Titre de l'écran-titre (visionné le 2 octobre 2023) / Ce mémoire s'intéresse au développement d'un analyseur de spectre cohérent (COSA) utilisant un module laser à rétroaction répartie (DFB) comme oscillateur local (LO). L'objectif est de concevoir un analyseur de spectre cohérent plus petit, robuste et moins chers en remplaçant les lasers à cavité externe normalement utilisés, permettant ainsi d'employer de tels appareils autant dans des environnements de recherche scientifique et d'ingénierie que sur des lignes de productions ou de liens de communication déployés. L'introduction présente les méthodes d'analyse du spectre optique existantes ainsi que leurs limitations et les avantages des analyseurs de spectre optique cohérents par rapport à ces méthodes. Les bases théoriques derrière le fonctionnement des COSA sont également présentées. Le premier chapitre décrit le montage expérimental du COSA utilisé dans le cadre du mémoire. Les deux branches le composant sont décrites et la calibration nécessaire au fonctionnement de l'appareil est présentée. Le deuxième chapitre caractérise les performances de l'appareil. Le rapport signal sur bruit optique (OSNR) et la largeur de raie du signal à la sortie de l'amplificateur optique semi-conducteur (SOA) du module laser DFB sont mesurés et comparés aux performances de la portion électrique du montage afin de déterminer la dynamique et la résolution du COSA. L'appareil est ensuite utilisé pour mesurer le spectre d'un laser à cavité externe, avec et sans modulation d'amplitude, ainsi qu'avec un laser DFB. On trouve expérimentalement que le système possède une dynamique pouvant atteindre plus de 50 dB et une résolution de 10 MHz correspondant à la largeur de bande des filtres RF utilisés.

L'étude approfondie des échanges moléculaires dans le cerveau, notamment à travers les neurotransmetteurs, est cruciale pour comprendre les mécanismes sous-jacents des maladies neurodégénératives telles que l'Alzheimer (AD), le Parkinson (PD) et la maladie de Huntington (HD). Ces molécules de signalisation neuronale jouent un rôle essentiel dans la transmission des informations dans le cerveau et elles sont impliquées dans divers processus physiologiques et comportementaux. La compréhension de leur fonctionnement normal et altéré offre des perspectives importantes pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à améliorer la qualité de vie des patients affectés par ces maladies invalidantes. Pour contribuer à cette compréhension, nous avons développé, dans le cadre de cette thèse, un instrument d'analyse colorimétrique de haute précision, compact et autonome. Cet instrument est conçu pour potentiellement remplacer ou améliorer les dispositifs d'analyse spectrale actuellement utilisés. Il présente plusieurs avantages, notamment en termes de facilité d'utilisation, de résolution et d'applicabilité dans le domaine de l'analyse spectrale d'échantillons liquides. En outre, en combinant cet instrument avec un vecteur de détection tel que des nanoparticules d'or ultrastables fonctionnalisées par des aptamères, il serait possible de développer une méthode d'analyse sélective et de haute précision pour la détection des neurotransmetteurs en solution, tout en restant facile d'utilisation. Cette approche intégrée permettrait ainsi offrir un outil précieux pour la recherche, l'analyse et le diagnostic dans le domaine des neurosciences. Le système de détection colorimétrique avancé conçu dans le cadre de ce projet de recherche est doté de caractéristiques novatrices telles qu'un système optique polychromatique basé sur un grism (composant optique formé par la combinaison d'un réseau diffractif et d'un prism ; grating-prism), un système microfluidique modulaire et un système électronique embarqué pour le contrôle et l'analyse des données, le tout dans un format compact, portable, semi-autonome et modulaire. L'instrument ainsi développé offre la possibilité d'analyser le spectre de transmission des échantillons, offrant ainsi deux types d'analyses distinctes pour une meilleure compréhension des interactions moléculaires dans des contextes de laboratoire et in situ, selon l'application visée. Cependant, malgré les progrès réalisés dans le développement de l'instrument, des défis persistent dans l'optimisation de la détection de dopamine avec des nanoparticules. Les protocoles actuels de fonctionnarisation doivent encore être optimisés afin d'atteindre la sensibilité et la sélectivité souhaitées. En conclusion, l'instrument développé présente des caractéristiques innovantes et prometteuses pour la détection de neurotransmetteurs et d'autres composés dans les échantillons aqueux par la méthode de colorimétrie. Malgré les défis persistants, une fois optimisé, cet instrument pourrait trouver une large application dans le domaine de la chimie analytique, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives de recherche dans le domaine de la neurologie et pouvant offrir de nouveaux espoirs aux patients atteints de maladies neurodégénératives. / The in-depth study of molecular exchanges in the brain, particularly through neurotransmitters, is crucial for understanding the underlying mechanisms of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's (AD), Parkinson's (PD), and Huntington's disease (HD). These neuronal signalling molecules play a crucial role in transmitting information in the brain and are involved in various physiological and behavioral processes. Understanding their normal and altered functioning offers important perspectives for the development of new therapeutic strategies aimed at improving the quality of life of patients affected by these debilitating diseases. To contribute to this understanding, we have developed, as part of this thesis, a high-precision, compact, and autonomous colorimetric analysis instrument. This instrument is designed to potentially replace or improve the spectral analysis devices currently in use. It offers several advantages, particularly in terms of ease of use, resolution, and applicability in the spectral analysis of liquid samples. Furthermore, by combining this instrument with a detection vector such as ultra-stable gold nanoparticles functionalized with aptamers, it would be possible to develop a selective and high-precision analysis method for the detection of neurotransmitters in solution, while remaining easy to use. This integrated approach would thus provide a valuable tool for research, analysis, and diagnosis in the field of neuroscience. The advanced colorimetric detection system designed in this research project features innovative characteristics such as a polychromatic optical system based on a grism (optical component combining a diffractive grating and a prism; grating-prism), a modular microfluidic system, and an embedded electronic system for control and data analysis, all in a compact, portable, semi-autonomous, and modular format. The instrument developed thus offers the possibility of analyzing the transmission spectrum of samples, thus providing two distinct types of analyses for a better understanding of molecular interactions in laboratory and in situ contexts, depending on the application. However, despite the progress made in instrument development, challenges persist in optimizing the detection of dopamine with nanoparticles. Current functionalization protocols still need to be optimized in order to achieve the desired sensitivity and selectivity. In conclusion, the developed instrument presents innovative and promising features for the detection of neurotransmitters and other compounds in aqueous samples by the colorimetric method. Despite persistent challenges, once optimized, this instrument could find wide applications in the field of analytical chemistry, thus opening new research perspectives in the field of neurology and could offer new hope to patients with neurodegenerative diseases.

<p align="justify">L'étude des phénomènes physico-chimiques de l'atmosphère nécessite la connaissance préalable des caractéristiques de chacun de ses constituants, ainsi que de leurs distributions spatiales et temporelles. Les méthodes spectroscopiques permettent la détection simultanée de nombreux constituants atmosphériques par la mesure quantitative de leurs absorptions. Dans le domaine UV-visible, ces techniques se basent sur la loi de Beer-Lambert, dont l'application nécessite la connaissance d'un spectre de référence exempt d'absorption. Il est impossible d'obtenir un tel spectre dans le cas des mesures atmosphériques. On a alors recourt à la technique dite de spectroscopie d'absorption différentielle (Differential Optical Absorption Spectroscopy) qui analyse les composantes des absorptions variant rapidement en fonction de la longueur d'onde.</p><p><p align="justify">Trois instruments ont été développés dans le cadre de ce travail pour la mesure par spectroscopie d'absorption différentielle dans le domaine UV-visible. Le premier utilise un spectromètre par transformée de Fourier, les deux autres des spectromètres à réseau associés soit à une barrette de photodiodes soit à un détecteur de type CCD. Ces instruments ont été conçus dans le but de fournir des mesures de divers constituants (03, SO2, NO2, HNO2, H2CO, toluène, benzène) de manière automatique et en utilisant des trajets d'absorption courts ( < 1 km). Les performances de chacun de ces instruments ont été évaluées au cours de différentes campagnes de mesure. Le spectromètre par transformée de Fourier s'avère être un outil performant pour de telles mesures, son principal avantage étant de posséder une calibration en longueur d'onde interne, précise et reproductible. Les instruments utilisant un spectromètre à réseau associé à un détecteur multi-éléments présentent un certain nombre d'inconvénients rendant peu aisées les mesures troposphériques sur de courtes distances. Ces inconvénients sont liés soit au spectromètre ( calibration en longueur d'onde externe, modification de celle-ci au cours du temps) ou aux détecteurs ( gains différents pour chacun des éléments sensibles du détecteur, phénomènes d'interférence au niveau des fenêtres de protection). Ces problèmes augmentent la complexité de l'analyse des spectres atmosphériques.</p><p><p align="justify">Un paramètre d'importance primordiale pour la détection d'un polluant, est sa section efficace d'absorption. Nous avons mesuré la section efficace de trois molécules d'intérêt atmosphérique, SO2, CS2 et NO2. Ces spectres ont été obtenus à l'aide d'un spectromètre par transformée de Fourier, aux résolutions de 2 et 16 cm-1. La dépendance vis-à-vis de la température a été confirmée dans le cas du NO2. Pour cette molécule, un effet de pression a en outre été observé pour la première fois dans le domaine spectral 12000 20000 cm-1 (500-830 nm). Cet effet est important et peut engendrer des variations de 45% de l'intensité de la section efficace lorsque la pression partielle de NO2 varie de 0.02 à 1.0 torr. L'influence du choix des sections efficaces sur les mesures stratosphériques de NO2 a également été mise en évidence. L'utilisation de sections efficaces obtenue à basse température (220 K) implique une diminution de 20% de la quantité de NO2 mesurée mais également une diminution de l'erreur sur cette mesure. Ceci indique la nécessité de tenir compte de la dépendance des sections efficaces de NO2 à la température lors de l'analyse de spectres stratosphériques.</p><p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished