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«Production d’équivalents d’aérosols de l’atmosphère de Titan par plasma radiofréquence» par Grégoire Alcouffe

le 18 mars 2010

Le jeudi 18 mars 2010 à 14h
L'Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines
UFR des Sciences - Bâtiment Fermat
Amphithéâtre F
45, avenue des Etats-Unis
78035 Versailles Cedex

Discipline : Astronomie, Astrophysique Présentée par : Mr Grégoire ALCOUFFE Laboratoire : LATMOS

L'expérience PAMPRE permet de produire des équivalents des aérosols de l'atmosphère de Titan grâce à un plasma radio fréquence à basse pression fonctionnant dans un mélange N2-CH4 représentatif de l’atmosphère Titan fonctionnant en mode permanent ou en mode pulsé. Le premier objectif de cette thèse est d’étudier le plasma. Les mesures de densité électronique par cavité micro onde montrent que celle-ci est plus faible dans les mélanges N2 -CH4 que dans l'azote pur. Par spectroscopie optique d'émission nous montrons que cette diminution de densité est compensée par une augmentation de l’énergie des électrons. Le second objectif est une étude de la croissance des aérosols. Des observations au MEB mettent en évidence l'influence des paramètres du plasma sur la taille des aérosols: proportion de CH4, débit de gaz, durée des impulsions. En régime permanent, les aérosols ont des diamètres compris entre 300nm et 1 µm. Avec des impulsions de plasma de 10s les aérosols ont un diamètre moyen de 90nm représentatif de ceux de Titan. Le mode pulsé montre que le temps de formation des aérosols est de quelques dizaines de secondes. Ce temps est réduit  à pression élevée ou à faible concentration de CH4. Enfin, par mesure de la polarisation de la lumière d’un laser à 532 nm diffusée par les aérosols nous étudions leur croissance in situ et en temps réel. Par comparaison des variations du degré de polarisation mesurées avec un code de diffusion de Mie, nous mesurons l’évolution au cours du temps de la taille moyenne des aérosols ainsi que leur distribution en taille. Les vitesses de croissance du rayon des aérosols sont de l'ordre de 4 nm/s.


Abstract :

The experiment PAMPRE produces equivalents of aerosols of Titan's atmosphere thanks to a low pressure radio frequency plasma in a N2-CH4 gaseous mixture, representative of Titan's atmosphere, working in continuous or pulsed mode. The first goal of this work is to study the plasma. Electron density measurements, by microwave resonant cavity method, show this latter is lower in N2-CH4 mixtures than in pure N2. By optical emission spectroscopy, we show that this decrease in electron density is compensated by an increase in their energy. The second goal is a study of aerosols growth. SEM observations point out the influence of plasma parameters on the aerosols size: CH4 amount, gas flow rate, pulse durations. In continuous working conditions, the aerosols mean diameter between 300 nm and 1 µm. With 10s pulses, it is about 90 nm, representative of Titan's aerosols. The pulsed mode shows that the formation time of aerosols is a few tens of seconds. This time is reduced at high pressure or at low amounts of CH4. At last, by measuring the polarization degree of the light of a 532 nm laser beam scattered by aerosols, we can study their growth in situ and in real time. By comparing the measured polarization degree variations with a Mie-scattering model, we measure the evolution of aerosols mean radius and size distribution with time. The obtained growth rates in radius of aerosols are about 4 nm/s

Informations complémentaires
Marie-Claire GAZEAU, Professeure des Universités, à l’Université Paris 12 Val de Marne/Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA) - Créteil - Rapporteur

André PLAIN, Professeur des Universités, à l’IUT de Bourges - Rapporteur

Guy CERNOGORA, Professeur des Universités, à l’Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS) - Verrières-le-Buisson - Directeur de thèse

Cyril SZOPA, Maître de Conférences, à l’Université Pierre et Marie Curie/Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS) - Verrières-le-Buisson -  Co-Directeur de thèse

Pierre GALTIER, Professeur des Universités, à l’Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Groupe d’Etude de la Matière Condensée (GEMAC)/CNRS - Meudon - Examinateur

Laïfa BOUFENDI, Professeur des Universités, à Polytech’Orléans/Groupe de Recherche sur l’Energétique des Milieux Ionisés (GREMI) - Examinateur

Carlos PINTASSILGO, Professeur Associé, Habilité à Diriger des Recherches, à la Faculté d’Ingénierie de Porto (Portugal) - Examinateur

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