L'effet Hall quantique (EHQ), observé par exemple dans des gaz bidimensionnels d'électrons (2DEGS) à basse température et sous fort champ magnétique, a révolutionné la métrologie des résistances car il permet d'obtenir un étalon quantique de résistance qui ne dépend que de e et h (respectivement la charge de l'électron et la constante de Planck). Une des missions des métrologues est de développer les étalons en améliorant leurs performances ou en les rendant plus facile à mettre en oeuvre (travaillant à plus haute température ou plus faible champ magnétique). Dans ce contexte, la physique du graphène suscite l'intérêt pour une application en métrologie. Une monocouche de graphène est une feuille d'un seul atome d'épaisseur constituée d'atomes de carbone disposés en nid d'abeille. Une bicouche de graphène est formée par empilement de deux monocouches. Les écarts en énergie entre les premiers niveaux de Landau dans la monocouche et dans la bicouche sont supérieurs par rapport à ceux dans GaAs ce qui rend l'EHQ dans le graphène plus robuste et laisse envisager le développement d'un étalon plus pratique. Durant ma thèse, nous avons mis en place un protocole de fabrication de barres de Hall en graphène exfolié comprenant un repérage optique, des lithographies électroniques, la métallisation, la gravure plasma... L'utilisation de substrat de silicium oxydé en surface rend possible l'utilisation d'une grille en face arrière. En outre la géométrie des échantillons répond au mieux aux critères métrologiques (canal central large, prises de tension bien définies, ...). A basse température, le dopage résiduel obtenu après le recuit in situ est de l'ordre de 3-4x1011 cm-2. Les mobilités sont proches de 3000 cm2/(V.s) et 4000 cm2/(V.s) respectivement pour les échantillons monocouche et bicouche à la fois pour les électrons et les trous. Le transport mésoscopique a été caractérisé à basse température par des mesures de localisation faible et de fluctuations universelles de conductance. La longueur de cohérence que nous avons extraite est de l'ordre de 0.5 µm à 1.5 K. La résistance des contacts mesurée en régime d'EHQ est plutôt faible (typiquement quelques ohms). L'EHQ a été étudié en détail à basse température (300 mK < T <1.5 K) et sous fort champ magnétique (jusqu'à 18.5T) à la fois dans la monocouche et la bicouche en mesurant de manière précise la résistance de Hall (RH) et la résistance longitudinale (Rxx). Les mesures fines de RH sont réalisées à l'aide d'un pont de comparaison basé sur un Comparateur Cryogénique de Courant ; elles consistent à comparer indirectement l'EHQ dans l'échantillon de graphène à l'EHQ obtenu dans une barre de Hall en GaAs/AlGaAs qui est supposée fournir la valeur exacte RH/2. Nos mesures révèlent un accord entre la résistance de Hall dans le graphène et la valeur attendue avec une incertitude de quelques 10-7. Au plus faible courant et dans l'état de dissipation minimale (Rxx→0), nous avons obtenu un accord avec une incertitude relative de 3.10-7. Ce niveau de précision est principalement limité par la petite taille de nos échantillons et par les inhomogénéités de la densité qui y sont présents, ces deux caractéristiques amenant de faibles courants de rupture de l'EHQ (1-2 µA). Toutefois, nos résultats sont à ce jour les tests les plus précis concernant l'EHQ dans du graphène exfolié et les premiers tests sur une bicouche. Ils confirment le potentiel de l'EHQ dans le graphène pour une application en métrologie.

The classical structure of an Opto-Electronic Oscillator (OEO) is based on a long fiber loop acting as a delay line and leading to the high spectral purity, or very low phase noise, of the oscillator. Such an OEO has been developed in SATIE/LPQM laboratory at ENS Cachan, operating at 8 GHz frequency. However, this system has some main disadvantages such as a bulky size, the difficulty to control temperature and a wide range of peaks among which it is difficult to select only one mode. In order to eliminate these disadvantages, high quality factor optical resonator can be used instead of the optical fiber loop. In this thesis, two resonator structures are produced and investigated. Microspheres are fabricated based on optical single mode fiber. Whispering gallery modes of these resonators are characterized by tapered fiber -resonator coupling. The experimental results show that the quality factor of the microsphere is up to 106 and FSR depends on the diameter of the resonator. A microsphere with a diameter of 300 µm, presents a FSR of 0.2 nm corresponding to a frequency of 25 GHz. However, for an OEO system which should work at 8 GHz, microsphere with a smaller FSR or with diameter of some millimeters should be fabricated- that is really difficult to obtain. Another add/drop racetrack resonator is designed and investigated. Optical experimental behavior of racetrack is characterized via fiber micro-lens coupling. The transmission spectrum shows resonance dips with average quality factor of 105 and a small FSR of 0.050 ± 0.003 nm (actually corresponding to 6 GHz) for a scanning wavelength range from 1534 nm to 1610 nm. The most promising features of the racetrack resonator are its high quality factor, and its free spectral range, which give it the high suitability for being used in the OEO system. Nevertheless the coupling with fiber lens leads to high losses and it is not possible to fulfill the oscillation conditions. Future work should be conducted for improving the coupling and for controlling the resonance dips position in agreement with the wavelength of the laser used in the OEO.

Optofluidic evanescent field sensing, especially microresonator-based label-free biochemical sensing, is an emerging technology under intensive study. In this context, we demonstrate that polymeric microring resonators are excellent transducers. It is partly due to the simplicity and cost-efficiency of their fabrication and integration, and also to their robustness: a fast, repeatable and low-cost method was developed to fabricate devices with long lifetimes and state-of-the-art performances. A second advantage is the extreme sensitivity achievable to grafted molecules: a detectable signal was obtained with only a few hundreds of 5-TAMRA-cadaverine (5-TC) molecules, relatively small as compared to nucleic acids, antibodies and other biomolecules. The surface immobilization of 5-TC molecules was achieved after a simple and reproducible UV/ozone procedure for surface preparation. However, the qualities of polymer microring resonators only become apparent when coupled to high-precision instrumentation. In that respect, a measuring instrument was built to detect minute and real-time variations of the optical resonances, and thus in an optofluidic regime. The detection of absorption and desorption of 5-TC molecules on a surface functionalized with its antibody was achieved. However, truly specific responses of the instrument would only be achieved in a multiplexed configuration. Such configuration is achievable, but has yet to be developed. Meanwhile, the measuring instrument, as is, can be used for a wide variety of applications, from the measurement of dispersion coefficients to the study of local thermal effects.

Dans le domaine du photovoltaïque, les cellules hybrides organiques sont une des voies les plus prometteuses, notamment grâce aux propriétés de collection de lumière des molécules de type chromophore. Les nanotubes de carbone, quant à eux, sont des nano-objets quasi unidimensionnels qui présentent des propriétés de transport exceptionnelles. La réalisation d'un couplage important entre une molécule collectrice de lumière et un nanotube de carbone représente donc une voie importante à explorer. Ce travail de recherche est consacré à l'étude du transfert d'énergie dans les composés nanotubes de carbone/chromophore. Une nouvelle méthode de fonctionnalisation non covalente des nanotubes de carbone est présentée. Basée sur une suspension micellaire de nanotubes, cette méthode permet d'obtenir un fort taux de fonctionnalisation tout en préservant les propriétés intrinsèques des nanotubes. Le transfert d'énergie est mis en évidence sur les composés nanotube/porphyrine par des mesures d'excitation de la photoluminescence sur ensemble de nanotubes ainsi que sur objets uniques. L'évaluation du rendement quantique de transfert par trois méthodes indépendantes montre un couplage de l'ordre de 100% entre la molécule et le nanotube- et ce malgré la faiblesse des interactions entre orbitales "Pi" mises en jeu dans la fonctionnalisation non covalente. Le dernier volet de ce travail est consacré à des mesures d'anisotropie à l'échelle de l'objet unique permettant d'obtenir des informations quant à l'arrangement des molécules à la surface des nanotubes.

Cette thèse est consacrée à l'étude fondamentale et au développement de micro-sources lasers en matériaux organiques, susceptibles de débouchés dans les technologies de l'information et les biotechnologies. Nous avons exploré l'aspect tridimensionnel (3D) de ces lasers, tant en termes de fabrication que de caractérisation. Concernant la fabrication, nous avons fait évoluer la géométrie des microlasers, auparavant quasi-bidimensionnelle (2D, issue de films fins) vers une géométrie 3D (comme des cubes). Des procédés de lithographie UV épaisse ou d'écriture directe au laser par photo-polymérisation à 2 photons ont été adaptés pour réaliser des formes sur mesure de micro-résonateurs optiques incluant un colorant. Afin d'étudier l'émission très anisotrope de ces lasers, nous avons conçu et développé un outil original, appelé scanner à angle solide (SAS), permettant de collecter l'émission d'un microlaser dans toutes les directions du demi-espace qui le surplombe, avec une grande précision. Le SAS a permis de constater que les microlasers 2D émettent principalement hors-plan. Un modèle a été développé pour expliquer cet effet et émettre des prédictions. D'autre part, différentes formes de microlasers 2D ont été analysées, à partir de leurs directions et spectres d'émission, grâce au formalisme semi-classique des orbites périodiques. En particulier, une orbite diffractive a été observée dans les triangles, ce qui ouvre la voie à une étude systématique de la diffraction par un coin diélectrique. Nous apportons également une explication à la directionalité de l'émission par des microlasers carrés. Pour finir, les premières caractérisations 3D de micro-lasers 3D ont été réalisées.

La fusion cellulaire est une méthode de génération de cellules hybrides combinant les propriétés spécifiques des cellules mères. Initialement développée pour la production d'anticorps, elle est maintenant aussi investiguée pour l'immunothérapie du cancer. L'électrofusion consiste à produire ces hybrides en utilisant un champ électrique pulsé. Cette technique présente de meilleurs rendements que les fusions chimiques ou virales, sans introduire de contaminant. L'électrofusion est actuellement investiguée en cuve d'électroporation où le champ électrique n'est pas contrôlable avec précision et le placement cellulaire impossible, produisant de faibles rendements binucléaires. Afin d'augmenter le rendement et la qualité de fusion, la capture et l'appariement des cellules s'avèrent alors nécessaires.Notre objectif a été de développer et de réaliser des biopuces intégrant des microélectrodes et des canaux microfluidiques afin de positionner et d'apparier les cellules avant leur électrofusion. Une première structure de piégeage se basant sur des plots isolants et l'utilisation de la diélectrophorèse a été réalisée. Afin d'effectuer des expérimentations sous flux, une méthode de scellement des canaux, biocompatible et étanche a été développée. Puis, le milieu d'expérimentation a été adapté pour l'électrofusion. En confrontant les résultats des expériences biologiques aux simulations numériques, nous avons pu démontrer que l'application d'impulsions électriques induisait la diminution de la conductivité cytoplasmique. Nous avons ensuite validé la structure par l'électrofusion de cellules. Un rendement de 55% avec une durée de fusion membranaire de 6 s a été obtenu. Dans un second temps, nous avons proposé deux microstructures de piégeage pour l'électrofusion haute densité. La première se base sur un piégeage fluidique, alors que la seconde, utilise ladiélectrophorèse sans adressage électrique à l'aide de plots conducteurs. Jusqu'à 75% des cellules fusionnent dans cette dernière structure. Plus de 97% des hybridomes produits sont binucléaires. Le piégeage étant réversible, les hybridomes peuvent ensuite être collectés pour des études ultérieures.

Deux pièces de travail sont inclus dans cette thèse. La première partie analyse l'interaction d'une sphère excentrique avec un faisceau incident quelconque formé dans le cadre de généralisé de la théorie de Lorenz-Mie (generalized Lorenz-Mie theory, GLMT). Distributions de contrôle interne, près de la surface, loin des champs dispersés zone ainsi que le comportement de la morphologie dépendant résonances (MDR) dans une sphère excentrique éclairée par un faisceau focalisé guassien sont analysés. Dans la seconde partie, en utilisant l'EBCM, les propriétés de diffusion de lumière autour de l'angle arc pour un ensemble de sphéroïdes dans des orientations aléatoires éclairé par une onde plane sont étudiés. En comparant les paramètres extraits de ces paramètres originaux utilisés dans les expériences de simulation, la sensibilité de la technique d'arc de la sphéricité des gouttelettes non est quantifié.

This thesis is dedicated to the investigation of the structural destabilisation of UO2 single crystal. Irradiations with 470-keV Xe, 500-keV Ce and 500-keV La ions (with corresponding ion range of Rp 85 nm and range straggling of Delta Rp _ 40 nm according to SRIM calculation) have been performed to investigate the destabilisation of UO2 single crystals induce by (i) the radiation damage effects due to the nuclear stopping process of a fission fragment at the end of their trajectories (ballistic contribution) and by (ii) the incorporation of a fission product at high concentration (chemical contribution). The energies and masses of bombarding ions were deliberately chosen so that they would have very similar projected range in UO2 in order to compare the effects induced by solubles (La and Ce) versus non soluble Xe species in UO2. Rutherford Backscattering Spectrometry in channelling geometry (RBS/C) was applied to study the defects induced. Channelling data were analysed afterwards by Monte-Carlo simulation with McChasy code assuming a two-class model of defects comprising (i) the randomly displaced atoms (RDA) and the bent channels (BC) defects. The accumulation of RDA with increasing ion fluence leads to a steep increase (build-up of defects) observed from 4 to 7 dpa regardless of nature of ions and a dramatic increase observed from 300 dpa (corresponding to _ 5 at. % of implanted ions) only for Xe irradiated crystal. The difference due to the soluble versus insoluble species was clearly observed. Such a difference was observed via the dramatic increase of RDA when the crystal is implanted at very high concentration only for crystal implanted with insoluble species. Moreover, the difference is also observed via the higher fraction of RDA created in the crystal irradiated with insoluble element. This phenomenon is mostly due to the size of implanted species in the matrix. Insoluble Xe atoms have the atomic radius which is larger than twice the atomic radius of U sub-lattice while soluble La and Ce atoms have the atomic radii of similar size as compared to U atom. Xe creates a much stronger stress field in UO2 crystal in comparison to La or Ce; a higher fraction of RDA is thus created. Conversely, the accumulation of BC with increasing ion fluence leads to very similar evolution versus ion fluence in all crystals implanted with the three elements . A regular increase of BC versus fluence which reveal the dramatic

The thesis aims at developing techniques in solid state nuclear magnetic resonance (ssNMR) of paramagnetic metal-organic and inorganic systems in combination with electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy and quantum chemical methods such as density functional theory (DFT).Solid state NMR signals of paramagnetic systems suffer from severe loss of sensitivity and resolution due to large hyperfine interactions. Among all the interactions seen in ssNMR, the interaction between the unpaired electron(s) and the observed nucleus leading to hyperfine interaction in paramagnetic solids is large in magnitude. Large broadening due to fast relaxation in paramagnetic systems on the one hand limits the excitation of the nuclei using conventional probes thereby causing severe loss in sensitivity and resolution of ssNMR signals. On the other hand the large shifts due to Fermi-contact interaction mask the diamagnetic chemical shifts (which are rich source of chemical group information) and make signal assignment difficult. The conventional techniques developed for solid state NMR of diamagnetic systems are inefficient for paramagnetic systems. These factors have led ssNMR of paramagnetic systems to be an unexplored topic for decades.Recently Ishii and co-workers have circumvented some of these problems using very-fast magic angle spinning (VFMAS).1 Spinning the sample at MAS frequencies >30 kHz drastically enhances the sensitivity and resolution of ssNMR signals in paramagnetic complexes. We have used the VFMAS approach and have shown how to cope with moderate hyperfine interactions in ssNMR of organic (cyclam and acetylacetonate) and inorganic (alkaline-copper pyrophosphates) systems with transition metal ions such as CuII, NiII and VIV as paramagnetic center. On the one hand Fermi-contact interaction which is responsible for large shifts up to 100 ppm in 1H and 1000 ppm in 13C and 31P cause severe problems for signal assignment. But on the other hand it also leads to better spectral dispersion and hence improve the resolution of the ssNMR signals. We were able to exploit this idea and a well resolved 13C and even 1H solid state NMR spectrum in paramagnetic metal-organic systems was obtained using a simple Hahn-echo experiment. This is usually not possible, since 1H NMR in diamagnetic solids suffer from large broadening of 100 kHz due to 1H-1H homonuclear dipolar coupling. Furthermore fast relaxation in paramagnetic systems allows one to reduce the interscan delay and thereby repeat the experiments several times in a given time and improve the signal to noise ratio. This compensates for loss in sensitivity more often due to fast relaxation in paramagnetic systems.Fermi-contact shifts are characteristics of unpaired electron spin density in a molecule. Using quantum chemical methods such as DFT one can calculate the theoretical Fermi-contact shifts.2 We have compared the experimental 13C ssNMR shifts with shifts from DFT calculation in paramagnetic metal -cyclam and -acetylacetonate complexes and have assigned the 13C signals. For assignment of 1H, a 2D version of dipolar INEPT (insensitive nuclei enhancement by polarization transfer) was used. In some cases such as the Cu-cyclam complex, a very well resolved 1H ssNMR spectrum motivated us to try 1H-1H homonuclear correlation experiment. We obtained several important cross peaks with a relatively simple pulse sequence. We used the dipolar connectivity information from it to complete the 1H assignment.One of the important aims of the thesis was to find a way to measure the metal-carbon distances using solid state NMR relaxation rates. In paramagnetic metal-organic complexes the carbon-13 relaxation caused by the dipolar interaction with the unpaired electron depends on the distance of the carbon atoms to the central metal ion, therefore its rates in principle contain structural information...

This work is dedicated to present and validate a new and generalized macroscopic nonlocal theory of sound propagation in rigid-framed porous media saturated with a viscothermal fluid. This theory allows to go beyond the limits of the classical local theory and within the limits of linear theory, to take not only temporal dispersion, but also spatial dispersion into account. In the framework of the new approach, a homogenization procedure is proposed to upscale the dynamics of sound propagation from Navier-Stokes-Fourier scale to the volume-average scale, through solving two independent microscopic action-response problems. Contrary to the classical method of homogenization, there is no length-constraint to be considered alongside of the development of the new method, thus, there is no frequency limit for the medium effective properties to be valid. In absence of solid matrix, this procedure leads to Kirchhoff-Langevin's dispersion equation for sound propagation in viscothermal fluids. The new theory and upscaling procedure are validated in three cases corresponding to three different periodic microgeometries of the porous structure. Employing a semi-analytical method in the simple case of cylindrical circular tubes filled with a viscothermal fluid, it is found that the wavenumbers and impedances predicted by nonlocal theory match with those of the long-known Kirchhoff's exact solution, while the results by local theory (Zwikker and Kosten's) yield only the wavenumber of the least attenuated mode, in addition, with a small discrepancy compared to Kirchhoff's. In the case where the porous medium is made of a 2D square network of cylindrical solid inclusions, the frequency-dependent phase velocities of the least attenuated mode are computed based on the local and nonlocal approaches, by using direct Finite Element numerical simulations. The phase velocity of the least attenuated Bloch wave computed through a completely different quasi-exact multiple scattering method taking into account the viscothermal effects, shows a remarkable agreement with those obtained by the nonlocal theory in a wide frequency range. When the microgeometry is in the form of daisy chained Helmholtz resonators, using the upscaling procedure in nonlocal theory and a plane wave modelling lead to two effective density and bulk modulus functions in Fourier space. In the framework of the new upscaling procedure, Zwikker and Kosten's equations governing the pressure and velocity fields' dynamics averaged over the crosssections of the different parts of Helmholtz resonators, are employed in order to coarse-grain them to the scale of a periodic cell containing one resonator. The least attenuated wavenumber of the medium is obtained through a dispersion equation established via nonlocal theory, while an analytical modelling is performed, independently, to obtain the least attenuated Bloch mode propagating in the medium, in a frequency range where the resonance phenomena can be observed. The results corresponding to these two different methods show that not only the Bloch wave modelling, but also, especially, the modelling based on the new theory can describe the resonance phenomena originating from the spatial dispersion effects present in the macroscopic dynamics of the matarial.