Le sujet de thèse concerne l’immunothérapie induite par des glycolipides synthétiques dont le chef de file est le KRN7000. Ce composé montre une activité à stimuler le système immunitaire renforçant l’action antitumorale. Cependant, comme la plupart des principes actifs, le KRN 7000 n’est pas spécifique des cellules tumorales. Pour pallier ce manque de spécificité, nous avons envisagé de coupler des glycolipides à un agent ciblant des cellules tumorales selon deux approches. La première a consisté à lier de manière covalente l’agent ciblant au glycolipide via un espaceur, ce qui a permis d’évaluer si le greffage de cet immunostimulant sur l’agent ciblant ne perturberait pas la reconnaissance par le récepteur membranaire. Concernant la seconde approche, une étude préliminaire reposant sur le relargage du KRN7000 a été abordé en préparant une prodrogue du glycolipide. Un autre problème du KRN7000 est qu’il n’est pas sélectif vis-à-vis de deux voies d’activation du système immunitaire. Pour pallier ce problème, la synthèse de nouveaux analogues C-glycosidiques d’alpha-galactosylcéramides plus stables et plus sélectifs de la voie Th1 a été envisagée. La stratégie de synthèse met en œuvre une cycloaddition 1,3-dipolaire entre un C-vinyl glycoside et une nitrone. Dans un premier temps, une étude méthodologique de cette réaction a d’abord été réalisée. Dans un deuxième temps, la fonctionnalisation du cycle isoxazolidine puis son ouverture devrait permettre d’accéder aux analogues ciblés. / This PhD work concerns glycolipid-induced activation of immune system with KRN7000 as lead compound. This latter has shown its ability to stimulate NKT cells which are T cells of the immune system resulting in potent antitumor activity. However, like lots of drugs, KRN7000 is not specific for tumor cells. To tackle this lack of specificity, we plan to graft glycolipids to a targeting agent for tumor cells following two approaches. The aim of the first one was to bind covalently the glycolipid to the targeting agent in order to determine the effect of the glycolipid grafting onto the targeting agent on the recognition by the membrane receptor. Regarding the second approach, a preliminary study based on the KRN7000 release was performed by synthesizing a glycolipid prodrug. Another drawback of the KRN7000 is the lack of selectivity towards two ways of activation of the immune system. In order to favor the Th1 immune response, the synthesis of new C-glycosidic analogues of alpha-galactosylceramides was implemented. The synthetic strategy has involved a 1,3-dipolar cycloaddition between a C-vinyl glycoside and a nitrone. First, a methodologic study about this reaction was performed. Then functionalization of the obtained isoxazolidine ring and the N-O bond cleavage should lead to the expected original analogs.

Les superisolants thermiques sont largement étudiés car il permettraient de réduire les émissions de $\mathrm{CO}_2$. Nous voulons modéliser les propriétés radiatives de matrices nanoporeuses de silice qui sont les composants majeurs de ces matériaux. Des échantillons ont été fabriqués puis caractérisés sur la plage de longueur d'onde [250~nm ; 20~mm]. Nous avons ensuite calculé leurs propriétés radiatives avec une méthode inverse. Les échantillons étant constitués de particules quasisphériques, nous avons modélisé leurs propriétés radiatives avec la théorie de Mie. La notion de diffuseur représentatif nous permet d'obtenir un accord satisfaisant sur l'ensemble de la plage de longueurs d'onde étudié, sauf aux petites longueurs d'onde (\(\lambda \leq 1\, \mu \mathrm{m}\)) car la théorie de Mie ne peut pas prendre en compte la structure des agrégats. Nous avons donc développé un code basé sur l'approximation dipolaire discrète qui améliore les résultats, les calculs se basant sur des agrégats générés avec différents algorithmes.

La conception des oscillateurs à quartz a été longtemps basée sur des méthodes empiriques ou des techniques de modélisation approximatives ou inappropriées. Bien que ces méthodes permettent de réaliser des oscillateurs stables, leur procédure de conception reste lourde et fastidieuse et le comportement du circuit oscillateur n'est pas toujours déterminé avec une précision optimale. Le logiciel ADOQ (Analyse Dipolaire des Oscillateurs à Quartz) a été développé pour remédier aux limitations de ces méthodes. Cet outil fondé sur l'analyse dipolaire consiste à modéliser un oscillateur à quartz en tenant compte des non linéarités de la partie amplificateur séparément de celles du résonateur. Grâce à cette séparation, on s'affranchit du temps de calcul prohibitif imposé par le coefficient de qualité très élevé du résonateur. Le comportement non linéaire de l'amplificateur est déterminé en boucle ouverte par une analyse temporelle réalisée à l'aide d'un simulateur électrique de type SPICE. Les résultats fournis par ce simulateur permettent de déterminer avec précision l'impédance non linaire équivalente de l'amplificateur, c'est-à-dire son impédance en fonction de la fréquence et de l'amplitude. L'analyse consiste ensuite à rechercher de manière itérative la solution en boucle fermée à partir d'une série d'analyses dipolaires en boucle ouverte et de définir avec précision les conditions de fonctionnement de l'oscillateur : fréquence, amplitude, puissance d'excitation du résonateur en régime permanent, régime transitoire et spectres de bruit d'amplitude et de phase. ADOQ permet également de déterminer la sensibilité des caractéristiques de l'oscillateur en fonction des variations de la valeur des composants ou d'autres paramètres tels que la tension d'alimentation ou la température. La méthode dipolaire nécessite de calculer l'impédance non linaire de l'amplificateur en fonction de l'amplitude de la source harmonique en régime permanent. Bien que la séparation du résonateur et de l'amplificateur permette un gain de temps appréciable, l'utilisation d'un simulateur temporel tel que SPICE nécessite tout de même d'attendre que le régime permanent soit atteint ce qui reste pénalisant pour la méthode. D'autres méthodes d'analyses utilisées dans certains simulateurs industriels permettent d'obtenir le régime permanent d'un circuit non linaire beaucoup plus rapidement : équilibrage harmonique (harmonic—balance) ou méthode balistique (shooting—method). D'autre part les modèles des composants utilisés par SPICE sont assujettis aux bibliothèques de composants fournies par le concepteur de l'outil ou le fabricant des composants. La plus grande partie du travail effectué dans cette thèse consiste à exploiter les fonctionnalités de l'outil de conception Cadence pour étendre les performances en termes de calculs (SpectreRF) et les possibilités en termes de modèles de composants (Dracula) pour optimiser le logiciel ADOQ. Des tests et des simulations ont été réalisés et les résultats ont permis de mettre en évidence les améliorations acquises ainsi que leurs limites.

Divisé en deux parties, cette thèse décrit la dynamique d'aimantation de nanoparticules magnétiques. Dans la première partie, nous avons décrit une étude expérimentale détaillée de la dynamique d'aimantation dans des nanoparticules de CoPt sous forme de cœur/coquille. Pour cela, nous avons effectué des mesures d'effet Kerr magnéto-optique résolues en temps utilisant une pompe de 150 fs à 400 nm et une sonde de 150 fs à 800 nm. Nous avons étudié les différents processus qui ont lieu sur des échelles de temps bref: comme la démagnétisation ultrarapide et la précession du vecteur d'aimantation. Les résultats obtenus indiquent une possibilité d'induire un ordre supra-cristallin des nanoparticules par un recuit doux effectué par le faisceau laser absorbé par les nanoparticules. Nous avons montré qu'il y a une influence importante du recuit thermique sur les propriétés magnétiques des nanoparticules. Par exemple, ce recuit induit une transition de phase magnétique de super paramagnétique à ferromagnétique au dessus de la température ambiante. Ce ferromagnétisme se manifeste comme une augmentation de l'anisotropie magnétique des nanoparticules et par une précession du vecteur d'aimantation. La deuxième partie est consacrée à la simulation numérique des processus de renversement d'aimantation dans des nanoparticules isolées et en interaction. Dans les nanoparticules isolées, les temps de relaxation suivent la loi d'Arrhenius donnée par le modèle de Néel-Brown. Pour prendre en compte l'interaction magnétique dipolaire, nous avons introduit un modèle simple et efficace basé sur l'approximation de champ moyen. D'une manière générale, nous avons montré que l'interaction dipolaire accélère le processus de renversement d'aimantation.

Dans le cadre de cette thèse, j’ai étudié le refroidissement et le piégeage d’un gaz d’atomes de dysprosium dans des potentiels lumineux. Cet atome lanthanide possède dans son état électronique fondamental un moment magnétique très élevé, permettant l’exploration du domaine des gaz dipolaires ultrafroids. Ce caractère dipolaire enrichit la gamme des phénomènes physiques réalisés expérimentalement, en tirant avantage de la nature anisotrope et à longue-portée de l’interaction entre dipôles magnétiques. De plus, grâce à sa structure électronique riche, le Dysprosium offre la possibilité de créer un fort couplage entre le spin atomique et des champs lumineux, tout en gardant un taux de chauffage faible par rapport au cas usuel des atomes alcalins. Ceci ouvre la voie vers l’implémentation de champs de jauge artificiels, qui suscitent un vif intérêt dans le domaine des atomes froids dans un contexte de simulation quantique. Ce travail de thèse consiste en l’étude des mécanismes d’interactions dans un gaz de Dysprosium ultrafroid, allant des collisions assistées par la lumière à la relaxation dipolaire en passant par le refroidissement par évaporation. J’expose également la réalisation expérimentale d’un champ magnétique effectif en utilisant un déplacement lumineux dépendant du spin, permettant de contrôler optiquement la force des interactions atomiques au moyen d’une résonance de Feshbach. / In this thesis, I present the study of the laser trapping and cooling of a Dysprosium atomic gas. This latter belong to the lanthanide family, it exhibits a large angular momentum in its electronic ground state, making it a suitable candidate for investigating dipolar quantum gases. These systems present a major interest as they can lead to the observation of novel quantum phenomena thanks to the anisotropic and long-range character of the interaction between magnetic dipoles. Moreover, Dysprosium has a rich electronic structure offering the possibility to implement strong light-spin coupling with a reduced heating with respect to alkali species, which paves the way toward the realization of synthetic gauge fields.In this work, I present the experimental investigation of different interaction mechanisms occurring in an ultracold gas of Dysprosium, ranging from light-assisted collisions to dipolar relaxation and evaporative cooling. I expose also the experimental realization of an effective magnetic field, using spin-dependent light-shift, allowing optical control over atomic interactions by means of Feshbach resonances.

Depuis la proposition en 2006 d’utiliser des nano aimants réalisés par des techniques top-down pour reproduire des « spins artificiels », l’étude des systèmes de spins artificiels a suscité un large intérêt. En effet la possibilité de pouvoir réaliser arbitrairement tous types de réseaux de spins artificiels et de pouvoir imager les configurations magnétiques de ceux-ci dans l’espace direct, offre un large terrain de jeu dans le domaine de la physique statistique. Jusqu’à présent seuls des réseaux de spins d’Ising, multi axes (réseaux kagomé ou carré avec une aimantation planaire) ou plus récemment uni axes (avec une anisotropie perpendiculaire), ont été étudiés. Cependant en physique statistique d’autres modèles de spins sont étudiés et notamment les modèles de Potts à q-états. Au cours de cette thèse nous avons étudié le cas d’un modèle de Potts à 4 états, ayant la particularité de posséder uniquement des interactions dipolaires entre les spins: le modèle de Potts dipolaire. Nous avons tout d’abord réalisé une étude théorique, montrant que sur un réseau carré, en fonction de l’angle entre les spins et ce réseau, le système possède des états fondamentaux très différents : un ordre antiferromagnétique, un ordre respectant les règles de la glace (2 in- 2 out) ou un ordre ferromagnétique. Dans une deuxième partie, nous avons exposé l’étude expérimentale du modèle de Potts dipolaire. Des réseaux formés d’aimants carrés ayant 300 nm de côté ont été réalisés par lithographie électronique, à partir d’une couche épitaxiée de Fer possédant une anisotropie quadratique. A température ambiante, ces plots possèdent une configuration magnétique monodomaine pouvant prendre 4 directions équivalentes, comme recherché pour le modèle de Potts dipolaire à 4 états. Un passage à 350°C (inférieure à la température de Curie) sous champ nul permet d’activer thermiquement la réorientation des spins afin qu’ils se rapprochent de l’état fondamental de l’assemblée de spins. Les configurations magnétiques observées après recuit, à l’aide d’un microscope à force magnétique, montrent l’importance du couplage dipolaire sur les états obtenus, ainsi que l’influence de l’angle entre les spins et l’axe du réseau. Les différentes configurations prédites théoriquement sont bien observées / Since the proposal in 2006 to use nanomagnets patterned by top-down techniques to mimic "artificial spins", the studies of artificial spin systems has attracted wide interest. As a matter of facts, the possibility to design "upon request" arbitrary network and the possibility to determine completely the "spin" configuration with magnetic imaging offer a wide playground for statistical physics. Up to now only Ising spin systems, multi axes with planar magnetization (on square or Kagome lattice) or more recently, single axis with perpendicular anisotropy, have been studied. However, beyond Ising spins, statistical physics and condensed matter physics have shown the interest of other spin models like q-state Potts models. In this thesis, we introduce the dipolar 4-state Potts model. It is shown that on a square lattice, depending on the angle between spins and lattice, the system present very different properties like antiferromagnetic order, spin ice state (2 in-2 out ice rule) and even dipolar ferromagnetism. This model has been realized experimentally. 300 nm square magnets are patterned from a 2 nm thick Fe layer with cubic anisotropy. At room temperature, the magnets present a uniform state with 4 equivalent directions. Upon heating at 350 °C the magnets switch from one direction to another. It is therefore possible to simply drive the system toward its ground state. The magnetic configurations determined by magnetic force microscopy reveals the importance of the dipolar coupling as the different expected ground states (antiferromagnetic, spin ice and ferromagnetic) are indeed observed. It is noticeable that these very different properties are obtained with the same "spins" (magnetic elements) and same lattice

Ce travail traite du développement d’une nouvelle approche vers les squelettes tricycliques de plusieurs familles d’alcaloïdes non racémiques, impliquant une réaction de cyclisation de type Vilsmeier-Haack puis de cycloaddition (3 + 2) d’ylure d’azométhine. Le premier chapitre traite du design de cette cascade réactionnelle stéréocontrôlée ainsi que de l’identification d’un nucléophile cyclique chiral. Le développement des conditions réactionnelles pour la formation du nucléophile choisi est ainsi discuté, et ce nucléophile est testé sur un substrat modèle pour la cyclisation désirée. Le deuxième chapitre traite de la mise en œuvre de ce nucléophile dans la synthèse d’un précurseur des réactions en cascade étudiées pour la synthèse du tricycle C,D,E des alcaloïdes de type Aspidosperma. La synthèse de plusieurs précurseurs y est détaillée, ainsi que les moyens employés pour résoudre les problèmes synthétiques rencontrés. Les choix de modifications apportés aux différents précurseurs en fonction des résultats des tests de la séquence de cyclisations clefs sur ces précurseurs sont aussi détaillés. Le chapitre final traite de la réorientation du projet vers une autre cible, des alcaloïdes de type calyciphylline B. Une revue de la littérature concernant cette relativement jeune famille de produits naturels y est présentée. Nos efforts synthétiques vers de nouveaux précurseurs de séquence de cyclisations pour obtenir le tricycle A,B,E de ce type d’alcaloïdes, l’optimisation et l’étude des produits de cette étape sont abordées. Le chapitre termine sur des suggestions pour l’adaptation des résultats obtenus vers la première synthèse de produits naturels de cette famille.

Les propriétés d'un matériau sont fortement liées à l'organisation de la matière qui le constitue. Notre approche consiste à développer une nouvelle méthode de synthèse de briques élémentaires de la matière constituées d'assemblage de colloïdes à haut débit en utilisant la technologie microfluidique et à en comprendre la physique associée. Après une exploration des différentes techniques disponibles permettant la création d'assemblage de gouttes, nous avons choisi de concentrer notre étude sur un mécanisme d'assemblage piloté par les interactions dipolaires entre gouttes. Nous démontrons la possibilité de former les assemblages de gouttes (ayant des interactions adhésives entre elles) grâce à l'utilisation conjointe d'une jonction en T et d'un dispositif d'émulsification à marche (step emulsification). Nous observons une grande variété de configurations stationnaires ou oscillantes. Nous explorons l'influence des paramètres physicochimiques et hydrodynamiques sur le mécanisme d'assemblage. Enfin, nous montrons la possibilité de jouer sur la taille des gouttes et leur composition chimique pour obtenir des assemblages complexes anisotropes par cette technique. Ces briques élémentaires ouvrent une nouvelle voie pour la synthèse de matériaux microtexturés à l'échelle colloïdale. / The material's behaviors are strongly related to the spatial arrangement of their fundamental building blocks. In this Ph.D. work, we aim at developing a novel approach for high-throughput colloidal clusters synthesis and understanding the related physics. After having explored various different techniques to elaborate the cluster entities, we have chosen to focus our study on a hydrodynamic-assisted assembly mechanism based on dipolar interaction. Through the use of dedicated two-layer microfluidic devices and by decoupling T-junction production and step emulsification, we demonstrate the direct assembling of droplets into clusters (of the adhesive emulsions). A rich variety of configurations, either stationary or oscillatory are observed. We have investigated the effect of the hydrodynamics as well as the physicochemical conditions on the clustering process. Moreover, more complex clusters such as anisotropic ones have been successfully generated by integrating some additional functionalities to our microfluidic chips. These features are potentially interesting to access new microstructured colloidal materials.

Les systèmes quantiques à N corps en interaction sont au cœur des problèmes actuels de la recherche en physique quantique. La compréhension de tels systèmes est un enjeu crucial pour le développement des connaissances en physique de la matière condensée. De nombreux efforts de recherche visent à la construction d'un « simulateur quantique » : une plateforme permettant de modéliser, grâce à un système quantique bien contrôlé, un système quantique dont l'accès expérimental est difficile. Les fortes interactions dipolaires entre atomes de Rydberg représentent un objet d'étude choix pour ce type de problème. Nous présentons dans le présent manuscrit une étude des conditions d'excitation d'un nuage dense d'atomes de Rydberg en interaction, permise par le dispositif expérimental dont nous disposons, qui mêle les techniques de piégeage et de refroidissement d’atomes sur puce avec les techniques de manipulation des niveaux de Rydberg. Les résultats de cette étude nous permettent de formuler une proposition expérimentale complète de développement d'un simulateur quantique fondé sur le piégeage d'atomes de Rydberg circulaires. Le simulateur que nous proposons est très prometteur, grâce à sa flexibilité et aux longs temps de simulation qu’il permettrait. Nous terminons ce manuscrit par la description détaillée de la première étape sur le chemin vers ce simulateur : l'excitation d’atomes de Rydberg circulaires sur puce. / Interacting many-body quantum systems are at the heart of contemporary research in quantum physics. The understanding of such systems is crucial to the development of condensed-matter physics. Many research efforts aim at building a "quantum simulator": a platform which allows to model a hard-to-access quantum system with a more controllable one. Ensembles of Rydberg atoms, thanks to their strong dipolar interactions, make for an excellent system to study many-body quantum physics. We present here a study of the excitation of a dense cloud of interacting Rydberg atoms. This study was conducted on an experimental setup mixing on-chip cold atoms techniques with Rydberg atoms manipulation techniques. The result of this study leads us to make a full-fledged proposal for the realisation of a quantum simulator, based on trapped circular Rydberg atoms. The proposed simulator is particularly promising due to its flexibility and to the long simulation times for which it would allow. We conclude this manuscript with a detailed description of the first experimental step towards building such a simulator: the on-chip excitation of circular Rydberg atoms.

Cette thèse se compose de deux parties. La première partie présente l'étude de la réalisation d'une lentille à atomes utilisant l'interaction dipolaire. Une étude théorique propose plusieurs séquences expérimentales possibles permettant la réalisation d'une lentille achromatique avec un grandissement contrôlable. Des tentatives de réalisation ont mis en évidence des pertes d'atomes induites par le laser utilisé. Le processus de photoassociation, fortement probable dans les conditions de l'expérience, est le responsable de ces pertes. La deuxième partie de cette thèse relate donc de l'enregistrement des spectres de photoassociation. L'analyse des spectres obtenus a été effectuée par la méthode des graphes de Lu-Fano, méthode souvent utilisée pour l'étude des séries de Rydberg. Appliqué aux trois séries vibrationnelles observées, la méthode a montré que la formule de LeRoy-Bernstein, établie pour décrire des niveaux vibrationnels situés dans la zone asymptotique du puits de potentiel moléculaire, doit être améliorée. Les deux améliorations proposées consistent à prendre en compte la région courte portée du puits de potentiel ainsi que le deuxième terme du développement multipolaire. Pour une troisième série, le graphe de Lu-Fano a mis en évidence un couplage dû à l'interaction spin-orbite et l'interaction spin-spin entre deux séries vibrationnelles. Le graphe a permis la caractérisation quantitative de ce couplage.