Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans cette thèse, des réseaux de nano- et micro-capteurs électrochimiques et opto-électrochimiques sont fabriqués en utilisant la technique de microfabrication « template synthesis ». Dans une première partie, des ensembles de nanoélectrodes (NEEs) sont utilisés comme plate-forme pour obtenir un biocapteur. Les NEEs sont préparés par déposition d’or dans une membrane poreuse en polycarbonate. L’originalité de notre approche a été de modifier la membrane de polycarbonate entourant les NEEs et non les NEEs elles-mêmes. La peroxydase de raifort (HRP) qui est fixée sur un anticorps secondaire a servi comme marqueur. Cette enzyme catalyse la réduction de H2O2 qui est ajouté en solution. En utilisant un système de détection dérivé de l'approche ELISA (Enzyme- Linked Immuno-Sorbants Assay), le récepteur de la protéine HER2 a été pris comme analyte cible. Il s’agit d’une protéine très importante puisqu’elle permet de dépister le cancer du sein. Dans une seconde partie, un réseau ordonné de sondes opto-électrochimiques est développé sur la face distale d’un faisceau de fibres optiques qui a été attaquée sélectivement par voie humide. Une structure macroporeuse est fabriquée en utilisant un cristal colloïdal comme « template ». L’or est ensuite déposé dans les interstices avant de dissoudre les nanoparticules de latex formant le cristal colloïdal. Ce réseau de microcavités macroporeuses a été testé avec succès comme substrat pour des mesures de Raman exalté de surface (SERS). / In this thesis, arrays of nano- and microelectrodes are developed to obtain electrochemical and optoelectrochemical sensors, by using the template synthesis as a microfabrication technique. In the first part, ensembles of nanoelectrodes (NEEs), obtained using a track-etched polycarbonate membrane as template, are functionalised in order to obtain electrochemical immunosensors. A biorecognition chain, antigen-antibody, is immobilized on the wide polycarbonate membrane letting uncovered the gold nanodisk electrodes. A label redox enzyme, linked to the biorecognition chain, is recognized and quantified electrochemically. Two different detection schemes are developed and low protein detection limits are achieved. In the second part, a macroporous micrometer sized opto-electrochemical sensor is developed on the distal face of an imaging fiber (coherent optical fiber bundle). A microwell array is obtained by controlled chemical etching, by exploiting the different chemical composition between cores and clads. Colloidal templates are created inside the microcavities, using polystirene beads of 280 nm. Gold is deposited inside the cavities, filling the void in the colloidal template, exploiting electroless and electrochemical deposition techniques. The gold macroporous structure inside the wells is successfully tested as SERS substrate.

Disposer de données précises, spatialisées et actualisées sur les niveaux et les profondeurs des eaux côtières ou continentales est nécessaire pour assurer et anticiper une meilleure gestion des eaux littorales et continentales. Parmi les techniques de télédétection de suivi de la bathymétrie et d'altimétrie des eaux, le LIDAR apparaît, de par son potentiel de précision, de résolution et de répétitivité spatiale des mesures, comme une technique adaptée et prometteuse, déjà éprouvée sur des plateformes aéroportées.L'objectif de cette thèse est d'évaluer le potentiel du transfert de la technologie LiDAR sur satellite pour estimer l'altimétrie et la bathymétrie des eaux de surfaces continentales et côtières. Une approche expérimentale basée sur des données LiDAR réelles, puis une approche théorique basée sur des formes d'onde LiDAR simulées ont été utilisées pour explorer les performances de capteurs LiDAR satellitaires.Dans une première partie, la qualité des données altimétriques du capteur LiDAR satellitaire GLAS/ICESat fut évaluée pour le suivi de l'altimétrie de plans d'eau. La méthode d'évaluation développée repose sur la prise en compte des phénomènes d'autocorrélation des mesures successives lors des comparaisons de l'élévation GLAS/ICESat avec les niveaux d'eau mesurés aux stations hydrométriques. Les précisions estimées sont de l'ordre de 12 cm.Dans une seconde partie, un modèle de simulation des trains d'ondes LiDAR a été développé. La confrontation des simulations issues du modèle par comparaison à des trains d'ondes observés par des capteurs satellitaires et aéroportés a été effectuée.Dans une dernière partie, les performances de deux configurations de potentiels capteurs LiDAR spatiaux émettant dans l'UV (355 nm) ou dans le vert (532 nm) ont été évaluées à partir des formes d'ondes simulées suivant des distributions globales des différents paramètres de l'eau assumées comme représentatives à l'échelle mondiale et pour quatre types d'eaux différents. Une analyse de sensibilité a été effectuée pour identifier et ordonner les paramètres environnementaux qui influent le plus sur l'écho LiDAR du fond de l'eau, signal déterminant dans la faisabilité de la mesure bathymétrique. Ensuite, les probabilités de mesure de la bathymétrie ainsi la précision sur l'estimation de la bathymétrie ont été calculées suivant un plan d'expérience qui respecte les distributions globales des paramètres d'eau. Cette thèse propose une méthodologie globale, point de départ pour explorer les performances globales et les facteurs limitant de futurs capteurs LiDAR satellitaires dédiés totalement ou partiellement à l'altimétrie et la bathymétrie des eaux côtières et continentales. / Possessing accurate, spatial and current data on the water levels and the depths are necessary for anticipation and better management of coastal and continental waters. Among the remote sensing techniques to monitor the water bathymetry and altimetry, the LIDAR appears as an adapted and promising technique, already proven on airborne platforms, because of its potential accuracy, spatial resolution and repeatability of measurements. The objective of this thesis is to evaluate the potential of the transfer technology on satellite LiDAR to estimate the water altimetry and bathymetry of continental and coastal areas. An experimental approach based on actual LiDAR data and a theoretical approach based on simulated LiDAR waveforms were used to explore the performance of satellite LiDAR sensors.In the first part, the altimetry data quality from the satellite LiDAR sensor GLAS / ICESat was evaluated in order to monitor the altimetry of water bodies. The evaluation method developed is based on the consideration of the autocorrelation phenomena of successive measurements when comparing the elevation GLAS / ICESat with water levels measured at gauging stations. Accuracies are estimated in the order of 12 cm.In the second part, a simulation model of LiDAR waveform has been developed. The confrontation between simulations from the model compared to observed waveform provided by satellite and aircraft sensors was performed.In the last section, the performance of two space borne LiDAR emitting in the UV (355 nm) or the green (532 nm) were evaluated using a methodology based on waveform simulation following aggregate distributions of various water parameters assumed to be representative on a global scale and for four different types of water. A sensitivity analysis was performed to identify and order the environmental parameters that influence the most the LiDAR bottom echo of the water signal in determining the feasibility of measuring bathymetry. Then, the probability of measuring water depth and the accuracy of estimating the bathymetry were calculated according to an experimental design that meets the global distributions of water parameters. This thesis proposes a global methodology, a starting point to explore the overall performance and the limiting factors for future satellite LiDAR sensors totally or partially dedicated to altimetry and bathymetry of coastal and inland waters.

La génération de second harmonique (SHG) est un processus non-linéaire qui se produit dans des structures non-centrosymétriques, comme c'est le cas de certains matériaux cristallins ou biologiques. Il consiste à coupler deux champs à la même fréquence pour générer un photon à la fréquence double. La manipulation de la polarisation des champs incidents donne accès à des informations microscopiques et structurales de l'échantillon. De plus, l'utilisation d'une détection polarisée permet de mettre à jour des effets physiques dans les assemblages moléculaires biologiques.Dans ces travaux de thèse, nous nous intéressons principalement à l'étude des fibres de collagène I en SHG polarisée dans des échantillons modèles et des tissus. Nous étendons cette étude à la compréhension de l'interaction des fibres avec leur environnement cellulaire pour ensuite, aborder la problématique des tissus cancéreux. Enfin, nous proposons différents modèles microscopiques de la structure du collagène, évalués par une méthode basée sur la décomposition en série de Fourier du signal polarisé, pour apporter un diagnostic quantitatif sur des échantillons biologiques. / Second harmonic generation (SHG) is a non-linear process which consists in coupling two photons at the same frequency to generate one photon at the twice frequency. It generally occurs in non-centrosymmetric samples such as crystals or molecular assemblies. The manipulation of the optical field polarization gives access to structural and microscopic informations. Moreover, using polarized detection allows to determine physical effects in molecular assemblies.In this Phd thesis, we are particulary interested in studying polarized SHG signals from collagen type I fibers in model samples and tissues. We extend our work to the investigation of the interaction of the fibers with their cellular environment. We also address the problematic of cancerous tissues.Finally, we propose several models for the microscopic structure of collagen, evaluated by a method based on the Fourier decomposition of the polarized SHG signal, to provide a quantitative diagnosis of biological samples.

La structure traditionnelle d'un oscillateur optoélectronique (OEO) s'appuie sur une boucle de fibre optique très longue, servant de ligne à retard et lui conférant la grande pureté spectrale, ou le très faible bruit de phase de l'oscillateur. Un tel oscillateur fonctionnant à la fréquence de 8 GHz a été mis en œuvre aux laboratoires SATIE/LPQM de l'ENS Cachan. Néanmoins un tel système présente des inconvénients comme les dimensions un peu grandes, la difficulté de contrôler la température et un large peigne de fréquences parmi lequel il est difficile d'extraire un seule mode. Il est en fait possible d'éliminer ses inconvénients en remplaçant la boucle de fibre par un micro-résonateur optique de grand facteur de qualité. Dans cette thèse deux types résonateurs ont été fabriqués et étudiés. Des microsphères ont été fabriquées à partir de fibres optiques de fibres optiques monomodes. Les modes de galeries de ces résonateurs sont caractérisés grâce à couplage avec une fibre effilée. L'étude expérimentale met en évidence un facteur de qualité pouvant atteindre une valeur de 106 et un intervalle spectral libre (FSR) dépendant du diamètre de la sphère. Ainsi pour un diamètre de 300 µm on obtient un FSR de 0,2 nm soit 25 GHz en fréquence. Mais pour un OEO fonctionnant à la fréquence de 8 GHz il faudrait un FSR plus petit et donc une sphère dont le diamètre serait de taille millimétrique, donc très difficile à fabriquer. Un autre type de résonateur, en forme d'hippodrome, a été conçu et étudié. L'étude expérimentale a été conduite par un couplage avec de fibres lentillées. Le spectre en transmission présente des pics de résonances avec un facteur de qualité moyen de 0,050 ± 0.003 nm (correspondant en fait à 6 GHz) sur une plage de longueurs d'onde allant de 1534 nm à 1610 nm. Les caractéristiques les plus intéressantes de ce résonateur en forme d'hippodrome sont un facteur de qualité élevé et un intervalle spectral libre tout à fait en accord avec les besoins de l'OEO étudié. Néanmoins le couplage avec les fibres lentillées induit des pertes optiques trop importantes pour satisfaire aux conditions d'oscillations. Les travaux futurs devront porter sur l'amélioration du couplage ainsi que sur l'asservissement des pics de résonnance du micro-résonateur sur la longueur d'onde du laser employé dans l'OEO. / 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.

Nous avons effectué dans ce mémoire des études de magnéto-luminescence sur des boîtes quantiques individuelles de GaAs insérées dans une matrice de GaAlAs, boîtes qui se distinguent de la plupart des systèmes étudiés par l’absence des contraintes. Nous avons pu mesurer l’impact de l’orientation cristalline du substrat sur lequel s’effectue la croissance de ces boîtes sur les propriétés magnéto-optiques.Nous avons pu présenter les premières expériences pratiquées sur des structures à boîtes quantique GaAs « gouttelettes » à charge ajustable, élaborées sur substrat orienté (001). La structure fine des excitons a été étudiée en détail et analysée au moyen d’un modèle analytique y compris en champ transverse permettant d’établir les états et énergies propres. Nous avons observé la polarisation dynamique des noyaux à champ nul dans les boîtes quantiques sans contraintes élaborées sur substrat (111)A. Les décalages Overhauser mesurés s’élèvent à 15 – 16 μeV, correspondant à un champ nucléaire de 0.25 T environ. En champ magnétique transverse, nous avons observé des déviations significatives par rapport àl’effet Hanle normal dans le domaine des faibles champs / In this thesis the magneto-optical properties of single GaAs semiconductor quantum dots in AlGaAs barriers are presented. The strain free dots are grown by original Volmer-Weber ("droplet") epitaxy techniques in a molecular beam epitaxy system at the National Institute for Material Science NIMS, Tsukuba, Japan. We showed the first optical investigation of symmetric GaAs quantum dots grown on (111)A substrates. The inherently small neutral exciton fine structure splitting makes this a promising systemfor the generation of polarisation entangled photons via the exciton-biexciton radiative cascade. In photoluminescence spectra in longitudinal magnetic fields applied along the growth axis, we observe in addition to the expected bright states also nominally dark transitions for both charged and neutral excitons. We uncover a strongly non monotonic, sign-changing field dependence of the bright neutral exciton splitting resulting from the interplay between exchange and Zeeman effects. We present a microscopic theory developed in close collaboration with the A. F. Ioffe Institute (St. Petersburg,Russia) of the magnetic field induced mixing of heavy-hole states with angular momentum projections 3/2 in GaAs droplet dots grown on (111)A substrates.Chapter 4 of this thesis is focused on the charge tuneable structures grown on n+-(100) GaAs substrate. In non-intentionally doped samples, due to charge fluctuations, the neutral X0 exciton and the positively (negatively) charged exciton X+(X-) are observed simultaneously in time integrated spectra. We present here deterministic charging of droplet dots with single electrons. Detailed studies in transverse magnetic fields allowed unambiguously identifying the charge states and determining the exciton fine structure. The neutral exciton fine structure was tuned to zero in finite transverse fields, a crucial property for achieving efficient polarization entangled two photon sources. In chapter 5, we focus on the nuclear spin effects in [111] grown quantum dots under optical pumping conditions. An optically oriented electron spin can transfer its polarization to a nucleus (Overhauser effect). In the well-studied strained InGaAs dots in GaAs, dynamic nuclear polarization (DNP) at zero applied magnetic field is possible due to screening of the nuclear dipole-dipole interaction by strong nuclear quadrupole effects. Here we present the first observation of DNP in strain free dots, i.e. in theabsence of nuclear quadrupole effects. We investigated in detail the role of the strong effective magnetic field acting on the nuclei due to the presence of a well-oriented electron spin (Knight field). This Knight field in the order of 15 mT for most dots is an important ingredient for the observed DNP at zero field. The intricate interplay between the Knight field and the Overhauser field is studied in a transverse magnetic field. These Hanle measurements performed on single dots allow us to determine the sign of the confined electron g-factor and spin relaxation time

Cette thèse comporte trois parties principales : la première concerne la synthèse et la fonctionnalisation des nanoparticules (NPs) d’or de forme sphérique et cylindrique. Les NPs d’or sont obtenues par réduction d’un sel métallique. En faisant varier certains paramètres de synthèse tels que la concentration en sels et/ou la concentration en réducteur, on peut facilement ajuster la taille de NPs sphériques. Bien qu’il existe diverses méthodes permettant de préparer des NPs cylindriques, il subsiste un problème de reproductibilité basée sur la pureté des produits de synthèse. Les différentes analyses de CTAB nous ont permis de proposer des solutions à ce problème. La fonctionnalisation de la surface des NPs d’or permet d’apporter à ces dernières de nouvelles propriétés tout en conservant leurs propriétés intrinsèques. Le but de cette fonctionnalisation est de modifier la surface des NPs en fonction des applications visées. Nous présentons ainsi différentes études de fonctionnalisation par des polyélectrolytes (PEI et PSS), des couches oxydes de SiO2, et de TiO2 et par le TDBC. La réponse optique des NPs d’or étant sensible à l’indice de réfraction du milieu environnant, il est possible de suivre et de quantifier cette fonctionnalisation par spectroscopie d’absorption. Dans une seconde partie, nous avons développé une voie de synthèse simple permettant de préparer le cœur coquille Au@TDBC sans ajout supplémentaire de sels ou de bases et à température ambiante. Etant donné qu’il est possible de moduler la taille des particules, l’optimisation du couplage fort entre les transitions électroniques du TDBC et les modes plasmon de résonances des Nps d’Au a été obtenu correspondant à une énergie de Rabi de 220 meV valeur qui n’a pas encore été obtenue avec un tel système. Dans une troisième partie, nous avons développé une nouvelle approche basée sur la méthode de Stöber pour fonctionnaliser les NPs avec des couches d’oxyde de SiO2 et de TiO2. L’utilisation des systèmes Au@TiO2 est une perspective intéressante en photocatalyse car le contact entre le métal et le semi-conducteur devrait entrainer une nette augmentation de l’efficacité photocatalytique. En effet, le métal agit comme un réservoir de photoélectrons améliorant le transfert de charges interfaciales tout en retardant la recombinaison des paires électrons-trous photo excités du semi-conducteur. / This thesis has three main parts: the first part relates to the synthesis and the functionalization of spherical gold nanoparticles (NPs) and nanorods. Gold NPs are obtained by chemical reduction of gold salt. By varying some synthesis parameters such as gold salt concentration and or reducing agent concentration, we can easily adjust the size of gold NPs. Different methods can be used to prepare gold nanorods, but there is a problem of reproducibility. This problem is based on the purity of products used to prepare gold nanorods. Different analysis of CTAB allowed us to propose solutions to this problem. Functionalization brings to gold NPs new properties. The aim of the functionalization is to modify the surface of gold NPs based on the intended applications. We present various functionalization of Au NPs by polyelectrolytes (PEI and PSS), oxides (SiO2 and TiO2) and TDBC. The optical response of Au NPs is sensitive to the refractive indexe of the surrounding medium, it is then possible to monitor and quantify this functionalization by absorption spectroscopy. In the second part of this work, we have developed a simple synthetic route for preparing Au@TDBC core shell without additional salts or bases at room temperature. Since it is possible to vary the particle size, optimization of the strong coupling between the electronic transitions of TDBC and the resonance plasmon of Au Nps obtained correspond to Rabi energy of 220 meV value which has not yet been achieved with such a system. In the third part, we have developed a new approach based on the Stöber method to functionalize the NPs with an oxide layer of SiO2 and TiO2. The use of Au@TiO2 core shell system is an interesting perspective in photocatalysis because the contact between metal and semiconductor should cause a marked increase in the photocatalytic efficiency. Indeed, the metal acts as a reservoir of photoelectrons improving the interfacial charge transfer while retarding the recombination of electron-hole pair of the semiconductor.

La Neuromyélite Optique (NMO) est une maladie auto-immune démyélinisante, rare et grave, du système nerveux central (SNC). Elle est caractérisée par une démyélinisation et une perte axonale ciblant principalement le nerf optique et la moelle épinière. La découverte d'un auto-anticorps (IgG-NMO) dirigé contre l'aquaporine-4 (AQP4), un canal hydrique exprimé par l'astrocyte, a été une étape clé dans la compréhension de la physiopathologie de la NMO, actuellement définie comme une astrocytopathie. La pathogénicité de l'IgG-NMO a été démontrée : il induit une internalisation d'AQP4 et des transporteurs au glutamate, provoquant une altération de la fonction astrocytaire. Cependant les mécanismes permettant de lier la dysfonction astrocytaire aux altérations caractéristiques de la NMO, notamment la démyélinisation, restent méconnus. Les astrocytes sont des cellules gliales essentielles à l'établissement et au maintien de l'homéostasie du SNC. Ils permettent la régulation des flux hydriques et ioniques, le contrôle extracellulaire des neuromédiateurs ainsi que l'apport de métabolites énergétiques aux neurones et aux oligodendrocytes. Ils sont aussi caractérisés par une très forte expression de connexines (Cx), des molécules transmembranaires s'assemblant sous une forme hexamérique : le connexon. Les connexines forment soit des hémicanaux, permettant l'échange de petites molécules entre les milieux intra- et extra-cellulaires, soit des jonctions communicantes par la juxtaposition de connexons appartenant à deux cellules, assurant le couplage intercellulaire avec le passage de petites molécules et d'ions (ATP, glutamate, lactate, calcium). Les fonctions hemicanal et jonction communicante sont fortement régulées en condition physiologique et altérées en condition pathologique, notamment en contexte neuroinflammatoire. Nous émettons l'hypothèse que les IgG-NMO altèrent l'expression et la fonction des connexines, et conduisent ainsi à la production d'un environnement toxique pour les oligodendrocytes et la myéline, et délétère pour le fonctionnement neuronal. Mon projet de thèse avait trois objectifs : i) la caractérisation du phénotype astrocytaire induit par les IgGNMO ; ii) l'identification d'altérations des connexines et leur implication dans la pathologie ; iii) la mise en évidence d'altérations de la transmission synaptique induites par les IgG-NMO et l'implication de connexines dans cet effet. Des modèles de cultures primaires gliales traitées par des IgG-NMO issue d'une cohorte de patients m'ont permis de caractériser le phénotype acquis par les astrocytes, et de proposer le concept d'un astrocyte réactif spécifique de pathologie. Les astrocytes réactifs spécifiques de la NMO induisent un milieu inflammatoire spécifique et toxique, provoquant une démyélinisation. Grâce au développement d'une coculture gliale et neuronale produisant des neurones myélinisés, et à l'utilisation de peptides inhibiteurs des Cx, j'ai pu montrer que les NMO-IgG ont un effet démyélinisant et que celui-ci implique les Cx. La démyélinisation est en effet associée à des modifications structurales et fonctionnelles des Cx astrocytaires, observées à la fois in vitro et dans notre modèle in vivo, le rat-NMO. Enfin, la mise en place d'une étude électrophysiologique en potentiel de champs local sur des tranches d'hippocampe de rats m'a permis d'étudier l'effet des IgG-NMO sur la transmission glutamatergique basale. J'ai pu mettre en évidence un effet dépresseur des IgG-NMO, partiellement bloqué par un inhibiteur de connexines, la carbenoxolone. Comme il a déjà été démontré par des études cliniques dans des pathologies neurodégénératives, l'utilisation de modulateurs de Cx semble être une voie thérapeutique prometteuse afin de prévenir la démyélinisation et les altérations du fonctionnement neuronal de la NMO / Neuromyelitis Optica (NMO) is a rare and severe auto-immune demyelinating disease of the central nervous system (CNS). It is characterized by demyelination and axonal loss targeted to the optic nerve dans the spinal cord. The identification of a specific autoantibody (NMO-IgG) directed against the astrocytic protein AQP4 was a key step in the understanding of NMO physiopathology: it is now considered as an astrocytopathy. NMO-IgG is also a biomarker of NMO, and its pathogenicity has been demonstrated. NMO-IgG induce an internalization of AQP4 together with other membrane proteins such à glutamate transport GLT1. This could alter astrocyte functions but the mechanisms connecting astrocytopathy and demyelination remain unclear. Astrocytes are abundant glial cells crucial for the establishment and the maintenance of CNS homeostasis. They regulate water flux and ion homeostasis and control extracellular volume and neurotransmitter concentrations. They also provide neurons and oligodendrocytes with energy substrates. Astrocytes are characterized by a high expression of connexins (Cx), transmembrane proteins assembling in hexameric form, called connexon. Cx form either hemichannels, unopposed connexon at the membrane, allowing the exchange of small molecules (<1,2kDa e.g. glutamate, ATP) and ions (Ca2+, K+) between extra- and intra-cellular compartments. Cx also form gap junctions, formed by the juxtaposition of two connexons at the membrane of two different cells, and allow the quick cell to cell exchange of small molecules, metabolites and ions (e.g. glucose, lactate, Ca2+). Hemichannel and gap junction functions are tightly regulated under physiological conditions and can be altered in pathological condition for example during neuroinflammation. We proposed that NMO-IgG by altering connexins expression and/or function could lead to the production of a toxic environment for oligodendrocytes and myelin but also for neuronal functioning. This feature of astrocyte dysfunction could participate to NMO alterations. My thesis project had three main goals: i) the characterisation of astrocyte phenotype induced buy NMO-IgG, ii) the identification of connexins alterations and their implication NMO physiopathology, iii) the highlight of synaptic alterations induced by NMO-IgG and the involvement of connexins in this effect. Primary glial cell cultures treated with NMO-IgG from a cohort of NMO patients, were used to characterize astrocyte phenotype and we proposed the concept of a specific reactive dysfunctioning astrocyte induced by NMO-IgG. Those astrocytes, called “NMO-astrocytes” are responsible for the production of a proinflammatory toxic microenvironment for oligodendrocytes and leading to demyelination. With the development of a myelinated culture model, composed of glial cells and neurons with myelinated axons, together with the use of specific inhibitors of Cx functions, we showed that NMO-IgG induced demyelination involved connexin dysfunction. In fact, demyelination was associated with structural and functional alterations of astrocytic connexins observed both in vitro and in vivo in the NMO-rat model. Electrophysiological recording of basal glutamatergic synaptic activity in the rat hippocampus showed a strong depression of synaptic responses induced by NMO-IgG. Connexins could be implicated in this alteration since blocking all connexins with carbenoxolone blocked NMO-IgG effect

Les nanostructures métalliques ont la capacité de supporter des résonances de plasmons de surface localisés se caractérisant par une oscillation collective des électrons libres du métal. Ce phénomène, connu pour générer localement un champ électrique intense, peut notamment être exploité afin d'exalter les processus d'optique non-linéaire à l'échelle nanométrique. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés au processus de génération de second harmonique (SHG) de nanostructures en aluminium et en or. Tout d'abord, nous avons étudié l'origine du processus non-linéaire et mis en évidence le rôle important joué, dans l'or, par la contribution non-locale, issue des gradients de champ dans le volume de la nanostructure. Ensuite, nous avons montré, en associant un phénomène de double résonance et un accord des modes plasmoniques à l'excitation et à l'émission, qu'il est possible d'exalter fortement la réponse harmonique d'une nanoantenne compacte en aluminium. Dans l'optique d'obtenir une intensité non-linéaire encore plus importante, une stratégie est de coupler ces nanostructures à un nanocristal non-linéaire afin de bénéficier à la fois de la forte exaltation du champ générée par le métal et de la non-linéarité du cristal. Afin d'optimiser l'intensité harmonique générée par ces structures hybrides, disposer de nanocristaux possédant une forte non-linéarité intrinsèque est nécessaire. C'est pourquoi, au cours de cette thèse, nous avons mesuré la réponse harmonique de nanocristaux d'iodates de lantane isolés, afin d'estimer leur potentiel pour intégrer ce type de structure. De plus, un microscope optique en champ proche a été mis en place sur le dispositif expérimental permettant la manipulation de nanocristaux à proximité de structures métalliques. Cette thèse, en apportant de nouveaux éléments pour comprendre et optimiser le processus de SHG dans les nanostructures plasmoniques, offre de nouvelles perspectives pour confectionner des composants optiques efficaces pour la conversion de fréquence à l'échelle nanométrique. / Plasmonic nanostructures have the ability to support localised surface plasmon resonances characterized by a collective oscillation of the free electrons in metal. This phenomenon, know to generate an intense local field, can be used to enhance nonlinear optical processes at the nanoscale level. In this thesis, we have investigated the second harmonic generation (SHG) process in aluminum and gold nanostructures. First, we have studied the origin of this nonlinear process and highlighted the major role played, in gold, by the bulk nonlocal contribution, originating from the field gradients inside the nanostructure volume. Then, we pointed out, by achieving a double resonance regime associated with a plasmonic mode matching at the excitation and emission, the possibility to enhance significantly the harmonic response of compact aluminum nanoantennas. In order to increase even more the nonlinear intensity, an idea is to couple these nanostructures to a nonlinear nanocrystal to benficiate both from the field enhancement provided by the metallic nanoantenna and from the nonlinearity of the nanocrystal. To optimise the harmonic intensity generated by these hybrid structures, have nanocrystals with a strong intrinsic nonlinearity is required. To this end, we have measured the harmonic response of single latanide iodate nanocrystals, in order to evaluate their ability to integrate this type of structure. Moreover, we have implemented a near-field optical microscope used to manipulate nancorystals in the vincinity of metallic nanostructures. This thesis, by bringing new elements to understand and optimise the SHG process in plasmonic nanostructures, provides new perspectives to elaborate efficient optical components to frequency conversion at the nanoscale.

L’objet de cette thèse, effectuée en collaboration avec Saint-Gobain dans le cadre d’un financement CIFRE, est l’étude du transfert thermique à l’interface entre les objets microscopiques constituant les matériaux isolants à base de verre. Nous avons développé deux instruments nouveaux, permettant d’investiguer le transfert thermique entre deux objets microscopiques en verre. Le premier instrument est une sonde locale à balayage utilisant une sonde thermosensible (sonde SThM) permettant d’effectuer une mesure très locale de la température d’un échantillon ou éventuellement de le chauffer lorsqu’elle est en contact avec celui-ci. Nous avons utilisé cette sonde de manière détournée, en collant une bille de verre de 20µm de diamètre à son extrémité, en la plaçant au-dessus d’une surface plane de verre, dont la température est différente de celle de la bille, et en étudiant la température au sommet de cette bille à mesure que la distance bille-plan varie. Les « courbes d’approche » ainsi obtenues et un modèle en résistances équivalentes que nous proposons permettent de donner une première estimation de la résistance thermique de contact dans une géométrie bille-plan. Le deuxième instrument est un dispositif nouveau de thermographie infrarouge. Il s’agit d’une méthode sans contact qui permet à la fois de produire des images dans le moyen infrarouge avec une résolution spatiale meilleure que ce que la limite de diffraction ne permet, mais aussi d’effectuer une mesure dynamique du refroidissement d’un système constitué d’une ou de plusieurs fibres de verre micrométriques(s) suite à un échauffement bref et local par absorption d’un laser ultraviolet impulsionnel. La comparaison de ces courbes de refroidissement enregistrées sur une fibre seule ou sur un croisement de fibres permet d’obtenir une information sur la résistance thermique de contact au croisement des deux fibres. Un modèle semi-analytique que nous avons développé permet de reproduire ces tendances sur une fibre seule. Nous avons également développé un modèle perturbatif exploitant le modèle à une fibre qui permet de reproduire l’évolution spatio-temporelle de la chaleur au sein d’un système de deux fibres en contact. / The aim of this thesis, in collaboration with Saint-Gobain within the framework of a CIFRE funding, is the study of heat transfer at the interface between microscopic objects from which isolation materials are made. During this thesis we developed two new instruments, allowing to investigate the heat transfer between two microscopic glass objects. The first instrument is a scanning probe microscope using a thermosensitive probe (SThM probe) allowing to make a very local temperature measurement or to produce a local heating of a sample in contact with the probe. We used this probe in an unusual way, by gluing a 20µm diameter glass bead on its thermosensitive end, by placing it above a flat glass surface whose temperature is different from that of the bead, and by studying the temperature at the top of this bead as the distance bead-to-plan varies. The "approach curves" obtained in this way and a model using a thermoelectric analogy that we propose allow to give a first estimation of the thermal resistance of contact in a sphere-plane geometry. The second instrument is a new infrared thermography device. It is a contactless method which allows to produce images in the mid-infrared with a spatial resolution better than the diffraction limit, but also to carry out a dynamic measurement of the cooling of a system made of one or more micrometric glass fibers, after a short and local heating by absorption of a pulsed ultraviolet laser. Comparison of these curves recorded on a single fiber or on two crossing fibers makes it possible to obtain an information on the thermal resistance of contact at the crossing of the two fibers. A semi-analytical model that we developed allows us to reproduce these trends on a single fiber, while a perturbative approach exploiting the one-fiber model allows us to reproduce the spatiotemporal evolution of heat within a system of two fibers in contact.