À l'échelle nanométrique, les particules métalliques présentent de nouvelles propriétés optiques liées au phénomène de résonance plasmon de surface. Une résonance plasmon est une oscillation collective et cohérente des électrons de conduction à la surface d'une nanoparticule métallique sous l'influence d'un champ électromagnétique extérieur. La longueur d'onde de cette résonance ainsi que la distribution spatiale du champ électromagnétique associé dépendent des caractéristiques de la nanoparticule (taille, forme et nature chimique), du milieu diélectrique hôte et de la géométrie d'illumination. L’excitation de plasmons de surface génère des champs électromagnétiques locaux de fortes intensités, localisés en des points spécifiques de la nanoparticule, appelés «points chauds». La lumière est ainsi miniaturisée et confinée dans des espaces de taille sub-longueur d’onde (<20nm). La possibilité de produire et de contrôler ces points chauds augure d'importantes réalisations dans un large éventail de domaines d'applications allant des technologies de l'information aux énergies renouvelables, tout en passant par la biomédecine. Ce travail de thèse met en évidence la possibilité de générer et de manipuler des points chauds au niveau de structures de taille nanométrique par effet de la géométrie de la nanostructure métallique ou bien de la configuration et de la longueur d’onde de la lumière excitatrice. L’objectif est de manipuler la lumière à petite échelle afin de contribuer au développement de nouvelles technologies d’origine plasmonique. A cet égard, les réponses optiques de nano-objets métalliques de différentes géométries et tailles, pris individuellement : cube, prisme… ou en groupes: dimère, chaîne… sont étudiées par microscopie de photoémission d'électrons PEEM (PhotoEmission Electron Microscopy), une technique de cartographie haute résolution (20 nm), non intrusive, permettant un adressage sélectif des modes plasmons.Par ailleurs et également dans le cadre de ce travail, une méthode analytique de description du champ proche optique, basée sur la théorie des groupes, a été développée. Cette méthode permet de prédire et d’interpréter en quelques minutes le comportement plasmonique d’une particule à 2D ou 3D, de symétrie finie ou non, seules ou en dimères, à partir des symétries de l’objet et du champ excitateur. En complément, des simulations numériques par la méthode des éléments frontières BEM (Boundary Element Method) ont été effectuées. / At nanometer scale, the metallic particles exhibit new optical properties related to the surface plasmon resonance phenomenon. A plasmon resonance is a collective and coherent oscillation of the conduction electrons at a metallic nanoparticle surface under an external electromagnetic field. The resonance wavelength and the spatial distribution of the associated electromagnetic field depend on the nanoparticle characteristics (size, shape and chemical nature), the surrounding dielectric medium and the illumination geometry.The excitation of surface plasmons generates local electromagnetic fields of high intensity located at specific points of the nanoparticle called "hot spots". The light is miniaturized and confined in sub-wavelength areas (<20 nm). The ability to produce and control hot spots holds great promise for a large range of applications from information technology to renewable energies and biomedicine. This thesis highlights the possibility of generating and manipulating hot spots in nanostructures throughout the particle geometry or/and the configuration and wavelength of the exciting light. To do this, the optical response of various metallic nano-objects of different geometries and sizes, taken individually: cube, prism ... or in groups: dimer, chain ... are studied by PhotoEmission Electron Microscopy (PEEM), a non-intrusive and high resolution (20 nm) mapping technique allowing a selective addressing of plasmons modes. In addition to this experimental investigation, the search for a specific optical near-field distribution is also carried out using group theory. We developed an original theoretical method allowing to predict in a few minutes the plasmonic response of a 2D or 3D particle, of finite or infinite symmetry, alone or in dimer, from the object and exciting field symmetries. In parallel, numerical simulations using the Boundary Element Method (BEM) have been carried out.

Ce manuscrit s’intéresse principalement à l'influence de la répulsion entre électrons libres sur la réponse optique des métaux. Les modèles de matériaux classiques considèrent que la réponse d'un métal est locale -- c'est à dire que la réponse en un point dépend exclusivement des champs en ce point. La prise en compte de la répulsion entre électrons conduit à adopter une description dite non locale de la réponse métallique. Cette thèse explore de façon théorique et numérique les effets de la non-localité sur les propriétés optiques de nanostructures métallo-diélectriques dans le visible et le proche infra-rouge. A l'aide d'un modèle hydrodynamique il est montré que, de façon surprenante, les modes d'interstices plasmoniques peuvent être sensible à la non-localité pour des épaisseurs de plusieurs dizaines de nanomètres. Il est également montré que le plasmon de surface lui même peut être sensible à la non-localité à condition de considérer une interface entre le métal et un diélectrique d'indice suffisamment élevé. Nous proposons et étudions (théoriquement) ici plusieurs configurations simples et réalistes (coupleurs à prisme et à réseaux) pour la mise en évidence expérimentale de la non-localité sur des structures dont les échelles caractéristiques sont de l'ordre de plusieurs dizaines ou centaines de nanomètres. Enfin, dans une seconde partie du manuscrit, le formalisme et les considérations numériques nécessaires à l'étude du rayonnement d'un dipôle dans une structure multi-couche sont présentés en détail puis validés grâce à des comparaisons de dyadiques de Green, diagrammes de rayonnement, et taux d'émission avec des cas disponibles dans la littérature. / This manuscript is mainly focused on the influence of repulsion between free electrons on the optical response of metals. Classical material models consider that the metallic response is local -- i.e. that the response at a given point only depends on the fields at this point. Taking into account the repulsion between electrons leads to a so-called non-local description of the metalic response. This thesis explores in a theoritical and numerical way the effects of non-locality on the optical properties of metallo-dielectric nanostructures in the visible and near infrared. Using a hydrodynamical model it is shown that, suprisingly, the modes of plasmonic gaps can be sensitive to non-locality for thicknesses of several tens of nanometers. It is also shown that the surface plasmon itself can be sensitive to non-locality provided that an interface between a metal and a sufficiently high refractive index dielectric is considered. We propose and study here several simple and realictic setups (prism and grating couplers) which would allow to experimentally observe the impact of non-locality and which have characteristic scales of tens or even hundreds of nanometers. Finally, in a second part of the manuscript, the formalism and numerical considerations necessary for the study of a dipole radiation in a multi-layered structure are presented in detail and then validated thanks to comparisons of Green dyadics, radiation diagrams, and emission rates with cases avaible in the literature.

La forte exaltation de l’interaction lumière-matière au sein de résonateurs optiques présentant un confinement du champ électromagnétique dans un espace nanométrique ouvre la voie à de nouvelles applications dans l’infrarouge, dans les domaines de l’optique, l’opto-électronique, la chimie ou la biologie.La théorie de l’électromagnétisme prévoit que les résonateurs de type métal-isolant-métal présentent un confinement d’autant plus grand que l’épaisseur de l’isolant est faible. Cependant, pour des épaisseurs de l’ordre du nanom` etre, les électrons ont une probabilité non-négligeable de passer d’une couche métallique à l’autre par effet tunnel. Cet effet quantique qui remet en cause leur description dans la théorie classique, a été mis en évidence et étudié dans différents types de résonateurs optiques à nanogap : entre une pointe AFM et un substrat, entre deux nanoparticules, au sein d’une constriction métallique. . . Dans cette thèse, nous avons utilisé un nanorésonateur MIM qui, par son empilement de couches solides, permet une bonne maîtrise de la géométrie et de son évolution dans le temps. Son objectif est double : accéder de façon quantitativeà la physique mise à l’oeuvre et tester son potentiel applicatif. Des procédés de nanofabrication ont été spécifiquement développés et validés par les caractérisations optiques et électriques des nanorésonateurs. Dans le régime quantique, les spectres mesurés en réflexion ne peuvent pas être interprétés par l’approche largement répandue dans la littérature qui introduit un terme de conduction électrique dans l’isolant. De plus le décalage spectral mesuré sous polarisation électrique est très faible (∆λ/λ ~ 10−3Vapp[V ]) et de signe opposé aux prédictions de la littérature. Ces résultats mettent en lumière des comportements inexpliqués qui ouvrent la voie à de nouvelles recherches sur les résonateurs optiques à nanogap. / The great concentration of light-matter interaction inside optical nanoresonators achieving a strong confinement of electromagnetic field in a nanometric space paves the way toward innovative applications in the infrared domain, in optics, optoelectronics, chemistry or biology. Resonators constituted of a stack of metal, insulator and metal allow to achieve stronger confinement for thinner insulator gap. However, in case of a gap thinner than a few nanometers, electrons have anon-negligible probability to pass from a metal to the other by tunneling effect. Questioning electrons description in classical theory, this quantum effect has been highlighted and studied in various kinds of nanogap optical antennas: between an AFM tip and a substrate, between two nanoparticles, inside a metallic constriction. . .In this thesis, we have used a MIM nanoresonator: stacking solid layers allows a good control ofits geometry and its evolution over time. This structure has two roles: accessing quantitatively the underlying physics and testing its potential application. Nanofabrication processes have been specifically developed and validated by optical and electrical characterizations of nanoresonators. In the quantum domain, measured reflectivity spectra cannot be explained by a widespread approach introducing an electrical conduction inside the insulator. Furthermore, the measured shift under an electrical bias is weak (∆λ/λ ~ 10−3Vapp[V ]) and opposite to literature predictions. These results highlight unexplained behaviors and paves the way to new researches about nanogap optical antennas.

L’utilisation de micromembranes suspendues chauffées par effet Joule comme source de rayonnement infrarouge est une piste prometteuse pour la réalisation de détecteurs de gaz compacts, basse consommation et à bas coût. Afin d’améliorer l’efficacité de ces dispositifs récemment introduits, il est nécessaire d’optimiser ceux-ci à la fois du point de vue optique et thermique.En ajoutant des résonateurs plasmoniques frustrés sur les membranes, il est possible de modifier l’émissivité de ces dernières, afin de contrôler spectralement et angulairement le rayonnement émis. De cette façon, la puissance utile est augmentée, tandis que la consommation électrique diminue. D’autre part, l’étude en profondeur des rôles des différents canaux thermiques conduit à relier rayon de la membrane, temps de chauffe et énergie disponible par mesure et de définir un régime optimal de fonctionnement dynamique.Finalement les membranes sont fabriquées en salle blanche et caractérisées électriquement, optiquement et mécaniquement afin d’estimer les gains en performances. La réalisation d’un prototype de capteur de CO2 à 4,26 µm à partir de ces sources indique des précisions de l’ordre de la vingtaine de ppm pour une consommation d’un milliwatt, en compétition favorable avec l’état de l’art mondial dans ce domaine. / Joule-heated suspended microhotplates can be used as infrared sources in cheap, low-consumption spectroscopic gas sensors. To enhance the very low efficiency of first generation structures, both their thermal and optical designs have to be optimized.The implementation of frustrated plasmonic resonators on top of the membrane grants both spectral and angular control of its emissivity. It is thus possible to make it radiate only at the frequencies absorbed by the gas under study, and in the solid angle of the detector. This leads to an increase in useful radiated power while the overall electrical consumption is decreased. Dynamical studies of membrane heating provide welcome insight on the relationship between membrane radius, heating time and energy consumption per measurement. The existence of a compromise is demonstrated in order to maximize the radiative efficiency, and its physical interpretation is detailed.Eventually, membranes fabricated in LETI’s clean room were characterized to measure their electrical, optical and mechanical properties. The implementation of such sources in a CO2 prototype sensor led to state-of-the-art results, with a few dozen ppm sensitivity with a power consumption of only one milliwatt.

Ce travail porte sur la réalisation de nanostructures d'or sur substrat de verre afin d’en étudier les propriétés plasmoniques et de les optimiser pour des applications dans le domaine des biocapteurs. L'objectif principal a été de démontrer la faisabilité de combiner sur une même biopuce, les biocapteurs à résonance de plasmon de surface propagatif (SPR) et ceux basés sur la diffusion Raman exaltée de surface (SERS). Nous montrons que la présence d’un film d’or sous les nanostructures est très favorable pour une double caractérisation SPR-SERS. Afin d’étudier plus en détails les couplages entre les différents modes plasmoniques existants dans ces substrats et ainsi pouvoir déterminer la structure optimale, l’essentiel des échantillons a été réalisé par lithographie électronique. La nanoimpression assistée par UV (UV-NIL) a aussi été développé au cours de cette thèse afin de réaliser un nombre important d'échantillons et répondre aux futurs besoins de l'industrie des biocapteurs. Les performances de ces échantillons réalisés par UV-NIL ont été comparées avec ceux fabriqués par lithographie électronique. Les diamètres des nanodisques d'or varient de 40 nm à 300 nm et les périodes de 80 nm à 600 nm en fonction de la technique de fabrication. En SERS, des facteurs d’exaltation de 10^6 à 10^8 ont été obtenus grâce à la présence du film d’or continu sous le réseau de nanodisques. Ce gain est fonction de l’épaisseur du film d’or, de la longueur d’onde d’excitation utilisée et du taux de remplissage des nanostructures. En SPR, nous avons démontré expérimentalement et théoriquement la possibilité de couplage entre les modes localisés et propagatifs donnant lieu à un nouveau mode hybride, potentiellement plus sensible car plus confiné. Les calculs numériques développés pour simuler le comportement de structures réelles (présence d’arrondi, de flanc ou de couche d’accroche) confirment les résultats obtenus. L’ensemble de ce travail a permis de manière expérimentale et théorique d’apporter une meilleure compréhension des propriétés plasmoniques aux échelles nanométriques sur des structures constituées de réseaux de nanostructures d'or, notamment sur film d’or. Par ailleurs, une étude précise des différentes étapes technologiques a permis de comprendre quels éléments impactent significativement les propriétés plasmoniques des échantillons et donc améliorent ou dégradent les performances de ces substrats en tant que biocapteur. Au final, les échantillons réalisés ont été testés et validés en tant que biocapteur au sein d'un appareil bimodal SPR-SERS. / This thesis is focused on gold nanostructuration on glass substrate in order to study and optimize their plasmonic properties for biosensing applications. The main goal was to demonstrate the feasibility of combining on a single biochip, Surface Plasmon Resonance Imaging (SPRI) and Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) measurements. We have demonstrated that adding a gold film under the nanostructures was highly beneficial for a dual SPRI-SERS characterization. In order to optimize the geometry of the nanostructures and understand the various plasmonic modes, most of the samples were first made by electron beam lithography. Nanoimprinting assisted by UV (UV-NIL) was also developed during this thesis to manufacture samples in large quantities and reply to the future industrial needs for biosensing applications. Performances of these UV-NIL samples were compared with those produced by e-beam lithography. Diameters and periods of gold nanodisks range respectively from 40 nm to 300 nm and 80 nm to 600 nm, depending on the manufacturing technique used. In SERS, enhancement factor of 10^6 to 10^8 were obtained thanks to the presence of the continuous gold film under the nanodisks array. We found that this gain is a function of the thickness of the gold film, the excitation wavelength used and the nanostructures filling factor. In SPRI, we have demonstrated experimentally and theoretically the existence of a coupling between the propagating and localized plasmonic modes, resulting in a new hybrid mode, potentially more sensitive due to its high confinement. Numerical models confirm these results, taking into account the defects found in real samples (rounded edges, imperfect lateral side, adhesion layer). The whole work proposes a better understanding, both experimentally and theoretically, of the plasmonic properties at nanoscale of gold nanostructures with and without an underlying gold film. Moreover, a detailed study of the different technological processes helps to understand which steps significantly impact the plasmonic properties of the samples and their performance as a biosensor. Finally, these samples were characterized and validated on a bimodal instrument SPRI-SERS.

Les propriétés optiques et vibrationnelles de nanoparticules métalliques individuelles ont été étudiées par spectroscopie par modulation spatiale (SMS), avec une attention particulière aux effets de forme, composition, environnement local, ainsi que de couplage inter-particule. La réponse optique de nanoparticules (métalliques au cœur-couronne métal-diélectrique) allongées et des particules bimétalliques (hétérodimères or-argent) a été mesuré et en suite interprétée grâce à une corrélation avec la caractérisation morphologique de la même particule obtenue par microscopie à transmission électronique et avec des simulations par éléments finis prenants en compte la réelle géométrie du nano-objet et le substrat. Une technique pompe sonde résolue en temps a été en suite utilisée pour étudier le profil Fano dans l'absorption d'une particule d'or au sein d'un hétérodimères or-argent. Sur une échelle de temps des quelques dizaines de picosecondes, les vibrations acoustiques multimodales de nanobipyramides d'or individuelles ont été optiquement détectées et caractérisées par rapport à un modèle élastique classique / Optical and vibrational properties of individual metal-based nanoparticles have been investigated by spatial modulation spectroscopy (SMS), focusing on their dependence on nano-object shape, composition, environment and inter-particle coupling. Quantitative investigations of the optical response, and in particular, the surface plasmon resonance (extinction cross-section amplitude, spectral position and linewidth) of elongated metal or metal-dielectric (gold nanorods, nanobipyramids with or without silica coating) and bimetallic (gold-silver heterodimers) nanoparticles deposited on a substrate have first been performed. The same nanoparticles were characterized by electron microscopy permitting quantitative interpretation of their optical response using finite element numerical simulations, taking into account the influence of the substrate. Combining SMS microscopy with a high sensitivity femtosecond two-color pump-probe setup, the ultrafast dynamics of single nano-objects has been investigated. The Fano absorption profile of a gold nanoparticle within a single gold-silver heterodimer, a parameter not accessible by linear spectroscopy, was directly measured. On a picosecond time-scale, multimodal acoustic vibrations of single gold nanobipyramids were optically lunched and detected, and their features compared to a model based on continuum elasticity

En raison de leur avantage en sensibilité de surface, un grand choix de biocapteurs SPR (résonance de plasmons desurface) est disponible sur le marché tant pour la recherche scientifique que pour le médical personnalisé. Lesapplications à l'imagerie SPR sont généralement basées sur la méthode du prisme de couplage et une miniaturisation enbiopuces avec parallélisme matriciel. Ces développements se heurtent à des inconvénients de par leurs limites enrésolution spatiale et le caractère non-uniforme des régions détectées. Si plusieurs microscopes à très haute résolutionsont en cours de développement, les systèmes restent généralement complexes et onéreux.Dans cette thèse, nous avons adopté la méthode SPR pour concevoir et construire un nouveau système d'imagerie.Outre le signal de fluorescence, les phénomènes d’absorption SPR peuvent être utilisés pour imager et mieuxcomprendre les propriétés de surfaces. Dans ce but, nous avons réalisé un microscope à plasmon de surface à deuxcanaux et à polarisation radiale pouvant détecter des nanoparticules isolées. Dans le cas de nanosphères avec moléculesfluorescentes, nous avons démontré la possibilité de collecter simultanément les images de fluorescence et de diffusionélastique. Ces deux signaux complémentaires conduisent à des images bien co-localisées. Une meilleure résolution etune amélioration de la sensibilité ont été rendues possibles en utilisant un polariseur radial et un objectif à ouverturenumérique élevée, qui permettent de polariser en configuration TM l'ensemble du faisceau incident, conduisant à laformation d'un anneau circulaire sombre dans l'image réfléchie. Le signal de fluorescence est clairement amplifié deplus de 50% sous polarisation radiale par rapport à un polarisation linéaire, la polarization azimuthale, à caractèrecomplètement TE ne permettant pas le couplage aux plasmons et servant de référence neutre.Nous avons tout d’abord appliqué cette technique à la détection de nanosphères fluorescentes isolées (de 20 nm dediamètre), ce qui est susceptible de révéler des informations inaccessibles aux mesures classiques sur film épais. Enoutre, cette technique se révèle être également un moyen de compenser les intermittences par clignotementcaractéristiques de la fluorescence, lesquelles n'affectent pas le canal de diffusion élastique. Nous avons enfin étenducette technique aux objets biologiques tels que des brins d'ADN et des membranes cellulaires en milieu liquide. Cettetechnique a également été étendue à l'étude de signaux de fluorescence à deux photons (TPF) émis par des nanosphèresà base d’organo-métalliques, ainsi qu’à celle de signaux de génération de seconde harmonique (SHG) en provenance denanocristaux non-centrosymétriques. Les effets de renforcement de la fluorescence par l’effet d’un ion métalliqueainsi que les phénomènes d'extinction par des boîtes quantiques sont des sujets d’investigation fondamentale associés àces axes. / Due to the advantage of surface sensitivity, various SPR biosensors for scientific research fields or personalmedicine markets have been reported. However, especially for SPR imaging applications, the designs are usually basedon prism-coupling method and ensuing chips with array patterns. In fact, these designs entail the disadvantages of alimited spatial resolution and non uniform detection regions. Although several super-resolution microscopes have beenproposed and developed, systems are usually complicated and high-costs. In our thesis, we adopt the surface plasmonresonance technique to build a brand new imaging system. Alongside fluorescence, SPR absorption can be also beexploited towards better imaging and understanding of the surface properties.Towards this aim, we demonstrate a dual-channel radially-polarized surface plasmon microscopy (SPM) systemwith capability down to single nanoparticle detection. For nanospheres stained with fluorescent molecules, we are ableto simultaneously collect the fluorescence and elastic scattering images, these two complementary emitted signalsleading to well co-localized images. The improved resolution and higher sensitivity of our system are enabled by use ofa radial polarizer and a high numerical aperture objective, which provide TM-polarization status to the entire incidentbeam, which results in the formation of a dark circular ring in the reflected image. The fluorescence intensity is thenclearly enhanced by more than 50% under radial polarization as compared to a linear one, while azimuthal polarizationbeing fully TE is ineffective and serves as a reference.We first applied this technique to detect a single fluorescent sphere of 20 nm in diameter, which potentiallyreveals unique information as compared to other measurements on bulk films. Moreover, it also provides a way tocompensate for the blinking characteristic of the fluorescence, which does not affect the elastic scattering channel. Weare currently extending this technique to stained biological objects such as DNA strands and cell membranes in liquidenvironments. This technique has been extended to study two photon fluorescence (TPF) signals from organometallic nanospheres, as well as second harmonic generation (SHG) signals from non-centrosymmetric nanocrystals via a multiphoton confocal microscope. In relation with this research, metallic ion enhanced fluorescence and quenching effects from quantum dots are fundamental topics currently under investigation.

Le domaine du spectre électromagnétique correspondant aux fréquences térahertz est encore peu exploité, pourtant, les applications nécessitant la génération, l’amplification ou la détection d’un signal térahertz sont nombreuses et intéressantes. Dans ce travail, nous nous intéressons tout particulièrement au détecteurs plasmoniques, qui constituent une alternative prometteuse à la montée en fréquence des capteurs électroniques et à l’utilisation de capteurs thermiques pour les photons de faible énergie. Les capteurs plasmoniques fonctionnent grâce au couplage entre le photon térahertz et un plasmon au sein d’un gaz d’électrons bidimensionnel (2DEG). Le plasmon-polariton est ensuite transformé en un signal continu et détectable. Nous utilisons pour cela le 2DEG présent dans l’hétérostructure AlGaN/GaN. Le couplage entre le photon et le plasmon-polariton est réalisé par un réseau métallique déposé sur la structure semi-conductrice. Tout d’abord, l’étude du couplage photon/plasmon par des simulations électromagnétiques nous a permis de connaître les fréquences de résonance des plasmons-polaritons en fonction des dimensions du réseau. Le motif de réseau composé de deux bandes de métal de largeurs différentes a été plus particulièrement étudié. Ce motif permettant aux détecteurs d’atteindre une très haute sensibilité [Coquillat et al., 2010] et n’avait pas encore été étudié du point de vue de son efficacité de couplage. Des détecteurs, dimensionnés pour notre montage de test à 0,65 THz, ont ensuite été fabriqués puis mesurés avec un réseau non-polarisé, à température ambiante et refroidis à l’azote. La correspondance entre la variation de la sensibilité en fonction de la fréquence et les spectres d’absorption mesurés au spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) montre l’importance de l’étape de couplage dans le processus de détection. Contrôler la densité électronique dans le 2DEG permet de modifier la fréquence de résonance des plasmons-polaritons et d’augmenter la sensibilité des détecteurs. Nous avons mené des développements technologiques de manière à pouvoir contrôler la densité électronique du 2DEG en appliquant une tension sur le réseau. Cette étape constitue un défi technologique compte tenu de la surface très étendue des réseaux (plusieurs mm²). Nous avons finalement fabriqué des détecteurs pour lesquels la fréquence de résonance de couplage peut être contrôlée grâce à la tension appliquée sur le réseau. / Abstract: The objectives of this thesis were the fabrication, the measurement and the study of gallium nitride THz detectors. These detectors are working as follows : first the incident THz photon is coupled to a plasmon in the quantum well at the interface AlGaN/GaN. This plasmon is then turned into a continuous measurable current. One of the key-components in this type of detectors is the grating coupling the incident photon and the plasmon. Electromagnetic simulations have been made to determine the dimensions of the grating depending on the detection frequency. Detectors were then fabricated using the precendently calculated grating patterns. Their working frequency depending on their dimensions were measured with a good agreement with the previously led simulations. The grating is not used only as coupling element, but can be used to monitor the electron density in the quatum well as well, what should allow an exaltation of the rectification phenomenon and a frequency tunability. A technological development was needed to achieve grating actually monitoring the electron density over a wide range. It was a real challenge to fabricate such wide grating (36 mm²) with such small periods (about one micrometer) using epitaxies developped for devices with a much smaller area.

Les structures nanophotoniques sont généralement simulées par des méthodes de volumes, comme la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD), ou la méthode des éléments finis (FEM). Toutefois, pour les grandes structures, ou des structures plasmoniques métalliques qui nécessitent, la mémoire et le temps de calcul requis peuvent augmenter de façon spectaculaire.Les méthodes de surface, comme la méthode des éléments de frontière (BEM) ont été développées afin de réduire le nombre d'éléments de maillage. Ces méthodes consistent à exprimer le champ formé dans tout l'espace en fonction des courants électrique et magnétique à la surface de l’objet. Combinées avec la méthode multipôle rapide (FMM) qui permet une accélération du calcul de l'interaction entre les éléments lointain du maillage, de grands systèmes peuvent ainsi être manipulés.Nous avons développé, pour la première fois à notre connaissance, une FMM sur un nouveau formalisme BEM, basé sur les potentiels scalaire et vectoriel au lieu de courants électriques et magnétiques. Cette méthode a été montrée pour permettre une simulation précise des systèmes plasmoniques métalliques, tout en offrant une réduction significative des besoins de calcul. Des systèmes nanophotoniques complexes ont été simulés, comme une lentille plasmonique composé d'un ensemble de nanotubes d'or. / Nanophotonic structures are generally simulated by volume methods, as Finite-difference time-domain (FDTD) method, or Finite element method (FEM). However, for large structures, or metallic plasmonic structures, the memory and time computation required can increase dramatically, and make proper simulation infeasible.Surface methods, like the boundary element method (BEM) have been developed to reduce the number of mesh elements. These methods consist in expressing the electromagnetic filed in whole space as a function of electric and magnetic currents at the surface of scatterers. Combined with the fast multipole method (FMM) that enables a huge acceleration of the calculation of interaction between far mesh elements, very large systems can thus be handled.What we performed is the development of an FMM on a new BEM formalism, based on scalar and vector potentials instead of electric and magnetic currents, for the first time to our knowledge. This method was shown to enable accurate simulation of metallic plasmonic systems, while providing a significant reduction of computation requirements, compared to BEM-alone. Several thousands of unknowns could be handled on a standard computer. More complex nanophotonic systems have been simulated, such as a plasmonic lens consisting of a collection of gold nanorods.

La leishmaniose est causée par un parasite protozoaire du genre Leishmania. Cette maladie infecte environ 12 millions de personnes dans le monde et en menace 350 millions dans 98 pays. Il existe trois formes majeures de leishmaniose : cutanée, mucocutanée et viscérale. L'infection se produit par le dépôt des parasites sous forme de promastigotes dans la peau de l'hôte mammifère via la piqûre d’un phlébotome. Les parasites peuvent migrer au sein de la matrice extracellulaire avant d’infecter les macrophages. Bien que la plupart des études réalisées jusqu’ici aient été consacrées aux interactions des parasites Leishmania avec leurs cellules cibles, quelques interactants extracellulaires ont déjà été identifiés. Dans cette étude, nous avons étudié pour la première fois le répertoire d’interactions de 24 souches de promastigotes intacts, vivants (6 espèces aux différents tropismes) avec environ ~70 biomolécules de la matrice extracellulaire de l’hôte à l’échelle moléculaire en utilisant des puces à protéines et à glycosaminoglycanes et la résonance plasmonique de surface en mode imagerie. Nous avons identifié 27 nouveaux partenaires (23 protéines et 4 glycosaminoglycanes) des promastigotes de Leishmania. Les souches partagent des partenaires communs tels que le plasminogène, TEM-8 et la tropoélastine, qui est dégradée in vitro par la majorité des souches. Les Leishmania se lient à plusieurs régulateurs de l’angiogenèse et à des glycosaminoglycanes. Dans une seconde partie, nous avons cloné deux protéines de L. major, l’énolase et la superoxyde dismutase, toutes deux identifiées dans le sécrétome de Leishmania, afin d’étudier leur répertoire d’interactions. L’énolase possède un répertoire d’interactions (13 partenaires) supérieur à celui de la superoxyde dismutase (6 partenaires) mais toutes deux interagissent également avec le plasminogène, l’ectodomaine de TEM-8, l’endostatine et l’héparine. Enfin, dans une troisième partie, nous avons créé une base de données, LeishMatrixDB, qui recense toutes les interactions des parasites Leishmania, ou leurs molécules, avec les composants de la matrice extracellulaire de l’hôte décrites dans la littérature / Leishmaniasis is a vector-borne disease caused by parasitic protozoa of the genus Leishmania. 12 million people are presently infected worldwide and the disease threatens 350 million people in 98 countries around the world. There are three main types of the disease: cutaneous, mucocutaneous and visceral. Infection occurs by the deposition of promastigote form into the mammalian skin via the bite of phlebotomine sandflies within the extracellular matrix proteins prior infecting macrophages. Most studies have focused on the interaction of Leishmania promastigotes with their cellular targets, some extracellular partners have been identified. In this study, we investigated for the first time the interplay between 24 strains of intact, live, parasites (6 species of different tropisms) and ~70 biomolecules of the host extracellular matrix at the molecular level using protein and glycosaminoglycan arrays probed by surface plasmon resonance imaging. We have identified 27 new partners (23 proteins and 4 glycosaminoglycans) of Leishmania promastigotes. All strains tested shared 3 common partners such as plasminogen, TEM-8 and tropoelastin, which is degraded in vitro by most Leishmania tested. Leishmania bound to several regulators of angiogenesis and to glycosaminoglycans. In a second part, we cloned two L. major proteins, enolase and superoxyde dismutase, both identified in Leishmania secretome in order to study their interaction repertoire. Enolase had a larger interaction repertoire (13 partners) than superoxide dismutase (6 partners) but both bound to plasminogen, ectodomain of TEM-8, endostatin and heparin. In a third part, we have created a database, LeishMatrixDB, which lists all the interactions of Leishmania, or their molecules, with host extracellular components from the literature