Добірка наукової літератури з теми "Astrophysique – Expériences"

Plusieurs missions sur satellite sont proposées pour résoudre un grand nombre de questions sans réponse concernant l'univers. Les instruments sur certaines de ces missions nécessitent des températures inférieures à 0,1 K pour fonctionner efficacement. Cette exigence signifie que la chaîne de refroidissement est un élément crucial de la conception du satellite. Les spécifications cryogéniques de ces futures missions sont plus exigeantes que l'état de l'art actuel : elle auront besoin d'une puissance frigorifique plus élevée à une température inférieure et avec à une durée de vie prolongée de 5 à 10 ans. Cela a motivé le développement d'un réfrigérateur à dilution 3He-4He en boucle fermée. Cette conception est basée sur le réfrigérateur à dilution à cycle ouvert utilisé sur le satellite Planck, dont la durée de vie et la puissance frigorifique ont été limitées par la quantité d'3He et d'4He à bords, le mélange étant éjecté dans l'espace après le processus de dilution . Pour surmonter ces limitations, le cycle a été fermé par la séparation des isotopes de l'hélium à basse température avant de les réinjecter dans le réfrigérateur . Cette thèse décrit les progrès réalisés dans le développement et dans la compréhension de ce nouveau système, et montre que les exigences de refroidissement (1 µW à 50 mK) peuvent être satisfaites dans les conditions requises. Ce travail tente également de résoudre un problème lié à la micro-gravité : la séparation de phase liquide-vapeur dans le bouilleur. Nos résultats expérimentaux montrent que le confinement du liquide dans le bouilleur dans les conditions requises et en gravité négative est possible. Ces résultats ont guidé la conception d'un nouveau bouilleur non-sensible à la gravité, dernière étape du développement d'un réfrigérateur à dilution en boucle fermée adapté à la micro-gravité.

Les naines blanches magnétiques composent certains systèmes binaires particuliers qui accrètent la matière de leur compagnon sous la forme d’une colonne d’accrétion. Le flot de matière confiné par les lignes de champ magnétique, tombe à une vitesse supersonique au niveau du ou des pôles magnétiques de la naine blanche. Lors de l’impact, un choc d’accrétion est généré et la matière choquée se structure sous l’effet de processus radiatifs complexes. Dans ce travail, nous présentons des données observationnelles, des données de simulations numériques à l’échelle astrophysique, des études théoriques et enfin des données expérimentales obtenues sur différentes installations laser ainsi que leurs simulations numériques associées. Tout d’abord, des approches théoriques et numériques à l’échelle astrophysique permettent de décrire la structure et la dynamique de la colonne d’accrétion. En particulier, nous avons étudié l’origine d’oscillations rapides observées dans les courbes de lumière de certains objets. Puis, nous avons complété ces études par une approche expérimentale afin de construire des maquettes aux dimensions millimétriques en laboratoire des phénomènes hydro-radiatifs présents dans les colonnes d’accrétion grâce à l’utilisation de lasers de puissance. Des résultats expérimentaux obtenus sur l’installation GEKKO XII et leurs interprétations sont présentés. Enfin, nous avons optimisé un nouveau schéma expérimental en attaque indirecte pour atteindre un régime similaire sur les installations mégajoules. Les données extraites de ces expériences permettront d’apporter des éléments essentiels pour améliorer la modélisation astrophysique
Magnetic white dwarfs are part of some binary systems which accrete matter from their companion star as an accretion column. The accretion flow confined by the magnetic field lines falls at a supersonic velocity onto the magnetic poles of the white dwarf. At the impact, an accretion shock is generated and the post-shock region is structured as a result of the effects of complex radiative processes. In this work, we present observational data, astrophysical numerical data, theoretical studies and finally experimental data obtained on different laser facilities as well as their associated numerical simulations. First, theoretical and numerical studies at the astrophysical scale describe the structure and the dynamics of the accretion column. In particular, we have studied the origin of rapid oscillations observed in the optical light curves of some objects. Then, we have completed these studies with an experimental approach to build laboratory millimetre-scaled models of the radiation hydrodynamic processes occurred in the accretion column through powerful lasers. Experimental results obtained on the GEKKO XII laser facility and their interpretations are presented. Finally, we have optimized a new experimental design to achieve a similar regime on megajoule facilities in indirect drive. The data obtained from such experiments will provide new insights to improve astrophysical modelling

La molécule NH est cruciale dans la chimie de l'azote interstellaire car elle est un intermédiaire lors de la formation d'ammoniac dans l'MIS. L'abondance de cette espèce est une sonde cruciale de la chimie de l'azote. Avec les progrès des techniques d'observation, des transitions hautement résolues de ces molécules dans l'MIS ont été observées. Cependant, les rapports d'abondance observés des hydrures d'azote ne correspondent pas aux modèles astrochimiques. Les isotopologues sont utilisés pour sonder les voies chimiques. Pour une analyse précise de ces observations spectrales, des méthodes de modélisation non-LTE sont utilisées qui nécessitent des coefficients de taux de collision NH et ND précis. Dans ce travail, nous présentons des coefficients de taux résolus fins et hyperfins pour la (dé-)excitation de NH/ND due aux collisions avec He et celle de NH avec H2 qui devraient permettre une détermination précise de l'abondance de NH à partir des spectres d'observation. Dans cette thèse, nous présentons des PES ab initio hautement corrélés des NH-He et NH-H2 complexes Van der Waals. Les calculs des coefficients de taux état-à-état résolus fins et hyperfins pour les collisions NH-He ont été effectués en utilisant le nouveau PES pour les températures jusqu'à 350 K et les collisions ND-He pour les températures jusqu'à 200 K. De la comparaison, nous observons qu'il y a une différence significative entre les coefficients de taux actuels et précédents, qui est attribuée essentiellement à l'inclusion de l'effet vibrationnel dans les nouveaux calculs et à la comparaison entre les résultats NH-He et ND-He montre l'importance de calculer explicitement les coefficients de taux ND-He. Nous présentons également les premiers calculs pour NH-H2. Étant donné que les coefficients de taux He et H2 diffèrent considérablement, les ensembles de données collisionnelles NH-He et NH-H2 devraient être utilisés pour réviser l'abondance de NH dans l'espace
NH molecule plays a crucial role in the interstellar nitrogen chemistry as it acts as an intermediate during the formation of the ubiquitous ammonia. Abundance of this species is a crucial probe of the nitrogen chemistry. With the advancements in the observational techniques, highly resolved transitions of these molecules in the ISM have been observed. However, the observed abundance ratios of nitrogen hydrides do not match with astrochemical models. The isotopologues are used to probe chemical pathways. For accurate analysis of these spectral observations, non-LTE modeling methods are employed which requires accurate NH and ND collisional rate coefficients. In this work, we present fine and hyperfine resolved rate coefficients for the (de-)excitation of NH/ND due to collisions with He and that of NH with H2 that should allow accurate determination of the NH abundance from the observational spectra. In this thesis we present highly correlated ab initio PESs of the NH-He and NH-H2 Van der Waals complexes. Calculations of fine and hyperfine resolved state-to-state rate coefficients for NH-He collisions were performed using the new PES for temperatures up to 350 K and ND-He collisions for temperatures upto 200 K. From the comparison, we observe that there is a significant difference between the present and previous rate coefficients, which is attributed essentially to the inclusion of vibrational effect in the new calculations and comparison between NH-He & ND-He results shows the importance of calculating ND-He rate coefficients explicitly. We also present the first calculations for NH-H2. As the He and H2 rate coefficients differ significantly, both the NH-He and NH-H2 sets of collisional data should be used to revise the NH abundance in space

L'hydrodynamique radiative est le domaine dans lequel gaz et rayonnement interagissent dynamiquement. Ses champs d'application sont très vastes, de l'astrophysique à la fusion par confinement inertiel.

Lors de cette thèse, un code numérique parallèle tridimensionnel d'hydrodynamique radiative baptisé HERACLES a été développé. Il s'appuie sur le modèle M1 qui permet de traiter un rayonnement à forte anisotropie. De nombreux tests ont validé HERACLES sur une grande variété de conditions physiques, dont le régime semi-transparent et la diffusion des photons, ses résultats étant comparables aux codes Monte-Carlo. Il a ensuite été utilisé dans deux thématiques.

La première concerne les chocs radiatifs, phénomènes astrophysiques reproduits sur Terre grâce aux lasers de puissance. HERACLES a mis en évidence l'influence de différents paramètres sur l'évolution d'un tel choc : le rapport de la largeur du canal de propagation sur le libre parcours moyen de photons, l'albédo des parois... Il a ensuite contribué à l'analyse d'une expérience réalisée avec le laser PALS. Il a permis de reproduire la courbe de décélération du précurseur observée dans l'expérience ainsi que la transmission du diagnostic transverse.

La seconde thématique concerne les jets générés par les étoiles en formation et interagissant avec le nuage moléculaire environnant. Les opacités du milieu interstellaire montrant qu'une partie significative du rayonnement est absorbée, nous avons mené les premières simulations d'un jet tenant compte du transfert radiatif. Elles ont montré que le jet pouvait être fortement comprimé et que le transfert radiatif semble donc pouvoir jouer un rôle important dans sa propagation.

Les astéroïdes carbonés ont été affectés par des processus d’altération aqueuse qui ont largement modifié leur minéralogie primaire au profit d’une grande diversité de phases néoformées. Malgré les nombreuses études conduites sur les chondrites hydratées (chondrites CM), la compréhension des processus physico-chimiques de l’altération aqueuse et les conditions d'hydratation des astéroïdes reste aujourd’hui encore très parcellaire. À partir de l’étude minéralogique et isotopique des phases secondaires, cette thèse a pour objectifs (i) de déchiffrer l’origine et l’évolution de l’eau accrétée par les astéroïdes primitifs et (ii) de retracer les conditions physico-chimiques de l’altération aqueuse grâce à des expériences hydrothermales en laboratoire. Tout d’abord, les résultats montrent que la chondrite CM Paris contient des carbonates de calcium dont la composition isotopique en oxygène ([delta]17,18O) implique l’incorporation de 8-35 % de glace d’eau originaire du Système Solaire externe. De plus, les analyses isotopiques en carbone, menées sur ces mêmes carbonates, indiquent que les valeurs en [delta]13C sont similaires à celles de la matière organique soluble (SOM) présente dans les chondrites carbonées. Ainsi, j’ai pu proposer que la SOM représente la source la plus probable de carbone pour former les carbonates. L’étude des différents clastes de la CM Boriskino a permis de mettre en évidence que cette météorite a subi des épisodes d’impacts de forte intensité, engendrant la formation de fractures et la circulation de fluides tardifs enrichis en 16O. Enfin, des expériences de laboratoire de basse température ont permis de synthétiser les phases d’altération les plus caractéristiques des chondrites CM : la tochilinite et la cronstedtite. Par ailleurs, en comparant ces résultats avec ceux obtenus par d’autres études expérimentales, une corrélation positive a été observée entre la quantité de Mg contenue dans la couche hydroxylée de la tochilinite synthétique et la température. Cette corrélation suggère que la composition chimique de la tochilinite peut servir de traceur pour remonter aux températures des processus d'altération aqueuse des chondrites CM
Carbonaceous asteroids were affected by aqueous alteration processes that have strongly modified their primary mineralogy in favour of a wide diversity of newly formed phases. Despite the numerous studies carried out on hydrated chondrites (CM chondrites), the physicochemical conditions of aqueous alteration and the identification of the water sources accreted by asteroids are still poorly constrain. From the mineralogical and isotopic survey of secondary phases, this thesis aims (i) to decipher the origin and evolution of water accreted by primitive asteroids and (ii) to retrace the physicochemical conditions of aqueous alteration using hydrothermal laboratory experiments. First of all, our results show that the pristine CM chondrite Paris contains Ca-carbonates whose O-isotopic compositions ([delta]17,18O) requires an 8-35% contribution of water ice from the outer part of the Solar System. In addition, our C-isotopic analyses conducted on these same Ca-carbonates indicate similar [delta]13C values to those of the soluble organic matter (SOM) that constitute carbonaceous chondrites. Thus, we suggest that SOM is the most probable source of carbon to form Ca-carbonates. Then, the study of different clasts in the CM chondrite Boriskino revealed that this meteorite has experienced high intensity impact events, causing the formation of fractures and the circulation of later 16O-rich fluid flow. Finally, our low temperature laboratory experiments successfully synthetized the most characteristic phases of CM chondrites: tochilinite and cronstedtite. Moreover, by comparing our results to other experimental studies, we observed a positive correlation between the nMg content in the hydroxide layer of synthetic tochilinite and temperature. This correlation suggests that the chemical composition of tochilinite represents as powerful proxy to retrace the alteration temperature experienced by CM chondrites

Une solution au problème astrophysique de la matière sombre pourrait être apportée par la détection de WIMPs, particules prédites par la supersymétrie. Sa détection directe nécessite de grandes masses de détecteurs capables d'identifier le signal d'un WIMP parmi le fond radioactif et cosmique environnant. Cette thèse se déroule dans le cadre de l'expérience EDELWEISS et la future expérience EURECA qui lui succédera. Ces expériences utilisent une technologie basée sur des détecteurs cryogéniques (bolomètres) à double voies, fonctionnant à quelques dizaines de mK. Ils sont constitués de cristaux qui sont le siège des interactions des particules, dont les dépôts d'énergie vont entraîner une élévation de température ainsi que l'ionisation du cristal, pouvant entraîner des charges ou des photons selon sa nature. Afin d'augmenter la palette de cibles pouvant faire office de bolomètres scintillants, nous avons mis en place un dispositif expérimental permettant d'étudier la scintillation de cristaux refroidis jusqu'à 3 K. Il est basé sur un cryostat à géométrie optique compacte permettant une collecte de lumière améliorée. Une méthode de comptage de photons individuels ainsi qu'un traitement statistique des données permettent de mesurer l'évolution du rendement lumineux et des constantes de temps de scintillation de cristaux entre la température ambiante et 3K. Cette thèse présente ainsi les résultats obtenus à 3 K avec ce dispositif expérimental sur deux cristaux, bien connus à température ambiante: le BGO (Bi4Ge3O12) et le BaF2. Nous présentons également les résultats sur la luminescence du saphir dopé au titane (Ti:Al2O3), sous VUV et refroidi à 8 K.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte général des propriétés radiatives de la matière à haute densité d'énergie (>1011 J/cm3). Les densités d'énergie de la MHDE font qu'une partie importante des échanges d'énergie passe par l'interaction rayonnement-matière. Mes études portent sur l'opacité spectrale, un paramètre fondamental pour la modélisation des intérieurs stellaires et qui constitue aussi une observable propice aux tests expérimentaux des descriptions théoriques de la physique des plasmas chauds et denses. Mes travaux de thèse sont centrés sur l'étude expérimentale des opacités de plasmas à l'équilibre thermodynamique local pour des températures de quelques dizaines d'eV (soit quelques 100 000 K) et quelques mg/cm3 en densité. Les plasmas sont obtenus dans des conditions aussi homogènes que possible en utilisant le chauffage radiatif d'une cavité irradiée par laser de haute énergie, 100-300 J. Ainsi, nous avons pu mettre à profit pour ce type de mesure la configuration utilisant des lasers nanoseconde et picoseconde du LULI (Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses) pour réaliser le chauffage d'une part et la mesure sur un temps bref d'autre part de la transmission des plasmas, l'utilisation d'impulsions courtes constituant une première pour ce type d'expériences. Dans le domaine des X de l'ordre du keV, les transitions absorbantes 2p−3d ou 3d−4f d'éléments de numéro atomique moyen ou élevé ont été sondées. Elles font apparaitre des structures d'absorption dont la forme résulte principalement de la compétition entre l'éclatement spin-orbite et les effets d'élargissement statistiques. Il a été montré que cette compétition dépendait fortement du numéro atomique Z. Ainsi à paramètres plasma proches nous avons exploré l'opacité des éléments fer, nickel, cuivre et germanium (Z autour de 30) dans une première série de mesures puis celle du baryum, samarium et du gadolinium, dans une seconde expérience (Z autour de 60). L'astrophysique stellaire nécessite aussi de mesurer précisément, et de manière bien caractérisée, les opacités du groupe du fer (Cr, Fe, Ni et Cu) dans le domaine des XUV (50 − 200 eV). Ces opacités sont à l'origine de l'excitation dans les enveloppes radiatives des étoiles pulsantes massives de type spectral B pour une température de l'ordre de 200 000 K. Dans ces conditions, les moyennes de Rosseland présentent des différences nettes entre les calculs utilisés par la communauté astrophysique et ne permettent pas d'interpréter les oscillations et l'ensemble des fréquences observées de manière univoque. Pour permettre des comparaisons avec divers calculs spectraux, j'ai participé à la mise en place d'un nouveau schéma expérimental à deux cavités dont le but était d'améliorer l'homogénéité du chauffage des échantillons. Je montrerai enfin l'analyse des paramètres plasmas pour ce type de schéma. J'ai en particulier analysé le cas du nickel dont la transmission a été mesurée pour la première fois dans cette gamme spectrale. Dans chaque cas je présenterai l'analyse des résultats obtenus.

Dans ce travail, nous analysons le concept de manipulation à travers une théorie élargie qui inclut le réalisme des entités et la théorie causale de la manipulation. Dans une seconde étape, nous appliquons cette théorie à plusieurs expériences scientifiques. Cette thèse est articulée autour de quatre parties : Dans la Partie I nous exposons le concept de manipulation. Nous examinons le réalisme structurel en mettant l’accent sur ses difficultés concernant particulièrement les incertitudes ontologiques de la physique. Cet examen du réalisme structurel nous permettra de développer un réalisme des entités qui est susceptible de constituer une alternative au réalisme structurel.La partie II est consacrée aux aspects clés du réalisme des entités, c’est-à-dire ses fondements, ses arguments ainsi qu’une définition aussi précise que possible du concept de manipulation.Dans la partie III, nous élaborons une théorie générale de la manipulation/intervention qui est basée sur le réalisme des entités et la théorie de Woodward sur l’intervention, l’invariance et la profondeur de l’explication des évènements causaux. Nous allons développer trois éléments : 1-un système des conditions de l’intervention, 2- une typologie de l’intervention, 3-l’intervention probabiliste. Ce dernier type de l’intervention est applicable à l’expérience EPR. Dans la partie IV- Nous appliquons cette théorie à cinq expériences scientifiques : l’expérience EPR, l’expérience de l’électrodynamique quantique en cavité, l’expérience sur l’effet Zeeman, l’expérience du Tevatron (collisions de protons) et la dernière est non des moindres, est une expérience d’astrophysique (ondes gravitationnelles). Dans chacune de ces expériences, notre théorie a trouvé une application réussie. Toutes les conditions de l’intervention sont applicables sur les cinq expériences et une typologie bien définie de l’intervention a été élaborée et qui met en évidence les résultats de l’intervention dans les différentes séquences de ces expériences.Par conséquent, notre théorie de la manipulation reflète une utilité authentique et réelle dans différent domaines de la physique et de l’astrophysique. Un pareil résultat est important tenant compte du rôle de la manipulation expérimentale pour la science moderne
In this work, we analyze the concept of manipulation through a comprehensive theory which includes the entity realism and the causal theory of manipulation. At the second stage, we implement this theory to several scientific experiments. It is divided into four parts:In Part I, we will have a long journey until we will reach the true concept of manipulation. We analyze the structural realism and we explore its difficulties regarding ontological problems of physics. Our survey of structural realism enables to open a new way to developing entity realism instead of structural realism.Part II will be dedicated to the core aspect of entity realism such as its foundations, its arguments and our aim to reach a global definition of manipulation concept.In Part III I will achieve my aim which is elaborating a global theory of manipulation/intervention based on entity realism and the Woodward theory of intervention, invariance and depth explanation of causal events. We will develop three items : 1- a system of intervention conditions 2-a typology of intervention, 3-probabilistic intervention. Such type of intervention is applicable to EPR experiment. In Part IV, we implement our theory to five scientific experiments: EPR experiment, electrodynamics cavity experiment, Zeeman effect experiment, Tevatron experiment (collision of protons) and last but not least an astrophysical experiment (gravitational waves).In each case, our theory is successful. All intervention conditions are applicable to our five experiments and a well defined typology of intervention is developed based on intervention results through different stages of those experiments. Therefore, the theory of manipulation shows a real and genuine application in different domains of physics and astrophysics. Such result is important regarding the role of manipulation in modern science

Les astéroïdes carbonés ont été affectés par des processus d’altération aqueuse qui ont largement modifié leur minéralogie primaire au profit d’une grande diversité de phases néoformées. Malgré les nombreuses études conduites sur les chondrites hydratées (chondrites CM), la compréhension des processus physico-chimiques de l’altération aqueuse et les conditions d'hydratation des astéroïdes reste aujourd’hui encore très parcellaire. À partir de l’étude minéralogique et isotopique des phases secondaires, cette thèse a pour objectifs (i) de déchiffrer l’origine et l’évolution de l’eau accrétée par les astéroïdes primitifs et (ii) de retracer les conditions physico-chimiques de l’altération aqueuse grâce à des expériences hydrothermales en laboratoire. Tout d’abord, les résultats montrent que la chondrite CM Paris contient des carbonates de calcium dont la composition isotopique en oxygène ([delta]17,18O) implique l’incorporation de 8-35 % de glace d’eau originaire du Système Solaire externe. De plus, les analyses isotopiques en carbone, menées sur ces mêmes carbonates, indiquent que les valeurs en [delta]13C sont similaires à celles de la matière organique soluble (SOM) présente dans les chondrites carbonées. Ainsi, j’ai pu proposer que la SOM représente la source la plus probable de carbone pour former les carbonates. L’étude des différents clastes de la CM Boriskino a permis de mettre en évidence que cette météorite a subi des épisodes d’impacts de forte intensité, engendrant la formation de fractures et la circulation de fluides tardifs enrichis en 16O. Enfin, des expériences de laboratoire de basse température ont permis de synthétiser les phases d’altération les plus caractéristiques des chondrites CM : la tochilinite et la cronstedtite. Par ailleurs, en comparant ces résultats avec ceux obtenus par d’autres études expérimentales, une corrélation positive a été observée entre la quantité de Mg contenue dans la couche hydroxylée de la tochilinite synthétique et la température. Cette corrélation suggère que la composition chimique de la tochilinite peut servir de traceur pour remonter aux températures des processus d'altération aqueuse des chondrites CM
Carbonaceous asteroids were affected by aqueous alteration processes that have strongly modified their primary mineralogy in favour of a wide diversity of newly formed phases. Despite the numerous studies carried out on hydrated chondrites (CM chondrites), the physicochemical conditions of aqueous alteration and the identification of the water sources accreted by asteroids are still poorly constrain. From the mineralogical and isotopic survey of secondary phases, this thesis aims (i) to decipher the origin and evolution of water accreted by primitive asteroids and (ii) to retrace the physicochemical conditions of aqueous alteration using hydrothermal laboratory experiments. First of all, our results show that the pristine CM chondrite Paris contains Ca-carbonates whose O-isotopic compositions ([delta]17,18O) requires an 8-35% contribution of water ice from the outer part of the Solar System. In addition, our C-isotopic analyses conducted on these same Ca-carbonates indicate similar [delta]13C values to those of the soluble organic matter (SOM) that constitute carbonaceous chondrites. Thus, we suggest that SOM is the most probable source of carbon to form Ca-carbonates. Then, the study of different clasts in the CM chondrite Boriskino revealed that this meteorite has experienced high intensity impact events, causing the formation of fractures and the circulation of later 16O-rich fluid flow. Finally, our low temperature laboratory experiments successfully synthetized the most characteristic phases of CM chondrites: tochilinite and cronstedtite. Moreover, by comparing our results to other experimental studies, we observed a positive correlation between the nMg content in the hydroxide layer of synthetic tochilinite and temperature. This correlation suggests that the chemical composition of tochilinite represents as powerful proxy to retrace the alteration temperature experienced by CM chondrites