Un moyen permettant d'identifier expérimentalement les phases du gaz d'électrons bidimensionnel de la bicouche de graphène en empilement bernal au remplissage $\nu = 3$ est recherché lorsque le biais électrique entre les couches est varié. À ce remplissage, si on se concentre aux basses énergies, il est possible de ne s'intéresser qu'aux deux niveaux de Landau composant le niveau $N=0$ qui sont de même spin et de même vallée, mais d'orbitale différente. Puisque la texture du pseudospin orbital de ce système change selon la phase, il est attendu que le couplage avec le champ électrique de la lumière devrait changer. La dispersion des modes collectifs de chaque phase est calculée dans l'approximation GRPA (generalized random-phase approximation) dans le domaine en biais où chacune domine respectivement. L'absorption optique pour des polarisations linéaires en direction x et en direction y ainsi que pour des polarisations circulaires gauche et droite est calculée. La rotation de Faraday et l'effet Kerr sont également calculés. Des différences entre les phases sont remarquées au niveaux de la fréquence des photons qui sont absorbés, de l'amplitude de l'absorption et de la rotation de la polarisation ainsi que la sensibilité à certains types de polarisation. L'effet des modes collectifs dans les phases considérées est cependant moindre que celui qui est prédit dans un calcul qui ne tient pas compte de l'interaction de Coulomb.

Les particules fines émises par l'activité humaine sont la cause de diverses pathologies pulmonaires et cardiaques. Les particules de taille inférieure à 100 nm, appelées nanoparticules, sont particulièrement nocives car une fois inhalées, elles peuvent atteindre les alvéoles pulmonaires, lieux des échanges gazeux. Dans les alvéoles, les nanoparticules entrent d'abord en contact avec le surfactant pulmonaire. Ce fluide biologique tapisse les cellules épithéliales des alvéoles sur une épaisseur de quelques centaines de nanomètres et est composé de phospholipides et de protéines, les phospholipides étant assemblés sous forme de vésicules et corps multi-lamellaires. Dans ce travail, nous avons sélectionné des nanoparticules modèles de nature différente connues pour leur toxicité cellulaire (latex, oxydes métalliques, silice). Leur interaction avec un fluide pulmonaire mimétique administré aux prématurés (Curosurf®) a été étudiée en détail par microscopie optique et électronique, et par diffusion de la lumière. Nous avons mis en évidence que cette interaction est non spécifique et d'origine électrostatique. La diversité des structures hybrides obtenues entre particules et vésicules témoigne cependant de la complexité de cette interaction. En contrôlant cette interaction, nous avons formulé des particules couvertes d’une bicouche supportée de Curosurf® qui possèdent des propriétés remarquables de stabilité et de furtivité en milieu biologique.Dans une seconde partie, nous avons étudié le rôle du surfactant pulmonaire sur l’interaction entre particules et cellules épithéliales alvéolaires (A459). A l'aide d'expériences de biologie cellulaire réalisées in vitro, nous avons observé que la présence de surfactant diminue de manière significative le nombre de particules internalisées par les cellules. Dans le même temps, nous avons constaté une augmentation importante de la viabilité cellulaire. Une conclusion majeure de notre travail concerne la mise en évidence du rôle protecteur joué par le surfactant pulmonaire dans les mécanismes d'interaction des nanoparticules avec l'épithélium alvéolaire / Particulate matter emitted by human activity are the cause of various pulmonary and cardiac diseases. After inhalation, nanoparticles (ie particles smaller than 100 nm) can reach the pulmonary alveoli, where the gas exchanges take place. In the alveoli, the nanoparticles first encounter the pulmonary surfactant which is the fluid that lines the epithelial cells. Of a few hundreds of nanometers in thickness, the pulmonary fluid is composed of phospholipids and proteins, the phospholipids being assembled in multilamellar vesicles. In this work, we considered model nanoparticles of different nature (latex, metal oxides, silica). Their interaction with a mimetic pulmonary fluid administered to premature infants (Curosurf®) was studied by light scattering and by optical and electron microscopy. We have shown that the interaction is non-specific and mainly of electrostatic origin. The wide variety of hybrid structures found in this work attests however of the complexity of the phospholipid/particle interaction. In addition, we succeeded in formulating particles covered with a Curosurf® supported bilayer. These particles exhibit remarkable stability and stealthiness in biological environment. In a second part, we studied the role of the pulmonary surfactant on the interactions between nanoparticles and alveolar epithelial cells (A459). With cellular biology assays, we observed that the number of internalized particles decreases dramatically in presence of surfactant. At the same time, we found a significant increase in the A459 cell viability. Our study shows the importance of the pulmonary surfactant in protecting the alveolar epithelium in case of nanoparticle exposure

Ce travail présente une évaluation des performances des transistors à effet de champ à base de graphène (GFET) grâce à des simulations électriques des modèles compact dédiés à des applications à haute fréquence. Les transistors à base de graphène sont parmi les nouvelles technologies et sont des candidats prometteurs pour de futures applications à hautes performances dans le cadre du plan d’action « au-delà du transistor CMOS ». Dans ce contexte, cette thèse présente une évaluation complète des transistors à base de graphène tant au niveau du dispositif que du circuit grâce au développement de modèles compacts précis pour des GFETs, de l’analyse de la fiabilité, en étudiant les mécanismes critiques de dégradation des GFETs, et de la conception des architectures de circuits basés sur des GFETs.Dans cette thèse nous présentons, à l’aide de certaines notions bien particulières de la physique, un modèle compact grand signal des transistors FET à double grille à base de graphène monocouche. Ainsi, en y incluant une description précise des capacités de grille et de l’environnement électromagnétique (EM), ce travail étend également les aptitudes de ce modèle à la simulation RF. Sa précision est évaluée en le comparant à la fois avec un modèle numérique et avec des mesures de différentes technologies GFET. Par extension, un modèle grand signal pour les transistors FET à double grille à base de graphène bicouche est présenté. Ce modèle considère la modélisation de l’ouverture et de la modulation de la bande interdite (bandgap) dues à la polarisation de la grille. La polyvalence et l’applicabilité de ces modèles compacts des GFETs monocouches et bicouches ont été évalués en étudiant les GFETs avec des altérations structurelles.Les aptitudes du modèle compact sont encore étendues en incluant des lois de vieillissement qui décrivent le piégeage de charges et la génération d’états d’interface qui sont responsables de la dégradation induite par les contraintes de polarisation. Enfin, pour évaluer les aptitudes du modèle compact grand signal développé, il a été implémenté au niveau de différents circuits afin de prédire les performances par simulations. Les trois architectures de circuits utilisées étaient un amplificateur triple mode, un circuit amplificateur et une architecture de circuit « balun ». / This work presents an evaluation of the performances of graphene-based Field-Effect Transistors (GFETs) through electrical compact model simulation for high-frequency applications. Graphene-based transistors are one of the novel technologies and promising candidates for future high performance applications in the beyond CMOS roadmap. In that context, this thesis presents a comprehensive evaluation of graphene FETs at both device and circuit level through development of accurate compact models for GFETs, reliability analysis by studying critical degradation mechanisms of GFETs and design of GFET-based circuit architectures.In this thesis, an accurate physics-based large-signal compact model for dual-gate monolayer graphene FET is presented. This work also extends the model capabilities to RF simulation by including an accurate description of the gate capacitances and the electro-magnetic environment. The accuracy of the developed compact model is assessed by comparison with a numerical model and with measurements from different GFET technologies.In continuation, an accurate large-signal model for dual-gate bilayer GFETs is presented. As a key modeling feature, the opening and modulation of an energy bandgap through gate biasing is included to the model. The versatility and applicability of the monolayer and bilayer GFET compact models are assessed by studying GFETs with structural alterations.The compact model capabilities are further extended by including aging laws describing the charge trapping and the interface state generation responsible for bias-stress induced degradation.Lastly, the developed large-signal compact model has been used along with EM simulations at circuit level for further assessment of its capabilities in the prediction of the performances of three circuit architectures: a triple-mode amplifier, an amplifier circuit and a balun circuit architecture.

L'objectif visé dans cette étude consiste à développer une méthodologie de caractérisation des interactions ligands/récepteurs cellulaires à la surface d'un transducteur physique. Le ligand immobilisé est représenté par un cyclopentapeptide c(-RGDfK-) dont les propriétés de reconnaissance spécifique pour l'intégrine alphaV beta3 sont bien connues. Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit concernent la synthèse des ligands peptidiques, la mise au point des différentes techniques d'immobilisation de ces ligands et enfin la caractérisation des interactions biomoléculaires avec des cellules exprimant l'intégrine. Le ligand peptidique est présenté de façon multivalente sur un châssis moléculaire cyclodécapeptidique de séquence c(-Pro-Gly-Lys-Lys-Lys-)2. Le greffage des différents motifs se fait via la formation d'un lien éther d'oxime ou d'un lien amide sur les chaînes latérales des lysines orientées de part et d'autre du plan moyen du cyclopeptide. Trois approches ont été mises en œuvre pour fixer les ligands -RGD- sur une surface : le couplage affin, l'insertion dans une bicouche lipidique et le couplage covalent. Les surfaces fonctionnelles résultantes ont été caractérisées par des méthodes physico-chimiques d'analyse de surface et d'interface. Des tests d'adhésion cellulaire, suivis par QCM-D et par microscopie optique, ont ensuite permis de caractériser les propriétés de reconnaissance des ligands peptidiques. La comparaison des signaux de QCM-D et des images de la surface, obtenus à différents taux de greffage du ligand a permis d'identifier une densité de greffage minimale en ligand nécessaire à l'adhésion et à l'étalement des cellules.

Après le génome, le nouveau défi est celui du protéome. Nous avons progressé vers la mise au point de la séparation électrophorétique des protéines membranaires dans un milieu qui leur conviendrait, type bicouche lipidique supportée. La grandeur principale, mesurée par FRAPP, a été le coefficient de diffusion des objets d'un système biomimétique modèle (lipides, protéines). L'étude du comportement de la bicouche supportée a permis de mettre en évidence, pour certains supports et dans certaines conditions de température, la formation d'une phase ondulée (ou ripple) malgré la proximité du support. La diminution de la portée des interactions coulombiennes par adjonction de sel se traduit par une augmentation de plusieurs ordres de grandeur du coefficient de diffusion, approchant au final le comportement d'une bicouche libre, tout en conservant les étapes caractéristiques de la transition gel/fluide. L'ordre de grandeur de ces énergies d'interactions a été estimé à partir des courbes D= f(T) et validé par une étude préliminaire originale de DSC sur des bicouches lipidiques supportées. L'α-Hémolysine s'insère spontanément sous forme d'un pore heptamérique dans nos bicouches supportées et diffuse librement. En l'incubant en phase mixte (zones gel+ zones fluide), nous observons la formation de complexes de protéines. La dépendance du coefficient de diffusion avec la taille de l'objet est en 1/R2, R étant le rayon équivalent de la partie insérée de l'objet. L'application d'un champ électrique montre un transport électrophorétique dont la direction et l'importance sont modulées par la charge de l'objet. La mobilité électrophorétique varie également en 1/R2. La dépendance en taille, les valeurs obtenues et le mode opératoire simple permettent d'espérer la réalisation prochaine d'une véritable séparation électrophorétique pour un mélange de protéines.

Une solution pour limiter les pertes ohmiques résultant de la réduction de la température de fonctionnement des SOFC consiste à élaborer des matériaux d'électrolyte sous forme de couches minces. Dans ce contexte, des couches ultraminces de YSZ et de CGO ont été synthétisées séparément ou sous la forme d'un électrolyte bicouche par dépôt de couches atomiques (ALD) et par pulvérisation cathodique magnétron en condition réactive sur des substrats conducteurs électroniques denses ou poreux. Le dépôt chimique en solution (CBD) a aussi été envisagé comme une technique de dépôt moins onéreuse pour CGO. Les films déposés ont été caractérisés par plusieurs techniques physico-chimiques (microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X, spectrométrie de rayons X à dispersion d'énergie), puis leurs propriétés électriques ont été étudiées par spectroscopie d'impédance. La complexité de l'étude du comportement électrique des couches minces par cette technique a été soulignée. Ces caractérisations ont permis de mettre en évidence et de comparer les principales caractéristiques de ces méthodes d'élaboration et de montrer l'influence du choix de la technique de dépôt sur le comportement électrique des couches minces. Enfin, une étude préliminaire a été menée sur l'élaboration par ALD et les caractérisations physico-chimiques et électriques de couche minces d'oxyde zirconium dopé à l'oxyde d'indium (IDZ).

Le Contrôle Non Destructif par ultrasons-laser est une technique attractive pour l'industrie aéronautique de par son caractère entièrement sans contact et permet l'inspection rapide etefficace de composants mécaniques complexes. L'objectif de ces travaux de thèse concerne lamodélisation de la génération d'ultrasons par laser dans les composants aéronautiques, métalliques etcomposites, de géométrie bicouche. Nous cherchons en effet à étudier l’influence sur le mécanisme degénération ultrasonore d’un revêtement tel qu’une couche superficielle de peinture ou de résine. Dansun premier chapitre, nous proposons une modélisation semi-analytique unidimensionnelle de lagénération et propagation d’ultrasons par laser dans une géométrie bicouche au travers de deuxapproches. L’apport en termes de coût numérique d’une des deux méthodes nous conduit à montrerleur équivalence en traitant rigoureusement le problème des conditions aux limites. Dans les troisderniers chapitres, des modèles de directivité des ondes ultrasonores générées par laser sont proposésdans des géométries de complexité croissante, d’un matériau homogène jusqu’au cas d’un bicoucheen passant par le cas intermédiaire de deux demi-espaces aux propriétés optiques variées. L’influencede l’épaisseur d’une couche superficielle de résine à la surface d’un matériau composite est trèsnettement mise en évidence et expliquée à l’aide des différents outils développés. Nous discutonségalement de l’intérêt du calcul de ces directivités dans la prise en compte des sources élastiquesengendrées par laser dans un formalisme de type rayon utilisé par le logiciel dédié au contrôle nondestructif CIVA développé au CEA. / The laser-ultrasonic technique is an attractive Non Destructive Testing technology forthe aviation industry. Indeed, its non-contact ultrasonic generation process could allow inspectingcomplex mechanical part at high sampling rates. The purpose of this work consists in the modelling ofthe generation of ultrasonic waves by a laser pulse in metallic or composite materials in bilayer geometry.In this work, we seek to analyze in detail the influence of coatings on the ultrasonic generation processsuch as paint or resin coatings usually used in industrial parts. In a first chapter, we propose two differentapproaches of a semi-analytical modelling of the generation and propagation of ultrasonic waves in aone-dimensional assumption of a bilayer sample. As one of them handles shorter computation times,we decide to rigorously show the equivalence of these different approaches focusing on the boundaryvalue problem. In the three last chapters, different models of the directivity patterns of ultrasonic wavesgenerated by a laser pulse are given in geometries of increasing complexity, from a homogeneousmaterial to a bilayer considering the intermediate case of two half-spaces of various optical properties.As a result, we clearly show the influence of a superficial skin layer on the laser-generated ultrasoundsemitted in composite materials. We also discuss briefly on the interest of the directivity patterns to modelelastic sources generated by laser in a ray formalism used in the CIVA software dedicated to NDTsimulations and developed at CEA.

In vivo, les phopholipides interagissent avec des structures moléculaires rugueuses, telles des clusters ou fibrilles de protéines. Ce thème n’est pourtant que trop peu abordé dans la littérature scientifique, alors qu’il semblerait que la topologie de la surface sur laquelle repose ces molécules ou mêmes protéines influencent leurs propriétés. Notre projet s’est donc concentré sur les effets qu’un support accidenté pouvait soulever sur les bicouches lipidiques supportées (BLS).Dans un premier temps, nous avons étudié la mobilité de phopholipides déposés sur des supports plus ou moins rugueux par la méthode de recouvrement après photobleaching patterné (FRAPP pour Fluorescence Recovery After Patterned Photobleaching en anglais). Ces derniers ont été créés afin d’obtenir une large gamme de rugosité et caractérisés par Microscopie à Force Atomique.Nous sommes ensuite intéressés à la conformation d’une membrane sur ces substrats à l’aide de la technique non invasive de réflectivité de neutrons.Enfin, nous avons commencé à nous pencher sur les propriétés tribologiques des lipides lubrifiants nos surfaces rugueuses / In vivo lipid membranes interact with rough supramolecular structures such as protein clusters and fibrils However, this issue is not very developped in the state of art, while surface topology which interact with these molecules affects their properties. In this project, effects of rough surface on supported lipid bilayer (BLS) are investigated.First, lipid mobility are studied with the FRAPP method (Fluorescence Recovery After Photobleaching). BLS are deposited on rough supports which are characterized by AFM (Atomic Force Microscopy).Then, BLS structure on our rough surfaces are investigated by Neutron Reflectivity.Finally, first results on tribological properties of our systems are introduced

Les propriétés mécaniques des objets complexes à l’échelle nanométrique constituent un enjeu majeur dans de nombreux domaines comme les nano-biotechnologies. La microscopie à force atomique (AFM) est l’outil idéal pour la mesure de force à cette échelle et permet de pratiquer des expériences d’indentation sur des objets nano et micrométriques isolées. Cette thèse de doctorat s’inscrit dans un contexte de développement d’un nano-objet à visée théranostique composé d’une coque polymère vitreuse contenant un coeur liquide fluoré. Les propriétés mécaniques de ces particules sont hautement mises à contribution, que ce soit pour le transport au sein d’un environnement biologique par voie intraveineuse ou pulmonaire, l’imagerie échographique ou encore la libération contrôlée d’un principe actif par ultrasons. La complexité de ces systèmes, aussi bien du fait de leur géométrie sphérique que de leur aspect composite, rend difficile l’appréciation de leurs propriétés mécaniques, et notamment de leur élasticité. En partant du constat que les objets composites présentent une élasticité variant avec la profondeur d’indentation, une méthode semi-analytique (CHIMER : Coated Half-space Indentation Model for Elastic Response) a été mise en oeuvre afin d’interpréter leur élasticité apparente. Afin de valider cette méthode, des films minces reposant sur des substrats de polydiméthylsiloxane (PDMS) ont été caractérisés par nanoindentation AFM. L'accord obtenu entre le modèle et les données expérimentales permet de comprendre et de prévoir le comportement élastique de films rigides reposant sur un substrat mou. Cette méthode a ensuite été utilisée pour interpréter l’élasticité apparente des capsules polymères. L’influence de l’épaisseur des capsules et de l’élasticité volumique des matériaux qui les composent a ainsi pu être mise en évidence. Cette méthode d’analyse originale a également permis de montrer l’effet de la température et de la fréquence sur l’élasticité apparente des capsules polymères contenant un coeur liquide fluoré. / The mechanical properties of complex objects at the nanometric scale are of great interest in many fields such as nanobiotechnology. Atomic Force Microscopy (AFM) is the ideal tool to measure forces at the nanometer scale and to perform indentation experiments onto isolated objects. This PhD work takes place in the context of the development of a nano-object intended to theranostic applications. These nanoparticules are composed of a glassy polymeric capsule containing a liquid fluorinated core. The mechanical properties of these capsules are fully deployed for the transportation in biological media as well as for the bouncing of ultrasound imaging and their localized destruction. The complexity of those systems, both in term of geometry and composite aspect, makes it difficult to assess their mechanical properties, in particular their elasticity. Giving the fact that composite objects show a variation of their elasticity according to the indentation depth, a semi-analytical method (CHIMER : Coated Half-space Indentation Model for Elastic Response) has been implemented to interpret the apparent elasticity of such system. In order to support this method, polydimethylsiloxane (PDMS) based bilayers have been investigated by AFM nanoindentation. A good agreement between the model and the experimental data has been found and the elastic behavior of a rigid film laid over a soft substrate has been well described at the nanometer scale. This model has also been used to investigate the apparent elasticity of polymeric capsules. The influence of the shell thickness and of the bulk elasticity of the polymer has been therefore shown. Moreover, this original approach has been used to describe the effects of temperature and frequency on the apparent elasticity of polymeric capsules filled with a fluorinated liquid core.

Les protéines membranaires intégrales jouent un rôle essentiel dans le maintien de l’intégrité cellulaire (transports d’ions et de nutriments, transduction de signal, interaction cellule-cellule). Afin de les étudier, ces protéines doivent être produites in vitro. La production classique de ces protéines membranaires intégrales dans des microorganismes présente de nombreuses difficultés liées à leur structure complexe mais aussi à des problèmes de toxicité, empêchant la production de nombre d’entre elles. En outre, pour être produites efficacement, ces protéines ont besoin d’un environnement amphiphile. Dans cette thèse, afin de pallier à ces difficultés, nous avons d’une part utilisé un système d’expression protéique acellulaire, non affecté par la physiologie des cellules vivantes. En outre, nous avons choisi de les intégrer dans des bicouches lipidiques planes reconstituées artificiellement. Dans une première partie, nous avons mis au point l’intégration d’une protéine membranaire intégrale formant un pore, l’alpha hémolysine, dans une bicouche lipidique supportée. Certaines protéines nécessitant un espace plus important de part etd’autre de la membrane, nous avons, dans une seconde partie, développé une bicouche lipidique espacée et ancrée par fusion de liposomes sur des surfaces d’or. Nous démontrons qu’il est possible d’y incorporer des protéines membranaires de type Aquaporine Z sous certaines conditions. Dans une troisième partie, dédiée à la formation de membranes biomimétiques utilisant des molécules lipidiques provenant d’Escherichia coli, nous montrons que la modification de la composition membranaire ne semble pas avoir d’incidence sur l’incorporation de protéines. Enfin, dans une dernière partie, nous avons réalisé des premiers essais d’insertion de protéines membranaires, de type alpha hémolysine, dans des bicouches suspendues afin de montrer que ces protéines produites par le système d’expression acellulaire sont fonctionnelles. / Integral membrane proteins play an essential role in the cell integrity preservation (transport of nutrients and ions, signal transduction, cell-cell interaction). In order to study these proteins, they have to be produced in vitro. Classical production of integral membrane proteins in microorganisms present many difficulties associated with their complex structure and also toxicity problems, preventing production of many of them. Moreover, to be efficiently produced, these proteins require an amphiphilic environment. In order to overcome these difficulties, we used a cell-free protein expression system, unaffected by the physiology ofliving cells. In addition, we chose to integrate them into artificial planar lipid bilayers. In a first part, we have developed the integration of an integral membrane protein forming a pore, the alpha hemolysin, in a supported lipid bilayer. Some proteins require more space on each side of the membrane, therefore in a second part, we have developed a tethered lipid bilayer membrane by liposome fusion on gold surfaces. We demonstrate that it is possible to incorporate membrane protein Aquaporin Z under certain conditions. The third part is dedicated to the formation of biomimetic membranes using lipid molecules from Escherichiacoli, we show that the membrane composition do not affect the protein incorporation. Finally, we have tested alpha hemolysin membrane proteins insertion in suspended lipid bilayers membranes to show that these proteins produced by the cell-free expression system are functional.