Ces travaux de thèe portent sur le développement d’un outil d’analyse numérique dédié à l’ étude de nouveaux résonateursà quartz à ondes de volume et utilisant les éléments finis. Cette méthode de caractérisation permet la détermination deséléments du schéma électrique équivalent (résistance, inductance et capacité) d’une fréquence de résonance donnée ainsique son facteur de qualité, tout en prenant en compte dans le modèle la sensibilité du cristal de quartz à la températureet aux contraintes induites par le montage. Une étape de validation est d’abord réalisée afin de vérifier nos choix, enterme de modélisation et de calcul, en confrontant les données issues de la simulation aux mesures de résonateurs déjàexistants. Les trois dispositifs analysés (40 MHz, 10 MHz et 100 MHz) montrent une bonne concordance entre théorieet expérience. Pour obtenir de tels résultats, la structure de maintien est prise en compte et modélisée sous forme dezones d’amortissement de Rayleigh lorsque le piégeage de l’énergie n’est pas optimal (présence d’un mode de plaque).Un aspect important des résonateurs est ensuite étudié : le comportement en température. En effet, les contraintes dedilatation thermique ainsi que l’évolution des coefficients élastiques en fonction de la température induisent une dérivefréquentielle. La comparaison entre théorie et expérience nous permet de vérifier l’allure des courbes et de quantifier ledegré de précision du modèle. L’effet d’une contrainte mécanique appliquée sur le pourtour de la lame de quartz est parla suite introduit dans le modèle en utilisant la méthode de perturbation de Sinha-Tiersten. Il est alors possible de définirl’impact des défauts de fabrication sur la fréquence du résonateur. Enfin, la méthode numérique est appliquée à l’étudede structures innovantes dans le cadre du projet FREQUENCE2009. Il s’agit de revisiter le concept du résonateur BVA etd’envisager des procédés de fabrication collective. L’idée consiste ainsi à remplacer le rayon de courbure d’un résonateur,dont la fréquence utile se trouve aux alentours de 9 MHz, par une série de marches, plus compatible avec les procédés dela micro électronique (DRIE : Deep Reactive Ion Etching). Bien que les résultats expérimentaux soient, dans ce cas, loin denos attentes, nous constatons que l’outil d’analyse est parfaitement capable de prédire les caractéristiques de nouvellesstructures. / This work is devoted to the development of a digital analysis tool dedicated to study new bulk acoustic waves quartz resonatorsby using finite elements. This method of characterization allows the calculation of the elements of the equivalentelectrical circuit (resistor, inductance and capacitor) of a given resonant frequency as well as the quality factor, while takinginto account its sensitivity to the temperature and to the stresses induced by the mounting support. Firstly, a validationphase is carried out in order to check our choices, in terms of modeling and computation, by comparing simulation data tothe measures of existing resonators. The three analyzed devices (40MHz, 10 MHz and 100 MHz) show good agreementbetween theory and experiment. To obtain such results, the mounting support is taken into account and modeled thanks toRayleigh damping areas when the trapping of energy is not optimal (presence of a spurious shell vibration mode). Then, animportant aspect of resonators is studied : the temperature behavior of its vibrating modes. Indeed, the thermal expansionstresses as well as the change of stiffness coefficients according to the temperature induce frequency shift. The comparisonbetween theory and experiment allows us to check the shape of curves and to quantify the accuracy of the model.Thereafter, the effect of mechanical stress applied on the edge of the blank of quartz is introduced in the model by usingthe perturbation method developed by Tiersten and Sinha. So, it is possible to define the influence of some manufacturingdefects on the resonant frequency. Finally, the digital method is applied to study innovative structures in the framework ofthe project FREQUENCE2009. The aim is to review the concept of BVA resonator and consider collective manufacturingprocesses. The idea involves replacing the radius of curvature of a resonator, for which the expected frequency is around9 MHz, by several steps, more compatible with microelectronics processes (DRIE : Deep Reactive Ion Etching). Althoughthe results are far from our expectations, we note that the analysis tool is perfectly able to anticipate the characteristics ofnew structures.

Atualmente, podemos perceber que uma grande dependência dos sistemas desenvolvidos sob a seara da criptografia foi instaurada em todos nós. Principalmente no tocante dos sistemas criptográficos de chave pública, que são vastamente utilizados na Internet. No entanto, a criptografia de chave pública viu-se ameaçada e começou a investigar novas fontes de problemas para seus sistemas quando Shor em 1997 desenvolveu um algoritmo de tempo polinomial para fatorar inteiros e para calcular o logaritmo discreto em um computador quântico. Neste contexto, Patarin propõe a função alçapão HFE (Hidden Field Equations), uma trapdoor baseada nos Problemas MQ (Multivariate Quadratic) e IP (Isomorfismo de Polinômios). Tais problemas não são afetados pelo algoritmo de Shor, além disto o Problema MQ foi demonstrado por Patarin e Goubin como sendo NP-completo. Apesar do HFE ter sua versão básica quebrada, ele apresenta variações -- obtidas através de modificadores genéricos -- resistentes aos principais ataques da atualidade. O Quartz -- esquema de assinatura digital baseado no HFEv-, com escolha especial de parâmetros -- é um bom exemplo desta resistência a ataques algébricos que visem a recuperação da chave privada, pois até hoje permanece seguro. Além de também se destacar por gerar assinaturas curtas. Todavia, Joux e Martinet -- baseados em axiomas do Ataque pelo Paradoxo de Aniversário -- provaram que o Quartz é maleável, demonstrando que caso o adversário possua um par (mensagem, assinatura) válido, ele conseguirá obter uma segunda assinatura com 2^(50) computações e 2^(50) chamadas ao oráculo de assinatura, logo muito abaixo dos padrões de segurança atuais que são de, no mínimo, 2^(112). Desta forma, baseado no Quartz, apresentamos um novo esquema de assinatura digital resistente a ataques adaptativos de mensagem escolhida que realizem chamadas ao oráculo aleatório, com um nível de segurança estimado em 2^(112). Nosso criptossistema proporciona, ainda, um ganho de eficiência no algoritmo de verificação de assinatura e na inicialização dos vetores que serão utilizados pelos algoritmos de assinatura e verificação. Além de, também, disponibilizarmos uma implementação do Quartz Original e do Quartz Aprimorado, na linguagem de programação Java. / Today, we can see that a large dependence of the systems developed under the cryptography was introduced in all of us. Especially in terms of public key cryptosystems, which are widely used on the Internet. However, public key cryptography was threatened and began to investigate new sources of problems for their systems when Shor in 1997 developed a polynomial time algorithm for factoring integers and to compute the discrete logarithm in a quantum computer. In this context, Patarin proposed Hidden Field Equations (HFE), a trapdoor based on MQ (Multivariate Quadratic) and IP (Isomorphism of Polynomials) problems. Such problems are not affected by the Shor algorithm, moreover MQ Problem was demonstrate by Patarin and Goubin as NP-complete. Despite the basic HFE has broken, it varies secure, obtained by generic modification. The Quartz -- digital signature scheme based on HFEv-, with special choice of parameters -- is a good example of this resistance to algebraic attacks aimed at the recovery of the private key, because even today remains secure. Furthermore, it also generates short signatures. However, Joux and Martinet -- based on axioms of Birthday Paradox Attack -- proved that Quartz is malleable, showing that if the adversary has a pair (message, signature) valid, he can get a second signature with 2^(50) computations and 2^(50) calls to the signing oracle, so far the current security standards that are at least 2^(112). Thus, based on Quartz, we present a new digital signature scheme, achieving the adaptive chosen message attacks that make calls to the random oracle, with a secure level estimated at 2^(112). Our cryptosystem also provides an efficiency gain in signature verification algorithm and initialization vectors that will be used for signing and verification algorithms. Further we provide an implementation of Original Quartz and Enhanced Quartz in the Java programming language.

La mise au point de nouveaux systèmes biocompatibles de suivi des phénomènes de polymérisation de protéines est un enjeu majeur pour la compréhension des mécanismes moléculaires en vue d’une détection et d’un traitement précoce des pathologies dites conformationnelles telles que la maladie d’Alzheimer ou les maladies à prions. Dans ces pathologies, des protéines ou des fragments de celles-ci perdent leur structure, puis s’assemblent en fibres ordonnées au sein d’agrégats. Les mécanismes moléculaires du changement de conformation d'une protéine et sa polymérisation en fibres amyloïdes sont encore largement inconnus. La compréhension de ces mécanismes et le diagnostic sont étroitement liés à la disponibilité d’un concept analytique performant pour le suivi ex vivo de ces phénomènes.Pour répondre à cette problématique, un microsystème a été mis au point pour la détection et le suivi de polymérisation de la protéine tau et du peptide Aß, principaux biomarqueurs de la maladie d’Alzheimer. Le microcapteur est basé sur la propagation d’ondes acoustiques hautes fréquences qui permettent d’extraire les propriétés rhéologiques du milieu cible. En mesurant l’impédance complexe du biocapteur, un traitement du signal dédié permet l’extraction des paramètres viscoélastiques (module élastique et module visqueux). L’étude et le développement de ce microsystème impliquent un savoir-faire pluridisciplinaire en instrumentation : élaboration et conception et modélisation de biocapteurs, conditionnement des signaux et résolution des problèmes inverses associés.Tout d’abord, le capteur a été optimisé pour améliorer sa sensibilité et permettre le suivi de polymérisation. Un travail sur la faisabilité du système a montré la possibilité de discriminer des solutions de protéines de différentes concentrations. La finalité du système de détection étant la détection simultanée des différents biomarqueurs à l’origine de la maladie d’Alzheimer, un capteur multi-électrodes permettant la détection de ces différents analytes a été développé. / The development of new biocompatible systems for monitoring protein polymerization processes is a key issue for understanding the molecular mechanisms of detection and for early treatment of so-called conformational diseases such as Alzheimer's disease or prion diseases. In these pathologies, proteins or fragments lose their structure and then assemble themselves into ordered fibers within aggregates. The molecular mechanisms of the conformational changes of a protein and its polymerization into amyloid fibers are still largely unknown. Understanding these mechanisms and diagnosis are closely related to the availability of an efficient analytical concept for the ex vivo monitoring of these phenomena.To address this problem, a microsystem has been developed for the detection and monitoring of polymerization of tau and Aß peptide, the main biomarkers of Alzheimer's disease. The microsensor is based on the propagation of acoustic high frequency waves that extract the rheological properties of the target environment. By measuring complex impedance of the biosensor, a dedicated signal processing allows the extraction of viscoelastic parameters (viscosity and elasticity). The study and development of this microsystem involve multidisciplinary expertise in instrumentation: development and design and modeling of biosensors, signal conditioning and solving associated inverse problems.First, the sensor has been optimized to improve its sensitivity and allow tracking of polymerization. Work on the feasibility of the system showed the ability to discriminate protein solutions of different concentrations. Since the purpose of the detection system is the simultaneous detection of different biomarkers responsible for Alzheimer's disease, a multi-electrode sensor for the detection of these different analytes has been developed. The optimization of the sensor, the microfabrication processes and chemical surface treatments are also developed in this work.

Le but de ce travail de thèse est d’étudier les moyens de lithographie haute résolution pour la fabrication de résonateurs à ondes élastiques de surface, et de l’illustrer à travers la réalisation de sources de fréquences fonctionnant au-delà du GigaHertz. Dans un premier temps nous abordons les différents dispositifs fondés sur les ondes élastiques de surface puis les sources de fréquence (instabilités caractéristiques) et fixons les objectifs de l’étude au travers notamment d’un état de l’art. Dans un second temps, nous présentons les moyens de lithographie étudiés dans le cadre de ce travail, à savoir la lithographie électronique, la gravure par faisceau d’ions focalisés, la lithographie UV par projection et la lithographie par nano-impression. Pour chacune d’entre elles, nous détaillons le principe de fonctionnement et montrons, notamment grâce à des simulations, leur intérêt et leurs limitations. Ensuite, nous présentons la fabrication et la caractérisation de résonateurs sur différents types de substrats ayant des propriétés innovantes par rapport à nos applications. Le PZT élaboré par épitaxie, présentant des coefficients de couplage élevés (plusieurs pourcents) couplés à une granulométrie fine et une orientation cristalline selon l’axe 001. Le diamant, qui permet d’atteindre des vitesses de phase de l’ordre de 10000 m.s-1, soit une vitesse deux fois supérieure à celles des ondes transverses sur substrat de quartz, quartz que nous avons également étudié afin de rechercher de nouveaux points de fonctionnement à haute fréquence. Pour chaque matériau, nous identifions un ou plusieurs moyen(s) de lithographie qui nous permettent de fabriquer les résonateurs. Les étapes de conception, de fabrication et de caractérisation sont décrites en détail. La dernière partie du manuscrit consiste à exposer les caractéristiques des oscillateurs fondés sur les résonateurs à haut produit Qf ainsi fabriqués (Qf > 5.1012). Nous reportons les résultats obtenus à des fréquences de 1,5 GHz (sur quartz) et à 3 GHz (sur diamant nanocristallin). Le bruit de phase à 10 kHz de la porteuse est compris entre -100 et -110 dBc.Hz-1, et le bruit plancher est de -160 dBc.Hz-1. Nous concluons en donnant des pistes afin d’améliorer ces caractéristiques / The purpose of this thesis is to study high-resolution lithography for the fabrication of surface acoustic wave resonators, and to illustrate this technology through the realization of frequency sources operating beyond the Gigahertz. At first, we detail several devices based on surface acoustic waves and frequency sources (instability characteristics) and set the goals of the study in particular through a state of the art. In a second step, we present the lithography methods studied in this work : electron beam lithography, focused ion beam, UV lithography (stepper) and nano-imprint lithography. For each, we detail the operating principle and show, in particular through simulations, their interest and limitations. Then, we present the fabrication and characterization of resonators on different types of substrates with innovative properties compared to our applications. The epitaxial PZT exhibits high coupling coefficients (several percent) coupled with a fine particle size and crystal orientation along the axis 001. The diamond, which achieves phase velocities of about 10000 m.s-1, twice higher than those of STW waves on quartz substrate, quartz that we have also studied in order to search new operating points at high frequency. For each material, we identify one or more lithography methods that allow to manufacture the resonators. Design, fabrication and characterization steps are described in detail. The last part of the manuscript describes the characteristics of oscillators based on high Qf resonators (Qf > 5.1012). We report the results for operating frequencies of 1.5 GHz (on quartz) and 3 GHz (on nanocrystalline diamond). The phase noise at 10 kHz from the carrier is between -100 and -110 dBc.Hz-1, and the noise floor is -160 dBc.Hz-1. We conclude by giving ideas to improve these characteristics

Dans le contexte de stockage des déchets radioactifs en profondeur, des interactions entre le fer métal d’une part et la roche du Callovo-Oxfordien (COx), sa fraction argileuse purifiée (SCOx) ou des phases argileuses pures (kaolinite, illite, smectites) d’autre part, sont réalisées à 90°C sous atmosphère anoxique en solution chlorurée-salée. Le rôle des minéraux non argileux du COx est également étudié. L'oxydation rapide du fer métal entraine une libération d’ions fer en solution, une augmentation du pH et une diminution du Eh (réducteur). Une dissolution partielle des phases argileuses ainsi que la précipitation de serpentines ferrifères (odinite ou berthiérine, principalement) et de magnétite en faible quantité sont alors observées. En cas d’apport d'O2 au système, les serpentines ferrifères sont déstabilisées. L'exsolution du fer permet la formation d'oxydes et d’hydroxydes de fer et des particules argileuses proches des phases initiales précipitent. Lorsque du quartz est ajouté à SCOx, la dissolution partielle de ce minéral est responsable de la modification des chemins réactionnels. La formation de magnétite est alors limitée et les serpentines ferrifères sont enrichies en silice. Dans le cas de la kaolinite, DRX, MET, XPS et analyses texturales mettent en évidence la croissance des serpentines ferrifères (berthierines majoritairement) sur la surface basale des kaolinites, formant des particules kaolinite-serpentines-Fe démixées. Les techniques spectroscopiques (Mössbauer, XAS et STXM) permettent de déterminer les rapports Fe2+/Fe3+ et AlIV/AlVI jusqu'au niveau des particules élémentaires et de proposer des formules structurales pour ces serpentines ferrifères / In the context of underground disposal of high-level radioactive waste, interactions between metallic iron and Callovo-Oxfordian rock (COx), its purified clay fraction (SCOx) or pure clay phases (kaolinite, illite, smectites) were investigated at 90°C under anoxic atmosphere in chlorine solution. Role of COx non clay minerals in these reactions was also studied. Rapid metallic iron oxidation conducts to iron cations release in solution, pH increase (8-10) and Eh decrease (reducive conditions). The partial dissolution of initial clay phases and the crystallization of Fe-serpentines (odinite or berthierine mainly) and of low amount of magnetite were observed. The introduction of O2 into the system leads to Fe-serpentines destabilisation. Iron exsolution conducts to iron oxides and hydroxides formation and clay particles with composition close to the initial ones precipitate. Addition of quartz into the system leads to the partial dissolution of this mineral and to the modification of reaction pathways. Precipitation of magnetite is reduiced and Fe-serpentines are silica enriched. In the case of kaolinite-metallic iron interaction, combinated used of XRD, MET, XPS and textural analyses evidences the growth of berthierine on the basal face of kaolinites, resulting in Fe-serpentine-kaolinite demixed particles. Through the used of spectroscopic analyses (Mössbauer, XAS and STXM), we were able to determine Fe2+/Fe3+ and AlIV/AlVI ratio in elementary particles, which allows proposing structural formulae for the Fe-serpentines

Depuis la découverte de la piézoélectricité dans le quartz, les besoins en matériaux efficaces pour des applications technologiques piézoélectriques (PZ) et d’Optiques Non-Linéaires (ONL) ont considérablement augmenté. Les deux propriétés doivent présenter une stabilité thermique élevée dans une large gamme de température. Dans le cadre de ma thèse, les matériaux de type quartz BaXO2 (X=Zn ou Co) ont donc été étudiés car ils cristallisent dans le même groupe d’espace P3121 que le quartz-a l'un des matériaux les plus utilisés, principalement pour ses propriétés de PZ et d’ONL.Nous avons commencé ce travail par le composé BaZnO2 car il présenterait un coefficient de couplage électromécanique K11=35,7% supérieur à celui du quartz. Une étude combinée expériences/théorie a permis de i) caractériser la stabilité chimique et thermique jusqu’à 1273 K, et de ii) déterminer les propriétés diélectriques et vibrationnelles (IR-Raman) du matériau. Les propriétés ONL, calculées par DFT, seraient en outre supérieures à celles du quartz.Dans BaCoO2, le degré d’oxydation +II du Co en symétrie tétraédrique implique un ordre antiferromagnétique à température ambiante (TN =330 K). Associé à la structure type quartz, un couplage piézo-magnétique peut être envisagé. BaCoO2 a été caractérisé structuralement/vibrationnellement (résultats confrontés à la théorie) jusqu’à 1273 K et une capacité de stockage d’oxygène réversible exceptionnelle a pu être mise en évidence dans BaCoO2+x (0 ≤ x ≤ 1) par ATG, spectroscopie Raman et par diffraction de rayons X grâce à une séquence de transition topotactique. / Since the discovery of the piezoelectricity in quartz, the need of efficient materials for piezoelectric and non-linear optic technological applications has increased dramatically. Both properties have to exhibit a high thermal stability over a wide temperature range. In my thesis work, the BaXO2 quartz type structure materials (X = Zn or Co) have been studied since they crystallize in the same P3121/P3221 space group than quartz, which is still one of the most widely used minerals mainly due to its piezoelectric properties.We have started this work with the BaZnO2 compound since first-principles-based calculations predicted an electromechanical coupling, k_11=35.7%. Our combined experimental and theoretical study allowed i) to characterize the chemical and thermal stability of BaZnO2 up to 1273 K, and ii) to determine the dielectric and vibrational (IR-Raman) properties of the material. Additionally the non-linear optic responses are predicted to be one order of magnitude higher than those reported for quartz.In BaCoO2, the oxidation state of Co (+II) in a tetrahedral symmetry implies an antiferromagnetic order at room temperature ( T_N=330 K). Associated with the -quartz type structure, a piezo-magnetic coupling can be considered. BaCoO2 was structurally and vibrationally characterized up to 1273 K (as obtained results were confronted to theory) and an exceptional reversible oxygen storage capacity was pointed out in BaCoO_(2+δ )(0 < δ ≤ 1) based on thermogravimetric measurements, Raman spectroscopy and X-ray diffraction characterizations. The oxygen insertion/disinsertion mechanism is governed by a topotactic transition sequence.

The optically stimulated luminescence (OSL) characteristics of a suite of quartz and feldspar samples from a range of modern glaciofluvial sediments have been explored to determine the use of OSL as a depositional pathway tracer. Paraglacial and subglacial source material and various glaciofluvial deposits have been analysed from the glacial catchments of Bergsetbreen, Fåbergstølsbreen, and Nigardsbreen as well as the Fåbergstølsgrandane sandur, Jostedalen, Norway. The OSL distribution signatures have been characterised through exploration of sample skewness, kurtosis and overdispersion, and dose distributions of the different depositional settings and source materials are distinct for both quartz and feldspar. Residual ages are greatest for feldspar, indicating significant potential age overestimation where feldspar is used to date glaciofluvial deposits. Sample dose distributions and overdispersion characteristics are driven by source sediment properties, whereas residual ages are controlled by transport and depositional processes. Those transport and depositional processes which result in significant light exposure, also influence dose distributions, and processes that sort sediments least effectively have the highest residual doses. Sample OSL characteristics, transport distance and grain size distributions have been investigated using factor analysis, as a means of predicting sediment source, facies, depositional process and deposit type. Although the depositional processes of the quartz samples can be clearly differentiated based upon OSL characteristics, factor analyses of feldspar and grain size characteristics are inconclusive. The application of quartz OSL to the Norwegian samples was limited by its very poor luminescence sensitivity. Quartz is the preferred mineral for OSL, however, despite the plethora of successful quartz OSL applications, the precise origin of the UV/blue luminescence emission, measured during OSL, remains unclear. The origins of this emission and controls on its intensity were explored using a variety of spectroscopic techniques including photoluminescence, cathodoluminescence, radioluminescence (RL), ionoluminescence (IL) and x-ray excited optical luminescence (XEOL). Exciting sample luminescence at a range of energies enables exploration of the different donor centres responsible for the luminescence emission. Cathodoluminescence and RL emission spectra are similar, comprising broad emissions at 1.5, 2.0 and 2.7 eV (detection in the UV part of the spectrum was not possible for these experiments). Ionoluminescence emission spectra were dominated by the ~ 3.3 eV emission, which is a component of the signal conventionally monitored during OSL. This emission depleted as a function of dose, to the benefit of the red emission (1.8-2.0 eV) for all samples throughout IL, and similar observations were made for the 3.4 eV emission observed from the XEOL emission spectra. The XEOL spectra are dominated by an emission at ~ 3.8 eV, not widely reported for quartz, which has tentatively been attributed to peroxy linkages. Differences between the IL and XEOL emission spectra are interpreted as evidence for the presence of multiple excited states.

[Truncated abstract] The applications of biosensors are rapidly expanding with the increased emphasis placed on the use of technology in the evaluation of food safety and also in military use. The United States food industry carried out 144.3 million microbiological tests in 1999 (Alocilja and Radke, 2003). These numbers are expected to rise with the recently implemented regulatory measures for food safety in the United States. In fact, similar trends in food safety are occurring on a global scale. Furthermore, with the recognition and establishment of Microbial Forensics as a new field of forensics, the interest in biosensor development for the detection of microbes will thrive. Moreover, the recent spate of biocrimes, notably the anthrax scares, has called for newer and improved techniques for the sensitive, rapid and reproducible detection of microbes. Biosensors have the capability to fill this role as an efficient device for microbial detection. There is a wide range of biosensors available for different purposes. In addition, their versatility allows for their overlap in many fields. The quartz crystal microbalance (QCM) is a biosensor that is cost-efficient, sensitive, field-deployable with the ability to perform automated, real-time assays within minutes. The QCM is a mass sensitive device that works on the principle where a change in mass deposited on the crystal is inversely proportional to the change in the resonant frequency of the crystal. Therefore, frequency decreases with increasing mass deposited. The QCM has been used in several studies as a biosensor for the detection of a number of viral and bacterial species. ... High antibody incubation concentration required a shorter antibody incubation duration. Conversely, low antibody incubation concentration required a longer antibody incubation duration. Furthermore, regardless of antibody incubation concentration, a distinct pattern in the rate of antibody binding with time was observed. One hour antigen incubation at ambient room temperature (22.5oC) was sufficient for the efficient binding of the antigens to the immobilized antibody layer. Extension of antigen binding time to 15 hours produced inconsequential differences in readings. The binding efficiency of the quartz crystals after a storage period of 2 to 4 weeks at ambient room temperature (22.5oC) fared better than the crystals that were refrigerated at 4oC. Results showed that 0.2M glycine hydrochloride is a poor reagent for the removal of the antigen layer on the quartz crystals for repeated assay use. The 16-mercaptohexadecanoic acid (MHDA) layer and adsorbed proteins on the quartz crystals can be removed by a mixture of sulphuric acid and hydrogen peroxide, known as a piranha process. This allows the crystals to be repeatedly recoated and reused. Overall, this research provides new insights into the preparation process of the quartz crystals for the specific detection of E. coli O157:H7. Conclusive results have been obtained for several tested parameters and suggestions have been raised for further studies in the optimization of the QCM for the E. coli O157:H7 detection process. With improved knowledge and recognition in the capability of the QCM as a biosensor, the QCM may soon be used in conjunction with conventional techniques for the rapid detection of E. coli O157:H7.

Le besoin d'analyse de gaz à l'état de traces s'est accentué ces dernières années en raison des préoccupations du public et de l'industrie sur des questions telles que le contrôle des émissions de polluants atmosphériques, la surveillance de l'environnement au sens large, la santé et la sécurité au travail. Il est donc nécessaire de posséder des instruments de détection sélectifs, sensibles et capables d'effectuer une mesure directe en temps réel. La fiabilité des systèmes de mesure est également un critère important et, selon l'application envisagée, s'ajoute aussi le besoin de miniaturisation pour aller vers des microsystèmes permettant le développement de dispositifs portables pour des opérations sur site.Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit est situé dans ce contexte et porte sur l'étude et la mise au point d'un système sensible, efficace et assez simple à mettre en œuvre permettant de réaliser des mesures de traces de gaz sélectives, en temps réel et in-situ. Ce système est basé sur la spectroscopie d'absorption par quartz (QEPAS, Quartz Enhanced PhotoAcoustic Spectrocopy) qui consiste en la mesure d'une onde acoustique générée après la relaxation non-radiative des molécules excitées par l'absorption de la lumière modulée émise par des diodes lasers accordables, à l'aide d'un diapason à quartz (QTF). Le fonctionnement des sources lasers accordables et du QTF ainsi que différentes configurations du spectrophone (association du micro-résonateur et du QTF) utilisés dans cette technique QEPAS sont détaillés. Une modélisation de l'onde acoustique et de la réponse du capteur est également proposée. Deux dispositifs ont été réalisés. Le premier, nommé banc QEPAS prototype, est dédié à la mesure de l'éthylène avec une diode laser DFB émettant à 3,32 µm. Le second dispositif est une nouvelle version de capteur QEPAS, plus compacte que des dispositifs existant actuellement, dans laquelle il est possible de placer tout type de diode laser commerciale montée dans des supports de type T0xx. Ce banc compact est utilisé pour la mesure de méthane avec notamment une diode laser DFB émettant à 3,26 µm. / The need for trace gas analysis has increased in recent years due to an important concern of the public and industry on issues such as the control of emissions of air pollutants, environmental monitoring, health and security. It is therefore necessary to have the trace gas sensors able of high selectivity, sensitivity and a direct measurement in real time. The reliability of the measurement systems is also an important criterion, depending on the intended application, the need to move towards miniaturization of microsystems for the development of portable devices for on-site operations is also interesting.This thesis is in this context and focuses on the study and development of a sensitive, efficient and simple setup to make selective, in-situ and in real time measurements of trace gases. This system is based on quartz enhanced photoacoustic spectrocopy (QEPAS) which consists on the measurement of an acoustic wave generated by the non-radiative relaxation of the excited molecules after light absorption, with a quartz tuning fork (QTF). The operation of tunable laser sources, of QTF and different spectrophone configurations (combination of the micro-resonator and QTF) used in QEPAS technique are detailed. A model of the acoustic wave and the response of the sensor are also proposed. Two devices have been designed. The first one is a QEPAS prototype bench, dedicated to the measurement of ethylene with a DFB laser diode emitting at 3.32 µm. The second device is a new version of QEPAS sensor that is more compact than the currently existing devices and where it is possible to place any type of commercial laser diode. This compact bench is used for methane measurement with a DFB laser diode emitting at 3.26 µm.

Les multicouches de polyelectrolytes, systèmes auto-assemblés par adsorption successive de polycations et de polyanions, constituent un matériau d’intérêt pour la fonctionnalisation de surface. Ce type de revêtement possède toutefois quelques limitations majeures : leur construction est lente et fastidieuse ; leur tenue mécanique et chimique est faible. Récemment, une méthode basée sur l’auto-construction de films par l’utilisation d’un morphogène, i.e. un gradient de catalyseur généré depuis une surface, a été développé permettant ainsi une rapide construction de revêtements robustes. Cette technique reste toutefois limitée à des systèmes particuliers basés sur la chimie click ou sur des interactions hôtes-invités. Nos travaux ont permis de diversifier cette approche de construction tout-en-un par l’utilisation de morphogènes. Dans un premier temps, des brosses de polymères ont été construites en une étape depuis une surface par la réaction de polymérisation ATRP. Cette réaction a été catalysée par la formation d’ions Cu(I) (le morphogène) par électrochimie depuis la surface de travail. L’approche morphogénique a également été utilisée afin de construire des films de polyélectrolytes et de polyampholytes en une étape par la génération électrochimique d’un gradient de protons (le morphogène) depuis la surface de travail. Ces films ont été fonctionnalisés pour présenter une activité enzymatique. / Polyelectrolyte multilayers, i.e. self-assembled systems based on successive polycation and polyanion adsorptions, constitute interesting materials for surface functionalization. These coatings possess several limitations: they are weak towards chemical and mechanical constraint and their buildup is long and tedious. Recently, a new method based on the self-construction of films by the means of a morphogen (a catalyst gradient generated from a surface) has attracted attention since it allows the quick self-assembly of robust films. Nevertheless, this technique was quite limited to peculiar systems based on click chemistry or on host-guest interactions.This present work generalize the one-pot morphogenic approach to other systems. In the first place, polymer brushes were built up from a surface by ATRP polymerization. The Cu(I) catalyst (the morphogen) was electrochemically generated at the interface.The morphogenic approach was later used to buildup polyelectrolytes and polyampholyte films in a one-pot manner by electrochemically generating protons (the morphogens) at the interface. These films exhibited an enzymatic activity.