La transmission hétérosexuelle de HIV de l’homme vers la femme est le principal mode de contamination dans le monde. Il implique la mise en contact du sperme infecté avec la muqueuse génitale féminine saine, puis le passage du virus libre ou associé aux cellules à travers la muqueuse. Les mécanismes impliqués dans la transmission de HIV de l’homme vers la femme ainsi que l’impact du plasma séminal sur la transmission sélective des virus à tropisme R5 sont encore mal connus. Au cours de mon séjour doctoral nous avons visualisé le passage du virus associé aux cellules ainsi que du virus libre à travers la muqueuse génitale endocervicale. Dans un premier temps l’étude s’est focalisée sur la transmigration de cellules immunitaires infectées par HIV à travers un modèle in vitro de muqueuse endocervicale reconstruite, ainsi que sur le rôle du plasma séminal dans la transmission de HIV et la sélection des virus à tropisme R5. Par la suite, un virus chimérique fluorescent, réplicatif et infectieux, permettant sa détection par microscopie confocale sur plusieurs cycles de réplication, a été développé. Après mise en contact de ce virus chimérique, à tropisme X4 ou R5, avec la muqueuse endocervicale, nous avons visualisé par microscopie confocale l’infection des cellules épithéliales endocervicales et la transmission de HIV à des cellules immunitaires disposées au pôle basal. L’utilisation d’un modèle mathématique nous a permis de standardiser et quantifier la détection de cellules infectées dans la muqueuse. Mes travaux de thèse décrivent dans un premier temps l’importance du passage de HIV associé aux cellules dans la transmission hétérosexuelle, ainsi que l’implication du plasma séminal dans la sélection des virus à tropisme R5. De plus, le modèle virologique développé permet de visualiser directement la transmission hétérosexuelle de HIV à travers la muqueuse génitale féminine. J’ai ainsi démontré qu’il est possible de visualiser directement, de localiser et de quantifier la présence du virus au sein de la muqueuse. Cet outil virologique permettra d’approfondir les connaissances et la compréhension des mécanismes impliqués dans la transmission hétérosexuelle de HIV et dans la sélection des virus à tropisme R5 / Heterosexual transmission of HIV from men to women is the main route of contamination by this agent worldwide. This mode of transmission involves the contact between infected semen and healthy female genital mucosa, and then the crossing of cell-free or cell-associated viruses through the mucosa. The mechanisms involved in HIV transmission from men to women as well as the role of seminal plasma in selective transmission of R5-tropic viruses stay partially unknown. During the course of my PhD we visualized the crossing of cell-associated and cell-free virus through the endocervical genital mucosa. Initially, the study focused on the transmigration of infected immune cells through an in vitro model of endocervical mucosa, as well as on the role of seminal plasma in HIV transmission and selection of R5-tropic strains. Afterwards, we developed a fluorescent, replicative competent, infectious chimeric virus allowing its detection by confocal microscopy after several replication cycles. After contact of the endocervical mucosa with X4- or R5-tropic chimeric viruses, we visualized by confocal microscopy the infection of endocervical epithelial cells and the transmission of HIV to immune cells placed in the basal compartment. The use of a mathematical model allowed standardizing and quantifying the detection of infected cells in the mucosa. My PhD work describes as a first step the importance of the crossing of cell-associated HIV particles in the heterosexual transmission, as well as the involvement of seminal plasma in the selection of R5-tropic strains. Moreover, the virological model developed herein allows the direct visualization of HIV transmission through the female genital mucosa. I have thus demonstrated that it is possible to localize and quantify viral particles within the mucosa. This virological tool help to better understand the mechanisms involved in HIV heterosexual transmission and the selection of R5-tropic strains

La Dystrophie Musculaire de Duchenne (DMD) est la plus fréquente et la plus sévère des maladies dégénératives du muscle. Elle se caractérise par une dégénérescence progressive des fibres musculaires due à l’absence de dystrophine fonctionnelle dans les muscles. Actuellement, le rôle physiologique de la dystrophine n’est pas clairement établi et il n’existe pas encore de traitement curatif pour cette maladie. La difficulté de mettre en évidence la fonction de la dystrophine et la physiopathologie de la DMD est en partie expliquée par la complexité moléculaire et cellulaire du muscle des modèles vertébrés utilisés dans les études actuelles. Notre équipe de recherche a développé un modèle de DMD chez le nématode Caenorhabditis elegans. Dans ce modèle, la mutation du gène de la dystrophine, provoque une dégénérescence progressive des muscles conduisant à une paralysie des animaux adultes. Nous utilisons ce modèle afin d’étudier la fonction de la dystrophine et les mécanismes impliqués dans la dégénérescence musculaire chez le nématode. Ce travail de thèse porte sur deux nouveaux acteurs de la dégénérescence musculaire dépendante de la dystrophine : la protéine DYC‐1 et son principal partenaire ZYX‐1. Ce travail présente la caractérisation de ces deux protéines et étudie leurs fonctions dans le muscle. Par ailleurs, ce travail de thèse présente les premiers résultats d’un projet de microscopie électronique ayant pour but de caractériser en détail les évènements subcellulaires du processus dégénératif au cours du cycle de vie du nématode dystrophique. À plus long terme, les études chez le nématode permettront de proposer de nouvelles hypothèses quant aux mécanismes moléculaires et cellulaires de la dégénérescence musculaire / Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is the most prevalent and one of the most severe muscular dystrophy. DMD is due to the absence of functional dystrophin in cardiac and skeletal muscle cells, this lack leads to a progressive muscle degeneration of contractile fibres. Currently, the physiological role of dystrophin is not yet clearly established and curative treatments for DMD are not yet available. The lack of knowledge about dystrophin function and DMD physiopathology can be partly attributed to the complexity of vertebrate muscle, and the absence of a simple model that emulates the human pathology. Our research team developed a model of muscle degeneration in the nematode Caenorhabditis elegans. In this model, the mutation of the dystrophin gene produces a progressive muscle degeneration leading to the paralysis of the adult worms. We use this model for investigating the role of dystrophin and the mechanisms of muscle degeneration in C. elegans. This PhD work concerns two new actors of dystrophin‐dependant muscle degeneration: The DYC‐1 protein and its main interactor ZYX‐1. This study aims to characterise these proteins and to study their muscle functions. Moreover, this PhD work presents preliminary results of an in depth characterisation of subcellular processes of muscle degeneration in dystrophic worms by electron microscopy. Our aim is to visualise first events and to observe the progression of degeneration until the death of muscle cell. These molecular and cellular approaches aims to get new insights in the mechanisms underlying muscle degeneration in order to propose new hypotheses for the understanding of DMD

Étude des mécanismes de la plasticité dans les verres métalliques massifs. Ce travail a porté sur une approche des mécanismes de la plasticité à la transition vitreuse dans les verres métalliques massifs base zirconium. Une étude bibliographique des verres métalliques, ses caractéristiques essentielles a été tout d'abord introduite, particulièrement orientée vers leurs propriétés de stabilité structurale, ainsi que vers leurs propriétés mécaniques à haute température. Le modèle de volume libre (selon l'approche de Spaepen) a été utilisé dans une modélisation par éléments finis de la plasticité du verre. Le verre métallique de composition Zr_{52,5}Cu_{22}Al_{10}Ni_{13}Ti_{2,5}, étudié dans cette thèse, est élaboré par différentes méthodes d'hypertrempe sous forme de barreaux et de rubans. Les caractérisations physico-chimiques ont été menées par DSC, DRX et MEB. Les résultats de DSC ont montré que les verres élaborés possèdent un large intervalle de transition vitreuse et une bonne stabilité thermique. L'étude couplant DSC et DRX à haute température a permis d'établir la nature des phases et leur ordre d'apparition en cours de cristallisation. La transition vitreuse et la cristallisation ont été étudiées en détail par DSC modulée (MDSC) par la suite. La cinétique de cristallisation du verre a été généralement analysée par DSC isotherme.La caractérisation de la relaxation du verre métallique à partir de traitements thermiques successifs, par DSC et DRX à température proche de la température de transition vitreuse T_g pendant des temps différents, est rapportée dans le quatrième chapitre. Ce phénomène de relaxation peut être observé directement par les études structurales en utilisant la DSC et la diffraction des rayons X. Ensuite, l'évolution de la relaxation du verre est étudiée par mesure de dureté et de densité. La variation de la dureté H_v par rapport à la profondeur de pénétrateur h, après les traitements thermiques, a été menée par micro-dureté. La mesure de volumique du verre Zr_{52,5}Cu_{22}Al_{10}Ni_{13}Ti_{2,5} a été menée après les différents temps de relaxation thermique, nous donnent une densité d'environ de 6,769g/cm^3. Les traitements thermiques isothermes sur ce verre ont montré une augmentation de sa densité au cours du temps. Afin d'observer l'apparition puis l'évolution des mécanismes de déformation dans le verre métallique à l'échelle locale, une nouvelle technique - lithographie électronique - avec un dispositif d'essai mécanique in situ, permettant de déposer des microgrilles à la surface d'une éprouvette et de réaliser un essai de compression dans un MEB, est présentée dans le cinquième chapitre. Puis, les résultats sont analysés par corrélation d'images. La démarche expérimentale des essais MEB in situ est détaillée dans ce chapitre.Des essais à vitesse de déformation constante sont présentées dans le chapitre suivant. Ils ont été conduits dans l'intervalle de transition vitreuse (entre 673K et 713K). Enfin, les études de champs de déformation par corrélation d'image ont montré une limite de détection de la localisation supérieure à 2 micromètre sur les cartes de déformation. S'il y a des bandes de cisaillement, soit leurs déformation en inférieure à celles due à l'oxydation, soit elles sont plus fines que 2 micromètre (échelle de mesure). Le dernier chapitre présente une modélisation pour décrire le comportement élastique et plastique des verres métalliques. Dans le cadre de cette thèse, une approche de la modélisation des essais mécanique en se basant sur le modèle du volume libre a été conduite à l'aide du logiciel ZéBulon. Des travaux préliminaires pour étudier la localisation dans le cadre du volume libre ont été conduits et vont nécessiter une étude plus poussée.Mots clef : verre métallique, transition vitreuse, relaxation structurale, volume libre, caractérisation, micro-dureté, lithographie, compression, MEB in situ, modélisation / Study of the mechanisms of the plasticity in the massive metallic glasses. This work concerned an approach of the mechanisms of the plasticity in the glassy transition in the massive metallic glasses base zirconium. A bibliographical study of the metallic glasses, its essential characteristics was introduced first of all, particularly directed to their properties of structural stability, as well as to their high-temperature mechanical properties. The model of free volume (according to the approach of Spaepen) was used in a modelling by elements finished by the plasticity of the glass. The metallic glass of composition Zr _ (52,5) Cu _ (22) Al _ {10} Nor _ (13) Ti _ {2,5}, studied in this thesis(theory), is developed by various methods of hypertempering in the form of bars and of ribbons.

Les travaux de thèse concernent le design optique et le développement d’un microscope confocal miniature MEMS intégré verticalement. Différentes architectures optiques ont été proposées afin de combiner un design optique optimal aux nombreuses contraintes technologiques liées à la fabrication collective des différents blocs élémentaires du microscope sur puce. Ceux-ci, réalisés avec des technologies hybrides, sont encapsulés par assemblage vertical de wafers utilisant les technologies de soudure ≪multi-wafer≫, et permettent la construction d’un microsystème complet d’instrumentation. Un accent particulier a été émis sur la minimisation des aberrations optiques générées par les différents composants micro optiques pour permettre une résolution de mesure élevée. Pour satisfaire ces besoins, différentes briques élémentaires ont été développées : un cube semi-transparent micro-fabriqué, différentes microlentilles réfractives basées sur le micro moulage silicium et un micro-objectif réflecteur. Un montage expérimental de caractérisation dédié à l’ évaluation de la qualité de ces micro composants a également été proposé. De plus, les différents procédés de micro-usinage silicium (gravure humide anisotrope et isotrope, gravure sèche isotrope du silicium) pour la génération de micro-miroirs et de microlentilles ont été comparés. Enfin, les procédures d’assemblage vertical, incluant toutes les technologies d’interconnexion électrique ont été développées. Le travail de thèse a été réalisée dans le cadre du projet DWST-DIS ( The Development of Multi Wafer Stacking 3D Technology for Displays and Imaging MicroSystems), programme financé par le programme Inter Carnot Fraunhofer (PICF) - un projet ANR entre FEMTO-STet l’institut Fraunhofer ENAS. / The thesis manuscript concerns optical design and development of a vertically integrated MEMSbasedconfocal microscope. Different optical architectures have been proposed that aim to combineoptimal optical design and the numerous technological constraints linked to the batch fabricationof the different building blocks. The latter, made by hybrid technologies, and packaged byvertical assembly using multi- wafer bonding, allow the construction of a complete microsystem forinstrumentation. Special emphasis is placed on the minimization of optical aberrations generatedby the different microoptical components to ensure good resolution of measurement. For thesepurposes, different building blocks have been developed, namely a batch-fabricated cube-typedbeamsplitter, different silicon moulded refractive microlenses and a miniature reflective objective.Dedicated characterization system for quality assessment of the fabricated micro-components wasalso developed. Moreover, different processes of silicon-based micromachining for generation ofmicromirrors and microlenses (wet anisotropic and isotropic etch, dry isotropic etch of silicon) havebeen compared. Finally, procedures of vertical assembly including all electrical interconnectiontechnologies have been developed. The thesis work was performed in the frame of the DWST-DIS(The Development of Multi Wafer Stacking 3D Technology for Displays and Imaging MicroSystems)project funded by the Programme Inter Carnot Fraunhofer (PICF) – an ANR project between FEMTO-STand ENAS - Fraunhofer Institute.

Ces travaux de thèse proposent une amélioration du Scanning Microdeformation Microscope (SMM),un microscope à sonde locale, pour la caractérisation mécanique élastique des matériaux à l’échellelocale. Il est montré qu’en utilisant n > 2 modes de résonance du SMM, il est possible de découplerles mesures du module de Young et du coefficient de Poisson d’un matériau isotrope.Une étude des modes du résonateur a permis d’enrichir son modèle afin qu’il puisse modélisern > 2 modes. Des procédures ont été développées pour identifier les paramètres de ce modèle etles constantes élastiques des matériaux à partir de n > 2 fréquences de résonance. Enfin, ces procéduresont été appliquées à des exemples de caractérisation à l’échelle locale afin de valider laméthode et d’en exhiber les possibilités et les limites.Pour gagner en robustesse et se diriger vers la caractérisation des matériaux anisotropes, un systèmed’imagerie interférométrique en lumière polarisée, permettant la mesure du champ de rotationde surfaces réfléchissantes dans une direction particulière, a été développé pour être intégré auSMM. Son prisme biréfringent à gradient uniaxial d’indice lui confère sa sensibilité à la rotation. Cesystème est capable de mesurer un champ de rotation localisé comme c’est le cas au voisinage dela pointe du SMM. Il a aussi montré son intérêt dans les cas où l’effet d’échelle rend particulièrementintéressante la mesure de la rotation. / This work proposes an improvement of the Scanning Microdeformation Microscope (SMM), a scanningprobe microscope, for the mechanical elastic characterization of materials at local scale. It demonstratesthat using n > 2 SMM resonance frequencies allows to decouple Young’s modulus andPoisson’s ratio values for an isotropic material.The mechanical description of the resonator has been enriched in order to allow for an accuratemodeling over a wide frequency range. Procedures have been developed to identify the modellingparameters and the elastic constants of the materials from n > 2 resonant frequencies. Finally, theseprocedures have been applied to the characterization of various materials at local scale in order tovalidate the method and to present possibilities and limits.To improve robustness and move towards the characterization of anisotropic materials, a polarizedlightimaging interferometer was developed to measure the rotation field of reflecting surfaces in aparticular direction. The sensitivity to the rotation originates from a homemade birefringent prism withuniaxial gradient of refractive index. This system is able to measure a localized rotation field as it isinduced in the vicinity of the tip of the SMM. Its interest is also demonstrated in cases in which scaleeffects make the rotation measurement preferable to the out-of-plane displacement measurement.

Nous avons développé une méthodologie basée sur phénomène de mélange à quatre ondre polarimétrique « Four wave Mixing FWM » et son équivalen résonant la diffusion Raman cohérente anti-Stokes (CARS, Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) polarimétrique et réalisé des mesures sur des systèmes cristallins, simili biologiques : les membranes cellulaires connues sous le nom de « Multilamellar Vesicles MLV » et des échantillons de biologiques : la myeline, et ce, en variant les polarisations des lasers excitateurs, Pompe et Stokes. Le signal anti-Stokes émis est ensuite analysé afin d’en extraire les ordres 2 et 4 de la fonction de distribution angulaire des molécules actives constituant l’échantillon. Pour cela, plusieurs approches sont explorées telles que des algorithmes d’optimisation ou par décomposition en série de fourrier du signal polarimétrique. Ces multiples approches en traitement du signal permettent d’obtenir de manière rapide les coefficients des fonctions de distribution angulaire recherchées, et ainsi d’avoir des informations sur la symétrie des échantillons imagés, allant jusqu’à l’observation d’une symétrie d’ordre 4. La capacité de la microscopie non linéaire résolue en polarisation à sonder des ordres moléculaires est clairement démontrée et ainsi son intérêt dans l’étude de la relation entre la structure et la fonction de systèmes biologiques. / The capacity to quantify molecular orientational order in tissues is of a great interest since pathologies (skin lesion, neurodegenerative diseases, etc) can induce strong modifications in proteins’ organization. While numerous studies have been undertaken using polarization resolved second order nonlinear optical microscopy which is only specific to non-centrosymmetric organizations, higher order effects have been less explored. Four-wave mixing (FWM) microscopy and its resonant counterpart coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) can be of a great utility as label free diagnosis tools benefiting from less constraining symmetry rules. In this work, we implement incident polarizations tuning in FWM and CARS microscopy to probe molecular order, using a generic method to read-out symmetry information.Fourier analysis of the polarization-resolved FWM/CARS signal processed with an analytical model provides a fast and direct determination of the symmetry orders of the distribution function of the probed molecules. This method does not require a priori knowledge of the organization structure and provides quantitatively its second and fourth order symmetries. We applied this technique on different systems, from crystalline to less organized (multilamellar vesicles and proteins aggregates). We show that this new approach brings additional and more refined information on supra-molecular structures in complex media.

L’intérêt pour la paroi de la levure s’est accru récemment par l’explosion des activités de bioraffineries augmentant la production de biomasse, et par le besoin de valoriser cette biomasse dans d’autres débouchés comme en nutrition animale et en œnologie pour leurs propriétés probiotiques et de sorption. Le but de cette thèse était de combiner des approches biochimiques, biophysiques et les puces à ADN afin d'étudier les relations entre ces paramètres ainsi que de mettre en évidence l'impact des souches, des conditions de croissance et des procédés sur la composition et les propriétés biophysiques de la paroi cellulaire. Une méthode acido-enzymatique a été développée pour quantifier spécifiquement chacun des quatre composants de la paroi cellulaire de la levure, à savoir les mannanes, la chitine, les β-1,3-glucanes et les β-1,6-glucanes. Cette méthode a été validée sur des souches mutantes et a permis d’évaluer les effets de divers stress. Ultérieurement, l'utilisation de la microscopie à force atomique (AFM) a permis l'étude des mêmes souches et de quatre souches utilisées dans la fermentation industrielle. Ils ont démontré des propriétés nanomécaniques et adhésives distinctes, en raison de différences dans la composition et la structure de la paroi cellulaire. Dans la dernière partie, les effets du procédé d’autolyse et du séchage à lit fluidisé sont présentés. Ce procédé industriel ne modifie pas la composition de la paroi cellulaire, mais induit une modification de la topographie et des propriétés de surface de la cellule. En outre, en utilisant l'AFM nous avons imagés sur S. cerevisiae des patchs hautement adhésifs formant des nanodomaines à la surface de la cellule. / Due to increasing yeast biomass production resulting from the expansion of the Biorefinery as an alternative to petrol-based energy, the yeast cell wall is receiving an increasing interest as an added value product targeting agro-nutrition markets, such as in animal nutrition and in wine for its probiotic and sorption properties. The purpose of this thesis was therefore to combine DNA microarrays, biochemical and biophysical approaches in order to investigate the relationships between these parameters as well as to highlight the impact of strains, growth conditions and processes on the cell wall composition and biophysical properties. To achieve this objective, an acido-enzymatic method was developed to specifically quantify each of the four components of the yeast cell wall, namely mannan, chitin, β-1,3-glucan and β-1,6-glucan. This method was validated on mutant strains and allowed highlighten various stresses effects. Then, the use of atomic force microscopy (AFM) has allowed investigating the same strains and four strains used in industrial fermentation. They demonstrated distinct nanomechanical and adhesive properties, due to differences in their cell wall structure and composition. In the last part, the effects of the autolysis and fluid-bed drying processes are presented. This industrial process does not change the composition of the cell wall but induces a modification in topography and surface properties of the cell. Moreover, using AFM we imaged on S. cerevisiae cell surface highly adhesive patches forming nanodomains.

Le glioblastome (GB) est une tumeur hétérogène, agressive devant laquelle les possibilités thérapeutiques disponibles restent limitées. L’étude de la zone péritumorale macroscopiquement normale (ZMN) des GB est essentielle à la compréhension de ses mécanismes de progression et de récidive. Le premier objectif de ce travail de Thèse a été de comparer les données de transcriptomique et de protéomique issues de l’analyse de la zone tumorale des GB dans le cadre du Projet Gliome Grand Ouest. Le taux de concordance entre les 2 modalités est faible, retrouvant toutefois comme point commun une dysrégulation de la protéine légère des neurofilaments qui pourrait servir de biomarqueur potentiel des GB. Le deuxième objectif de ce travail de Thèse a été la caractérisation de la ZMN des GB. Nous avons mis en évidence que cette zone, dont l’aspect est similaire à première vue à celui du tissu cérébral sain, n’est pas une simple zone de transition entre le GB et le tissu cérébral sain. En effet, la ZMN est une entité spécifique possédant des caractéristiques qui lui sont propres, comme la présence d’un phénotype particulier de cellules tumorales infiltrantes et de cellules stromales et une sur’expression des protéines CRYAB et H3F3A. Ce travail de Thèse a aussi été l’occasion de développer de nouvelles techniques d’imagerie per-opératoire de la ZMN, afin d’évaluer la présence d’un contingent tumoral et ainsi optimiser la qualité de la résection chirurgicale. La caractérisation de cette ZMN nous permet de mieux appréhender son implication dans la tumorogenèse et la présence de caractéristiques spécifiques de cette zone ouvre la porte à la détection de biomarqueurs spécifiques, ainsi qu’au développement de thérapies ciblées. Ce travail de Thèse a été valorisé par 2 publications, 2 articles soumis et un brevet est en cours de dépôt et d’évaluation par un cabinet de brevet. / Glioblastoma (GB) is a heterogeneous andaggressive tumor, before which therapeutic options arelimited. The study of the macroscopically normalperitumoral brain zone (PBZ) of GB is essential tounderstand its mechanisms of progression andrecurrence.The first objective of this thesis work was tocompare the transcriptomic and proteomic data from theGB tumor area obtained through the “Grand Ouest”glioma Project. The concordance rate between the 2modalities is low. However, one of the common featureis the dysregulation of neurofilament light polypeptide,which could serve as a biomarker potential of GB.The second objective of this thesis was thecharacterization of the PBZ. We have shown that thisarea, similar at first glance to that of healthy braintissue, is not a simple transition area between the GBand healthy brain tissue but a specific entity withcharacteristics of its own. For example, the ZMNpresents a particular phenotype of infiltrating GB cellsand stromal cells and a surexpression of CRYAB andH3F3A proteins.This thesis work was also an opportunity todevelop new intraoperative imaging techniques of thePBZ, with the aim to assess the presence of a tumoralinfiltration and optimize the quality of the surgicalresection.The characterization of this PBZ allows us tobetter understand its involvement in tumorigenesis andthe presence of specific characteristics of this areaopens the door for the detection of specific biomarkersand the development of targeted therapies.This thesis work was led to 2 publications, 2articles submitted and a patent being evaluated andredacted by a patent office.

Afin de mieux comprendre les différents processus qui apparaissent à la transition supraconducteur-isolant (SIT), nous avons sondé simultanément les propriétés électroniques globales et locales de films minces de NbN, élaborés ex-situ sur un substrat de saphir. La transition a été approchée en réduisant l'épaisseur des échantillons, augmentant la résistance par carré de l'état normal à plusieurs kiloOhms. Les Tc correspondant aux films étudiés varient de Tc≈15K qui est proche de TC-bulk à Tc≈3.8K (Tc/TC-bulk≈0.23). Dans la gamme 0.4TC-bulk<Tc<TC-bulk, les mesures de résistances sont en accord avec la loi de Finkelstein pour la réduction de Tc induite par le désordre et les interactions électron-électron. Les mesures de spectroscopie tunnel locale (STS) montrent l'émergence d'une granularité dans les propriétés supraconductrices en réduisant la Tc, ainsi que le développement d'un fort fond Altshuler-Aronov dans les spectres tunnel dI/dV(V), ce qui est en accord avec le scenario de Finkelstein. Pour l'échantillon le plus désordonné (Tc≈3.8K), des mesures de résistance in-situ et de STS en simultané nous ont permis de suivre sur la même zone de l'échantillon, l'évolution des propriétés supraconductrices en fonction de la température et du champ magnétique, qui ont démontré un comportement percolatif de la transition dans l'état normal de mauvais métal. Cette étude locale a été confirmée par le changement de dimensionnalité des fluctuations Aslamasov-Larkin au-dessus de Tc de 2D à 0D. En outre, une telle étude est particulièrement intéressante pour comprendre les différents phénomènes qui limitent le fonctionnement des détecteurs de photon unique basé sur les films de NbN. / In order to better understand the various processes taking place at the superconductor-insulator transition (SIT), we have probed simultaneously the global and local electronic properties of NbN ultrathin films, elaborated ex-situ on sapphire substrate. The transition was approached by reducing the films thickness, increasing the normal state square resistance to several kiloOhms. The corresponding Tc's of the studied films ranged from about Tc≈15K, which is close to TC-bulk, to Tc≈3.8K (Tc/TC-bulk≈0.23). In the range 0.4TC-bulk<Tc<TC-bulk resistivity measurements are consistent with Finkelstein's reduction of Tc induced by disorder and electron-electron repulsion. Local scanning tunneling spectroscopy (STS) measurements show the emergence of granularity in the superconducting properties upon Tc reduction, as well as the progressive development of a strong Altshuler-Aronov background in the dI/dV(V) tunneling spectra, in agreement with Finkelstein scenario. For the most disordered film (Tc≈3.8K), simultaneous in-situ resistivity and STS measurements allowed us to follow at the same sample area the evolution of these emergent granular superconducting properties as a function of temperature and magnetic field, which demonstrate a percolative behavior of the transition to the bad-metal normal state. This local picture finds an interesting signature in the change of the dimensionality of the Aslamasov-Larkin fluctuations above Tc from 2D to 0D. Besides, such a study is particularly interesting to better understand the various phenomena occurring in and limiting the behavior of single-photon detectors patterned out of NbN films.

L’objectif de cette thèse est l’élaboration de sondes à base de lanthanide pour la microscopie optique biphotonique. Cette technique d’imagerie complémentaire à l’IRM et au scanner permet une analyse rapide et facile de tissus épais. Afin de permettre l’observation en profondeur, l’absorption et l’émission de la sonde doit se situer dans la zone de transparence biologique [700 – 1200 nm]. L’absorption à deux photons (ADP) est un phénomène d’optique linéaire de troisième ordre par lequel l’état excité est atteint par absorption simultanée de deux photons. De fait, l’excitation à énergie moitié se situe dans la zone de transparence biologique. Les sondes envisagées combineraient les propriétés optiques uniques des lanthanides, telles que des bandes d’émission très étroites allant du visible à l’infrarouge et des durées de vie de luminescence longues, et les avantages de l’ADP, permettant une excitation dans l’IR et une résolution tridimensionnelle. Dans ce contexte, cette thèse décrit l’élaboration de complexes d’europium et d’ytterbium à ligands macrocycliques stables en milieu aqueux et dont la luminescence peut être sensibilisée à deux photons. Ces complexes ont permis l’imagerie de la vascularisation de cerveaux de souris par microscopie biphotonique dans le proche infrarouge. La seconde approche consiste à encapsuler un complexe luminescent dans des nanoparticules desilice formées par la technique sol-gel (collaboration A. Ibanez, institut Néel, Grenoble) afin de protéger le complexe du milieu biologique. Enfin la dernière approche consiste à greffer des complexes de lanthanides à la surface d’une particule de silice par chimie organométallique de surface. Ces travaux ont conduit à la formation de nano-objet très brillants dans le rouge et le proche infrarouge, détectables à l’échelle de l’objet unique par microscopie à deux photons. / Two Photon Scanning Laser Microscopy (TPSLM) has evolved as an emerging bio-imaging technique widely used in academic research and in medical diagnosis. This technique requires the design of bioprobes specially optimized for such purpose. A particular attention is actually devoted bio-probes featuring both two-photon absorption (TPA) and emission in the near infra-red (NIR) spectral range [700 – 1200 nm], also called biological window that is particularly promising for thick tissues imaging. In this context, europium complexes emitting in the red (615 nm) has been recently sensitized by two photon antenna effect and used for TPSLM in cells combining the advantages of lanthanide emission (sharp line and long lived) and those of TPA. Based on this preliminary results, this thesis describe the design of europium and ytterbium complexes which have an improved stability in water and good emission properties sensitized by TPA. Theses complexes allow the imaging of mice’s brain vascularisation in the NIR. An another approach to stabilize lanthanide complexes was also used by encapsulating theses fluorophores in silica nanoparticle (collaboration with A. Ibanez, Institut Néel, Grenoble). Then the last approach consists on the grafting of the chromophores on silica sphere using surface organometallic chemistry methods. The nanoparticles obtained by both way are really luminescent in the red or infrared and can be imaged as single nanoparticle by TPSLM.