Functional properties of living cells depend on the thermodynamic variables such as temperature and pressure. A unique tool to investigate volume effects on structure and metabolism of the cell and biomolecules is pressure perturbation. We have developed a new setup that enables micro-spectroscopy and optical imaging of individual live cells at variable pressure from 0.1 to 400 MPa. Following characterization of the setup, pressure and temperature effects on the secondary structure of the peptide Poly-L-glutamic acid (PGA) in deuterated water buffer solution were investigated. The amide I band of PGA is sensitive to pressure and temperature, and by spectral deconvolution, we determined the relative contributions due to the ?-helix and random coil conformations. The population of ?-helix increases with increasing pressure. Pressure effects on single red blood cells and the intracellular protein hemoglobin were studied by micro-Raman spectroscopy. In particular, we observed a shift in the frequency of the iron-histidine vibrational band in both the intracellular hemoglobin and hemoglobin in solutions. The iron-histidine mode is a sensitive structural marker of the crucial iron-protein linkage in heme proteins. The pressure dependent shift suggests a conformational change of the heme environment. This finding was further supported by micro-absorption measurements at variable pressure. In additional experiments, Raman spectroscopy was employed to probe molecular changes that occurred in hemoglobin in erythrocytes infected with the malaria parasite Plasmodium falciparum. The spectra of infected cells indicated that hemoglobin degradation can be correlated with the stages of the parasite multiplication cycle. The research was further extended towards probing size and shape changes of individual cells with pressure. The lateral diameter in yeast cells was observed to decrease with pressure in a reversible way. These results suggest that transport of the intra-cellular water may play a significant role for volume changes. In summary, pressure changes were shown to induce conformational changes in proteins and shape changes in yeast cells. A Raman technique was developed to monitor the states of Plasmodium falciparum multiplication cycle within a red blood cell.

In this thesis the effects of single photon and multi-photon excitation on protoplasts from Arabidopsis thaliana are compared. Time-lapsed micro-spectroscopy at high spatial resolution is employed to study the response of chloroplasts within the protoplasts from Arabidopsis thaliana. We have found that the fluorescence spectra of chloroplasts exhibits dramatic changes and the protoplasts are rapidly damaged under multi-photon excitation as a result of pulsed laser illumination. In contrast, single photon excitation of chloroplasts with cw laser is relatively inert to the vitality of the protoplasts. In addition to, we have built an ultrafast laser excited cryogenic micro-spectroscopy setup to study the photoluminescence of PPV thin film. We found that the spectrum of PPV¡¦s photoluminescence should shift toward longer wavelength and the non-radiative transition should be suppressed as a result of longer electron coherence length at low temperature.

In this study, we have developed a high performance multi-photon microscopic system to perform second- harmonic (SH) imaging on a tooth and a KTP crystal . The high sensitivity of the system allows acquisition rate of 300 seconds/frame with resolution at 512¡Ñ512 pixels. The surface SH signal generated from the tooth and the KTP crystal is also carefully verified through micro-spectroscopy, polarization rotation and wavelength tuning. In this way, we can ensure the authenticity of the signal. KTP crystal and the enamel that encapsulates the dentine is known to possess highly ordered structures. The anisotropy of the structure is revealed in the microscopic SH images of the tooth and the KTP crystal samples.

A l'heure actuelle, des méthodes innovatrices complémentaires à l'histopathologie pour le diagnostic de cancer sont en voie de développement. Dans cette perspective, une approche biophotonique telle la micro-imagerie spectrale infrarouge représente une méthode candidate capable de fournir une empreinte biochimique des cellules et des tissus sans étape de marquage. Par conséquent, un nouveau concept d'histopathologie spectrale infrarouge des tissus du côlon a été mis en œuvre afin d'identifier les signatures spectrales spécifiques des structures histologiques du côlon, et d'exploiter ces signatures afin de développer un modèle de prédiction comprenant des marqueurs potentiels pour le diagnostic du cancer du côlon de manière rapide et automatisée. Pour cela, les images infrarouges de différents échantillons coliques (adénocarcinome modérément différencié et non-tumorale) ont été acquises en utilisant un système d'imagerie infrarouge. Un déparaffinage mathématique a été réalisé sur les images spectrales en utilisant l'algorithme « extended multiplicative signal correction » (EMSC). Les données spectrales ont été soumises à une analyse de clustering, afin d'identifier les signatures spectrales spécifiques des tissus du côlon. Ces signatures ont été utilisées pour développer un modèle de prédiction robuste qui a été appliqué sur des échantillons des tissus du côlon inconnus pour l'identification histopathologique. Le modèle de prédiction, a non seulement identifié d'une part les tissus tumoraux inconnus avec une sensibilité de 100%, mais aussi d'autre part des caractéristiques importantes associées à la tumeur telles que le tumor budding et l'association de la tumeur et du stroma. La micro-imagerie spectrale infrarouge en conjonction avec l'analyse statistique multivariée, constituant une approche non destructive et ne nécessitant aucun marquage, démontre le potentiel de cette méthode comme outil complémentaire à l'histopathologie classique pour un diagnostic de cancer automatisé et objectif. / Innovative cancer diagnostic methods complementary to the gold standard histopathology are the need of the hour. In this perspective, the biophotonic approach of infrared spectral micro-imaging is one of the candidate methods capable of providing a biochemical fingerprint of cells and tissues in a label-free manner. Hence, a novel concept of infrared spectral histopathology of colonic tissues has been implemented in order to identify spectral signatures specific of colon histological structures, and to exploit these signatures to develop a prediction model comprising potential diagnostic markers for rapid and automated colon cancer diagnosis. For this, infrared images of colonic samples (moderately differentiated adenocarcinoma and non-tumoral) were acquired using an infrared imaging system. A mathematical deparaffinization was carried out on the spectral images using a modified Extended Multiplicative Signal Correction (EMSC) algorithm. The spectral data was subjected to clustering analysis in order to identify spectral signatures specific of colonic tissues. These signatures were used to develop a robust prediction model which was applied on unknown colonic tissue samples for histopathological identification. The prediction model not only identified the unknown tumoral tissues with 100 % sensitivity, but also some important tumor associated features such as tumor budding and tumor stroma association. Infrared spectral micro-imaging in conjunction with multivariate statistical analysis constituting a non-destructive and label-free approach, demonstrates the potential as a novel complementary tool to conventional histopathology for an automated and objective cancer diagnosis.

La miniaturisation des transistors atteignant aujourd’hui des tailles de l’ordrede la dizaine de nanomètres a introduit des problèmes de contrôle de la chaleuraux courtes échelles. Ce défi industriel, parmi d’autres, a permis l’émergencede l’étude des transferts thermiques à l’échelle nanométrique. Un des axes derecherche de cette thématique concerne le rayonnement de champ proche. Ils’agit de comprendre le comportement des ondes thermiques sur des distancesinférieures à leur longueur d’onde. A cette échelle les ondes contenant la densitéénergétique la plus importante sont des ondes évanescentes, confinées ensurface. Le phonon-polariton de surface (PPS) en est un type : c’est une ondeévanescente se propageant à la surface de matériaux polaires et diélectriques.L’objectif de ce travail de thèse est d’examiner la propagation de PPS le longde la surface de tubes de verre micrométriques, et de montrer en quoi cettegéométrie favorise le transfert de chaleur par le biais de ces ondes.Une étude théorique a été menée pour justifier l’utilisation de ce guide d’ondesde chaleur dont la conductivité thermique peut être jusqu’à doublée grâce auxPPS. La présence des PPS est ensuite détectée expérimentalement. En effetla diffraction de ces ondes à la pointe du tube est décelée par un ensemblemicroscope-spectromètre à transformée de Fourier IR. Le spectre du rayonnementobtenu prouve la diffraction de PPS grâce à leurs signatures spectralesspécifiques. / Miniaturization of transistors, whose sizes reach a few tens of nanometers nowadays,implies new problems of heat control at very short scales. This big challenge among others enabled the emergence of nanoscale heat transfer as a new research domain. Near-field heat transfer is one of the axis of this thematic.It concerns the behavior of thermal waves at a scale shorter than their wave lengths.Under these conditions the waves with the highest energy density are evanescent, that is confined at the surface. Surface phonon-polariton (SPhP) is a particular case of an evanescent wave propagating at the surface of a polar dielectric material. This PhD work consists in examining SPhP propagation along the surface of micrometric glass tubes and in proving the ability of these waves to enhance heat transfer in these systems.A theoretical analysis has been carried out to justify the use of such heat waveguides whose thermal conductivity can be doubled due to SPhP. The experimental detection of those waves based on their diffraction at the tip of the glass tubes is then presented. This emission is measured thanks to the assembly of a microscope and a Fourier-transform IR spectrometer. The presence of SPhPs is proved through measured spectra exhibiting their characteristic spectral signature.

Depuis plusieurs décennies la production mondiale de plastiques ne cesse d’augmenter, menant à une contamination des écosystèmes aquatiques à l’échelle de la planète qui a été récemment estimée à plus de cinq mille milliards de débris de plastiques flottants à la surface des océans. Les microplastiques (particules de plastique < 5 mm), introduits dans l’environnement aquatique directement en tant que microparticules (granulés plastiques industriels, cosmétiques, fibres textiles) ou lors de la fragmentation de plus gros débris plastiques, représentent une préoccupation scientifique et sociétale grandissante. Ces travaux de thèse se sont focalisés sur la contamination par les microplastiques de la rade de Brest (Bretagne, France), un système côtier macrotidal où l’activité anthropique est importante. Les objectifs de ces travaux sont (1) d’évaluer la contamination des matrices environnementales (eau de surface, sédiment subtidal et biote) par les microplastiques, et (2) d’identifier leur rôle potentiel en tant que vecteurs de contaminants chimiques et de bactéries dans la rade de Brest.Pour cela, des développements analytiques ont été nécessaires afin d’améliorer leur extraction des matrices environnementales ainsi que leur caractérisation morphologique et chimique via la microspectrométrie Raman. Les observations in situ ont montré que l’ensemble de l’écosystème de la rade de Brest est contaminé par les microplastiques, avec des concentrations de 0,24 ± 0,35, et 0,97 ± 2,08 (moyenne ± écart-type). L’eau de surface et le sédiment sont contaminés par le polyéthylène, le polypropylène et le polystyrène. Leur distribution à la surface de l’eau semble être liée à l’urbanisation très présente au nord de la rade, mais également à l’hydrodynamisme de cette région marine. Les premiers résultats concernant les bivalves marins ont montré un niveau relativement faible de contamination par les microplastiques (0,01 ± 0,04 et 0,08 ± 0,34 pour les moules et les coques, respectivement), cependant cela est probablement dû aux choix méthodologiques appliqués ici (exclusion des fibres). Les observations in situ ont montré que certains polluants organiques (HAP, PCB et pesticides) étaient détectés sur les microplastiques flottants à des valeurs (non détecté – 49763 ng.g-1, moyenne ± écart-type) similaires de celles retrouvées dans les sédiments et les bivalves locaux, ce qui suggère un risque faible dans le transfert des contaminants chimiques vers les organismes marins en cas d’ingestion. Enfin, les résultats concernant la colonisation bactérienne des microplastiques flottants ont montré des communautés distinctes de celles retrouvées dans l’eau de mer environnante, et l’identification du genre Vibrio en tant que biomarqueur discriminant de cette matrice. Dans l’ensemble, ces travaux fournissent une première évaluation approfondie de l’état de contamination de la rade de Brest par les microplastiques ainsi que de solides recommandations méthodologiques pour des travaux futurs. / World production of plastics has increased steadily for the past decades leading to a major contamination of the worldwide aquatic ecosystems recently estimated at more than five trillion plastic pieces floating the surface of the oceans. Microplastics (plastic particles < 5 mm) are introduced into aquatic environments directly as industrial raw material (plastic pellets, cosmetics, clothing) or indirectly via the fragmentation of larger plastics. This emerging contaminant represents an increasing ecological concern for science and society. The present study focused on the microplastic contamination of the Bay of Brest (Brittany, France), a macrotidal coastal ecosystem characterized by intense anthropogenic activity. The main objectives were: (1) to evaluate the contamination of environmental matrices (surface water, subtidal sediment and biota) by microplastics, and (2) to identify their potential role as vector of chemicals and bacteria in the bay of Brest.Methodological developments were first conducted to improve microplastic extraction from environmental matrices as well as their rapid morphological and chemical identification by Raman micro-spectrometry. The field investigations showed that the ecosystem of the bay of Brest is contaminated by microplastics with mean concentrations of 0.24 ± 0.35, and 0.97 ± 2.08 (mean ± standard deviation) in surface water and sediment, respectively. Microplastic contamination in surface water and sediment was dominated by polyethylene, polypropylene and polystyrene microparticles.Spatial microplastic distribution appeared to be related to proximity to urbanized areas and to hydrodynamic in the bay. Preliminarily results of microplastic contamination in marine bivalves demonstrated relatively low contamination (0.01 ± 0.04, and 0.08 ± 0.34 for mussels and cockles, respectively) by microplastics (mainly polyethylene and polypropylene fragments), however this could be partly related to the methodological limitation identified here (e.g. exclusion of fibers). Organic pollutant (PAH, PCB and pesticides) were detected on floating microplastics at levels (not detected – 49,763 ng g-1, mean ± SD) similar to those measured in sediment and bivalves suggesting low risks in transferring hazardous chemicals in local marine organisms upon microplastic ingestion. Finally, distinct bacterial community assemblages were demonstrated on microplastics as compared with surrounding surface water; the Vibrio genus was identified as a discriminant biomarker of the plastic matrix. Overall, this work provides a first and thorough assessment of the microplastic contamination in the bay of Brest and solid methodological recommendations for further work.

Ce travail de doctorat concerne le stockage des déchets radioactifs à vie longue et haute activité en site géologique profond. Dans le concept actuellement retenu par l’Andra (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs), c’est une enveloppe en acier non allié, appelée « surconteneur », qui sera au contact de l’environnement. Dans les conditions anoxiques où se retrouvera l’acier après une période initiale relativement courte, des vitesses de corrosion très faibles sont attendues, ce qui garantirait l’intégrité du surconteneur pour des millénaires. Cependant, il n’est pas exclu que des bactéries sulfurogènes puissent se développer à proximité ou au contact du surconteneur et modifier localement la cinétique de la corrosion via les espèces sulfures produites par leur métabolisme. L’objectif de cette thèse consistait à améliorer notre compréhension du système de corrosion constitué de l’acier, de sa couche de rouille essentiellement composée de sidérite FeCO3 et d’un électrolyte sulfuré.Pour ce faire, il a été nécessaire dans un premier temps de caractériser par microspectroscopie Raman les sulfures de fer impliqués dans les processus de corrosion et d’étudier les mécanismes de leur formation et de leur transformation dans différentes conditions de concentration en Fe(II) et S(-II), de pH, de température et d’oxygénation. Il a pu être démontré que le spectre Raman de la mackinawite FeS, composé qui précipite à partir de Fe(II) et S(-II) dissous dans toutes les conditions considérées ici, évoluait avec la cristallinité et l’oxydation du composé. Par ailleurs, les mécanismes de l’oxydation à 80°C en milieu acide anoxique de la mackinawite en greigite Fe3S4 ont pu être décrits. Cette étude a permis de démontrer que les sulfures de fer souvent présents sur les objets archéologiques ferreuxissus de milieux anoxiques sont soit de la mackinawite, soit étroitement apparentés à la mackinawite.Dans un deuxième temps, nous avons étudié la formation de produits de corrosion carbonatés par polarisation anodique d’électrodes d’acier à température ambiante dans des électrolytes désaérés à base de NaHCO3. Les conditions expérimentales permettant d’obtenir la sidérite ont été re précisées et utilisées pour synthétiser des couches modèles de FeCO3 sur acier. Par ailleurs, il a été observé que la rouille verte carbonatée était le principal produit se formant aux faibles concentrations en espèces carbonates (0,003 et 0,1 mol L-1 par exemple),la sidérite se formant aux fortes concentrations (0,5 et 1 mol L-1). Les conditions permettant la formation de la chukanovite, l’hydroxycarbonate de Fe(II) de formule Fe2(OH)2CO3, n’ont pas pu être explicitées, même si cette phase a été obtenue dans un électrolyte contenant à la fois des ions SO42- et HCO3- à la concentration de 0,03 mol L-1.Enfin, les interactions entre sulfures et produits de corrosion ont été étudiées. La sidérite, la lépidocrocite et la goethite sont toutes réactives vis-à-vis des sulfures. Ainsi, il apparaît clairement que les espèces sulfures produites par les BSR devraient interagir avec la couche de produits de corrosion avant d’interagir avec le métal sous-jacent. Les tests effectués sur des analogues archéologiques du 16ème siècle, immergés deux mois dans des solutions sulfurées en conditions anoxiques ont permis de le démontrer. Le principal effet de cette immersion a été la formation de sulfures de fer à l’interface entre la couche dense de produits de corrosion, essentiellement constituée de sidérite, et le milieu transformé, zone où s’entremêlent les minéraux propres au sol et ceux produits par la corrosion du fer. Les espèces sulfures n’ont pas été détectées au voisinage immédiat de la surface du métal. / This PhD work deals with the nuclear waste disposal. In France, it is envisaged byAndra (French national radioactive waste management agency) that high-level radioactivewastes will be confined in a glass matrix, stored in a stainless steel canister, it self placed in a carbon steel overpack. The wastes will then be stored at a depth of ~500 m in a deep geological repositery, drilled in a very stiff (indurated) clay (argillite) formation. The kineticsof corrosion expected for the overpack in this disposal concept are low and will stay low if the somehow protective rust layer that will develop initially on the steel surface remains undamaged. Local changes of the physico-chemical conditions may however degrade this layer and induce accelerated kinetics of corrosion. In particular, the growth of sulphate reducing bacteria (SRB) close to the steel overpack cannot be excluded and the sulphid especies these micro-organisms produce may modify the corrosion process. The aim of this work was then to achieve a better understanding of the corrosion system constituted with steel, its rust layer mainly made of siderite FeCO3, and a sulphide-containing electrolyte.First, it proved necessary to characterise the iron sulphides involved in the corrosion processes by Raman micro-spectroscopy so as to study their formation and transformation mechanisms in various conditions of Fe(II) and S(-II) concentration, pH, temperature andaeration. It could be demonstrated that the Raman spectrum of mackinawite FeS, thecompound that precipitated in any case from dissolved Fe(II) and S(-II) species with the experimental conditions considered here, depended on the crystallinity and oxidation state.Moreover, the mechanisms of the oxidation of mackinawite into greigite Fe3S4 in acidicanoxic solutions at 80°C could be described. Finally, iron sulphides, often present on archaeological artefacts, could be identified using Raman micro-spectroscopy. The compounds present were mainly mackinawite and greigite.Secondly, to investigate the nature and properties of carbonated rust layers, carbonsteel electrodes were polarised anodically in NaHCO3 electrolytes continuously de-aerated byan argon flow. The experiments were performed at room temperature. The carbonated greenrust was observed to form at 0.003 and 0.1 mol L-1 NaHCO3 whereas FeCO3 was obtained atthe largest concentrations (0.5 and 1 mol L-1). Additional experiments were performed similarly in solutions of NaHCO3 and Na2SO4. Chukanovite, the Fe(II) hydroxycarbonate with formula Fe2(OH)2CO3, could be obtained in solutions containing 0.03 mol L-1 of eachsalt.Finally, interactions between sulphide species and corrosion products were studied.Siderite, goethite and lepidocrocite proved to be reactive towards sulphide. So, it seems clear that sulphide species produced by SRB should interact with the rust layer before to reach the metal underneath. Tests were performed with ferrous archaeological artefacts immersed 2months in anoxic sulphide-containing electrolytes to demonstrate it. The main effect of theimmersion was the formation of iron sulphide at the interface between the dense corrosion products layer, mainly constitute of siderite, and the transformed medium, where minerals ofthe soil are mixed with corrosion products. Sulphide species were not detected at the vicinityof the iron surface.

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Corrosion of metallic materials is a natural process, and our study shows that even in an alkaline environment severe corrosion may occur on a carbon steel surface. While corrosion cannot be stopped it can be retarded. Many of the traditional anti-corrosion approaches such as the chromate process are effective but hazardous to the environment and human health. Mefp-1, a protein derived from blue mussel byssus, is well known for its extraordinary adhesion and film forming properties. Moreover, it has been reported that Mefp-1 confers a certain corrosion protection for stainless steel. All these facts indicate that this protein may be developed into corrosion inhibitors with ‘green’, ‘effective’ and ‘smart’ properties. In this study, a range of surface-sensitive techniques have been used to investigate adsorption kinetics, film forming and film compaction mechanisms of Mefp-1. In situ atomic force microscopy (AFM) enables the protein adsorption on substrates to be visualized, whereas the ex situ AFM facilitates the characterization of micro- and nano-structures of the protein films. In situ Peak Force AFM can be used to determine nano-mechanical properties of the surface layers. The quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) was used to reveal the build-up of the Mefp-1 film on substrates and measure the viscoelastic properties of the adsorbed film. Analytical techniques and theoretical calculations were applied to gain insights into the formation and compaction processes such as oxidation and complexation of pre-formed Mefp-1 films. The electron probe micro analyzer (EPMA) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were utilized to obtain the chemical composition of the surface layer. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements were performed to evaluate the corrosion inhibition efficiency of different forms of Mefp-1 on carbon steel substrates. The results demonstrate that Mefp-1 adsorbs on carbon steel surfaces across a broad pH interval, and it forms a continuous film covering the substrate providing a certain extent of corrosion protection. At a higher pH, the adsorption is faster and the formed film is more compact. At neutral pH, results on the iron substrate suggest an initially fast adsorption, with the molecules oriented preferentially parallel to the surface, followed by a structural change within the film leading to molecules extending towards solution. Both oxidation and complexation of the Mefp-1 can lead to the compaction of the protein films. Addition of Fe3+ induces a transition from an extended and soft protein layer to a denser and stiffer one by enhancing the formation of tri-Fe3+/catechol complexes in the surface film, leading to water removal and film compaction. Exposure to a NaIO4 solution results in the cross-linking of Mefp-1, which also results in a significant compaction of the pre-formed protein film. Mefp-1 is an effective corrosion inhibitor for carbon steel when added to an acidic solution, and the inhibition efficiency increases with time. As a film-forming corrosion inhibitor, the pre-formed Mefp-1 film provides a certain level of corrosion protection for short term applications, and the protection efficiency can be significantly enhanced by the film compaction processes. For the long term applications, a thin film composed of Mefp-1 and ceria nanoparticles was developed. The deposited Mefp-1/ceria composite film contains micro-sized aggregates of Mefp-1/Fe3+ complexes and CeO2 particles. The Mefp-1/ceria film may promote the further oxidation of ferrous oxides, and the corrosion resistance increases with time. Moreover, phosphate ions react with Fe ions released from the surface and form deposits preferentially at the surface defect sites. The deposits incorporate into the Mefp-1/ceria composite film and heal the surface defects, which result in a significantly improved corrosion inhibition effect for the Mefp-1/ceria composite film in both initial and prolonged exposure situations / <p>QC 20130610</p>

La peau assure la protection de l’organisme contre les agressions extérieures. Pourtant, la peau n’est pas à l’abri des effets inéluctables du vieillissement chronologique. En effet, ce processus a pour conséquence d’altérer la structure des différentes couches cutanées au point d’en affecter leurs caractéristiques fonctionnelles. Ce travail de thèse a pour but de caractériser les modifications moléculaires et structurales de la peau au cours du vieillissement chronologique à l’aide de méthodes non-invasives que sont les spectroscopies optiques vibrationnelles. Ainsi avons-nous pu mettre en évidence des altérations structurales du réseau de collagène dans des échantillons de peaux d’âges différents à l’aide d’une approche basée sur l’imagerie IR-TF (Infrarouge à Transformée de Fourier) en mode polarisé. Par la suite, nous avons démontré l’influence des molécules d’eau sur les changements d’orientation des fibres de collagène avec l’âge en adoptant une méthodologie basée sur la substitution, thermodynamiquement favorable, des molécules d’eau liée au collagène (H2O) par des molécules d’eau deutérée (D2O). Lors d’études réalisées in vivo, nous avons établi des corrélations entre les propriétés physiques (mécanique et statut d’hydratation) et les informations moléculaires du stratum corneum (SC) en traitant les données Raman et biométriques par la méthode des moindres carrés partiels (PLS). En s’appuyant sur la complémentarité des techniques biophysiques employées, ces différentes études ont permis d’illustrer le potentiel des spectroscopies vibrationnelles pour évaluer le vieillissement cutané et en déterminer certaines bases moléculaires. / The skin protects the body against external aggressions. However, the skin is not immune to the inevitable effects of the chronological aging. Indeed, this process leads to several structural alterations of the different cutaneous layers to the point of affecting their functional characteristics. This thesis work aims to assess the molecular and structural changes of the skin during chronological aging by using non-invasive methods such as optical vibrational spectroscopies. To do this, we highlighted the structural modifications of the collagen network in different-aged skin samples by using an approach based on FT-IR imaging (Fourier Transform Infrared) in polarized mode. Subsequently, we demonstrated the influence of water molecules on the changes of collagen fibers with age by adopting a methodology based on the substitution, thermodynamically favorable, of the collagen-bound water molecules (H2O) by deuterated water molecules (D2O). In in vivo studies, we have established correlations between physical and molecular properties of the stratum corneum (SC) by analyzing the Raman and biometric measurements with the Partial Least Squares (PLS) processing. Based on the complementarity of the biophysical techniques employed, these studies permitted to evaluate the impact of the chronological aging on the skin and could open some interesting prospects in both cosmetology and dermatology.