Cette thèse décrit la mesure du dipôle électrique permanent de molécules et de complexes moléculaires en phase gazeuse. Le dipôle électrique caractérise la distribution de charge dans l'état fondamental de la molécule, il dépend des transferts de charge internes et de la géométrie du système. Les mesures sont réalisées gr`ace une source vaporisation/désorption laser couplée à un montage de déflexion de jet moléculaire dans un champ électrique intense et inhomogne (similaire à l'expérience de Stern & Gerlach). Trois familles de systèmes ont ainsi été étudiées : des agrégats mixtes fullerènes-métal, des agrégats d'halogénures d'alcalins à un électron en excès et des polypeptides.

L'objet de ce travail était étudier l'influence des collisions électron-électron sur la dynamique électronique et ionique d'un agrégat de sodium lors d'une excitation laser femtoseconde. Dans ce but, nous avons utilisé une approche semi-classique qui substitue à la fonction d'onde à N corps quantique représentant les électrons de valence de l'agrégat, une fonction de distribution dans l'espace des phases. L'avantage formel d'une représentation semi-classique est qu'elle permet d'inclure facilement, via les équations cinétiques, le terme de collision d'Ühling-Uhlenbeck (UU), pour aller au-delà du champ moyen. L'évolution en temps de la fonction de distribution est ainsi régie par l'équation de Vlasov-Ühling-Uhlenbeck (VUU), qui est résolue numériquement, à l'aide de la méthode des particules test.

Ce travail de thèse porte sur l'étude théorique de la fragmentation de petits agrégats carbonés et d'hydrocarbures neutres par le modèle statistique Micarocanonical Metropolis Monte Carlo (MMMC). Ce modèle décrit, à contrainte d'énergie fixée, l'espace des phases associé à tous les degrés de liberté accessibles au système (partitions des masses, mouvements de translation et de rotation, spin et moment angulaire des fragments, etc.). Les ingrédients de base du modèle (énergies de dissociation, géométries, fréquences de vibration etc.) doivent être obtenus par un calcul ab initio. Ils ont été calculés à l'aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) au niveau de calcul B3LYP/6-311+G(3df). Les probabilités obtenues des voies de fragmentation en fonction de l'énergie d'excitation, ont été comparées aux données expérimentales obtenues auprès du Tandem. Des faisceaux de haute vitesse (projectile de Cn+ à v = 2.6 u.a. et de CnH+ à v = 4.5 u.a.) entraient en interaction avec les noyaux d'hélium. Tous les rapports de branchement des voies de fragmentation des Cn (n ≤ 9) et des CnH (n ≤ 4) résultant de capture électroniques ont été mesurés. La distribution d'énergie d'excitation de l'agrégat parent a du être ajustée pour que les mesures expérimentales soient reproduites d'une façon optimale, à l'aide de deux algorithmes : Non-Negative Least Squares et backtracing Bayesien. La comparaison des probabilités théoriques et expérimentales montre un bon accord global. Les deux algorithmes de minimisation ont convergé vers des distributions d'énergie déposée présentant des pics. Ces pics pourraient être la signature d'états moléculaires spécifiques jouant un rôle dans la fragmentation du cluster.

Les agrégats multi-échelles (sulfure de zinc: ZnS, ...) ont des propriétés physiques et physicochimiques présentant un grand intérêt industriel (industrie pharmaceutique, matériau, environnement...). L'objectif général de cette thèse est de caractériser ces agrégats multi-échelles par une méthode optique d'une part, et par une étude géométrique d'autre part. Le but est de trouver des relations simples entre propriétés optiques et géométriques. Les résultats présentés sont valables pour tout matériau à haut indice de réfraction.Ce travail comporte une première étape de modélisation en étudiant tout d'abord des modèles simples d'agrégats multi-échelles (agencement ordonné de particules élémentaires sphériques). Différents agrégats sont alors géométriquement modélisés suivant des paramètres de construction prédéfinis (volume global des agrégats, rayon des particules primaires...). Une analyse préliminaire optique puis une analyse géométrique sont alors effectuées afin de déterminer les paramètres respectifs à étudier: la section efficace moyenne de diffusion (...), calculée au moyen d'une extension de la théorie de Mie (GMM pour Generalized Multiparticle Mie) d'Y-L Xu, et des caractéristiques géométriques spécifiques (volume de matière, compacité...).Une seconde étape consiste à étudier les variations de la valeur de ... en fonction de celles des paramètres géométriques des agrégats. Des relations caractérisant ces variations sont établies. Enfin, une expression approchées pour la valeur de ... est recherchée sous la forme d'une loi de puissance, reposant sur des méthodes optiques approchées existantes et sur la sélection de caractéristiques géométriques pertinentes. Le modèle mis en place est robuste et présente un compromis entre précision et complexité. Le travail réalisé ouvre diverses perspectives comme la confrontation du modèle mathématique théorique obtenu, avec l'expérience.

Ce travail concerne la synthèse et l'étude de nanoparticules d'oxydes de terres rares. Les agrégats sont synthétisés par LECBD (Low Energy Cluster Beam Deposition) puis déposés sur différents substrats pour analyse. La spectroscopie de photoélectrons X montre que les agrégats produits possèdent la stoechiométrie du matériau massif. Les dépôts sont imagés par microscopie électronique. Dans les conditions usuelles les agrégats déposés ont une taille faiblement dispersée autour d'une valeur moyenne de 3 nm. Les agrégats sont alors cristallisés et présentent une forme particulière, le dodécaèdre rhombique. La conservation de la structure cristalline ainsi que la stabilité particulière du dodécaèdre rhombique sont discutées en relation avec les propriétés de la liaison ionique. Les propriétés de luminescence de Gd2O3 dopé Eu3+ ont permis de mettre en évidence une transition de structure pour les agrégats de très petite taille. Cette transition peut être expliquée par la pression de Gibbs induite par la tension de surface. La simulation de la luminescence des agrégats montre l'influence importante de la surface dans l'élargissement inhomogène des spectres de luminescence des nanoparticules. Le confinement quantique dans Gd2O3 dopé Eu3+ est démontré. Le comportement observé présente des similitudes avec celui de matériaux moins ioniques. Une interprétation est proposée.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La compréhension de l'irradiation à l'échelle du nanomètre dans les systèmes biomoléculaires nécessite l'observation de caractéristiques nouvelles auxquelles les développements techniques actuels nous permettent d'accéder. Ce travail se situe au coeur de la construction du nouveau dispositif DIAM Dispositif d'Irradiation d'Agrégats de Molécules biologiques développé à l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon. Le développement d'une source d'agrégats associée à un spectromètre de masse à double focalisation a permis l'obtention des premiers faisceaux d'agrégats moléculaires protonés sélectionnés en masse. De plus, un système de détection innovant a été développé et validé dans des expériences de dissociations d'agrégats d'eau protonés par collision sur un gaz. Les résultats obtenus contribuent à la connaissance de la stabilité et de la structure des petits agrégats d'eau protonés et des agrégats mixtes d'eau et de pyridine protonés

La sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative des motoneurones impliquant des facteurs environnementaux et génétiques. Notre étude porte sur l’étude des relations entre la voie de la SUMOylation post-Traductionnelle des protéines et les effets du stress oxydant et de mutants SOD1. Nous montrons tout d’abord que 2 nouveaux mutants, SOD1V31A et SOD1E121G identifiés chez des patients SLA à évolution lente, entraîne la formation d’agrégats cellulaires Ub/SUMO dans la formation des agrégats était suggérée. Nous montrons 1) que les NSC-34 exposées à un stress oxydant et exprimant SOD1 mutée présentent une modification d’expression de plusieurs gènes des voies de l’Ub/SUMO ; 2) que l’expression de SOD1 mutée réduit le pool de protéine SUMO-1 libre dans les cellules motoneuronales, possible conséquence d’une séquestration dans les agrégats ; 3) qu’inhiber la SUMOylation de SOD1 mutée réduit la quantité de cellules avec agrégats. Nos résultats indiquent qu’une meilleure connaissance de la voie de SUMO pourrait conduire à de nouvelles cibles thérapeutiques intéressantes dans la SLA. / Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease of motor neurones involving a combination of environmental and genetics factors. Ours work focuses on the relathionship between the SUMOylation pathway and the effects of oxidative stress and SOD1 mutants. We first show that 2 new mutants, SOD1V31A and SOD1E121G identified in ALS patients with a slowly progressive disease, induce the formation of Ub/SUMO positive aggregates in motor neuronal cells NSC-34. The implication of the Ub/SUMO pathways has been proposed in the formation of aggregates in ALS. We show 1) modification of expression of several genes of the Ub/SUMO pathways in NSC-34 exposed to oxidative stress and expressing various mutated SOD1 proteins; 2) that the expression of mutants SOD1 reduces free-SUMO1 concentration in motor neuronal cell, perhaps by a sequestration in aggregates; 3) that the inhibition of SUMIylation of various mutants SOD1 reduces the amount of cells with aggregates. Our results support further studies on the SUMO pathway that may lead to new therapeutics targets in ALS.

Ce travail aborde le sujet des d efauts charg es dans le silicium. Jusqu' a pr esent, les d efauts charg es ont principalement et e etudi es en conditions p eriodiques (PBC). En e et, l'approche PBC est parfaite pour simuler unsolide in ni. Mais, comme je le montre dans ce chapitre, elle apporte aussi des artefacts. En particulier dans le traitement de l' electrostatique, o u des traitements math ematiques important doivent ^etre utilis es pour supprimer les interactions non d esir ees entre r epliques. Notre approche vise a simuler correctement un d efaut charg e, tout en conservant de bonne propri et es pourle mat eriau massif. Elle consiste a simuler le d efaut dans un nano-agr egat. Le traitement de l' electrostatique est correct dans un nano-agr egat et les r esultats obtenus peuvent ^etre extrapol es au mat eriau massif, comme il est montr e dans ce chapitre. Les perspectives de cette m ethode sont aussi abord ees ici. / In this work we have studied Si clusters with point defects in various charged states. Point defects in semiconductors affects the electronic structure of the material introducing new energy levels and consequently new modes of transport.Detailed study of the point defects have been undertaken in various approaches. The most common practice is to usesuper-cell calculations under the framework of Density Functional Theory with Periodic Boundary Conditions (PBC). Inthis formalism there are a lot of factors like defect-defect interactions, image charge interactions, that are to be correctedfor to achieve the " artefact-free" results. In this study we have used Free Boundary Conditions with nano-clusters of Sipassivated with Hydrogen at the surface. Previous works have undertaken in detail the geometrical effects in the nanoclusters. But a complete picture of the electrostatics and its effect on the energy states demand a complete study. Hence inour calculations we take another approach, devoid of the correction factors for cases with PBC, and produce an alternativeway to calculate the formation energy of the defects. We have described the formation and stability of the defects invarious charged states and provided with a detailed analysis of the properties pertaining to the nano-scale size. Finallymigration parameters are provided with respect to the charge states of the defects. Our results are also compared with thePBC calculations with critical discussions.

Cette thèse a pour but d'étudier les effets quantiques apparaissant pour des agrégats métalliques de très petite taille en raison de l'augmentation du ratio surface/volume et de la discrétisation de la structure électronique. Mettre en avant ces effets demande une très grande qualité de fabrication des nanoparticules étudiées, monodisperse dans le cas idéal. Nous fabriquons des nanostructures en encapsulant des agrégats d'argent générés par une source magnétron dans des matrices solides, comme la silice ou l'alumine. Cette technique nous permet de contrôler indépendamment la composition des particules, leur taille, et leur concentration. Un spectre de masse quadripolaire a été mis en place et utilisé comme un filtre en taille pour obtenir une distribution plus étroite et précise.Les échantillons ont été caractérisés par deux techniques complémentaires : par spectroscopie optique à transmission avec des mesures sur des ensembles de particules, et par spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) sur des particules uniques, réalisée dans un microscope électronique à balayage par transmission. Bien qu'utilisant deux outils conceptuellement différents, ces deux méthodes mesurent les résonances plasmoniques des particules. Ce travail a donc pour objectif de relier théoriquement et expérimentalement ces deux méthodes dans le but de comprendre comment les propriétés physiques de ces petits agrégats de métaux nobles sont affectées par les effets quantiques / The aim of this thesis is to study quantum effects appearing in very small metallic clusters caused by the increasing surface/volume ratio and the discretization of the electronic structure. Investigating effects such as size dependencies demand a very high quality of the studied nanoparticles, monodisperse in the ideal case. We fabricate nanostructures by embedding silver clusters generated in a magnetron source in solid matrices, such as silica or alumina. This technique gives us full and independent control over the particle composition, size and concentration. A quadrupole mass spectrometer is used as a size filter to obtain a more precise and narrow distribution.Samples have been characterized with two complementary methods: optical transmission spectroscopy of ensembles of particles and electron energy loss spectroscopy (EELS) on single particles using a scanning transmission electron microscope. Although these two tools are conceptually different, they both measure the plasmonic resonances of metal nanoparticles. The objective of this work is to link theory and experiment in these two methods in order to understand how the physical properties of these small noble metal clusters are affected by quantum effects