Au cours de ces dernières années, les progrès technologiques dans le domaine dumicro-usinage sur silicium ont permis le développement de Micro/Nano SystèmesÉlectro Mécaniques (M/NEMS) pour réaliser des capteurs ou des actionneurs.Dans le domaine des NEMS, dont les dimensions sont par définition submicroniques,les propriétés obtenues permettent de viser des applications en analyse biochimiqueou biomédicale. Il a été démontré que ces nano capteurs de masse (ou de force)atteignent des résolutions de l’ordre du zeptogramme (10−21 g) ou du picoNewtonce qui permet d’envisager des diagnostics précoces de certains cancers.Tous ces systèmes utilisent `a l’heure actuelle des moyens d’actionnement et dedétection électriques: de nombreuses équipes ont néanmoins démontré que la photoniqueactionne et détecte des mouvements de très faibles amplitudes, de l’ordredu femtomètre. Cette technologie hybride, circuit photonique associé au M/NEMS,offre potentiellement un gain de performance important par rapport aux moyens detransduction électromécanique.L’objectif de la thèse est le développement de la transduction optomécanique afinde détecter le déplacement de résonateurs NEMS. Un simple modèle analytique estproposé avec le support d’un simulation numérique. Les performances de transductionoptique sont comparées aux caractéristiques de la transduction électrique. Lacomparaison se base sur des critères objectifs (sensibilité, bruit, encombrement) puisde proposer des structures optomécaniques originales. Un banc de caractérisationoptique et mécanique est développé pour la caractérisation des échantillons dans unenvironnement contrôlé. Des mesures sur des composants fabriqués permettent demieux appréhender les contraintes de dimensionnement et, de façon plus général, latransduction optomécanique appliqué aux dispositifs NEMS. / During several last years, technological advances in the field of silicon micromachininghave initiated the industrial growth of Micro/Nano Electro Mechanical Systems(M/NEMS) for fabricating sensors or actuators.In the field of NEMS with sub-micron sizes, the properties allow for targeting applicationsin biomedical or biochemical analyses. It has been demonstrated that thesenano mass (or force) sensors achieve resolutions of the order of zeptogram (10−21 g)or picoNewton, hence allowing early diagnosis of certain cancers.Transduction schemes of these systems are currently based on electrical principles:many teams have nevertheless shown that photonics operates and detects tiny displacementin the order of femtometer. This hybrid technology, photonic circuitassociated with M/NEMS, potentially offers a significant improvement compared toelectrical transduction.The purpose of the thesis consists of developing the optomechanical transductionfor NEMS resonators displacement. A simple analytical model is presented togetherwith a numerical simulation. The performance of optical detection is compared toelectrical detection features. The comparison is based on objective criteria (sensitivity,noise, crowding) for designing original optomechanical structures. A dedicatedbench has been developed for the optical and mechanical characterizations of thesamples placed in a controlled environment. Measurements on fabricated devicesallow a better understanding of the design constrains and, more in general, of theoptomechanical detection applied to NEMS.i

L'étude du couplage optomécanique, soit l'interaction entre un résonateur mécanique et la lumière venant mesurer sa position est née avec les recherches visant à détecter les ondes gravitationnelles. Ce couplage limite la sensibilité des mesures interférométriques nécessaires à leur observation.Cette limite est d'origine quantique : à tout appareil de mesure est associé un bruit (le bruit de phase des lasers). De plus, en vertu des inégalités de Heisenberg toute mesure d'un système le perturbe. On parle d'action en retour (liée aux bruits d'intensité des lasers). La lumière étant un objet quantique, il n'est pas possible de réduire simultanément les fluctuations de phase et d'intensité. La sensibilité d'une mesure interférométrique a donc pour minimum la limite quantique standard. Cette limite n'a jamais été observée à température ambiante.Nous décrivons dans ce manuscrit les effets de la pression de radiation sur un résonateur mécanique plan-convexe utilisé comme miroir de fond d'une cavité Fabry-Perot de grande finesse. A température ambiante, le bruit de pression de radiation est largement masqué par le bruit thermique. Ceci conduit à la mise en place d'une expérience pompe-sonde et à mesurer les corrélations entre ces deux faisceaux. En outre, cette expérience est très sensible au désaccord du laser avec la cavité. Nous utilisons une modulation de la position du résonateur afin de s'asservir le mieux possible à la cavité. Compte tenu du faible niveau de corrélations à mesurer, nous caractérisons les limites qu'impose le bruit classique des lasers. Nous présentons également le développement de nouveaux résonateurs optomecaniques en quartz. / Optomechanical coupling, that is the interaction between mechanicals modes of a resonator and light sensing its position, is a field of study that was born with the gravitational waves quest. This coupling poses limits to the sensitivity of interferometric measurements needed to detect them.This limit is of quantum origin. Indeed, every measurement apparatus has its own noise, we call it measurement noise. Moreover according to the Heisenberg inequalities, every measurement of a system disturbs it in some way. We call it back-action. In optomechanics, the measurement noise is the laser phase-noise while back-action stems from intensity-noise. Both of them have quantum origin and cannot be made arbitrary small. The sensitivity of classic interferometric measurement is then the result of a tradeoff between those two noises and cannot be lower than what is called the standard quantum limit. This limit has never been observed at room-temperature in a table-top experiment. The effects of radiation-pressure on a plano-convex resonator embedded in a high-finesse Fabry-Perot cavity are described in this work. At room-temperature the quantum radiation pressure noise is overwhelmed by thermal noise. This lead to use a pump-probe experiment where two laser beams are send in the cavity and measure their correlations. This experiment is extremely sensitive to the cavity- laser detuning. We propose to modulate the mirror position and use this precisely lock the lasers to the cavity. The correlations we aim to measure are extremely low so we characterize the limits put by classical noise of the laser system on the experiment. We also present the development of new quartz resonators.