Dans le cadre de la mesure du moment dipolaire electrique du neutron (nEDM) au Paul Scherrer Institut (Suisse), cette thèse traite du développement d'un nouveau système d'analyse de spin. L'objectif est ici de détecter simultanément les deux composantes de spin de neutrons ultra froids dans le but de diminuer l'erreur statistique sur l'EDM du neutron. Un tel systme a été connu à l'aide de simulations GEANT4-UCN puis testé en tant que partie intégrante de l'appareillage nEDM. En parallèle de ce travail, les données nEDM de 2013 ont été analysées. Finalement, des méthodes de détermination d'observables magnétiques de premier intérêt pour le contrôle des erreurs systématiques sur l'EDM du neutron ont été testées et de possibles améliorations sont proposées.

L'une des préoccupations de la chimie moderne est de développer des procédés éco-compatibles : une tendance consiste à remplacer les solvants organiques par les Liquides Ioniques (LI). Ainsi ces travaux décrivent l'utilisation des LI dans deux réactions à économie d'atomes : l'addition de Michael et la réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire catalysée (ou non) par un sel de cuivre (CuAAC). La première partie des travaux relate l'emploi de Liquides Ioniques Super-Acides (LISA), connus pour générer une activation électrophile. Une optimisation du LISA a été effectuée sur une réaction-modèle, puis l'application à d'autres électrophiles et nucléophiles a été étudiée. La pureté du LISA influe sur la chimiosélectivité : s’il est partiellement hydrolysé, la réaction d'annélation de Robinson devient prépondérante. La version asymétrique du processus a été abordée, montrant qu'il est possible d'obtenir un excès énantiomérique à partir de dérivés d'acides aminés. La seconde partie de l'étude a permis de mettre au point une synthèse de (triazolylméthyl)vinylphosphonates à partir d'un acétoxyméthylvinylphosphonate selon une procédure monotope reposant sur la cycloaddition 1,3-dipolaire dans différents LI. Nous avons ensuite montré que le LI joue aussi le rôle d'activateur pour cette réaction. / In the context of sustainable chemistry, an alternative to conventional organic solvents is the use of ionic liquids. These works reported here aims to describe the use of ionic liquids (IL) in two atoms economy reactions, namely the Michael addition reaction and 1,3-dipolar cycloaddition catalyzed (or not) by a copper salt (CuAAC). In the first part of the work reports the use of Super-Acid Ionic Liquids (SAIL), which initiate an electrophilic activation. After optimization of SAIL on a reaction model, application to other electrophiles and nucleophiles is discussed. The purity of SAIL affects the chemioselectivity: if the SAIL is partially hydrolyzed, a Robinson annulation predominates. The asymmetric version of the process is investigated, showing that it is possible to carry out an enantioselective reaction with amino acid derived SAIL. The second part of the study deals with setting up an original synthesis of (triazolylmethyl)vinylphosphonate from acetoxymethylvinylphosphonate using a one-pot procedure involving a 1,3-dipolar cycloaddition in different LI. We further showed that the ionic liquid can also act as an activator for this reaction.

L'imagerie de biomolécules, et plus particulièrement des glycanes, au sein d'organismes vivants, représente un incroyable challenge. Cependant, des progrès significatifs ont été réalisés ces dix dernières années grâce au développement de la stratégie du rapporteur chimique bioorthogonal. Cette technique implique, dans un premier temps, l'incorporation d'une fonctionnalité chimique non native (rapporteur) au sein de biomolécules complexes. Ce rapporteur peut ensuite réagir sélectivement avec une sonde moléculaire spécifique permettant ainsi la détection de la biomolécule ciblée. Afin d'imager ces biomolécules en temps réel, les sondes fluorogènes, des réactifs non fluorescents qui deviennent fluorescents après réaction avec le rapporteur chimique, ont été récemment développées. Ces dernières années, la cycloaddition 1,3-dipolaire sans métaux, entre les cylooctynes et les azotures, a été élégamment employée comme réaction bioorthogonale pour l'imagerie de biomolécules au sein d'organismes vivants. Cependant, l'azoture présente certaines limitations, notamment il peut être réduit par les thiols cellulaires. En conséquence, nous avons étudié l'utilisation de 1,3-dipôles plus stables, en tant que nouveaux rapporteurs chimiques bioorthogonaux pour l'imagerie de biomolécules par fluorescence. De plus, nous avons aussi développé de nouvelles sondes fluorogènes bioorthogonales ayant de bonnes propriétés de fluorescence, telles que de hautes valeurs de rendement quantique et des longueurs d'ondes d'émission déplacées dans le rouge, pour une potentielle application chez l'animal. / Imaging biomolecules, such as glycans, in living systems remains a formidable chemical challenge. However, significant progress has been made over the past ten years, with the ground-breaking development of the bioorthogonal chemical reporter strategy. In this context, complex biomolecules are fitted with a non-native chemical functionality (reporter) that can react selectively with a complementary bioorthogonal probe for detection. In order to image these biomolecules in real time, fluorogenic probes, non fluorescent reagents that produce highly fluorescent products, have recently been developed. This last decade, the metal-free 1,3-dipolar cycloaddition between cyclooctynes and azides have been elegantly employed for biomolecules imaging in living systems. However, azides suffer from limitations such as their reduction by endogenous cellular thiols. Consequently, we have investigated the use of more stable 1,3-dipoles as new chemical reporters for fluorescent biomolecule imaging. In addition, we also developed novel bioorthogonal fluorogenic probes with improved fluorescence properties such as high quantum yields and red-shifted fluorescence emission for potential applications in living animals.

Dans ce mémoire de thèse, nous présentons d'une part un nouveau dispositif expérimental permettant l'obtention de condensats de Bose-Einstein de rubidium dans un piège dipolaire croisé, et d'autre part des expériences de production et de manipulation de lasers à atomes guidés optiquement à partir de ces condensats. Le potentiel optique utilisé pour piéger les atomes est indépendant du sous-niveau de l'état fondamental dans lequel ils se trouvent. Nous mettons à profit cette particularité pour contrôler leur état interne par une méthode de distillation du spin en appliquant des gradients de champ magnétique pendant la phase d'évaporation. Nous exposons ensuite deux nouvelles méthodes pour produire des lasers à atomes guidés à partir de ces condensats, l'une optique, l'autre magnétique, basées sur le déversement progressif des atomes hors du piège croisé où ils sont préparés dans un guide optique. Nous caractérisons le degré d'occupation des modes transverses du guide pour les lasers à atomes produits, ainsi que la qualité du découplage en termes d'entropie créée, grâce à une analyse thermodynamique. Enfin, nous montrons des résultats préliminaires concernant l'interaction de ces lasers à atomes avec un défaut du potentiel de guidage, créé par l'ajout d'un potentiel dipolaire de forme et de position contrôlée. Une analyse de cette interaction est proposée sous la forme d'une théorie de la diffusion quantique en espace confiné.

Cette thèse traite de la magnétométrie dans le cadre de la mesure du moment électrique dipolaire du neutron avec le spectromètre RAL/Sussex/ILL. En particulier, le co-magnétomètre mercure, pré-existant, a été modélisé et optimisé en vue de son utilisation pour les prochaines mesures au Paul Scherrer Institut (Villigen, Suisse) en 2010-2012. Sur la base de données prises a l'Institut Laue-Langevin (Grenoble, France), la complémentarité entre la magnétométrie externe césium et la co-magnétométrie mercure a été étudiée. Un tel système de double magnétométrie est unique. Cette étude débouche sur une méthode permettant un meilleur contrôle des erreurs systématiques liées au co-magnétomètre mercure et sur une nouvelle contrainte sur des couplages exotiques du neutron libre violant l'invariance de Lorentz.

Dans le contexte de la recherche de molécules actives agissant spécifiquement sur des microorganismes pathogènes tels que les mycobactéries, la biosynthèse du galactofuranose (Galf) constitue une cible chimiothérapeutique intéressante. Notre approche consiste à concevoir et synthétiser des iminosucres originaux comme inhibiteurs potentiels et/ou sondes mécanistiques des enzymes mises en jeu : l'UDP-Galp mutase (UGM) et les Galf transférases (GlfT). Pour cela nous avons développé deux approches stéréodivergentes conduisant à des imino-C-galactosides originaux.<br>Nous avons mis au point une méthodologie performante basée sur l'addition de nucléophiles silylés, assistée par acide de Lewis, sur une N-glucosylamine protégée qui a permis la synthèse d'une petite librairie de dérivés alpha-1,4-didésoxy-1,4-imino-D-galactitols substitués en position C-1. L'utilisation de séquences synthétiques convergentes, notamment une métathèse croisée, nous a ensuite conduits à des analogues de l'UDP-Galf possédant un squelette iminosucre diversement lié à l'UridineMonoPhosphate.<br>D'autre part, la cycloaddition 1,3-dipolaire entre un phosphonate fonctionnalisé et une nitrone cyclique de configuration D-galacto a conduit régio- et stéréosélectivement à l'isoxazolidine, analogue de l'UDP-Galf et précurseur d'UMP-beta-1,4-iminogalactitol. Cette approche concise et efficace permet également l'obtention d'analogues disaccharidiques du Galf. En effet, nous avons constaté qu'une nitrone polyhydroxylée non protégée réagit facilement, dans l'eau, avec des oléfines de sucre pour conduire au cycloadduit correspondant, précurseur d'imino-disaccharide.<br>L'évaluation biologique de ces composés comme inhibiteurs de l'UGM et de GlfT2 a montré qu'un analogue de l'UDP-Galf présente une activité intéressante de GlfT2.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration industrielle avec la société Pantechnik. Elle a consisté au développement d'un nouveau banc de test dédié à la caractérisation de sources d'ions RCE fonctionnant à 2,45 GHz en vue de la production de faisceaux intenses pour des applications industrielles. Deux sources RCE avec des structures magnétiques différentes sont testées sur la ligne avec le même système d'injection HF. Une nouvelle source avec aimants permanents, présentant une extraction dipolaire (SPEED) a été conçue et testée. Une étude de l'extraction des faisceaux d'ions dans le champ magnétique dipolaire est proposée. Les premières expériences ont montré une densité de courant ionique total de ~10 mA/cm2 à 20 kV et une puissance HF de 900 W. Les tests en plasma d'hydrogène ont montré que l'espèce dominante est la molécule H2+. Des propositions sont faites pour modifier la structure magnétique de la source d'ions afin améliorer ces performances et produire principalement des ions H+. La source d'ions MONO1000 a été testée à forte puissance HF avec un système de couplage par guide d'onde. De très intenses densités de courant d'ions hydrogène ont été mesurées (~95 mA/cm2) avec une extraction de type diode et une efficacité de transport de l'ordre de 70%. Les premiers tests utilisant un système d'extraction amélioré à cinq électrodes sont présentés.

Dans ce mémoire, nous présentons les fondements, la construction et les premiers résultats d'une nouvelle expérience qui a débuté avec ce travail de thèse. Nous démontrons la production d'un condensat de Bose-Einstein de sodium confiné dans un piège optique fortement focalisé. Nous exposons des résultats originaux sur l'état fondamental et les excitations d'un condensat dans un piège gaussien avec un unique état lié, et nous montrons comment tirer parti des interactions entre états de spin pour la génération d'états quantiques fortement corrélés. L'optimisation de l'efficacité de la somme de fréquence en cavité doublement résonnante est ensuite étudiée et mise à profit pour la réalisation d'un laser solide pour le refroidissement du sodium. A partir de deux sources laser infrarouges commerciales, jusqu'à 800 mW de lumière à 589 nm sont produits, avec une efficacité de conversion quasi-totale. Ce laser est employé pour former un piège magnéto-optique, chargé grâce à la désorption atomique induite par la lumière. Après le chargement, la pression dans l'enceinte à vide redescend à sa valeur de base en moins de 100 ms. L'optimisation du transfert des atomes dans un piège dipolaire croisé est présentée. La conception et l'utilisation d'un objectif de microscope de grande ouverture numérique sont exposées, permettant la réalisation d'un piège dipolaire fortement focalisé, dans lequel le condensat se forme après une phase de refroidissement par évaporation. Celle-ci est caractérisée et comparée à un modèle numérique.

Cette thèse a eu pour objectif la synthèse de nanocristaux de semi-conducteur de forme allongée et leur assemblage contrôlé entre des électrodes. L'alignement de ces nanorods à grande échelle permet d'obtenir des matériaux ayant des propriétés optiques et électriques intrinsèquement anisotropes. Nous avons synthétisé des nanorods de CdSe dans une large gamme de rapports de forme (de 1,6 à 10), et des hétérostructures cœur sphérique de CdSe et coquille allongée de CdS. Nous avons utilisé les techniques de spectroscopie UV-vis et PL pour caractériser les propriétés optiques des nanorods ; leur morphologie et leur structure ont été étudiées par MET et diffraction des rayons X. La mise en œuvre d'un dispositif pour réaliser l'assemblage en parallèle de plusieurs électrodes a permis d'implémenter une technique rapide et reproductible. Bien que l'application d'un champ électrique seul permet de guider les nanorods entre les électrodes, le contrôle de l'assemblage et leur alignement est réalisé grâce à l'application simultanée d'un champ électrique et d'une excitation ultraviolette pendant l'évaporation d'une goutte de solution colloïdale. Différents paramètres expérimentaux ont été explorés pour identifier leurs influences sur les assemblages. Ces derniers ont ensuite été caractérisés par des techniques de microscopie (électronique à balayage et optique), révélant un degré d'alignement considérable des nanorods de CdSe selon les lignes de champ électrique quand il y a l'action synergique d'un champ électrique et d'une source UV.

Les méthodes RMN standard appliquées à l'analyse structurale des protéines sont basées sur la mesure d'informations géométriques locales entre protons. Le manque de contraintes à longue portée est un facteur limitant pour l'étude des protéines modulaires, des complexes protéiques et des assemblages supramoléculaires. La deutération des échantillons est nécessaire pour l'étude de ces systèmes de grande taille. Néanmoins, le remplacement des protons par du deutérium limite le nombre de contraintes structurales détectables, en particulier des contraintes de distances de types NOEs. Pour résoudre ce problème, une stratégie basée sur la protonation de quelques sites discrets a été mise en place. La protonation spécifique des méthyles dans des protéines constitue un choix optimal pour l'obtention de contraintes à longue portée. Les protocoles de marquage spécifique des méthyles des Isoleucines, des Valines et des Leucines ont été implémentés et optimisés, et une nouvelle méthode de protonation spécifique des Alanines a été développée. Dans des systèmes de taille modérée, l'utilisation de ce type de marquage combiné aux développements d'expériences RMN adaptées permet la détection de contraintes (NOEs et RDCs) entre paire de méthyles séparés par plus de 12 Å. Une méthode robuste a été développée pour extraire des distances avec une très haute précision. Cette approche s'applique également à des protéines de grande taille, ainsi des NOEs entre méthyles distants par plus de 7 Å sont détecté dans un assemblage supramoléculaire de 468 kDa.