Analyse des propriétés électroniques de supraconducteurs à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité

Cette thèse traite de la structure électronique de supraconducteurs telle que déterminée par la théorie de la fonctionnelle de la densité. Une brève explication de cette théorie est faite dans l’introduction. Le modèle de Hubbard est présenté pour pallier à des problèmes de cette théorie face à certains matériaux, dont les cuprates. L’union de deux théories donne la DFT+U, une méthode permettant de bien représenter certains systèmes ayant des électrons fortement corrélés. Par la suite, un article traitant du couplage électron- phonon dans le supraconducteur NbC1−xNx est présenté. Les résultats illustrent bien le rôle de la surface de Fermi dans le mécanisme d’appariement électronique menant à la supraconductivité. Grâce à ces résultats, un modèle est développé qui permet d’expliquer comment la température de transition critique est influencée par le changement des fré- quences de vibration du cristal. Ensuite, des résultats de calcul d’oscillations quantiques obtenus par une analyse approfondie de surfaces de Fermi, permettant une comparaison directe avec des données expérimentales, sont présentés dans deux articles. Le premier traite d’un matériau dans la famille des pnictures de fer, le LaFe2P2. L’absence de su- praconductivité dans ce matériau s’explique par la différence entre sa surface de Fermi obtenue et celle du supraconducteur BaFe2As2. Le second article traite du matériau à fermions lourds, le YbCoIn5. Pour ce faire, une nouvelle méthode efficace de calcul des fréquences de Haas-van Alphen est développée. Finalement, un dernier article traitant du cuprate supraconducteur à haute température critique YBa2Cu3O6.5 est présenté. À l’aide de la DFT+U, le rôle de plusieurs ordres magnétiques sur la surface de Fermi est étudié. Ces résultats permettent de mieux comprendre les mesures d’oscillations quan- tiques mesurées dans ce matériau.

Modélisation toxicocinétique du benzo(a)pyrène et 3-hydroxybenzo(a)pyrène pour l’interprétation des données de surveillance biologique de l’exposition chez les travailleurs

De nombreux travailleurs sont exposés aux hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Le benzo(a)pyrène (BaP) fait partie de ce groupe de polluants. Cette substance a été classée cancérogène reconnu chez l’humain. Pour évaluer l'exposition aux HAP cancérogènes, plusieurs chercheurs ont proposé d’utiliser la mesure du 3-hydroxybenzo(a)pyrène (3-OHBaP) dans l’urine des travailleurs exposés. Dans le cadre du présent projet, deux approches de modélisation ont été développées et appliquées pour permettre une meilleure compréhension de la toxicocinétique du BaP et son biomarqueur d’intérêt actuel, le 3-OHBaP, et pour aider à interpréter les résultats de surveillance biologique. Un modèle toxicocinétique à plusieurs compartiments a été développé sur la base des données préalablement obtenues sur le rat par notre groupe. Selon le modèle, le BaP injecté par voie intraveineuse est rapidement distribué du sang vers les tissus (t½ ≈ 4 h), avec une affinité particulière pour les poumons et les composantes lipidiques des tissus. Le BaP est ensuite distribué vers la peau et le foie. Au foie, le BaP est promptement métabolisé et le 3-OHBaP est formé avec une demi-vie de ≈ 3 h. Le métabolisme pulmonaire du BaP a également été pris en compte, mais sa contribution à la cinétique globale du BaP a été jugée négligeable. Une fois formé, le 3-OHBaP est distribué vers les différents organes presque aussi rapidement que la molécule mère (t½ ≈ 2 h). Le profil temporel du 3-OHBaP dans le rein montre une accumulation transitoire en raison de la différence observée entre le taux d’entrée (t½ = 28 min) et le taux de sortie (t½ = 4,5 h). La clairance totale de 3-OHBaP du corps est principalement gouvernée par le taux de transfert de la bile vers le tractus gastro-intestinal (t½ ≈ 4 h). Le modèle toxicocinétique à plusieurs compartiments a réussi à simuler un ensemble indépendant de profils urinaires publiés sur le 3-OHBaP. Ce modèle toxicocinétique à compartiments s'est avéré utile pour la determination des facteurs biologiques déterminants de la cinétique du BaP et du 3-OHBaP. Par la suite, un modèle pharmacocinétique à base physiologique (PCBP) reproduisant le devenir du BaP et du 3-OHBaP chez le rat a été construit. Les organes (ou tissus) représentés comme des compartiments ont été choisis en fonction de données expérimentales obtenues in vivo chez le rat. Les coefficients de partition, les coefficients de perméabilité, les taux de métabolisation, les paramètres d'excrétion, les fractions absorbées et les taux d'absorption pour différentes voies d’exposition ont été obtenus directement à partir des profils sanguins, tissulaires, urinaires et fécaux du BaP et du 3-OHBaP. Les valeurs de ces derniers paramètres ont été calculées par des procédures Monte-Carlo. Des analyses de sensibilité ont ensuite été réalisées pour s’assurer de la stabilité du modèle et pour établir les paramètres les plus sensibles de la cinétique globale. Cette modélisation a permis d’identifier les facteurs déterminants de la cinétique: 1) la sensibilité élevée des paramètres de la métabolisation hépatique du BaP et du 3-OHBaP ainsi que du taux d'élimination; 2) la forte distribution du BaP dans les poumons par rapport à d'autres tissus; 3) la distribution considérable du BaP dans les tissus adipeux et le foie; 4) la forte distribution du 3-OHBaP dans les reins; 5) le transfert limité du BaP par la diffusion tissulaire dans les poumons; 6) le transfert limité du 3-OHBaP par la diffusion tissulaire dans les poumons, les tissus adipeux et les reins; 7) la recirculation entéro-hépatique significative du 3-OHBaP. Suite à des analyses de qualité des ajustements des équations du modèle aux données observées, les probabilités que les simulations reproduisent les données expérimentales par pur hasard se sont avérées toujours inférieures à 10% pour les quatre voies d’exposition : intraveineuse, orale, cutanée et respiratoire. Nous avons extrapolé les modèles cinétiques du rat à l’humain afin de se doter d’un outil permettant de reconstituer les doses absorbées chez des travailleurs exposés dans diverses industries à partir de mesures de l'évolution temporelle du 3-OHBaP dans leur urine. Les résultats de ces modélisations ont ensuite été comparés à ceux de simulations obtenues avec un modèle toxicocinétique à compartiment unique pour vérifier l’utilité comparative d’un modèle simple et complexe. Les deux types de modèle ont ainsi été construits à partir de profils sanguins, tissulaires, urinaires et fécaux du BaP et du 3-OHBaP sur des rats exposés. Ces données ont été obtenues in vivo par voie intraveineuse, cutanée, respiratoire et orale. Ensuite, les modèles ont été extrapolés à l’humain en tenant compte des déterminants biologiques essentiels des différences cinétiques entre le rat et l’humain. Les résultats ont montré que l'inhalation n'était pas la principale voie d'exposition pour plusieurs travailleurs étudiés. Les valeurs de concentrations de BaP dans l’air utilisées afin de simuler les profils d’excrétion urinaire chez les travailleurs étaient différentes des valeurs de concentrations de BaP mesurées dans l’air. Une exposition au BaP par voie cutanée semblait mieux prédire les profils temporels observés. Finalement, les deux types de modélisation se sont avérés utiles pour reproduire et pour interpréter les données disponibles chez des travailleurs.

Évaluation et modélisation de l’impact de la coexposition de composés organiques volatils sur l’excrétion de leurs biomarqueurs urinaires

L’évaluation de l’exposition aux composés organiques volatils (COV) recourt couramment à l’analyse des métabolites urinaires en assumant qu’aucune interaction ne survient entre les composés. Or, des études antérieures ont démontré qu’une inhibition de type compétitive survient entre le toluène (TOL), l’éthylbenzène (EBZ) et le m-xylène (XYL). Le chloroforme, qui est également un solvant métabolisé par le CYP2E1, se retrouve souvent en présence des autres COV dans les échantillons de biosurveillance. La présente étude visait donc à évaluer si le chloroforme (CHL) peut lui aussi interagir avec ces COV et évaluer ces interactions au niveau de l’excrétion des biomarqueurs urinaires associés, soit l’o-crésol, l’acide mandélique et l’acide m-méthylhippurique pour TOL, EBZ et XYL respectivement. Afin d’obtenir des données humaines, cinq volontaires ont été exposés par inhalation à différentes combinaisons de COV (seuls et mélanges binaires ou quaternaires) où la concentration de chacun des composés était égale à 1/4 ou 1/8 de la valeur limite d’exposition (VLE) pour une durée de 6h. Des échantillons d’air exhalé, de sang et d’urine ont été récoltés. Ces données ont ensuite été comparées aux modèles pharmacocinétiques à base physiologique (PCBP) existants afin de les ajuster pour l’excrétion urinaire. Certaines différences ont été observées entre les expositions aux solvants seuls et les coexpositions, mais celles-ci semblent majoritairement attribuables aux remplacements de participants à travers les différentes expositions. Les valeurs de Vmax pour EBZ et CHL ont été optimisées afin de mieux prédire les niveaux sanguins de ces COV. À l’exception du modèle pour EBZ, tous les paramètres pour l’excrétion urinaire ont été obtenus à partir de la littérature. Les modèles adaptés dans cette étude ont permis de simuler adéquatement les données expérimentales.

Quand la politique et la génétique se rencontrent : comment le public interprète-t-il la recherche?

L’objectif général de cette thèse de doctorat est de mieux comprendre comment le public interprète les nouvelles scientifiques portant sur la génétique humaine, plus précisément les nouvelles portant sur la génétique des comportements et celles portant sur la génétique des groupes raciaux. L’ouvrage prend la forme d’une thèse par article. Le Chapitre 1 introduit le lecteur aux buts et aux pratiques de la vulgarisation scientifique, présente un sommaire de la recherche sur les effets des médias, résume les principaux travaux produits par le champ de la génopolitique, et définit la structure des croyances du public à l’égard de l’influence de la génétique sur les traits humains. Le Chapitre 2 présente les fondements de la méthode expérimentale, il en explique les atouts et il offre des exemples de différents types de devis expérimentaux utilisés en science politique. Toutes les recherches produites dans cette thèse reposent au moins en partie sur cette méthode. Le Chapitre 3 présente les résultats d’une expérience de sondage qui vise à mesurer l’effet de la lecture d’une nouvelle à propos de la recherche en génétique des comportements sur des participants. L’étude démontre que le public interprète la nouvelle avec maladresse et tend à généraliser l’influence de la génétique à d’autres traits humains qui n’y sont pas mentionnés. J’avance l’hypothèse qu’un raccourci psychologique amplement documenté puisse expliquer cette réaction : l’heuristique de l’ancrage et de l’ajustement. Le Chapitre 4 présente lui aussi les résultats d’une expérience de sondage. L’étude consiste à manipuler certaines informations du contenu d’une nouvelle sur la génopolitique de manière à vérifier si certains éléments sont particulièrement susceptibles de mener à la généralisation hâtive mise en évidence dans le Chapitre 3. Les analyses suggèrent que cette généralisation est amplifiée lorsque la nouvelle présente de hauts niveaux d’héritabilité tirés d’études de jumeaux, ainsi que lorsqu’elle présente des travaux de génétique des populations visant à étudier l’origine des différences géographiques. Ce chapitre présente des recommandations à l’égard des journalistes scientifiques. Le Chapitre 5 s’intéresse à un aspect différent de la génétique humaine : celui de la génétique des races. L’objectif de cette recherche est de comprendre comment le public réagit aux travaux qui invalident l’idée selon laquelle les humains sont divisés en différentes races génétiquement distinctes. Les analyses de données transversales ainsi que les résultats d’une expérience de sondage convergent et indiquent que les conservateurs et les libéraux réagissent de manière diamétralement opposée à cette information. D’un côté, les libéraux acceptent le constat scientifique et réduisent leur impression que la génétique explique en partie les inégalités sociales; de l’autre, les conservateurs rejettent l’argument avec une intensité si forte que le rôle qu’ils attribuent aux différences génétiques s’en voit bonifié. Ces résultats sont interprétés à partir de la théorie du raisonnement motivé. Enfin, le Chapitre 6 résume les principaux constats, met en évidence les contributions que ma thèse apporte à la science politique et à la communication scientifique, et présente quelques pistes pour la recherche future.

The effects of additives and chemical modification on the solution properties of thermo-sensitive polymers

Cette thèse concerne l’étude de phase de séparation de deux polymères thermosensibles connus-poly(N-isopropylacylamide) (PNIPAM) et poly(2-isopropyl-2-oxazoline) (PIPOZ). Parmi des études variées sur ces deux polymères, il y a encore deux parties de leurs propriétés thermiques inexplicites à être étudiées. Une partie concerne l’effet de consolvant de PNIPAM dans l’eau et un autre solvant hydromiscible. L’autre est l’effet de propriétés de groupes terminaux de chaînes sur la séparation de phase de PIPOZ. Pour ce faire, nous avons d’abord étudié l’effet de l’architecture de chaînes sur l’effet de cosolvant de PNIPAMs dans le mélange de méthanol/eau en utilisant un PNIPAM en étoile avec 4 branches et un PNIPAM cyclique comme modèles. Avec PNIPAM en étoile, l’adhérence de branches PNIPAM de à un cœur hydrophobique provoque une réduction de Tc (la température du point de turbidité) et une enthalpie plus faible de la transition de phase. En revanche, la Tc de PNIPAM en étoile dépend de la masse molaire de polymère. La coopérativité de déhydratation diminue pour PNIPAM en étoile et PNIPAM cyclique à cause de la limite topologique. Une étude sur l’influence de concentration en polymère sur l’effet de cosolvant de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau a montré qu’une séparation de phase liquide-liquide macroscopique (MLLPS) a lieu pour une solution de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau avec la fraction molaire de méthanol entre 0.127 et 0.421 et la concentration en PNIPAM est constante à 10 g.L-1. Après deux jours d’équilibration à température ambiante, la suspension turbide de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau se sépare en deux phases dont une phase possède beaucoup plus de PNIPAM que l’autre. Un diagramme de phase qui montre la MLLPS pour le mélange PNIPAM/eau/méthanol a été établi à base de données expérimentales. La taille et la morphologie de gouttelettes dans la phase riche en polymère condensée dépendent de la fraction molaire de méthanol. Parce que la présence de méthanol influence la tension de surface des gouttelettes liquides, un équilibre lent de la séparation de phase pour PNIPAM/eau/méthanol système a été accéléré et une séparation de phase liquide-liquide macroscopique apparait. Afin d’étudier l’effet de groupes terminaux sur les propriétés de solution de PIPOZ, deux PIPOZs téléchéliques avec groupe perfluorodécanyle (FPIPOZ) ou groupe octadécyle (C18PIPOZ) comme extrémités de chaîne ont été synthétisés. Les valeurs de Tc des polymères téléchéliques ont beaucoup diminué par rapport à celle de PIPOZ. Des micelles stables se forment dans des solutions aqueuses de polymères téléchéliques. La micellization et la séparation de phase de ces polymères dans l’eau ont été étudiées. La séparation de phase de PIPOZs téléchéliques suit le mécanisme de MLLPS. Des différences en tailles de gouttelettes formées à l’intérieur de solutions de deux polymères ont été observées. Pour étudier profondément les différences dans le comportement d’association entre deux polymères téléchéliques, les intensités des signaux de polymères correspondants et les temps de relaxation T1, T2 ont été mesurés. Des valeurs de T2 de protons correspondants aux IPOZs sont plus hautes.

Corrugated Flanged Horn Feed for Offset Paraboloidal Reflectors

A technique for improving the coupling between a feed horn and reflector by using corrugated metallic flanges is presented. Experimental data for flanges of varying parameters are given and theoretical explanation is supplemented

Use of photoacoustic effect for the detection of phase transitions in liquid crystal mixtures

We report on a laser induced photoacoustic study of the nematic-to-isotropic transition in certain commercial nematic liquid crystal mixtures, namely BL001, BL002, BL032 and BL035. A simple analysis of the experimental data using the Rosencwaig–Gersho theory shows that the heat capacities of all these compounds exhibit a sharp peak as the temperature of the sample is varied across the transition region. Also, substantial differences in the photoacoustic signal amplitudes in nematic and isotropic phases have been noticed for all the mixtures. The increased light scattering property of the nematic phase may be the reason for the enhanced photoacoustic signal amplitude in this phase.

Use of photoacoustic effect for the detection of phase transitions in liquid crystal mixtures

We report on a laser induced photoacoustic study of the nematic-to-isotropic transition in certain commercial nematic liquid crystal mixtures, namely BL001, BL002, BL032 and BL035. A simple analysis of the experimental data using the Rosencwaig–Gersho theory shows that the heat capacities of all these compounds exhibit a sharp peak as the temperature of the sample is varied across the transition region. Also, substantial differences in the photoacoustic signal amplitudes in nematic and isotropic phases have been noticed for all the mixtures. The increased light scattering property of the nematic phase may be the reason for the enhanced photoacoustic signal amplitude in this phase

Use of photoacoustic effect for the detection of phase transitions in liquid crystal mixtures

We report on a laser induced photoacoustic study of the nematic-to-isotropic transition in certain commercial nematic liquid crystal mixtures, namely BL001, BL002, BL032 and BL035. A simple analysis of the experimental data using the Rosencwaig–Gersho theory shows that the heat capacities of all these compounds exhibit a sharp peak as the temperature of the sample is varied across the transition region. Also, substantial differences in the photoacoustic signal amplitudes in nematic and isotropic phases have been noticed for all the mixtures. The increased light scattering property of the nematic phase may be the reason for the enhanced photoacoustic signal amplitude in this phase.

Dynamic mechanical analysis of binary and ternary polymer blends based on nylon copolymer/EPDM rubber and EPM grafted maleic anhydride compatibilizer

The dynamic mechanical properties such as storage modulus, loss modulus and damping properties of blends of nylon copolymer (PA6,66) with ethylene propylene diene (EPDM) rubber was investigated with special reference to the effect of blend ratio and compatibilisation over a temperature range –100°C to 150°C at different frequencies. The effect of change in the composition of the polymer blends on tanδ was studied to understand the extent of polymer miscibility and damping characteristics. The loss tangent curve of the blends exhibited two transition peaks, corresponding to the glass transition temperature (Tg) of individual components indicating incompatibility of the blend systems. The morphology of the blends has been examined by using scanning electron microscopy. The Arrhenius relationship was used to calculate the activation energy for the glass transition of the blends. Finally, attempts have been made to compare the experimental data with theoretical models.

Solubility of 4-Nitrobenzoic Acid in Water & Salt Solutions

Solubilities of 4-nitrobenzoic acid at 25°, 35° and 42°C have been determined in water and in the presence of several concentrations of electrolytes. The free energies, enthalpies and entropies of transfer are also reported. The data have been rationalized by considering the structure-breaking effects of the ions of the salts and the requirement of the localized hydrolysis model. The theory of Symons is not satisfactory to rationalise the experimental data.

Photoacoustic study of the effect of doping concentration on the transport properties of GaAs epitaxial layers

We report a photoacoustic (PA) study of the thermal and transport properties of a GaAs epitaxial layer doped with Si at varying doping concentration, grown on GaAs substrate by molecular beam epitaxy. The data are analyzed on the basis of Rosencwaig and Gersho’s theory of the PA effect. The amplitude of the PA signal gives information about various heat generation mechanisms in semiconductors. The experimental data obtained from the measurement of the PA signal as a function of modulation frequency in a heat transmission configuration were fitted with the phase of PA signal obtained from the theoretical model evaluated by considering four parameters—viz., thermal diffusivity, diffusion coefficient, nonradiative recombination time, and surface recombination velocity—as adjustable parameters. It is seen from the analysis that the photoacoustic technique is sensitive to the changes in the surface states depend on the doping concentration. The study demonstrates the effectiveness of the photoacoustic technique as a noninvasive and nondestructive method to measure and evaluate the thermal and transport properties of epitaxial layers.

Laser Induced Photoacoustic Technique for the Detection of Phase Transitions in Liquid Crystals

In this paper we report the use of a laser induced phoroacoustic technique for the detection of multiple phase transitions in heptyl-oxy-cyanobiphenyl (70CB) and octyl-oxy-cyanobiphenyl (80CB) liquid crystals. The observed photoacoustic signal amplitude profile carries clear signatures of two tirst order transitions in 70CB and two tirst order and a second order transitions in 80CB. Analysis of the experimental data using Rosencwaig-Gersho theory shows that the sudden decrease in the photoacoustic (PA) signal amplitude during phase transitions is due to a sharp increase in the heat capacity of the samples near the transition temperatures.

High‐temperature phase transitions in pure and deuterated ammonium dihydrogen phosphate: Conductivity and dielectric measurements

Results of axiswise measurements of the electrical conductivity (dc and ac) and dielectric constant of NH4H2PO4 confirm the occurrence of the recently suggested high‐temperature phase transition in this crystal (at 133 °C). The corresponding transition in ND4D2PO4 observed here for the first time takes place at 141.5 °C. The mechanism involved in these transitions and those associated with the electrical conduction and dielectric anomalies are explained on the basis of the motional effects of the ammonium ions in these crystals. Conductivity values for deuterated crystals give direct evidence for the predominance of protonic conduction throughout the entire range of temperatures studied (30–260 °C).

Strategies for Inverse Profiling of Two Dimensional Dielectric Scatterers Using Electromagnetic Illumination

Electromagnetic tomography has been applied to problems in nondestructive evolution, ground-penetrating radar, synthetic aperture radar, target identification, electrical well logging, medical imaging etc. The problem of electromagnetic tomography involves the estimation of cross sectional distribution dielectric permittivity, conductivity etc based on measurement of the scattered fields. The inverse scattering problem of electromagnetic imaging is highly non linear and ill posed, and is liable to get trapped in local minima. The iterative solution techniques employed for computing the inverse scattering problem of electromagnetic imaging are highly computation intensive. Thus the solution to electromagnetic imaging problem is beset with convergence and computational issues. The attempt of this thesis is to develop methods suitable for improving the convergence and reduce the total computations for tomographic imaging of two dimensional dielectric cylinders illuminated by TM polarized waves, where the scattering problem is defmed using scalar equations. A multi resolution frequency hopping approach was proposed as opposed to the conventional frequency hopping approach employed to image large inhomogeneous scatterers. The strategy was tested on both synthetic and experimental data and gave results that were better localized and also accelerated the iterative procedure employed for the imaging. A Degree of Symmetry formulation was introduced to locate the scatterer in the investigation domain when the scatterer cross section was circular. The investigation domain could thus be reduced which reduced the degrees of freedom of the inverse scattering process. Thus the entire measured scattered data was available for the optimization of fewer numbers of pixels. This resulted in better and more robust reconstructions of the scatterer cross sectional profile. The Degree of Symmetry formulation could also be applied to the practical problem of limited angle tomography, as in the case of a buried pipeline, where the ill posedness is much larger. The formulation was also tested using experimental data generated from an experimental setup that was designed. The experimental results confirmed the practical applicability of the formulation.