF 9. Vient ensuite une étude de la morphologie du champ magnétique dans les filaments OMC-2 et OMC-3 suivie d'une analyse multi-échelle dans le complexe de nuages moléculaires Orion A dont OMC-2 et OMC-3 font partie. -- La synthèse des résultats couvrant GF 9 et Orion A est la suivante. Les approches statistiques employées montrent qu'aux grandes échelles spatiales la morphologie des champs magnétiques est poloïdale dans la région GF 9, et probablement hélicoïdale dans la région Orion A. A l'échelle spatiale des enveloppes des nuages moléculaires, les champs magnétiques apparaissent alignés avec les champs situés à leur périphérie. A l'échelle spatiale des coeurs, le champ magnétique poloïdal environnant la région GF 9 est apparemment entraîné par le coeur en rotation, et la diffusion ambipolaire n'y semble pas effective actuellement. Dans Orion A, la morphologie des champs est difficilement détectable dans les sites actifs de formation d'OMC-2, ou bien très fortement contrainte par les effets de la gravité dans OMC-1. Des effets probables de la turbulence ne seont détectés dans aucune des régions observées. -- Les analyses multi-échelles suggèrent donc qu'indépendamment du stade évolutif et de la gamme de masse des régions de formation stellaires, le champ magnétique galactique subit des modifications de sa morphologie aux échelles spatiales comparables à celles des coeurs protostellaires, de la même façon que les propriétés structurelles des nuages moléculaires suivent des lois d'autosimilarité jusqu'à des échelles comparables à celles des coeurs.
Together with other observational methods, visible and near infrared polarimetry can help tu understand the morphology of magnetic fields in the neighborhood of several star-forming regions. inside molecular clouds, this morphology can be deduced with the help of submm polarimetry but rarely in the same regions. When both observational methods are used for the same region, there is a gap in the spatial scales to correctly compare the Galactic magnetic field with the magnetic field probed inside the clouds. -- This thesis proposes the necessary steps to make this type of multi-scle analysis and to better understand the role that can be played by magnetic fields in stellar formation regions. The GF 9 region is the first region analysed with this method. Then, a study of the morphology of the magnetic field located in filamentary molecular clouds OMC-2 and OMC-3 is presented, followed by a multi-scale analysis of the Orion A region, the molecular cloud complex in which these clouds are embedded. -- The results covering both regions can be summarized as follows. it is statistically shown that the large scale morphology of the field is poloidal in the GF 9 region, and probably toroidal in the Orion A complex. On the smaller spatial scale of the envelopes of the clouds, the magnetic fields appear to be aligned with the fields at their periphery. On the spatial scale of the cores, the poloidal magnetic field located in the vicinity of GF 9 is apparently twisted and entrained by the rotation of the core and ambipolar diffusion does not seem to be effective at the present time. In Orion A, the morphology of the fields can hardly be probed in active sites of stellar formation in OMC-2, and is strongly constrained by the effects of gravity in OMC-1. There is no evidence for turbulence in all the observed regions. -- All in all, the multiscale analyses suggest that independently of the evolutionary state or of the range in mass of the star-forming regions, the magnetic field morphology is significantly affected on spatial scales similar to those of cores, in the same way that molecular clouds properties remain self-similar down to the spatial scales similar to those of cores.
Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada