Cette thèse est consacrée à l'étude de l'émission résonnante de boîtes quantiques uniques InAs/GaAs en microcavité planaire. Un montage original d'excitation par fibre optique est mis en oeuvre afin de découpler spatialement l'excitation résonnante de l'émission des boîtes quantiques et de s'affranchir de la diffusion parasite du laser superposée au signal d'émission résonnante. Des études en puissance d'excitation et les mesures des fonctions de corrélation du premier et deuxième ordre confirment qu'une boîte quantique semiconductrice sous excitation résonnante peut être assimilée à un véritable système à deux niveaux. Cependant, l'environnement électrostatique lié aux impuretés non-intentionnelles de l'échantillon influence fortement l'émission résonnante des boîtes quantiques. Il apparaît pour la quasi-totalité des boîtes quantiques une complète inhibition de l'émission résonnante par blocage de Coulomb. L'utilisation d'un laser non-résonant supplémentaire de très faible puissance permet de résoudre ce problème grâce à un contrôle optique très efficace de l'émission résonnante. En effet, en présence de ce " gate " optique, l'émission résonnante est débloquée et les propriétés d'un système à deux niveaux sont spectaculairement restituées. Les effets du " gate " optique sur l'émission résonnante, le décalage spectral de l'émission résonnante et la statistique des photons émis sont parfaitement expliqués de manière quantitative par un modèle de population aléatoire que nous avons développé au cours de cette thèse.

Le travail développé dans cette thèse présente une nouvelle structure discoïde à bobinages inducteur et induit fixes dans l'entrefer. La conception du bobinage du type circuit imprimé est détaillée ainsi que le développement d'un nouvel outil fondé sur l'utilisation des perméances superficielles utile à la modélisation . Un autopilotage simplifié, à partir d'un capteur délivrant une impulsion par tour est proposé. Enfin, une démarche générale d'optimisation pour un fonctionnement à pertes minimales des ensembles convertisseurs machines synchrone est présentée, incluant paramètres de commande et paramètres géométriques.

<p>In photosynthesis, sunlight is converted into chemical energy that is stored mainly as carbohydrates and supplies basically all life on Earth with energy.</p><p>In order to efficiently absorb the light energy, plants have developed the outer light harvesting antenna, which is composed of ten different protein subunits (LHC) that bind chlorophyll a and b as well as different carotenoids. In addition to the light harvesting function, the antenna has the capacity to dissipate excess energy as heat (feedback de-excitation or qE), which is crucial to avoid oxidative damage under conditions of high excitation pressure. Another regulatory function in the antenna is the state transitions in which the distribution of the trimeric LHC II between photosystem I (PS I) and II is controlled. The same ten antenna proteins are conserved in all higher plants and based on evolutionary arguments this has led to the suggestion that each protein has a specific function.</p><p>I have investigated the functions of individual antenna proteins of PS II (Lhcb proteins) by antisense inhibition in the model plant Arabidopsis thaliana. Four antisense lines were obtained, in which the target proteins were reduced, in some cases beyond detection level, in other cases small amounts remained.</p><p>The results show that CP29 has a unique function as organising the antenna. CP26 can form trimers that substitute for Lhcb1 and Lhcb2 in the antenna structure, but the trimers that accumulate as a response to the lack of Lhcb1 and Lhcb2 cannot take over the LHC II function in state transitions. It has been argued that LHC II is essential for grana stacking, but antisense plants without Lhcb1 and Lhcb2 do form grana. Furthermore, LHC II is necessary to maintain growth rates in very low light.</p><p>Numerous biochemical evidences have suggested that CP29 and/or CP26 were crucial for feedback de-excitation. Analysis of two antisense lines each lacking one of these proteins clearly shows that there is no direct involvement of either CP29 or CP26 in this process. Investigation of the other antisense lines shows that no Lhcb protein is indispensable for qE. A model for feedback de-excitation is presented in which PsbS plays a major role.</p><p>The positions of the minor antenna proteins in the PS II supercomplex were established by comparisons of transmission electron micrographs of supercomplexes from the wild type and antisense plants.</p><p>A fitness experiment was conducted where the antisense plants were grown in the field and seed production was used to estimate the fitness of the different genotypes. Based on the results from this experiment it is concluded that each Lhcb protein is important, because all antisense lines show reduced fitness in the field.</p>

Cette thèse a eu pour objectif la synthèse de nanocristaux de semi-conducteur de forme allongée et leur assemblage contrôlé entre des électrodes. L'alignement de ces nanorods à grande échelle permet d'obtenir des matériaux ayant des propriétés optiques et électriques intrinsèquement anisotropes. Nous avons synthétisé des nanorods de CdSe dans une large gamme de rapports de forme (de 1,6 à 10), et des hétérostructures cœur sphérique de CdSe et coquille allongée de CdS. Nous avons utilisé les techniques de spectroscopie UV-vis et PL pour caractériser les propriétés optiques des nanorods ; leur morphologie et leur structure ont été étudiées par MET et diffraction des rayons X. La mise en œuvre d'un dispositif pour réaliser l'assemblage en parallèle de plusieurs électrodes a permis d'implémenter une technique rapide et reproductible. Bien que l'application d'un champ électrique seul permet de guider les nanorods entre les électrodes, le contrôle de l'assemblage et leur alignement est réalisé grâce à l'application simultanée d'un champ électrique et d'une excitation ultraviolette pendant l'évaporation d'une goutte de solution colloïdale. Différents paramètres expérimentaux ont été explorés pour identifier leurs influences sur les assemblages. Ces derniers ont ensuite été caractérisés par des techniques de microscopie (électronique à balayage et optique), révélant un degré d'alignement considérable des nanorods de CdSe selon les lignes de champ électrique quand il y a l'action synergique d'un champ électrique et d'une source UV.

Nowadays, reactions on surfaces are attaining great scientific interest because of their diverse applications. Some well known examples are production of ammonia on metal surfaces for fertilizers and reduction of poisonous gases from automobiles using catalytic converters. More recently, also photoinduced reactions at surfaces, useful, textit{e.g.}, for photocatalysis, were studied in detail. Often, very short laser pulses are used for this purpose. Some of these reactions are occurring on femtosecond (1 fs=$10^{-15}$ s) time scales since the motion of atoms (which leads to bond breaking and new bond formation) belongs to this time range. This thesis investigates the femtosecond laser induced associative photodesorption of hydrogen, H$_2$, and deuterium, D$_2$, from a ruthenium metal surface. Many interesting features of this reaction were explored by experimentalists: (i) a huge isotope effect in the desorption probability of H$_2$ and D$_2$, (ii) the desorption yield increases non-linearly with the applied visible (vis) laser fluence, and (iii) unequal energy partitioning to different degrees of freedom. These peculiarities are due to the fact that an ultrashort vis pulse creates hot electrons in the metal. These hot electrons then transfer energy to adsorbate vibrations which leads to desorption. In fact, adsorbate vibrations are strongly coupled to metal electrons, textit{i.e.}, through non-adiabatic couplings. This means that, surfaces introduce additional channels for energy exchange which makes the control of surface reactions more difficult than the control of reactions in the gas phase. In fact, the quantum yield of surface photochemical reactions is often notoriously small. One of the goals of the present thesis is to suggest, on the basis of theoretical simulations, strategies to control/enhance the photodesorption yield of H$_2$ and D$_2$ from Ru(0001). For this purpose, we suggest a textit{hybrid scheme} to control the reaction, where the adsorbate vibrations are initially excited by an infrared (IR) pulse, prior to the vis pulse. Both textit{adiabatic} and textit{non-adiabatic} representations for photoinduced desorption problems are employed here. The textit{adiabatic} representation is realized within the classical picture using Molecular Dynamics (MD) with electronic frictions. In a quantum mechanical description, textit{non-adiabatic} representations are employed within open-system density matrix theory. The time evolution of the desorption process is studied using a two-mode reduced dimensionality model with one vibrational coordinate and one translational coordinate of the adsorbate. The ground and excited electronic state potentials, and dipole function for the IR excitation are taken from first principles. The IR driven vibrational excitation of adsorbate modes with moderate efficiency is achieved by (modified) $pi$-pulses or/and optimal control theory. The fluence dependence of the desorption reaction is computed by including the electronic temperature of the metal calculated from the two-temperature model. Here, our theoretical results show a good agreement with experimental and previous theoretical findings. We then employed the IR+vis strategy in both models. Here, we found that vibrational excitation indeed promotes the desorption of hydrogen and deuterium. To summarize, we conclude that photocontrol of this surface reaction can be achieved by our IR+vis scheme. / Heutzutage werden Reaktionen auf Oberflächen wegen ihrer vielfältigen Anwendungen intensiv untersucht. Einige der bekannten Beispiele sind die Herstellung von Ammoniak auf Metalloberflächen für die Kunstdüngerproduktion und die Reduktion giftiger Abgase in Autokatalysatoren. In letzter Zeit wurden auch photoinduzierte Reaktionen an Oberflächen eingehender untersucht, die z.B. für die Photokatalyse verwandt werden können. Häufig werden in diesen Untersuchungen sehr kurze Laserpulse benutzt. Einige der Reaktionen finden auf einer Femtosekunden-Zeitskala mbox{(1 fs =10$^{-15}$ s)} statt, da die Bewegungen einzelner Atome in derart kurzen Zeitspannen ablaufen (durch die der Bindungsbruch und das Knüpfen neuer Bindungen verursacht wird). Diese Arbeit untersucht die femtosekunden-laserinduzierte assoziative Photodesorption von Wasserstoff, H$_2$, und Deuterium, D$_2$, von einer Rutheniumoberfläche. Viele interessante Eigenschaften dieser Reaktion wurden in Experimenten entdeckt: (i) ein großer Isotopeneffekt in der Desorptionswahrscheinlichkeit von H$_2$ und D$_2$, (ii) die Desorptionsausbeute steigt nicht-linear mit der (vis) Laserfluenz an und (iii) eine Nicht-Gleichverteilung der Energie auf die einzelnen Freiheitsgrade. Diese Auffälligkeiten sind durch den Umstand verursacht, dass der ultrakurze vis-Laserpuls heiße Elektronen im Metall erzeugt. Die heißen Elektronen transferieren dann Energie in die Schwingungen des Adsorbats, was zur Desorption führt. Tatsächlich sind die Adsorbatschwingungen stark an die Elektronen gekoppelt, nämlich durch nicht-adiabatische Kopplungen. Dies bedeutet, dass durch Oberflächen neue Kanäle für den Energietransfer geöffnet werden, was die Kontrolle von Oberflächenreaktionen im Vergleich zu solchen in der Gasphase erschwert. In der Tat sind die Quantenausbeuten von photochemischen Oberflächenreaktionen bekannterweise klein. Eines der Ziele in der vorliegenden Arbeit ist es auf der Basis von theoretischen Simulationen Strategien vorzuschlagen, um die Photodesorptionsausbeute von H$_2$ und D$_2$ von Ru(0001) zu kontrollieren bzw. zu verbessern. Zu diesem Zweck schlagen wir ein gemischtes Kontrollschema für die Reaktion vor, bei dem zunächst die Adsorbatschwingungen vor dem vis-Puls durch einen infraroten (IR) Puls angeregt werden. Sowohl adiabatische als auch nicht-adiabatische Repräsentationen für photoinduzierte Desorptionsprozesse werden dabei benutzt. Die adiabatische Repräsentation ist in klassischen Molekulardynamik-Simulationen mit elektronischer Reibung verwirklicht. In einer quantenmechanischen Beschreibung werden nicht-adiabatische Repräsentationen innerhalb der Dichtematrixtheorie für offene Quantensysteme verwandt. Die zeitliche Entwicklung des Desorptionsprozesses wird in einem Zwei-Modenmodell reduzierter Dimensionalität mit einer Schwingungs- und einer Translationskoordinate des Adsorbats beschrieben. Die Potentiale für den elektronische Grundzustand und den angeregten Zustand sind abgeleitet aus quantenchemischen Rechnungen (textsl{first principles}). Die IR-getriebene Schwingungsanregung der Adsorbatmoden mit moderatem Wirkungsgrad wird mit (modifizierten) $pi$-Pulsen und/oder der Theorie der optimalen Kontrolle erreicht. Die Abhängigkeit der Desorption von der Fluenz wird mit Hilfe der elektronischen Temperatur des Metalls berechnet, welche im Rahmen des Zwei-Temperatur-Modells bestimmt wird. Dabei weisen unsere Ergebnisse eine gute Übereinstimmung mit experimentellen und früheren theoretischen Arbeiten auf. Daraufhin wandten wir die IR+vis Strategie in beiden Modellen an. Dadurch konnten wir zeigen, dass Schwingungsanregung in der Tat die Desorption von Wasserstoff und Deuterium begünstigt. Zusammenfassend stellen wir fest, dass die Photokontrolle dieser Oberflächenreaktion durch unser IR+vis Schema erreichbar ist.

In photosynthesis, sunlight is converted into chemical energy that is stored mainly as carbohydrates and supplies basically all life on Earth with energy. In order to efficiently absorb the light energy, plants have developed the outer light harvesting antenna, which is composed of ten different protein subunits (LHC) that bind chlorophyll a and b as well as different carotenoids. In addition to the light harvesting function, the antenna has the capacity to dissipate excess energy as heat (feedback de-excitation or qE), which is crucial to avoid oxidative damage under conditions of high excitation pressure. Another regulatory function in the antenna is the state transitions in which the distribution of the trimeric LHC II between photosystem I (PS I) and II is controlled. The same ten antenna proteins are conserved in all higher plants and based on evolutionary arguments this has led to the suggestion that each protein has a specific function. I have investigated the functions of individual antenna proteins of PS II (Lhcb proteins) by antisense inhibition in the model plant Arabidopsis thaliana. Four antisense lines were obtained, in which the target proteins were reduced, in some cases beyond detection level, in other cases small amounts remained. The results show that CP29 has a unique function as organising the antenna. CP26 can form trimers that substitute for Lhcb1 and Lhcb2 in the antenna structure, but the trimers that accumulate as a response to the lack of Lhcb1 and Lhcb2 cannot take over the LHC II function in state transitions. It has been argued that LHC II is essential for grana stacking, but antisense plants without Lhcb1 and Lhcb2 do form grana. Furthermore, LHC II is necessary to maintain growth rates in very low light. Numerous biochemical evidences have suggested that CP29 and/or CP26 were crucial for feedback de-excitation. Analysis of two antisense lines each lacking one of these proteins clearly shows that there is no direct involvement of either CP29 or CP26 in this process. Investigation of the other antisense lines shows that no Lhcb protein is indispensable for qE. A model for feedback de-excitation is presented in which PsbS plays a major role. The positions of the minor antenna proteins in the PS II supercomplex were established by comparisons of transmission electron micrographs of supercomplexes from the wild type and antisense plants. A fitness experiment was conducted where the antisense plants were grown in the field and seed production was used to estimate the fitness of the different genotypes. Based on the results from this experiment it is concluded that each Lhcb protein is important, because all antisense lines show reduced fitness in the field.

Fluorescent molecules commonly shift to transient dark states, induced bylight or triggered by chemical reactions. The transient dark states can beused as probes of the local environment surrounding the fluorescent molecules,and are therefore attractive for use in biomolecular applications. Thisthesis explores the use and development of novel fluorescence spectroscopictechniques for monitoring transient dark states.This work demonstrates that kinetic information regarding photoinduced transient dark states of fluorescent molecules can be obtained from the time-averaged fluorescence intensity of fluorescent molecules subject totemporally modulated illumination. Methods based on this approach havethe advantage that the light detectors can have a low time resolution, which allows for parallelization and screening of biomolecular interactions withhigh throughput. Transient state images are presented displaying local environmental differences such as those in oxygen concentration and quencher accessibility.Analysis of the fluorescence intensity fluctuations resulting from thetransitions to and from transient dark states can be used to obtain information regarding the transition rates and occupancy of the transient darkstates. Fluorescence fluctuation analysis was used to reveal rates of protonbinding and debinding to single fluorescent molecules located close to biological membranes and protein surfaces. The results from these studies show that the proton exchange rate increases dramatically when the fluorescent molecule is close to the membrane. / QC 20100809

Le domaine des résonateurs MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) est aujourd'hui le siège de diverses compétitions entre les producteurs afin d'améliorer les performances en terme de miniaturisation, intégrabilité, coûts de production etc. Ce travail de thèse s'inscrit dans un projet global de développement de résonateurs MEMS à ondes de volume compatibles avec la technologie des circuits intégrées. L'objectif est de valider le principe d'excitation des ondes acoustiques de volume en extension-compression par voie électrostatique dans des substrats monocristallins et aussi d'explorer les possibilités offertes par ces modes pour le confinement de l'énergie acoustique, technique plus largement exploitée dans le domaine des résonateurs à quartz que dans celui des MEMS. En ce sens, une nouvelle structure mono-port en silicium, fixée sur un support en verre, a été étudiée et modélisée analytiquement en vue de son implémentation dans une chaine de fabrication. Les modèles originaux développés dans ce cadre nous ont permis d'estimer les paramètres électriques du circuit équivalent, les déplacements mécaniques statique et dynamique propres au fonctionnement de la structure, autant en mode vibratoire d'extension-compression qu'en mode de flexion. Une étude théorique bidimensionnelle basée sur l'évaluation des courbes de dispersion d'une plaque en silicium a été menée afin d'évaluer les moyens de piégeage de l'énergie au centre de la structure fonctionnant en mode de volume. Tout en exploitant les microtechniques disponibles au sein de la Centrale MIMENTO de l'Institut FEMTO-ST, plusieurs séries de résonateurs ont été fabriquées sur substrat silicium pleine plaque. La fréquence fondamentale de vibration se situe aux alentours de 10 MHz pour le mode d'extension compression et de 70 kHz pour le mode de flexion. On détaille la caractérisation par voie mécanique et électrique. L'intégration des dispositifs fonctionnant en mode de flexion en boucle d'oscillation à l'aide d'un montage à base de point Wien est démontrée ainsi qu'une application de type capteur gravimétrique.

In this work, the Collision Induced Dissociation under Energy Control method was extended to study the fragmentation of gas-phase biomolecules adenine (H5C5N5) and porphyrin FeTPPCl (C44H28N4FeCl). The population distribution for each dissociation channel has been experimentally determined as a function of the excitation energy of the parent molecular ions at a well-determined initial charge state. In collisions between Cl+ and adenine (Ade) at 3keV, the fragmentation pattern of Ade2+ is dominated by the loss of H2CN+ and the successive emission of HCN. The energy distribution of the parent dications confirms the successive emission dynamics. A specific decay channel is observed, i.e., the emission of a charged H2CN+ followed by the emission of HC2N2. In Kr8+-FeTPPCl collisions at 80keV, parent ions FeTPPCl1+,2+,3+ are observed, along with the corresponding decay patterns. It is found that in the first step the dominant low-energy-cost decay channel is the emission of Cl0 independent of the initial charge state of FeTPPClr+ (r=1-3). For the resulted dication FeTPP2+, the dominant fragmentation channel is the neutral evaporation; for the trication however, the dominant fragmentation channel is the asymmetrical fission. In the case of H+ and F+ impact at 3keV, due to the different reaction windows opened in the two collision systems, different fragmentation patterns are observed. Furthermore, nH2 loss processes are observed. Additionally, the production yield of the negative ion emerged in F2+-Ade collision at 30keV is measured to be about 1% using a new experimental approach.

Dans un contexte ou la question de la préservation de l'environnement est devenue un sujet sociétal majeur, la recherche de nouvelles technologies pour remplacer la voiture à essence constitue un véritable enjeu industriel. Les véhicules hybrides et électriques sont une alternative prometteuse aux véhicules conventionnels. Ce travail de thèse porte sur la conception et l'optimisation des machines électriques pour la motorisation de ces voitures. Au cours de ces travaux, nous avons développé une nouvelle méthodologie de dimensionnement et d'optimisation des machines synchrones à double excitation. L'intérêt de cette méthode est son bon compromis entre la précision et le temps de calcul et sa capacité d'adaptation à plusieurs types de machines. Le second volet de la thèse est consacré à la proposition d'une nouvelle structure de machine synchrone à rotor bobiné. Une technique originale de compensation de la réaction magnétique d'induit est mise en place, elle consiste en l'insertion d'aimants secondaires permettant de créer un flux dans l'axe q de la machine. Ce dernier a pour rôle d'affaiblir le flux de la réaction magnétique d'induit.