Dans ce travail, les propriétés des réseaux diffractifs ordonnés de nanoparticules d'or sont étudiées numériquement et expérimentalement. Ces résonances sont beaucoup plus étroites que celles observées dans le cas d'une nanoparticule isolée. D'après les simulations numériques, deux régimes distincts de réponse sont identifiés, l'un correspond à l'anomalie de Rayleigh (RA) l'autre au mode plasmon de réseau 2D (LPM). Dans la partie expérimentale nous avons fabriqué des réseaux de nanoparticules d'or en utilisant la lithographie d'électronique. La transmission spectrale a été mesurée dans le domaine optique pour caractériser ces réseaux. Toutes les caractéristiques essentielles des spectres expérimentaux sont en bon accord avec les simulations numériques. Les distributions du champ électrique pour différents paramètres de réseau sont étudiées pour obtenir le maximum d'augmentation du champ à la surface de la nanoparticule. L'excitation des résonances plasmon dans les réseaux diffractifs de nanoparticules d'or en condition asymétrique de l'indice de réfraction est examinée expérimentalement. L'excitation des modes plasmon à profil spectral étroit dans l'environnement asymétrique a été expérimentalement vérifiée. La possibilité d'accorder la longueur d'onde de ces résonances dans le proche infrarouge en changeant les paramètres structurels des réseaux périodiques en combinant taille et forme des nanoparticules est discutée. Ces résultats sont importants pour les applications telles que les spectroscopies en champ électrique exalté et la détection en biologie ou en chimie. / The properties of ordered diffractive arrays of gold nanoparticles are studied numerically and experimentally. Using numerical simulations I identify, two distinct regimes of lattice response, associated with two-characteristic states of the spectra: Rayleigh anomaly and lattice plasmon mode. In experimental part gold nanoparticle arrays were fabricated using e-beam lithography. Spectroscopic transmission measurements then were carried out to optically characterize these arrays. All the essential features of the experimental spectra were reproduced well by numerical simulations. Electric field distributions for different lattice parameters are studied in order to maximize the enhancement of electric field at the nanoparticle surface. The excitation of plasmon resonances in diffractive arrays of gold nanoparticles placed in asymmetric refractive index environment is examined experimentally. The excitation of the plasmon modes with narrow spectral profile in asymmetric environment was experimentally verified. The ability to tune the wavelength of these resonances in the near infrared range by varying the structural parameters of the periodic arrays in combination with size and geometry of the constituent nanoparticles is discussed. The presented results are of importance for the field enhanced spectroscopy as well as for plasmonic bio and chemical sensing.

Le travail de recherche présenté dans ce mémoire de thèse, qui s’est déroulée dans le cadre d’un dispositif CIFRE (Conventions Industrielles de Formation par la Recherche) en collaboration avec le pôle géophysique du CEBTP à clermont-ferrand et le laboratoire Magmas et Volcans de l’UCA. Ce travail porte sur l’amélioration du rendement de la méthode géophysique électromagnétique de sub-surface. L’idée est de parvenir à extraire plus d’informations à partir des données électromagnétiques en gardant une méthode de prospection proche des méthodes classiques actuelles. Les techniques électromagnétiques (EM) sont des méthodes géophysiques fondées sur la mesure des variations de champs magnétiques et sont utilisé pour réaliser des mesures des caractéristiques électriques des sols. Ces appareils EM sont dits inductifs et ne nécessitent donc pas de contact avec le sol. Ils peuvent donc être mis en œuvre avec une vitesse d’acquisition plus importante que la plupart des autres méthodes géophysiques (profils électriques, gravimétrie, sismique...).Dans le cadre de ce travail, différents développements ont été effectués pour répondre à la problématique de l’amélioration des outils de prospection EM. La prospection sur le terrain a été améliorée grâce au développement d’un prototype de système d’acquisition automatisé. Celui ci est composé d’un conductivimètre (EM-31), d’un chariot support en fibre de verre, d’un GPS et d’un ordinateur assurant un enregistrement continu et géo-référencé des données à l’aide d’un programme spécialement conçu en Python.Ce mémoire présente également une procédure de correction des valeurs du conductivimètre EM-31, notamment la correction des effets de la hauteur de l’appareil par rapport au sol.Un programme Matlab a également spécifiquement été conçu pour le traitement automatisé de données EM. Ce programme permet de disposer rapidement des outils de base pour le traitement et la bonne visualisation des données.Deux études de cas ont été réalisées dans le cadre de ce travail doctoral.La première concerne une prospection linéaire d’une centaine de kilomètres sur des digues de protection contre les crues le long du fleuve Loire. Cette étude met en évidence les difficultés rencontrées lors d’une prospection de grande envergure et permet d’identifier les problématiques d’une étude géophysique à grande échelle, notamment la gestion du grand nombre de données. Cela contraint le choix de la méthodologie de prospection et permet de mettre en place les procédures d’automatisation des traitements.La seconde étude concerne la mise en œuvre des outils EM sur des terrains de nature volcanique. La prospection EM a su s’avérer très efficace pour la cartographie de nombreux sites archéologiques. Cependant les sols et les roches en région volcaniques sont connus pour avoir des effets magnétiques forts. Il s’agit ici dans le cadre d’une prospection archéologique, de déterminer plus précisément les effets magnétiques du sous-sol sur la mesure EM. / This study has been conducted in the framework of the CIFRE doctoral contract, in collaboration with the Ginger CEBTP Geophysics pole and the “Laboratoire Magmas et Volcans”. The main objective of this work is to improve the performance of the sub-surface electromagnetic induction method.The principle is to retrieve more information from electromagnetic data keeping a prospecting method close to current field methods. Electromagnetic (EM) methods are based upon magnetic fields variations in order to to measure electrical characteristics of soils. EM devices are inductive and so don’t need contact with the ground. Thus they can be implemented faster than most of others geophysical methods (seismic, electrical profiles, gravimetry). In this framework, several developments have been performed to respond to the improvement of EM prospecting methods. The field survey was improved by the development of an automated acquisition system including a conductivimeter (EM-31) mounted on a fibreglass cart with a GPS receiver and a computer running a special Python program which ensure continuous data recording and geo-reference. In this thesis we present a correction procedure for the EM-31 conductivimeter values, in particular the device height above the ground. A Matlab program was also specifically conceived for automated EM data processing. It combines basic data processing and visualization tools. Two case studies was conducted during this doctoral work. The first one is about a hundred kilometers of linear prospecting along the Loire protection dykes (France). This study highlights the difficulties of large scale geophysical prospecting and allows to identify specific issues such as management of large data number. This influence the prospecting methodology and allows implementation of adapted automatized data processing. The second case study is about the implementation of EM devices on volcanic fields. Several archaeological sites has been mapped using EM methods. However in volcanic regions, soils and rocks are known to have strong magnetic effects. In this specific case of an archaeological study the purpose is to determine precisely the magnetic effects of soils on EM measures.