La RMN multidimensionnelle (RMN-nD) est la méthode de choix pour l'étude structurale et dynamique des protéines en solution avec une résolution atomique. Une limitation de la RMN-nD est la longue durée de l'acquisition: le temps d'acquisition du jeu de données nécessaire pour une étude structurale est souvent de l'ordre de plusieurs semaines. De plus des processus cinétiques, qui se passent à l'échelle de la seconde, ne sont pas accessibles aux études en temps réel par RMN-nD en utilisant les méthodes standards. Ce travail présente des développements méthodologiques qui visent à accélérer la RMN-nD en optimisant la relaxation longitudinale des protons amides. Les méthodes proposées permettent d'acquérir des spectres de corrélation 2D 1H-15N (3D 1H-15N-13C) en quelques secondes (quelques minutes). En plus, en combinaison avec des méthodes existantes (encodage spatial, encodage Hadamard), le temps d'acquisition pour des spectres 2D peut être réduit à une seconde. Des applications à l'étude de phenomène cinétiques des protéines sont montrées.<br />Cette thèse présente aussi une nouvelle expérience RMN qui permet d'évaluer rapidement la qualité d'un échantillon de protéine, et une nouvelle méthode pour mesurer des couplages dipolaires résiduels entre protons amides avec une meilleure sensibilité que les méthodes existantes.

Ce mémoire est consacré à l'étude théorique des systèmes SinMp(+) avec M=Li, Na, K. Les calculs ont principalement été effectués au niveau DFT/B3LYP. <br /> Nous avons déterminé les géométries, les énergies de liaison, les potentiels d'ionisation et les moments dipolaires. Pour la majorité des SinMp(+) étudiés, les Si conservent le même arrangement que dans Sin, les alcalins M étant adsorbé à la surface. <br /> L'électron de valence s de l'alcalin est transféré vers la LUMO de Sin de sorte que la structure électronique de SinMp correspond approximativement à celle de Sinp- + pM+. La charge transférée est partagée entre les Si premiers voisins de M. Ce transfert de charge crée un moment dipolaire. Nos résultats pour le potentiel d'ionisation sont en bon accord avec les valeurs expérimentales seulement disponibles pour SinNa.<br /> Nous avons également étudié la possibilité de stabiliser une cage Sin en introduisant un alcalin à l'intérieur.

Ce mémoire est subdivise en deux parties. La première partie concerne la synthèse de pyrazoles présentant un intérêt sur le plan agrochimique. En effet, le noyau pyrazole est présent dans de nombreux composes ayant des activités biologiques diverses et en particulier antifongique. Au cours de ce travail, nous avons développé diverses approches convergentes de pyrazoles diversement substitués au moyen de réactions de couplages croisés pallado-catalyses sélectifs et séquentiels à partir de pyrazoles possédant différents points d'encrages. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à la synthèse de diverses furopyridones en tant qu'analogues de produits naturels possédant une activité antifongique, et notamment le Cladobotryal. Dans ce but, diverses alcynylpyridones ont été synthétisées et mises en jeu dans divers processus de cyclisation pour atteindre de manière divergente une série de furo[3,2-c]pyridin-4-ones, furo[3,2-c]pyridin-6-ones et furo[2,3-b]pyridin-4-ones

Les atomes sont des candidats intéressants pour l'information quantique, car leur neutralitée électrique devrait leur assurer un long temps de cohérence. Afin de pouvoir les manipuler un par un, nous avons choisi de les placer dans un piège dipolaire microscopique. Une analyse détaillée du nombre d'atomes piégés montre que celui-ci peut être compris entre 1 et 30, avec un réegime préférentiel de travail dans lequel les collisions inélastiques le limitent à un. Il est également possible de placer deux pièges dipolaires côte à côte, et donc de disposer de deux atomes, à quelques microns de distance. Dans le but d'intriquer ces deux atomes, il est important de connaître l'amplitude du mouvement des atomes piégés. Celle-ci se caractérise avec le paramètre de Lamb-Dicke, paramètre qui dépend des fréquences d'oscillation du potentiel dipolaire, mais aussi de la température des atomes. Ces deux grandeurs ont été mesurées expérimentalement, et montrent que le confinement est actuellement insuffisant. Il est donc nécessaire de refroidir les atomes davantage. Un autre champ d'investigation de cette expérience concerne le régime où le nombre d'atomes piégés est de l'ordre d'une trentaine. Nous avons alors démontré la possibilité d'évaporer le nuage atomique, et donc de le refroidir. Il devrait alors être possible d'obtenir des condensats de Bose-Einstein à très petit nombre d'atomes, et en régime de Lamb-Dicke.

Le couplage de guides d'ondes nanoscopiques et d'atomes froids a récemment ouvert de nouvelles voies de recherche. Le guide d'onde dans notre cas est une nanofibre qui confine la lumière transversalement à une échelle inférieure à la longueur d'onde. La lumière guidée présente un fort champ évanescent permettant une interaction atome-photon exaltée au voisinage de la nanofibre. Dans notre expérience, un nuage atomique froid est d'abord superposé à une nanofibre optique. Puis, en utilisant un piège dipolaire via le champ évanescent de la nanofibre, les atomes froids sont piégés à proximité de sa surface. Avec cette plateforme, nous avons obtenu des épaisseurs optiques élevées OD ~ 100 et de longues durées de vie ~ 25 ms en utilisant un schéma de piégeage qui préserve les propriétés internes des atomes. Une direction intéressante est alors d'explorer les effets collectifs résultant de l'ordre spatial des atomes. Lorsque la période du réseau est proche de la longueur d'onde de résonance, une réflexion de Bragg aussi élevée que 75% est observée. Cette réflexion dépend de la polarisation de la sonde par rapport aux réseaux atomiques - une signature de la chiralité dans les systèmes à guide d'ondes nanoscopiques. La possibilité de contrôler le transport de photons dans les guides d'ondes couplés à des systèmes de spin permettrait de nouvelles fonctionnalités pour les réseaux quantiques et l'étude d'effets collectifs résultant d'interactions à longue distance. / The coupling of cold atoms to 1D nanoscale waveguides have opened new avenues of research. The waveguide in our case is a nanofiber, which confines light transversally to a subwavelength scale. The guided light exhibits a strong evanescent field allowing enhanced atom-photon interaction in the vicinity of nanofiber. In our experiment, a cold atomic cloud is first interfaced with an optical nanofiber. By using an optical lattice in the evanescent field, the atoms are then trapped in 1D atomic arrays close to the nanofiber. In this platform, we reach high optical depth OD ~ 100 and long lifetimes ~ 25 ms by using a dual-color compensated trapping scheme that preserves the internal properties of atoms. In this thesis, we explore collective effects emerging from the spatial ordering of atoms. When the period of the lattice is made close to commensurate with the resonant wavelength, Bragg reflection, as high as 75%, is observed. The reflection shows dependency on orientation of the probe polarization relative to the atomic arrays - a chiral signature in nanoscale waveguide-QED systems. The ability to control photon transport in 1D waveguides coupled to spin systems would enable novel quantum networking capabilities and the study of many-body effects arising from long-range interactions.

La grande quantité des solvants utilisés dans l'industrie chimique représente un des problèmes les plus importants à aborder, d'un point de vue environnemental ainsi qu'économique. Les solvants communément utilisés sont volatiles, toxiques, inflammables et/ou corrosifs, et leur substitution par des autres moins nocifs est un objectif primordiale dans un cadre de développement durable. Le glycérol se présente comme un candidat prometteur pour remplacer les solvants organiques conventionnels. Il est généré comme produit concomitant dans la production de biodiesel. En conséquence, la valorisation du glycérol est devenue un enjeu majeur. Ce composé possède des propriétés très intéressantes pour être utilisé comme solvant en catalyse, telles que son innocuité, haut point d'ébullition, pression de vapeur négligeable, capacité de solubilisation de composés organiques et inorganiques, faible miscibilité avec autres solvants organiques et également son faible coût. Cette Thèse à pour objectif développer des nouveaux systèmes catalytiques dans un milieu glycérol. En particulier, dans ce travail nous montrons comme le glycérol promue la stabilisation de nanoparticules de cuivre (I) capables de catalyser la réaction de Huisgen 1,3-dipolaire entre alcynes terminaux et azotures organiques (connu comme la réaction click), de façon très efficace à température ambiante. Dans ce solvant, cette réaction peut aussi être réalisée en absence de cuivre avec alcynes internes non activés, en travaillant sous activation microondes. L'utilisation du glycérol favorise la réaction par rapport à des autres solvants (incluant ceux qui sont protiques), probablement grâce à sa capacité pour former liaisons d'hydrogène, favorisant l'interaction avec l'irradiation microondes (et ainsi accélérant la réaction). Avec le propos d'étudier des transformations stéréosélectives, nous avons préparé des nouveaux ligands énantiopures dérivés du PTA (1,3,5-triaza-7-phosphaadamantane). Ces composés innovants ont été utilisés en réactions énantiosélectives comme l'addition asymétrique de B2pin2 à N-Boc-imines (Cu) ou encore la alpha-amination (Cu), ou encore comme organocatalyseur (réaction de Morita-Baylis- Hillman). / Solvents are used in huge amounts in the chemical industry and this is one of the biggest problems to be solved not only from an environmental point of view, but also for economic reasons. The solvents commonly used in the industry are volatile, toxic, inflammable and/or corrosive; then, their replacement by others less harmful represents a crucial objective. Glycerol appears as a promising candidate to substitute the conventional organic solvents. It is produced in huge amounts as a waste in biodiesel industry. Consequently, the valorisation of glycerol becomes an important concern. This compound possesses very interesting properties to be used as solvent such as its non-toxicity, the wide range of temperature for its liquid state, negligible vapour pressure, capacity for solubilising organic and inorganic compounds, low miscibility with other organic solvents and also its low price. This Thesis deals with the development of new catalytic systems in glycerol medium. In particular, in this work we show how glycerol can facilitate the stabilisation of copper(I) nanoparticles that are able to catalyse the 1,3-dipolar Huisgen cycloaddition between terminal alkynes and organic azides (known as click reaction). The reaction proceeds at room temperature and it is very efficient. Moreover, this reaction can be carried out in the absence of copper using non-activated internal alkynes, working under microwave irradiation. Glycerol favours the process in comparison with other solvents (including protic ones), probably due to its ability to form hydrogen bonds, which favours the interaction with the microwave irradiation (accelerating the process). With the aim of studying stereoselective transformations, we have conceived new enantiopure ligands derived from PTA (1,3,5-triaza-7-phosphaadamantane). These innovative phosphines have been applied in enantioselective processes, such as pinacolboryl addition to N-Boc-imines (Cu) or alpha-amination (Cu), among others, or as organocatalyst (Morita-Baylis-Hillman reaction).

Dans cette thèse, des calculs ab initio et analytiques ont été effectués pour déterminer les surfaces d'énergie potentielle, de moment dipolaire et de polarisabilité des complexes de van der Waals faiblement liés CH4-N2 et C2H4-C2H4, pour une large gamme de distances intermoléculaires et de configurations, dans l’approximation des molécules en interaction rigides. Pour les calculs ab initio, la méthode CCSD(T), CCSD(T)-F12, ainsi que les méthodes moins couteuses MP2, MP2-F12, SAPT et DFT-SAPT ont été employées (pour toutes les méthodes,la base aug-cc-pVTZ a été utilisée). La correction BSSE a été prise en compte dans les calculs. Les calculs analytiques ont été réalisés dans le cadre de l'approximation classique aux grandes distances. Un modèle prenant en compte les effets d'échange dans la région des petits recouvrements des nuages électroniques des molécules en interaction a été suggéré pour décrire le moment dipolaire du complexe de van der Waals CH4-N2 sous une forme analytique, pour les grandes distances intermoléculaires incluant la région des puits de potentiel. Dans ce modèle, le moment dipolaire total est considéré comme résultant de la somme des contributions d'échange, d'induction et de dispersion. / In the present thesis both ab initio and analytical calculations were carried out for thepotential energy, dipole moment and polarizability surfaces of the weakly bound van der Waals complexes CH4-N2 and C2H4-C2H4 for a broad range of intermolecular separations and configurations in the approximation of the rigid interacting molecules. For ab initio calculations the CCSD(T), CCSD(T)-F12 and less computationally expensive methods such as MP2, MP2-F12, SAPT, DFT-SAPT were employed (for all methods the aug-cc-pVTZ basis set was used). The BSSE correction was taken into account during the calculations. The analytical calculations were performed in the framework of the classical long-range approximation. A model accounting the exchange effects in the range of small overlap of the electron shells of interacting molecules has been suggested to describe the dipole moment of the CH4-N2 van der Waals complexes in analytical form for large intermolecular separations including the range of potential wells. In this model the total dipole moment is considered to be the sum of exchange, induction and dispersion contributions.

La simulation quantique offre un moyen très prometteur pour comprendre les systèmes quantiques corrélés macroscopiques. De nombreuses plateformes expérimentales sont en cours d'élaboration. Les atomes de Rydberg sont particulièrement intéressants grâce à leur forte interaction dipolaire de cours portée. Dans notre manip, nous préparons et manipulons des ensembles d'atomes de Rydberg excités à partir d'un nuage atomique ultra-froid piégé magnétiquement sur une puce à atome supraconductrice. La dynamique de l'excitation est contrôlée par le processus d'excitation du laser. Le spectre d'énergie d'interaction atomique des N corps est mesuré directment par spectroscopie micro-onde. Dans cette thèse, nous développons un modèle Monte Carlo rigoureux qui nous éclaire sur le processus d'excitation. En utilisant ce modèle, nous discutons de la possibilité de réaliser des simulations quantiques du transport d'énergie sur une chaîne 1D d'atomes de Rydberg de faible moment angulaire. De plus, nous proposons une plateforme innovante pour la réalisation de simulations quantiques. Elle repose sur une approche révolutionnaire basée sur un ensemble d'atomes de Rydberg dont le temps de vie est extrêmement long, qui interagissent fortement et qui sont piégés par laser. Nous présentons les résultats de simulations numériques et nous discutons du large éventail de problèmes qui peuvent être traités avec le modèle proposé. / Quantum simulation offers a highly promising way to understand large correlated quantum systems, and many experimental platforms are now being developed. Rydberg atoms are especially appealing thanks to their strong and short-range dipole-dipole interaction. In our setup, we prepare and manipulate ensembles of Rydberg atoms excited from an ultracold atomic cloud magnetically trapped above a superconducting chip. The dynamics of the Rydberg excitation can be controlled through the laser excitation process. The many-body atomic interaction energy spectrum is then directly measured through microwave spectroscopy. This thesis develops a rigorous Monte Carlo model that provides an insight into the excitation process. Using this model, we discuss a possibility to explore quantum simulations of energy transport in a 1D chain of low angular momentum Rydberg atoms. Furthermore, we propose an innovative platform for quantum simulations. It relies on a groundbreaking approach, based on laser-trapped ensemble of extremely long-lived, strongly interacting circular Rydberg atoms. We present intensive numerical results as well as discuss a wide range of problems that can be addressed with the proposed model.

Le travail de recherche réalisé dans le cadre de mon projet de doctorat a consisté à concevoir, construire et caractériser un nouveau dispositif expérimental fondé sur une source atomique refroidie par évaporation dans un piège dipolaire optique. Il vise à améliorer l’incertitude sur la mesure du rapport h/m entre la constante de Planck et la masse d’un atome de rubidium, en réduisant l’effet de la phase de Gouy et de courbure du front d’onde.Dans un premier temps, nous avons étudié différentes configurations optiques pour optimiser le taux de chargement du piège dipolaire : le faisceau de 50 W à 1070 nm est mis en forme pour constituer un double faisceau réservoir de 93 µm de waist, ainsi qu’un faisceau fin croisé de waist 20 µm. Après avoir optimisé et caractérisé le processus d’évaporation, nous avons obtenu un condensat de Bose-Einstein.Par ailleurs, nous avons mis en place, pour l’interférométrie Raman, un nouveau système laser utilisant des sources primaires à 1560 nm doublées en fréquence. Nous avons conçu un double asservissement : il permet d’une part d’asservir en phase les deux sources laser et, d’autre part, de corriger le bruit de phase accumulé dans les amplificateurs à fibres.Le nouveau dispositif expérimental est aujourd’hui prêt à réaliser l’interférométrie atomique sur le condensat de Bose-Einstein. / This research work fulfilled as part of my PhD project involved to design, build and characterise a new experimental setup based on an atom source by evaporative cooling in an optical dipole trap. It goes after the improvement of the uncertainty on the measurement of the ratio h/m between Planck’s constant and the rubidium atom mass, reducing the Gouy phase and wavefront curvature.In a first step we have studied several optical configurations to optimise the dipole trap loading: the 50 W beam at 1070 nm is shaped in a double 93 µm waist reservoir and one crossed 20 µm waist dimple. After having optimised and caracterised the evaporative process, we obtained one Bose-Einstein condensate.Furthermore, for Raman interferometry, we set up a new laser system at 1560 nm based on frequency doubling. We developed a double cervo loop: on the one hand, it allows to phase lock the two laser sources, and on the other hand to correct phase noise accumulated in fibered amplifiers.Today, our new experimental setup is ready to perform atom interferometry on a Bose-Einstein condensate.

Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse s'articule en deux volets. Le premier porte sur l'étude de l'effet des interactions entre atomes au sein d'un interféromètre atomique, dont la source est un condensat de Bose-Eintein. Nous présentons un modèle analytiquepermettant d'obtenir des expressions simples pour le déphasage induit par celles-ci. Ce modèle est comparé à des simulations numériques résolvant les équations de Gross-Pitaevskii couplées, et présente un excellent accord. Le second concerne la conception et la construction d'un nouveau dispositif expérimental visant à obtenir un condensat de Bose-Einteindans le but de réaliser des mesures de haute précision par interférométrie atomique. / The work performed during this thesis comprises two orientations. The first one is the study of the effect of interactions between atoms in an atom interferometer which source of atoms is a Bose-Einstein condensate. We present an analytical model allowing to obtain simple expressions for the phase shift induced by them. This model is compared to numerical simulations solving the coupled Gross-Pitaevskii equations and presents a good agreement. The second one is the design and construction of a new experimental set-up for the production of a Bose-Einstein condensate to perform high precision measurements with the use of atom interferometry.