Thèse de doctorat : Sciences des matériaux : Lille 1 : 2002. / N° d'ordre (Lille) : 3222. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 235-251.

Le potentiel de motilité des cellules de l’organisme est d’une importance capitale pour plusieurs processus assurant son homéostasie. Toutefois, une perte de contrôle dans cette habilité peut entraîner des conséquences dramatiques, comme cela est observé chez les cellules malignes de différents cancers. Les glioblastomes démontrent une capacité d’invasion phénoménale qui explique en grande partie le faible pronostic associé à ces cancers du système nerveux central. Deux éléments, sur lesquels reposent cette particularité, ont attiré notre attention, soit l’interaction entre le récepteur d’adhésion CD44 et l’acide hyaluronique ainsi que les phénomènes de contraction du corps cellulaire. L’acide hyaluronique est un très grand polysaccharide fortement présent dans le cerveau et dont les tumeurs ont la propension d’en enrichir leur environnement. Parallèlement, son principal récepteur membranaire, le CD44, est surexprimé dans nombres de cancers et contribuerait de manière importante à l’invasion des glioblastomes. L’implication mécanique du CD44 dans le déplacement cellulaire, bien que suggéré par plusieurs études, doit toutefois être encore confirmée. La matrice extra-cellulaire de l’encéphale présente très peu d’espaces à travers lesquels les cellules malignes peuvent s’immiscer. Ces cellules doivent donc se déformer afin de pouvoir s’introduire dans des interstices souvent inférieurs au diamètre du corps cellulaire. Il a été démontré, que pour ce faire, le corps cellulaire est compressé par l’action de l’acto-myosine d’une manière dépendante de RocK. Nous avons voulu évaluer si la stabilité mécanique du couple HA/CD44 était capable d’assurer la transmission de forces de traction et s’il était possible d’observer, avec une haute résolution, les mouvements de contraction du corps cellulaire. Pour ce faire, nous avons employé des techniques innovatrices dérivées des nanosciences afin de sonder ces événements sur des cellules de glioblastomes en culture. Les résultats obtenus révèlent que le CD44 présente effectivement plusieurs caractéristiques similaires aux intégrines telles qu’une affinité pour son ligand qui est dépendante de son association au cytosquelette d’actine, un renforcement potentiel de son ancrage au réseau d’actine ainsi qu’une distribution déterminée à la surface de la cellule. Les expériences visant à investiguer les processus de contraction des glioblastomes ont permis l’observation de mouvements oscillatoires de quelques nanomètres seulement sur leur surface dorsale. Ces fluctuations sont attribuables à l’action de l’actomyosine et nécessite la présence fonctionnelle de RocK. De plus, une analyse fréquentielle a démontré une périodicité similaire aux cycles de protrusion et de rétraction qui avaient été observés sur le lamellipode de fibroblastes. Cette thèse présente en détail ces observations et décrit leurs implications en physiologie cellulaire.

Dans les années 1970, Vautherin et Brink ont effectué les premiers calculs auto-consistents du problème à N-corps nucléaire en utilisant une interaction de Skyrme. Aujourd’hui la méthode de la fonctionnelle de densité (EDF) ou la méthode champ-moyen est toujours utilisée à grande échelle pour étudier la structure nucléaire. Le premier point fort de cette méthode est sa simplicité computationnelle qui permet de l'appliquer dans l'entièreté de la charte nucléaire, des noyaux les plus légers aux éléments super lourds à plus que 250 nucléons. Depuis le début des années 1980, les initiales `BFH', représentant Paul Bonche, Hubert Flocard et Paul-Henri Heenen, ont signé un grand nombre des papiers depuis 1984. Ces trois scientifiques sont les auteurs de trois codes numériques iconiques EV8, CR8 et EV4. Des versions évoluées de ces codes sont toujours utilisées fréquemment aujourd’hui par des nombreux chercheurs. Au fil des années, deux désavantages de ces trois codes sont apparus. Le premier désavantage est lié à la physique: bien que EV8, EV4 et CR8 offrent à l'utilisateur accès à une variété de combinaisons de symétries conservées et brisées, un grand nombre n'est pas accessible. De plus en plus souvent, les applications traitant des noyaux exotiques demandent des calculs champ-moyen qui sont moins limités par les symétries imposées. Le deuxième désavantage est d'une nature plus pratique: le maintien au même niveau d'une combinaison de trois codes qui ont des buts comparables est difficile. Le projet de mon doctorat était de construire un code qui unifie et généralise les fonctionnalités de EV8, CR8 et EV4. Aujourd'hui MOCCa, un acronyme de MOdular Cranking Code, est capable de reproduire toutes les fonctionnalités des codes BFH. De plus, il est maintenant possible d'effectuer des calculs champ-moyen pour un nombre des combinaisons de symétries conservées et brisées, offrant un domaine d'applications énorme. Quatre symétries ont été toujours imposées dans les codes BFH, et sont maintenant toutes soumises au choix de l'utilisateur, qui peut les conserver où les briser indépendamment. Ceci résulte en 16 modes d'opération différents du code, dont tous ont des intérêts physiques pour décrire des phénomènes nucléaires. La déformation octupolaire du 224Ra et les bandes chirales du 138Nd sont des exemples récents d'intérêt expérimental, dont la description théorique est maintenant abordable avec un seul outil. Cet outil fait preuve d'une grande complexité: sur le plan physique, des méthodes ont été développées pour résoudre les équations du champ-moyen en l'absence des symétries facilitant le problème, tandis que sur le plan pratique, le traitement d'un nombre de degrés de liberté non-physiques a eté amelioré. La dernière partie de la thèse, la plus importante probablement du point de vue des futurs collaborateurs, est pour cette raison constituée d'un manuel d'utilisateur. Deux applications de la méthode sont ainsi présentées: la description des transitions de forme dans les isotopes de Radium et une étude de l'évolution des rayons de charge dans la chaîne isotopique du mercure démontrent la viabilité de la méthode. / Option Physique du Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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La spectroscopie optique des atomes simples permet une mesure très précise des propriétés atomiques et des perturbations extérieures, comme par exemple des champs électriques ou magnétiques appliqués. Le spectre Zeeman correspond à une signature du champ magnétique. Dans cette thèse nous présentons l'étude de la réponse du rubidium aux champs magnétiques intenses, dans le but d'utiliser celle-ci comme une sonde de champ magnétique dans l'intervalle de 0.1 T à 60 T. Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet RUHMA (RUbidium Atoms in High MAgnetic fields). Notre étude ouvre la voie à la métrologie optique des champs intenses, en déterminant un champ magnétique grâce à la mesure d'une fréquence optique. Le principe de l'expérience consiste à comparer les spectres atomiques expérimentaux et les spectres théoriques calculés, afin d'obtenir la valeur de l'intensité du champ. Nous avons réalisé des premiers tests en champ magnétiques statiques, compris entre 0.06 T et 0.2 T. Dans ce régime, nous avons étudié en détails les effets dus à la structure particulière des niveaux d'énergie du système atomique: des configurations à trois ou quatre niveaux produisent des nouvelles résonances et influencent l'amplitude des signaux observés . Après cette phase préliminaire, le régime de champs intenses (entre 1 T et 60 T) a été exploré, en utilisant les bobines pulsées du Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses de Toulouse. L'une des tâches critiques de ce travail a été la miniaturisation du système expérimental, dans le but de satisfaire les contraintes imposées par une expérience en champ intense. Avec ce système nous avons pu étudier la métrologie des champs pulsés jusqu'à environ 58 T , ce qui est, à ce jour, le champ le plus intense auquel un gaz atomique n'a jamais été soumis. L'incertitude relative de notre méthode est de l'ordre de 10-4. / Optical spectroscopy of simple atoms allows a very precise measurement of the atomic properties and of the external perturbations, as applied magnetic or electric fields. The Zeeman spectrum represents a magnetic field fingerprint. In this work we present our investigations about rubidium response to high magnetic fields in order to use it as magnetic field probe in the range 0.1 T - 60 T. This work was carried out in the framework of the RUHMA (RUbidium Atoms in High MAgnetic fields) project. Our investigation opens the path to magnetic field optical metrology, converting a magnetic field measurement into an optical frequency determination. The principle of the experiment is to compare experimental atomic spectra with computed theoretical spectra, in order to extract the value of the magnetic field strength. We performed our preliminary tests in static magnetic fields, ranging from 0.06 T to 0.2 T. In this framework we investigated in details some complex spectroscopic structures due to the multi-level nature of the atomic system. After this preliminary phase, the 1T-60T range have been investigated using the pulsed magnets of the Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses in Toulouse. We carried out an effort of miniaturization of the experimental setup in order to satisfy the constraints imposed by high magnetic field experiments. We performed metrology of pulsed magnetic field up to 58 T, which is the highest field an atomic gas has never been exposed. The accuracy of our method attained the level of 10-4.

Le but de cette thèse était tout d'abord de comprendre les théories physiques qui décrivent la dynamique des polymères à l'échelle macroscopique. Le modèle de Rouse et la théorie d'enchevêtrement de De Gennes décrivent la dynamique des polymères non enchevêtrés et enchevêtrés, respectivement. Nous avons étudiés les différentes transitions entre ces deux régimes en utilisant deux techniques expérimentales: Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS) et rhéologie. Les effets d'enchevêtrement sur les spectres diélectriques ont été discutés. Un test complet du modèle de Rouse à été effectué sur en comparant les prédictions de ce modèle pour la dépendance en fréquence de la permittivité diélectrique et du module de cisaillement aux données expérimentales. Ensuite nous avons développés des méthodes bas"s sur la microscopie à force électrostatique afin d'étudier les propriétés diélectriques locales. En utilisant la simulation numérique de la Méthode des Charges Equivalentes la constante diélectrique a été quantifiée à partir de la mesure du gradient de force crée par un potentiel statique entre une pointe et un diélectrique. Cette méthode permet d'imager la constante diélectrique avec une résolution spatial de 40 nm. Le retard de phase de la composante en 2ω de la force ou du gradient de force crée par un voltage alternatif est relié aux pertes diélectriques. En mesurant cette quantité nous avons montré que la dynamique était plus rapide proche d'une interface libre et nous avons développé un mode d'imagerie des pertes diélectriques. Cette méthode simple pourrait être appliqué en biologie ou matière molle en générale afin d'étudier des variations locales de constantes diélectriques. / The aim of this thesis was first to understand the physical theories that describe the dynamics of linear polymers at the macroscopic scale. Rouse and the reptational tube theory describe the large scale dynamics of unentangled and entangled polymers respectively. Using Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS) and rheology we have studied the different transition between these two regimes. Effects of entanglement on dielectric spectra will be discussed (Rheologica Acta. 49(5):507-512). Avoiding the segmental relaxation contribution and introducing a distribution in the molecular weight we have been able to perform a comparison of the Rouse model with experiment dielectric and rheological data (Macromolecules 42(21): 8492-8499) Then we have developed EFM-based methods in order to study the local dynamics. Using the numerical simulation of the Equivalent Charge Method, the value of the static dielectric permittivity has been quantified from the measurement of the force gradient created by a VDC potential between a tip and a grounded dielectric (Journal of Applied Physics 106(2):024315). This method allows a quantitative mapping of dielectric properties with a 40 nm spatial resolution and is therefore suitable for the study of nano-defined domains (Physical Review E 81(1): 010801). The electrical phase lags in the 2ω components of the force or force gradient created by VAC voltage, ΔΦ2ω, are related with dielectric losses. Measuring the frequency dependence of ΔΦ2ω Crieder et al (Applied Physics Letters 91(1):013102) have shown that the dynamics at the near free surface of polymer films is faster than the one in bulk. We have used this method in order to visualize the activation of the segmental relaxation with temperature and frequency (Applied Physics Letters 96(21): 213110). All this measurements can be achieved using standard Atomic Force Microscope (and a lock-in) for VAC measurements.

Cette thèse présente les résultats issus de l’investigation de la réponse optique de la transition D2 du Rubidium 87 en fonction de la densité de l’ensemble atomique. Afin de sonder cette transition nous utilisons un faisceau laser proche de la résonance (780nm) sur un échantillon de Rubidium ultra-froid (100µK). Nous observons ainsi la transmission en fonction de la longueur d’onde pour des densités allant de 10^12 atomes/cm^3 à 10^14 atomes/cm^3. Lorsque la densité augmente, on s’attend à ce que les interactions dipôle-dipôle jouent un rôle de plus en plus important du fait de la proximité des éléments diffusants. Quantitativement, les dipôles induits par le faisceau sonde commencent à jouer un rôle important lorsque la densité n atteint n*(lambda/2Pi)^3 = 1, une densité que nous atteignons dans notre système.Deux études systématiques seront présentées. La première montre les résultats obtenus pour un système à 12 niveaux, la deuxième pour un système à 2 niveaux obtenu par polarisation de l’ensemble atomique. Les résultats issus de ces études sont ensuite comparés aux théories existantes. La première approche est microscopique et décrit les interactions des dipôles couplés, la deuxième approche, macroscopique, est donnée par l’équation de Clausius-Mosotti.Les propriétés de propagation d’impulsions à travers ce système sont étudiées et révèlent en particulier un avancement fractionnel de l’impulsion et un indice de groupe inégalés. / This thesis investigates the response of the D2 transition of Rubidium 87 for various densities.To probe this transition we illuminate an ultra cold (100µK) sample of Rubidium 87 with close toresonance of lambda = 780 nm laser light.We observe the transmitted light while scanning the frequency over the atomic resonance. Such a spectrum is taken for peak densities ranging from 10^12 atoms/cm^3 to 10^14 atoms/cm^3. As matter gets denser and denser dipoie-dipole interaction start playing a role due to the close proximity of neighbouring scatteres. These interactions are caused by the probe light induced dipoles and start being important when the density reaches n*(lambda/2Pi)^3 = 1, which for us is the case at the upper end of the explored density range.We start off measuring these transmission data for degenerate 12-level Rubidium 87 and afterwardsfor Rubidium 87, which we first spin polarize and then by lifting the degeneracy generate an artifical2-level system. These results are systematically compared to the two available theories.A microscopic one, which is described by coupled dipoles and a macroscopic one the so calledClausius-Mosotti equation. None of the ab initio theories can explain the results obtained during this thesis.The rigerous comparison of the various acquired datasets shows that the data in itself is consistentand relative changes going from a 12-level system to a 2-level system are understood.Additionally we also investigate the pulse propagation behaviour through such a systemrevealing stunning values for the fractional pulse advancement and the group index.

La gravitation expérimentale a connu des développements spectaculaires ces vingt dernières années en partie grâce aux développements de la physique atomique. A l'aide de techniques de refroidissement sophistiquées, il est possible d'exploiter le comportement ondulatoire de la matière. L'interférométrie atomique est devenue une méthode de fabrication d'horloges et de senseurs inertiels parmi les plus précis et la condensation de Bose-Einstein permet<br />l'observation de phénomènes quantiques macroscopiques. Dans cette thèse, nous explorons quelques applications possibles des ondes de matière pour les expériences de gravitation en champ faible. En première partie, nous développons des outils génériques pour la description théorique des expériences en relativité générale. Nous les appliquons dans la seconde partie: nous calculons la sensibilité des interféromètres à ondes de matière à l'effet Lense-Thirring, puis aux ondes gravitationnelles, et nous les comparons aux interféromètres laser. Enfin nous calculons la probabilité de changement d'état d'une cavité à onde de matière en interaction avec une onde gravitationnelle.

La réalisation d'une mémoire quantique pour la lumière met en jeu les aspects les plus fondamentaux de l'interaction matière-rayonnement. Pour capturer l'information quantique portée par la lumière, le matériau doit être capable de se maintenir dans un état de superposition quantique. Le temps de stockage est limité par la durée de vie de cet état, caractérisée par le temps de cohérence. Les premières expériences ont été réalisées dans des vapeurs atomiques froides, bien connues. Plus récemment, les ions de terres rares en matrice cristalline (REIC) ont attiré l'attention par leurs long temps de cohérence, associés à de larges bandes passantes d'interaction. Pour exploiter ces bonnes propriétés, des protocoles spécifiques ont été proposés. Nous nous sommes tournés vers un dérivé prometteur de l'écho de photon, le Peigne Atomique de Fréquences (AFC, proposé en 2008), fondé sur la transmission du champ incident à travers un profil d'absorption spectralement périodique. Les premiers chapitres de ce manuscrit présentent ce protocole et les travaux effectués durant cette thèse pour en améliorer l'efficacité (i.e. la probabilité de capter et de restituer l'information incidente), en augmenter la bande passante et la capacité de multiplexage et en mesurer le bruit. Les chapitres suivants présentent un nouveau protocole, proposé dans notre groupe durant cette thèse, et baptisé ROSE (Revival Of Silenced Echo). Ce protocole, très proche de l'écho de photon, a été démontré et caractérisé expérimentalement. Il semble très prometteur en termes d'efficacité, de bande passante et de bruit.

Dans ce manuscrit, nous rapportons les développements, théoriques et expérimentaux, en cours à TRT, visant la réalisation d'un accéléromètre à atomes froids. Cet interféromètre utilise un gaz ultra-froid non-dégénéré qui est piégé au voisinage d'une puce atomique pendant toute la séquence d’interrogation.Nous décrivons un protocole d'interrogation permettant de rendre le capteur sensible aux accélérations. Ce protocole est constitué d'une séquence de Ramsey avec une séparation spatiale des deux états de l'interféromètre. Le signal et le contraste de cet interféromètre sont modélisés et l'utilisation de raccourci à l'adiabaticité est considérée pour réaliser une séparation et une recombinaison rapide des deux états. Nous décrivons aussi une implémentation de cet interféromètre sur une puce atomique. Elle repose sur la création de deux potentiels habillés micro-onde, un pour chacun des deux états de l'interféromètre.Le dispositif de refroidissement des atomes, mis en place pendant cette thèse, est décrit. Des atomes de rubidium 87 sont refroidis jusqu'à la condensation de Bose-Einstein dans l'état $left|2,2right>$. Un protocole de type textit{stimulated Raman adiabatic passage} utilisant des champs micro-ondes, permet ensuite de transférer les atomes (condensés ou thermiques) vers l'état $left|2,1right>$. Cette source atomique a permis de réaliser des mesures du contraste des franges de Ramsey en fonction de la symétrie des potentiels piégeant les deux états de l'interféromètre. Le temps de décroissance du contraste mesuré permet de valider les développements théoriques sur le contraste de l'interféromètre. / In this manuscript we report the theoretical and experimental developments, in progress at TRT, aiming at the realisation of a cold atom accelerometer. This accelerometer uses an ultra-cold non-degenerated gas which is trapped in the vicinity of an atom chip during the whole interrogation sequence.We describe an interrogation protocol allowing the sensor to be sensitive to acceleration. This protocol uses a Ramsey sequence with a spatial separation of the two interferometer states. The signal and the contrast of this interferometer are derived and the use of shortcut to adiabadicity is considered to enable fast splitting and merging of the two states. We also describe a design of the accelerometer on an atom chip. This design use two dressed microwave potentials, one for each of the two interferometer states.We described the atom cooling experiment built during this thesis. Atoms of rubidium 87 have been cooled to Bose-Einstein condensation in state $left|2,2right>$. A stimulated Raman adiabatic passage protocol using microwave fields, allows to transfer an atomic cloud (condensed or thermal) to the state $left|2,1right>$. With this atomic source the contrast of the Ramsey fringes as a function of the symmetry between the interferometer traps have been measured. The measured contrast falling time is in good agreement with the theoretical prediction for the interferometer contrast.