L’imagerie par Résonance des Plasmons de Surface (SPRI) est une technique d’analyse d’interactions moléculaires présentant de nombreux avantages. Elle peut être appliquée en temps réel et sans marquage, pour étudier un grand nombre d’interactions simultanément sur un même échantillon. La transduction d’un événement d‘interaction entre deux molécules complémentaires en un signal optique, repose sur la perturbation de l’onde plasmonique évanescente créée à la surface d’un film métallique mince.Toutefois, bien que la mesure SPR soit directe et sans marquage, sa spécificité repose entièrement sur celle des molécules sondes déposées à la surface de la puce et donc sur la chimie ayant servi à les immobiliser. Cette limitation devient problématique pour adresser les grands enjeux de santé actuels, liés à la détection de molécules à l’état de traces. En particulier, de nouveaux systèmes d’analyse plus sensibles sont requis pour pouvoir diagnostiquer le cancer au plus tôt, ou encore détecter la présence de contaminants agro-alimentaires en faible concentration.Dans cette perspective d’amélioration de la spécificité de détection, ce travail porte sur la mise au point d’un instrument bimodal couplant la SPRI, capable de quantifier la capture de molécules cibles, à la Spectrométrie Raman Exaltée de Surface (SERS), qui permet d’identifier la nature des molécules capturées en déterminant leur « empreinte » moléculaire. Cette thèse s’inscrit dans un projet ANR regroupant un consortium de partenaires académiques et un industriel.Ce document se concentre sur le développement de l’instrument optique combinant les deux systèmes de détection en un seul prototype. La mesure SPRI est réalisée en configuration Kretschmann, tandis que l’analyse SERS s’effectue par le dessus, en milieu liquide, à travers un hublot. Ces deux mesures simultanées sont rendues possibles grâce à la mise au point d’un substrat métallique nanostructuré. Une caractérisation détaillée du système optique est tout d’abord présentée, puis de premiers résultats de validation de la mesure bimodale sur un cas modèle d’interaction biomoléculaire ADN sont démontrés. Ces expériences prometteuses confirment le fonctionnement de l’instrument bimodal dans la perspective d’applications d’intérêt biologique. / Surface Plasmon Resonance Imaging (SPRI) is a powerful technique to study molecular interactions providing a real time, label free and high throughput analysis. The transduction of an interaction between complementary molecules into an optical signal is based on the perturbation of a plasmonic evanescent wave supported by a thin metallic film.However, despite its direct and label free assets, the specificity of SPR measurements is only guaranteed by the probe molecules grafted on the metallic surface and therefore by the quality of the surface chemistry. This limitation becomes an issue when addressing major health concerns relying on the detection of trace molecules. In particular, new systems are required to help early diagnosis and the control of food contaminants.In view of improving measurement’s specificity, this work reports the development of a bimodal instrument coupling SPRI, allowing the quantification of captured molecules, with Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), adding the precise identification of the molecules by measuring their spectroscopic fingerprint. This PhD is part of an ANR project bringing together academic and industrial partners.This manuscript focuses on the development of the optical instrument combining the two detection systems in a unique prototype. SPRI measurements are performed in the Kretschmann configuration while SERS analysis is implemented from the top, in solution, through a glass window. Nanostructured substrates have been designed and realized to allow the simultaneous experiment.The optical system is described, characterized and validated on the model case of a DNA hybridization. These first results prove the capabilities of the bimodal instrument in the perspective of more complex biological applications.

This thesis reports work extending the scope of a recently developed gas sensing technique, multi-mode absorption spectroscopy (MUMAS). The ability of MUMAS to simultaneously detect multiple species from a mixture is demonstrated for the first time. The technique is subsequently extended to mid-infrared wavelengths, realising large gains in sensitivity. A solid-state, multi-mode laser has been developed to provide a high-performance comb source for use with MUMAS. This in-house constructed, diode-pumped, Er/Yb:glass laser operates on 10 longitudinal modes, separated by 18 GHz and centred close to 1565 nm. The extensive development and prototyping work leading to this final laser design is described. Multi-species detection with MUMAS is reported for the first time, thus demonstrating the ability of this technique to perform multi-gas sensing using a single laser and simple detection scheme. The previously described Er/Yb multi-mode laser was used to record MUMAS signals from a sample containing CO, C₂H₂, and N₂O. The components of the mixture were detected simultaneously by identifying multiple transitions in each of the species. Temperature- and pressure-dependent modelled spectral fits to the data were used to determine the partial pressures of each species in the mixture with an uncertainty better than +/-2%. Multi-mode radiation has been successfully generated at 3.3 μm using quasi phase matched difference frequency generation (QPM-DFG). A mid-infrared laser comb was produced by optically mixing the near-infrared, multi-mode comb produced by the previously developed Er/Yb:glass laser with the single-mode output of a Nd:YAG laser operating at 1064 nm. This multi-frequency laser source was characterised to verify performance, and subsequently used to perform proof-of-principle MUMAS measurements on the strong transitions found in this spectral region. Spectra were recorded of NH₃ and CH₄ both individually and as components of a mixture. A minimum detection level for this system was determined to be 4.3 μbar m^-1 for CH₄, a sensitivity increase of 300 over similar measurements performed in the near-IR.

This thesis presents an investigation of the dynamic properties of wide range of interfacial systems, from colloidal particles in solution, through the realm of aerosols and onto studies of molecular adsorption at an interface. The primary experimental technique utilized is optical tweezers. An exploration of the history of the use of radiation pressure to manipulate matter is presented, followed by an introduction to how optical tweezers work. Some of the more advanced methods of tweezing are discussed, with an emphasis on the use of spatial light modulators (SLMs) to realise dynamic holographic optical tweezers (DHOTs), an example of which has been constructed within our laboratory using off-the-shelf optical components, and combined with a spectrometer to facilitate high resolution spectroscopic studies of microscopic systems. The spectroscopic analysis of microparticles is greatly enhanced by optical feedback generated when the wavelength of light utilized is an integer number of wavelengths around the circumference of the microsphere. Enhanced signal occurs at these wavelengths, termed whispering gallery modes (WGMs). The absolute position of these resonances depends strongly upon the shape, size and refractive index of the particle, and is predicted by Mie theory. A discussion of the concepts behind Mie theory, as well as how to use an experimental WGM spectrum to deduce the size and composition of a microparticle, is provided. This technique is then put to use in a detailed study on the properties of single aerosols, comprised of sodium chloride solution, and generated using a handheld medical nebulizer. Studies have been carried out on both evaporating and growing droplets trapped with a Gaussian beam; in the latter case, periods of size stability are observed, owing to resonant absorption of radiation at the trapping laser wavelength. The SLM can be used to change the trapping laser to a Laguerre-Gaussian (LG) mode, and an investigation of how this affects the dynamics of the droplet is presented. It is found that the use of LG modes with $ellgeq10$ produced Raman spectra with significantly more intense WGMs, and also suppressed droplet evaporation. Through observations made with fluorescent polystyrene microspheres, it is argued that the LG modes are more efficient at coupling into WGMs of the droplets. Leading on from these experiments on salt water droplets, experiments have been conducted using ionic liquids (ILs). These fluids have many fascinating properties and potential applications. The optical trapping of droplets comprised of aqueous solutions of the ionic liquid ethylammonium nitrate (EAN) and water has been demonstrated for the first time. These droplets are analysed spectroscopically by illuminating them with the output from a broadband LED; WGMs that are observed in the backscattered light are used to determine their size and composition. The response of the droplets to conditions of varying relative humidity has also been investigated. In order to characterise the relative humidity experienced by both the salt water and IL droplets, the concentration of water vapour within the trapping cells has been measured using diode laser absorption spectroscopy. The spatially modulated laser beam is then utilized in a different fashion; instead of optically tweezing a sample, a low numerical aperture objective lens is utilized to focus the laser onto the surface of a gold coated microscope slide. When a colloidal sample is placed on this surface, the thermal gradients cause the particles to form two dimensional crystals. The SLM is utilized to form multiple nucleation sites, and the dynamics of the crystals are directly observed in real time using video microscopy. It is found that grain rotation-induced grain coalescence (GRIGC) occurs, with the rotation of both crystals before coalescence. Control over the grain size is achieved by altering the separation of the laser spots, and shows that the time scale for grain boundary annealing in our system is in good agreement with theoretical expressions formulated for nanocrystal growth. Finally, as a complimentary technique to the microparticle spectroscopy previously discussed, a bulk interface is probed by using evanescent wave broadband cavity enhanced absorption spectroscopy (EW-BBCEAS) specifically to study the adsorption of cytochrome c (cyt c) to a fused silica surface. Visible radiation from a supercontinuum source is coupled into an optical cavity consisting of a pair of broadband high reflectivity mirrors, and a total internal reflection (TIR) event at the prism/water interface. Aqueous solutions of cyt c are placed onto the TIR footprint on the prism surface and the subsequent protein adsorption is probed by the resulting evanescent wave. The time integrated cavity output is directed into a spectrometer, where it is dispersed and analysed. The broadband nature of the source allows observation of a wide spectral range (ca 250 nm in the visible). The system is calibrated by measuring the absorption spectra of dyes of a known absorbance. Absorption spectra of cyt c are obtained for both S and P polarized radiation, allowing information about the orientation of the adsorbed protein to be extracted.

La spectroscopie de plasma induit par laser ou LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)est aujourd’hui utilisée dans de nombreux secteurs d’activités du fait des atouts qu’ellepossède. Cette technologie permet de caractériser la composition élémentaired’échantillons quel que soit leur phase (gaz, solide et liquide), rapidement (10-6s), de façon insitu et sans contact, et à pression et température ambiantes. Ces caractéristiques présententun intérêt pour des applications militaires de détection de traces d’agents chimiquescontaminant une surface. L’objectif de cette étude est d’étudier le potentiel de cettetechnologie afin de détecter les espèces chimiques présentes dans les agents réels, tels quele phosphore, le fluor, le chlore et le soufre sur des surfaces d’échantillons polluésreprésentatifs de milieux opérationnels. Pour améliorer les performances analytiques de latechnique LIBS classique à simple impulsion, la configuration double impulsion estdéveloppée et comparée à la méthode simple impulsion. Son principe repose sur l’envoisuccessif de deux impulsions laser résolues générant au point focal un plasma thermique serelaxant in fine en émettant des raies spécifiques de la composition élémentaire. Les gainsanalytiques, ainsi que les limites de détection sont évalués pour plusieurs typesd’échantillons représentatifs. Une comparaison avec les seuils de détection attendus estétablie. / Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) is currently used in many fields of activity,thanks to its numerous uses. This technology allows fast measurement (10-6 s), with in situconfiguration, at ambient pressure and temperature, of different samples in gaseous, liquidor solid phase. These performances present a high interest for military applications to detectchemical agent traces on surfaces. The aim of this study is to investigate the potential of thistechnology in the detection of specific chemical atoms of live agents such as phosphorus,fluorine, chlorine, and sulfur on the surface of contaminated samples representing thetheatre. In order to improve the analytical performances of classical technical LIBS of singlepulse, a double pulse method was developed and compared to single pulse method. Itsprinciple is based on the emission of two successive laser impulsions resolved in space andtime, generating in the focal point thermal plasma which relaxes in fine emitting specificradiation of the elementary composition. The analytical gains, as for detection thresholdsare evaluated for each type of samples. A comparison of the detection thresholds isestablished.

La métrologie fondamentale est la garante de la pérennité des systèmes de mesure et est en charge de fournir les étalons de références. En ce qui concerne la métrologie des rayonnements ionisants et, en particulier la métrologie des neutrons, des détecteurs étalons sont utilisés pour caractériser les champs de références, en énergie et en fluence. Les dosimètres ou détecteurs de particules sont étalonnés. Cette thèse présente le développement d’un spectromètre neutron candidat au statut d’étalon primaire pour la caractérisation de champs neutroniques dans la gamme 5-20 MeV. Le spectromètre utilise le principe du télescope à protons de recul comme moyen de détection ; la technologie CMOS, au travers de trois capteurs de positions, est mise à profit pour réaliser la trajectographie du proton de recul. Un détecteur Si(Li) est en charge de la mesure de l’énergie résiduelle du proton. Les simulations des dispositifs, réalisées sous MCNPX, ont permis d’estimer les performances du dispositif et de valider la procédure de reconstruction de l’énergie des champs neutroniques. Une étape essentielle de caractérisation des éléments du télescope et en particulier des capteurs CMOS est également proposée afin de garantir la validité de mesures expérimentales postérieures. Les tests réalisés aussi bien en champs mono-énergétiques qu’en champs étendus témoignent des très bonnes performances du système. La quantification des incertitudes indiquent une mesure de l’énergie avec une précision de plus de 1.5 % pour une résolution de moins de 6 %. La mesure de la fluence neutronique est quand a elle réalisée avec une incertitude de 4 à 6 %. / The fundamental metrology is responsible for the sustainability of the measurement systems and handles to supply the reference standards. Concerning the metrology of ionizing radiations and, in particular the neutron metrology, detectors standards are used to characterize reference fields, in terms of energy and fluence. The dosimeters or particle detectors are calibrated on these reference fields. This thesis presents the development of a neutron spectrometer neutron candidate to the status of primary standard for the characterization of neutron fields in the range from 5 to 20 MeV. The spectrometer uses the recoil proton telescope as detection principle; the CMOS technology, through three sensor positions, is taking advantage to realize the tracking of protons. A Si(Li) detector handles the measure of the residual proton energy. The device simulations, realized under MCNPX, allow to estimate its performances and to validate the neutron energy reconstruction. An essential step of characterization of the telescope elements and in particular of CMOS sensors is also proposed to guarantee the validity of posterior experimental measurements. The tests realized as well in mono-energy fields as in radionuclide source show the very good performances of the system. The quantification of uncertainties indicates an energy estimation with 1.5 % accuracy and a resolution of less than 6 %. The fluence measurement is performed with an uncertainty about 4 to 6%.

La spectroscopie est un outil puissant et non-destructif permettant, d’après les spectres, de remonter à des grandeurs physiques importantes telles que la concentration, la température, la pression, … du gaz en question.Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés à l’analyse des spectres infrarouges et Raman à très haute résolution de l’éthylène pour des applications atmosphériques et planétologiques.Cette thèse a été effectuée au sein du Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique (GSMA) de l’Université de Reims Champagne- Ardenne. En collaboration avec l’équipe (SMPCA) au sein du laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) à Dijon, l’équipe (CQP) au sien du service de Chimie Quantique et Photophysique à Bruxelles, l’Instituto de Estructura de la Materia (CSIC) à Madrid et les membres de la ligne AILES du centre de rayonnement synchrotron SOLEIL à Saint-Aubin.Cette thèse est structurée en 4 chapitres. Le premier chapitre est consacré sur les généralités de la molécule étudiée. Le second chapitre présente l’aspect théorique de la spectroscopie. Le troisième chapitre portant sur l’explication du modèle théorique qui nous avons utilisé pour effectuer l’analyse et le traitement des spectres. Dans le quatrième chapitre, nous présentons les résultats de l’analyse du spectre de la molécule de l’éthylène en différentes régions spectral.Ces résultats alimenteront des bases de données internationales telles que HITRAN (L. Rothmann) et GEISA (M. Rotger et le CNES) mais aussi peuvent servir de données modèle pour la start-up AEROVIA initiée par G. Durry, directeur de notre laboratoire. Avec ces données, nous alimenterons également la base de données européenne VAMDC. / The spectroscopy is a powerful analytical technique capable of providing Important Information physical quantities such as concentration, temperature, pressure, ... and other questions about gas.The work presented in this manuscript is devoted to analysis of high resolution infrared and Raman spectroscopy of the ethylene for atmospheric, astrophysical and planetological applications.The work described in this thesis was performed within the "Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique" (GSMA) in the university of Reims Champagne-Ardenne in Reims. In national collaboration with the team (SMPCA) In collaboration in the laboratory "Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne" (ICB) in Dijon, the team (CQP) in the service de "chimie quantique et photophysique" in Brussels. l’Instituto de Estructura de la Materia (CSIC) in Madrid and the members of the line AILES of the Synchrotron SOLEIL in Saint-Aubin.The thesis is structured into 4 main chapters. The first chapter deals with the generality of molecule studied. The second chapter represents the theoretical aspects of the spectroscopy. The third chapter dealing with the explanation of the theoretical model that we used for the analysis and processing of spectra. In the fourth chapter, we present the results of the analysis of the spectrum of the molecule of ethylene in different spectral regions.These results will feed the international databases such as HITRAN (L. Rothmann) and GEISA (Mr. Rotger and CNES), and it can also serve as a data for modeling the start-up AEROVIA initiated by G. Durry, the director of the laboratory. with these data, we can also feed the European database VAMDC.

Depuis le début des années 1980, le Commissariat à l’Énergie Atomique développe et met en oeuvre un système de spectrométrie gamma aéroportée, appelé HELINUCTM. Ce système, composé de détecteurs NaI(Tl) d’un volume de 16 L, est utilisé afin d’établir un état des lieux radiologique des sites survolés. Les principales missions du système HELINUC consistent en la réalisation de contrôles environnementaux, l’intervention en situation de crise et la recherche de sources ponctuelles. La réalisation de ces missions nécessite le développement de méthodes d’analyse adaptées. L’approche considérée dans cette thèse repose sur une rupture conceptuelle de l’analyse des spectres par rapport aux méthodes utilisées jusqu’alors au CEA : l’analyse ne repose plus sur une considération individuelle et séquentielle des mesures aéroportées, mais sur une considération globale et simultanée de celles-ci. L’étude et le développement de méthodes statistiques adaptées à la quantification des radionucléides naturels et du 137Cs (de 600 keV à 3 MeV), à l’estimation de la contamination en 241Am (basse énergie, inférieure à100 keV) en cas de crise radiologique et la détection de sources ponctuelles (moyenne énergie, entre 100 keV et600 keV) permettent d’améliorer la précision sur les activités déterminées en vol et la détection de sources de faibles activités. / Since the beginning of 1980’s, the CEA has been developing an airborne gamma spectrometry (AGS) system called HELINUCTM using large volume (16 L) NaI(Tl) detectors. HELINUC is used to produce radioactivity mapping of the soil. The different missions of HELINUC are environmental control of radioactivity, nuclear emergency response and research of orphan sources. The continuous development of analysis methods is then required.The approach considered in this thesis is based on a conceptual break from the analysis of spectra compared to the methods used at the CEA until now: the analysis does not rely on an individual and sequential consideration of airborne measurements, but on an overall and simultaneous consideration of them. The study and development of statistical methods for the quantification of natural radionuclides and 137Cs (from 600 keV to 3 MeV), for the estimation of 241Am contamination (low energy, inferior to 100 keV) in case of radiological emergency and for the detection of orphan sources (medium energy, between 100 keV and 600 keV) improve the accuracy of activities estimation and detection of low activities sources.

Dans cette thèse, nous décrivons une approche jusqu’à maintenant inexplorée dans le développement des interféromètres atomiques; la rétroaction des états atomiques au cours de leur évolution. Le long de cet objectif, nous présentons des nouvelles techniques expérimentales, comme la condensation de Bose-Einstein tout-optique d’atomes de rubidium-87 à l’aide d’une cavité optique, une nouvelle technique de stabilisation de laser décalage de fréquence serrodyne et le développement de la spectroscopie par modulation de fréquence comme un outil non-destructif pour mesurer des différences de population atomique. Cette détection non destructive est combinée à la rétroaction, soit directement sur les atomes avec un rayonnement micro-onde soit sur l’oscillateur à micro-ondes. De cette manière, nous montrons que les états quantiques atomiques peuvent être protégés contre la décohérence d’un bruit collectif. Grâce à cette méthode, nous développons des protocoles de rétroaction dédiés pour améliorer les interféromètres atomiques, et démontrons expérimentalement l’un d’entre eux dans le cas d’une horloge atomique. Nous montrons que le temps d’interrogation dans les interféromètres atomiques peut être prolongé, ce qui est prometteur pour augmenter la sensibilité des senseurs atomiques. / In this thesis, we describe an until now unexplored approach in the operation of atomic interferometers; the feedback control of the atomic states during their evolution. Towards this goal, we present several novel experimental techniques, such as the all-optical Bose-Einstein condensation of rubidium-87 in a cavity enhanced dipole trap, a new laser stabilization technique based on serrodyne frequency shifting and the development of frequency modulation spectroscopy as a minimal destructive tool for the measurement of atomic population differences. This nondestructive detection is combined with feedback, either directly on the atoms with microwave radiation or on the microwave oscillator. In this way, we show that atomic quantum states can be protected against decoherence from collective noise. We develop dedicated feedback protocols to use this method to improve atomic interferometers, and experimentally demonstrate one such protocol in an atomic clock. We show that the interrogation time in atomic interferometers can be prolonged, which holds promise for increasing the sensitivity of atomic sensors.

Dans le cadre de ses recherches menées sur la fusion par confinement inertiel, le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives met en œuvre un spectromètre X large bande étalonné en absolu et résolu en temps, appelé Diagnostic de Mesure du rayonnement X. Ce diagnostic, composé de 20 voies de mesure, permet de mesurer l’émissivité spectrale d’un plasma créé par laser entre 50 eV et 20 keV. Nous avons développé des voies de mesure complémentaires aux voies existantes, afin d’obtenir une redondance et une amélioration de la précision de la mesure. Le principe de ces nouvelles voies de mesure repose sur un concept original permettant d’obtenir des fonctions de transfert spectrales bornées et constantes. Deux voies ont été développées pour les gammes spectrales 2 – 4 keV et 4 – 6 keV, utilisant des miroirs multicouches apériodiques réalisés au Laboratoire Charles Fabry en Cr/Sc et Ni/W/SiC/W, respectivement. Ces miroirs ont ensuite été caractérisés sur synchrotrons puis intégrés dans le spectromètre. Les nouvelles voies ont été utilisées durant des campagnes d’expériences laser-Plasma sur l’installation laser OMEGA à Rochester (États-Unis). Elles ont permis de déterminer la puissance rayonnée directement avec une seule voie de mesure par bande spectrale et avec une meilleure précision qu’avec celles utilisées habituellement. Les résultats, en bon accord avec les voies de mesure classiques, permettent de valider l’utilisation des miroirs multicouches apériodiques pour la spectrométrie X large bande. / Within the framework of the research on inertial confinement fusion, the “Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives” has studied and implemented an absolute calibrated time-Resolved broadband soft x-Ray spectrometer, called “Diagnostic de Mesure du rayonnement X”. This diagnostic, composed of 20 measurement channels, measures the emitted radiant power from a laser created plasma in the range from 50 eV to 20 keV. We have developed additional measurement channels to obtain redundancy and an improvement in measurement accuracy. The principle of these new channels is based on an original concept to obtain spectral bounded flat-Responses. Two channels have been developed for the 2 – 4 keV and 4 – 6 keV spectral ranges, using aperiodic multilayer mirrors made at the “Laboratoire Charles Fabry” with Cr/Sc and Ni/W/SiC/W layers respectively. These mirrors were characterized at synchrotron radiation facilities and integrated into the spectrometer. The two new channels were used during laser-Plasma experimental campaigns at the OMEGA laser facility in Rochester (USA). This allowed us to determine directly the radiant power with only one measurement within a certain spectral band, and with a better precision when compared with using standard channels. The results, in good agreement with the standard measurement channels, allowed us to validate the use of aperiodic multilayer mirrors for X-Ray broadband spectrometry.

Les multicouches de graphène en empilement rhomboédrique sont considérés comme une phase prometteuse du carbone. Cela est due à la particularité de cette phase de pouvoir exhiber des états à forte corrélation électronique comme le magnétisme ou la supraconductivité à haute température critique. Ce qui est due, a son tour, à l’occurrence d’un état de surface avec une dispersion d’énergie électroniques quasi-nulle à proximité du niveau de Fermi. Malgré que le graphite Bernal soit la forme la plus stable du graphite, des échantillons a trois et quatre couches de graphène en empilement rhomboédrique ont pu être synthétisés. Plus récemment, des flocons d’épaisseur dépassant les 17 couches ont été isolés et provisoirement attribués à des séquences d’empilement rhomboédrique. Cette attribution à été faite via des expériences de spectroscopie Raman sous champ magnétique, bien que l’empreinte Raman des multicouche de graphène en empilement rhomboédrique est actuellement inconnue. Même le cas simple du spectre Raman résonnant à deux phonons (le pic 2D) du graphite Bernal n’est pas totalement compris. Dans ce travail de thèse, nous fournissons une description ab-initio complète du pic Raman 2D dans les systèmes de graphène à trois et quatre couches pour tous les empilements possibles, ainsi que pour le graphite Bernal, rhomboédrique et une alternance de graphite Bernal et rhomboédrique. / Multi-layer graphene with rhombohedral ABC stacking is considered as a promising carbon phase possibly displaying correlated states like magnetism or high-T c superconductivity due to the occurrence of an ultraflat electronic surface band at the Fermi level. Despite Bernal graphite being the most stable form of graphite, three and four layers graphene samples with rhombohedral stacking can be synthesized. Recently, flakes of thickness up to 17 layers were tentatively attributed ABC sequences although the Raman fingerprint of rhombohedral multilayer graphene is currently unknown and the 2D two-phonon resonant Raman spectrum of Bernal graphite not completely theoretically understood. Here we provide a complete first principles description of the 2D Raman peak in three and four layer graphene for all possible stackings, as well as for bulk Bernal, rhombohedral and an alternation of Bernal and rhombohedral graphite, that can be seen as a periodic sequence of ABA and ABC trilayers. Calculations for several laser energies are performed and we give practical prescriptions are proposed to identify long range sequences of ABC multi-layer graphene flakes.