Les travaux reportés dans ce mémoire concernent la conception et la réalisation technologique de diodes laser à émission surfacique de type DBR (Distributed Bragg Reflector), dans la filière GaAlAs/GaAs. Dans une première partie, l'étude porte sur la modélisation et la conception de diodes laser à réflecteurs de Bragg distribués du second ordre. Il est présenté un modèle global qui regroupe, de façon consistante, les propriétés spectrales de la cavité DBR et celles de la structure à puits quantique, notamment en ce qui concerne le gain dans les régions pompées et l'absorption dans les régions non pompées. Ce modèle est mis en œuvre pour analyser, de façon systématique, l'influence des paramètres géométriques du composant sur ses performances en courant de seuil, rendement différentiel, diagramme de rayonnement et spectre d'émission. On en déduit le choix des paramètres permettant un fonctionnement optimal et on démontre que, compte tenu de la position aléatoire de la première dent des réseaux de Bragg par rapport à la zone de gain, il est impossible de prévoir, dans l'état de l'art actuel, la valeur du rendement différentiel ou la forme du diagramme de rayonnement. La seconde partie de l'étude concerne la définition d'un processus de fabrication, la réalisation technologique et la caractérisation de diodes laser DBR à émission surfacique. Il est présenté une étude détaillée de la mise en œuvre d'un banc d'insolation holographique destiné à la réalisation de réseaux diffractants sur semiconducteur. On établit ensuite un procédé complet d'élaboration de la diode DBR qui tient compte à la fois des critères de conception et des conditions particulières imposées par le principe de la structure. Les diodes laser réalisées présentent une émission surfacique selon des performances qui démontrent à la fois la validité de l'approche théorique et la qualité du procédé d'élaboration proposé

Les cellules précurseur d'oligodendrocytes (CPOs) représentent la majeure source d'oligodendrocytesmyélinisants durant le développement post-natal. Ces progéniteurs, identifiés par l'expression du protéoglycane NG2, sont non seulement extrêmement abondants avant la myélinisation, mais ils persistent aussi dans le cerveau mature. À l'instar d'autres cellules non-neuronales, elles expriment un large panel de canaux ioniques et de récepteurs pour des neurotransmetteurs. Cependant, ils sont uniques de part leur capacité à recevoir de véritables contacts synaptiques neuronaux glutamatergiqueset GABAergiques. Durant cette thèse, nous avons caractérisé les propriétés électrophysiologiques des CPOs durant le développement post-natal du cortex en champ de tonneaux de la souris (premier mois post-natal). En effectuant des enregistrements de patch-clamp, des analyses par RT-PCR sur cellule unique et des analyses pharmacologiques, nous avons observé que la courbe I-V à rectification sortante devient linéaire durant le développement, résultant d'une régulation positive de l'expression des canaux potassiques de type Kir4.1. Dotés de ces canaux, les CPOs adultes sont capables de détecter les augmentations locales de potassium extracellulaire générées par l'activité neuronale. Cette régulation positive développementale des canaux Kir4.1 dans les CPOs révèle que ces cellules ont un gain de fonction durant le développement, leur conférant la capacité de communiquer avec les neurones via un mécanisme non-synaptique lié au potassium. Ce changement développemental soutient aussi l'idée que les CPOs sont probablement plus que des progéniteurs. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude des patrons de connectivité du réseau GABAergique interneurones-CPOs dans le cortex en champ de tonneaux jeune (deuxième semaine post-natale). Dans un premier temps, nous avons tiré avantage de la haute précision latérale et axiale de la photolyse holographique en mono-photon pour stimuler les interneurones GABAergiques avec une résolution à l'échelle de la cellule, de manière à évoquer un potentiel d'action. Nous avons ensuite utilisé cette technique pour cartographier la connectivité entre interneurones et CPOs. Nous avons trouvé que la probabilité de connexion des CPOs est près de moitié moins que celle des cellules pyramidales, et implique plutôt une microcircuitrie locale. De plus, en effectuant des enregistrements pairés, nous avons observé que les CPOs sont contactés transitoirement par des interneurones à décharge rapide et à décharge régulière. Ces connections se caractérisents pour la présence d'un ou deux sites de libération uniquement. Étonnamment, les sites post-synaptiques contenant des récepteurs GABAA avec la sous-unité γ2 sont principalement connectés par les interneurones à décharge rapide, indiquant que ces cellules constituent une afférence spécifique auprès des CPOs. Ici nous décrivons pour la première fois l'émergence de réseaux corticaux spécifiques entre neurones et cellules non-neuronales.

Le stockage holographique de données est actuellement une voie très prometteuse pour accroître de manière conséquente les capacités et débits des mémoires optiques amovibles. L'architecture de mémoire holographique visée à long terme par ces travaux consiste en une couche de données structurée en une matrice de microfibres perpendiculaires au disque. Les hologrammes sont des réseaux de Bragg multiplexés en longueur d'onde dans chaque microfibre. Le matériau d'enregistrement envisagé est un photopolymère dopé par des centres moléculaires bistables, le photopolymère servant à la structuration en microfibres et les centres à l'enregistrement des réseaux. L'impact de la répartition discrète de ces centres et de la non linéarité de leur réponse optique sur le rapport signal sur bruit de lecture a tout d'abord été évalué par de premières modélisations. Par ailleurs, une procédure d'écriture-lecture en configuration de type Lippmann a été définie afin de simplifier l'architecture de la mémoire et accroître le signal de lecture grâce à une détection homodyne des hologrammes. La mise en œuvre pratique de cette procédure a alors par la suite été étudiée au travers de deux dispositifs expérimentaux d'écriture-lecture. Le premier montage a ainsi abouti à une démonstration de la procédure dans une configuration simplifiée, limitant les difficultés relatives au matériau et à la géométrie d'enregistrement, en bon accord avec notre modèle théorique. L'acquis obtenu avec cette première démonstration a ensuite été utilisé pour mettre en place un second dispositif, afin de valider notre procédure dans une configuration plus réaliste impliquant un photopolymère comme milieu de stockage.

Propriétés photorefringentes et photovoltaïques de linbo::(3) dope au fer. On décrit des expériences de traitement d'image en lumière partiellement cohérente dans lesquelles le cristal de linbo::(3) est utilise comme récepteur d'image. On peut obtenir ainsi la somme ou la différence de 2 distributions d'intensité. On développe une technique qui permet de réaliser soit une inversion de contraste soit une pseudo-coloration d'un objet noir et blanc. Sélectivité angulaire des réseaux de phase épais.

Les transducteurs ultrasonores capacitifs micro-usinés (cMUT : capacitive Micromachined Ultrasound Transducers) sont aujourd'hui une nouvelle alternative à la transduction d'ondes ultrasonores. En comparaison avec la technologie piézoélectrique, ils offrent de nombreuses potentialités en termes de fiabilité, de production, de miniaturisation et d'intégration, d'une électronique associée mais aussi en termes de performances acoustiques. Les voies d'application de ces dispositifs, dédiés initialement à l'imagerie médicale, sont aujourd'hui étendues à de nombreux domaines tels que la thérapie, les capteurs biochimiques ou encore l'émission paramétrique d'ondes sonores. Néanmoins, leur mise en œuvre n'en est encore qu'à ses balbutiements et la compréhension de leurs comportements à la fois statique et dynamique nécessite d'être approfondie. C'est dans ce cadre que s'inscrit le présent travail de thèse. Ce mémoire adresse deux aspects majeurs de ces micro-systèmes : leur caractérisation mécanique et l'impact de la non-linéarité des forces électrostatiques sur la réponse temporelle. La caractérisation des micro-systèmes, notamment en termes de contraintes initiales et de modules d'élasticité, est une problématique récurrente de ces dispositifs. Dans le contexte des technologies cMUT, fabriquées par procédé de micro-usinage de surface, nous avons souhaité reposer les bases de cette étape de mesure et proposer des méthodes de caractérisation basées sur l'utilisation de dispositifs fonctionnels plutôt que s'appuyer sur des structures dédiées (micro-poutre, ponts, structures rotatives). L'impact de la non-linéarité sur la dynamique dans le fluide d'une cellule, puis d'un réseau de cellules, est ensuite étudié en s'appuyant à la fois sur des mesures d'interférométrie laser et sur un modèle temporel intégrant les effets du fluide. Nous exposons ici une étude à plusieurs échelles, allant de la cellule unitaire du dispositif à la pression rayonnée par un élément de barrette. Une optimisation de l'excitation dans l'objectif de réduire l'effet de la non-linéarité tout en conservant des niveaux de pressions optimum est proposée. En fin, à travers l'étude dynamique effectuée, un nouveau régime de fonctionnement des cMUTs est identifié et vérifié. Celui-ci s'appuie sur l'exploitation du régime forcé dans l'air ou dans l'eau de ces dispositifs pour la génération d'ondes ultrasonores basse-fréquence.

Les matériaux photorefractifs sont ici mis en oeuvre pour l'analyse sans contact des très faibles vibrations engendrées en surface d'une pièce mécanique brute et donc rugueuse. Nous réalisons un couplage entre un faisceau de référence et un faisceau signal issu de la surface vibrante et construisons, grâce a l'effet photorefractif, un oscillateur local qui va interférer en teinte plate avec le faisceau signal transmis quelle que soit la structure spatiale de ce dernier. De plus, le matériau photorefractif va s'adapter aux phénomènes lents, correspondant a des vibrations parasites ou a des déréglages du système, tout en restant sensible aux vibrations de hautes fréquences (ultrasons). Le cdte:v est le matériau photorefractif que nous avons choisi. Il présente des performances adaptées a notre application sur une plage de longueur d'onde comprise entre un et un virgule cinquante-cinq micromètre. Nous présentons une étude des propriétés photorefractives de ce matériau et en particulier une méthode qui nous a permis de déterminer avec précision la densité effective de pièges des échantillons testés. Nous avons ensuite mis au point un senseur photorefractif qui présente des sensibilités comparables a celles des techniques classiques qui elles ne fonctionnent qu'avec des ondes planes. Pour cela, nous avons applique un champ électrique continu au cristal photorefractif afin de mettre en quadrature le signal transmis et l'oscillateur local. Un avantage de cette technique sous champ est la très faible influence du phénomène de compétition electron-trou, présent dans nos cristaux, permettant une réponse indépendante de la longueur d'onde utilisée. Enfin, nous travaillerons en régime d'atténuation car on évite ainsi un phénomène de résonance gênant tout en accédant a la même sensibilité qu'en régime d'amplification

On résout théoriquement et expérimentalement le problème de filtrage des ordres parasites que pose le contrôle des surfaces asphériques par holographie synthétique en ligne.

Les forces mécaniques, générées par la cellule jouent un rôle crucial dans l'adhésion cellulaire, qui est un processus commun à un grand nombre de lignées cellulaires. Afin de mesurer la champ des forces pendant l'adhérence cellulaire, nous utilisons la microscopie de force de traction, où la cellule adhère à la surface plane d'un substrat souple dans le plan. Les forces sont calculées à partir du champ de déplacement mesuré à l'intérieur du substrat sous la cellule. Nous avons construit le microscope, dans lequel nous utilisons des billes sphériques en polystyrène pour mesurer le champ de déplacement. Les positions des marqueurs sont obtenues en analysant I' image interférentielle des particules. Avec cette technique, nous atteignons une précision nanométrique sur le champ de déplacement des particules, ce qui nous permet d'améliorer la résolution en force de ce type de microscope. Les premières mesures ont été effectuées avec la lignée de cellules cancéreuses SW 480. / Mechanical forces, generated by the cell plays crucial role in cell adhesion - common process for different cell lines. ln order to measure the force map during cellular adhesion, we use Traction Force Microscopy (TFM), where cell adheres to the soft substrate in 20 plane, and the forces are calculated from measured displacement field inside the substrate underneath the cell. We built the microscope, where instead of using fluorescent markers, we use spherical polystyrene beads in order to measure the displacement field. Positions of the markers are obtained by analyzing the interference pattern caused by the beads in bright-field light. With this technique, we reach nanometer accuracy of the microsphere position determination, that, respectively, influence accuracy of the calculated force field. With the microscope first measurements were performed with cancer cell line SW 480.

Les cellules précurseur d'oligodendrocytes (CPOs) représentent la majeure source d'oligodendrocytesmyélinisants durant le développement post-natal. Ces progéniteurs, identifiés par l'expression du protéoglycane NG2, sont non seulement extrêmement abondants avant la myélinisation, mais ils persistent aussi dans le cerveau mature. À l'instar d'autres cellules non-neuronales, elles expriment un large panel de canaux ioniques et de récepteurs pour des neurotransmetteurs. Cependant, ils sont uniques de part leur capacité à recevoir de véritables contacts synaptiques neuronaux glutamatergiqueset GABAergiques. Durant cette thèse, nous avons caractérisé les propriétés électrophysiologiques des CPOs durant le développement post-natal du cortex en champ de tonneaux de la souris (premier mois post-natal). En effectuant des enregistrements de patch-clamp, des analyses par RT-PCR sur cellule unique et des analyses pharmacologiques, nous avons observé que la courbe I-V à rectification sortante devient linéaire durant le développement, résultant d'une régulation positive de l'expression des canaux potassiques de type Kir4.1. Dotés de ces canaux, les CPOs adultes sont capables de détecter les augmentations locales de potassium extracellulaire générées par l'activité neuronale. Cette régulation positive développementale des canaux Kir4.1 dans les CPOs révèle que ces cellules ont un gain de fonction durant le développement, leur conférant la capacité de communiquer avec les neurones via un mécanisme non-synaptique lié au potassium. Ce changement développemental soutient aussi l'idée que les CPOs sont probablement plus que des progéniteurs. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude des patrons de connectivité du réseau GABAergique interneurones-CPOs dans le cortex en champ de tonneaux jeune (deuxième semaine post-natale). Dans un premier temps, nous avons tiré avantage de la haute précision latérale et axiale de la photolyse holographique en mono-photon pour stimuler les interneurones GABAergiques avec une résolution à l'échelle de la cellule, de manière à évoquer un potentiel d'action. Nous avons ensuite utilisé cette technique pour cartographier la connectivité entre interneurones et CPOs. Nous avons trouvé que la probabilité de connexion des CPOs est près de moitié moins que celle des cellules pyramidales, et implique plutôt une microcircuitrie locale. De plus, en effectuant des enregistrements pairés, nous avons observé que les CPOs sont contactés transitoirement par des interneurones à décharge rapide et à décharge régulière. Ces connections se caractérisents pour la présence d'un ou deux sites de libération uniquement. Étonnamment, les sites post-synaptiques contenant des récepteurs GABAA avec la sous-unité γ2 sont principalement connectés par les interneurones à décharge rapide, indiquant que ces cellules constituent une afférence spécifique auprès des CPOs. Ici nous décrivons pour la première fois l'émergence de réseaux corticaux spécifiques entre neurones et cellules non-neuronales. / Oligodendrocyte precursor cells (OPCs) are the main source of myelinating oligodendrocytes during postnatal development. These progenitors, identified by the expression of the proteoglycan NG2, are extremely abundant before myelination, but also persist in the mature brain. Similarly to other non-neuronal cells they express a wide range of ionic and ligand-gated ion channels. However, they are unique by their ability to receive truly glutamatergic and GABAergic synaptic contacts from neurons. During this thesis, we characterized the electrophysiological properties of OPCs during the postnatal development of the mouse somatosensory cortex (post postnatal month). By performing patch-clamp recordings, single-cell RT-PCR analyses and pharmacological approaches, we found that outwardly rectifying I-V curves become linear during development, as the result of an upregulation of Kir4.1 potassium channels. Endowed with these channels, adult OPCs are able to sense local extracellular potassium increases generated by neuronal activity. This developmental upregulation of Kir4.1 channels in OPCs revealed that these cells gain physiological properties during development, conferring them the capacity to communicate with neurons, via a non-synaptic potassium-mediated mechanism. This developmental change also supports the view that OPCs are probably more than simple progenitors. In the second part of this thesis, we were interested in study the connectivity patterns underlying the GABAergic interneuron-OPC network in the young somatosensory cortex (second postnatal week). First, we took advantage of the high lateral and axial precision of one-photon holographic photolysis to stimulate GABAergic interneurons at a single cell resolution in order to evoke an action potential. We then used this technique to map the connectivity between interneurons and OPCs. We found that the connectivity probability of OPCs was around half less than that of pyramidal cells and involved more local microcircuits. In addition, by performing paired-recordings, OPCs showed to be transiently contacted by fast-spiking (FSI) and non-fast-spiking (NFSI) interneurons, through single or double release sites. Interestingly, postsynaptic sites containing GABAA receptors with the γ2 subunit were predominantly connected by FSI, indicating that these cells provide a specific input to OPCs. Here we described for the first time the emergence of specific cortical network between neurons and non-neuronal cells. In conclusion, this thesis contributed to get a better understanding of the different modes of communication between neurons and OPCs and the establishment of new signaling mechanisms used by neurons to control the activity of these precursors.

Le domaine du photovoltaïque en couches minces s’attache à réduire le coût de l’énergie photovoltaïque, en réduisant considérablement la quantité de matières premières utilisées. Dans le cas du silicium cristallin en couches minces, la réduction de l’épaisseur de la cellule s’accompagne d’une baisse drastique de l’absorption, notamment pour les plus fortes longueurs d’onde. Nombreuses sont les techniques aujourd’hui mises en œuvre pour lutter contre cette baisse de performance, dont l’utilisation des effets plasmoniques induits par des nanostructures métalliques qui permettent un piégeage de la lumière accru dans la couche absorbante. Dans ces travaux, nous étudions l’influence de nanostructures d’argent organisées suivant un réseau périodique sur l’absorption d’une couche de silicium. Ces travaux s’articulent autour de deux axes majeurs. L’influence de ces effets plasmoniques sur l’absorption est d’abord mise en évidence à travers différentes simulations numériques réalisées par la méthode FDTD. Nous étudions ainsi les cas de réseaux périodiques finis et infinis de nanostructures d’argent situés sur la face arrière d’une couche mince de silicium. En variant les paramètres du réseau, nous montrons que l’absorption au sein du silicium peut être améliorée dans le proche infrarouge, sur une large plage de longueurs d’onde. Le second volet de la thèse concerne la réalisation des structures modélisées. Pour cela, deux voies de fabrication ont été explorées et développées. Pour chacune d’entre elles, trois briques élémentaires ont été identifiées : (i) définition du futur motif du réseau grâce à un masque, (ii) réalisation de pores dans le silicium et (iii) remplissage des pores par de l’argent pour former le réseau métallique. La première voie de fabrication développée fait appel à un masque d’alumine, réalisé par l’anodisation électrochimique d’une couche d’aluminium, pour définir les dimensions du réseau métallique. Une gravure chimique assistée par un métal est ensuite utilisée pour former les pores, qui seront alors comblés grâce à des dépôts d’argent par voie humide. La seconde voie de fabrication utilise un masque réalisé par lithographie holographique, une gravure des pores par RIE et un remplissage des pores par dépôt d’argent electroless. Les substrats plasmoniques fabriqués sont caractérisés optiquement, au moyen d’une sphère intégrante, par des mesures de transmission, réflexion et absorption. Pour tous les substrats plasmoniques caractérisés, les mesures optiques montrent une baisse de la réflexion et de la transmission et une hausse de l’absorption pour les plus grandes longueurs d’onde. / Thin-film photovoltaics focus on lowering the cost reduction of photovoltaic energy through the significant reduction of raw materials used. In the case of thin-films crystalline silicon, the reduction of the thickness of the cell is linked to a drastic decrease of the absorption, particularly for the higher wavelengths. This decrease of the absorption can be fought through the use of several different light trapping methods, and the use of plasmonic effects induced by metallic nanostructures is one of them. In this work, we study the influence of a periodic array of silver nanostructures on the absorption of a silicon layer. This work is decomposed into two main axes. First, the influence of the plasmonic effects on the silicon absorption is highlighted through different numerical simulations performed by the FDTD method. Both finite and infinite arrays of silver nanostructures, located at the rear side of a thin silicon layer, are studied. By varying the parameters of the array, we show that the silicon absorption can be improved in the near infrared spectral region, over a wide range of wavelengths. The second part of the thesis is dedicated to the fabrication of such modeled structures. Two different approaches have been explored and developed inside the lab. For each of these two strategies, three major building blocks have been identified: (i) definition of the future array pattern through a mask, (ii) etching of the pattern in the silicon layer and (iii) filling of the pores with silver in order to form the metallic array of nanostructures. In the first fabrication method, an anodic alumina mask, produced by the electrochemical anodization of an aluminium layer, is used in order to define the dimensions of the metallic array. A metal assisted chemical etching is then performed to produce the pores inside the silicon, which will then be filled with silver through a wet chemical process. The second fabrication method developed involves the use of holographic lithography to produce the mask, the pores in silicon are formed by reactive ion etching and they are filled during an electroless silver deposition step. The fabricated plasmonic substrates are optically characterized using an integrating sphere, and transmission, reflection and absorption are measured. All the characterized plasmonic substrates shown a decrease of their reflection and transmission and an absorption enhancement at the largest wavelengths.