Cette thèse traite du contrôle et de la caractérisation de l'alignement et de l'orientation du point de vue théorique et expérimental. L'alignement d'une molécule linéaire consiste à obtenir une probabilité élevée de localisation de l'axe internucléaire symétrique autour de l'axe de polarisation du champ tandis que l'orientation privilégie un sens particulier le long du champ. L'orientation à l'aide d'impulsions bi couleur (2+1) non résonnantes est étudiée en détail et les conditions permettant d'obtenir une orientation efficace sont examinées. Un schéma bi couleur où la deuxième harmonique est en quasi-résonance avec un niveau vibrationnel de la molécule est également étudié. Cette technique présente l'avantage d'offrir un paramètre supplémentaire à savoir l'écart à la résonance qui peut être ajusté de manière à optimiser l'orientation moléculaire. Finalement une nouvelle technique expérimentale de détection de l'alignement moléculaire est présentée. Celle-ci permet une détection monocoup de l'alignement moléculaire sur une étendue temporelle jusqu'alors inégalée.

De manière ultime, l'électronique moléculaire aspire à utiliser une molécule unique comme partie active d'un composant. Une telle réalisation fusionnerait l'énorme potentiel de la chimie aux technologies les plus avancées des nanosciences. Cependant, les propriétés de transport électronique d'une seule molécule restent, aujourd'hui, l'enjeu de débats animés qui s'appuient sur des calculs et sur de trop rares expériences. Les expériences sont, en effet, difficiles car elles nécessitent de pouvoir fabriquer des électrodes de contact dont l'écartement correspond à la taille de la molécule. Notre travail contribue au développement de telles techniques instrumentales dont l'intérêt dépasse celui de l'électronique moléculaire et englobe, plus généralement, le transport électronique à l'échelle nanométrique. Dans la première partie, nous décrivons d'abord la technique. Elle fait appel à un microscope à effet tunnel modifié pour fabriquer des électrodes nanométriques (technique des jonctions brisées). Cette approche combine en fait deux domaines de recherche qui sont d'une part, les mesures de conductance moléculaire et, d'autre part, les contacts atomiques ponctuels. Plus précisément, la physique de la formation et du transport d'électrons dans ces derniers est particulièrement étudiée. Après avoir décrit l'instrumentation développée, nous présentons donc des résultats à la fois sur des contacts atomiques ponctuels (jonction Au-Au) et sur des contacts moléculaires (jonction Au-molécule-Au). Notamment, la quantification de la conductance et le transport balistique sont mis en évidence. Cela montre que la présence d'une seule molécule peut être décelée électriquement. Nous soulignons qu'en dépit des énormes progrès apportés par cette technique à la détermination de la conductance d'une molécule, la disparité des résultats expérimentaux reportés reste importante. Nous clôturons la première partie en insistant sur l'impérieuse nécessité d'études statistiques rigoureuses à partir des nombreuses données expérimentales. Nous effectuons ce travail pour les jonctions Au-Au. Dans la seconde partie nous développons des outils d'analyse statistique. Ils permettent d'extraire de chaque mesure de conductance d'une nanojonction d'Au les paramètres indispensables à leur étude (le temps de vie par exemple). La statistique de ces paramètres sur des dizaines de milliers de mesures dans différentes conditions expérimentales est discutée et, outre les aspects de transport, donne des informations sur la mécanique de ces nanosystèmes (i.e. sur des mécanismes de rupture de la nanojonction). Les outils développés permettent d'observer des effets fins. Il est montré qu'une petite fraction des électrons échappe au transport balistique. Enfin, nous montrons l'existence de fluctuations bistables et discutons de leur effet sur le transport balistique et de leur rapport avec les mouvements atomiques.

Par micromanipulation et mesure de force sur molécule unique, avec un piège magnétique, ce travail a porté en partie sur l'étude du système de réparation « à longue distance » de l'ADN. Cette réparation fait intervenir pour son initiation les protéines MutS, MutL, et MutH et utilise un mécanisme non identifié précisément, qui lui permet<br />d'agir à distance, entre un site de mésappariement de l'ADN (dû par exemple à une erreur de réplication), et un site proximal distant (hémi-méthylation de séquence GATC), ce qui permet de diriger la réparation sur le brin néosynthétisé. Certains modèles de l'action de la protéine MutS font intervenir une boucle dans l'ADN. Nous<br />avons cherché à mettre en évidence une telle action sur un ADN double brin, contenant (ou ne contenant pas) un mésappariement. Nous n'avons pas mis en évidence de<br />formation de boucle par MutS, qui soit spécifiquement liée à la présence d'un mésappariement. Ce résultat négatif semble donc exclure ce modèle de boucle spécifique. Dans une deuxième partie, nous avons effectué des expériences de micromanipulation sur une jonction de Holliday (ADN en forme de croix, intermédiaire de recombinaison). Nous avons montré directement qu'il est possible d'extruder une jonction de Holliday, en sous-enroulant mécaniquement une molécule d'ADN comportant une séquence palindromique, et avons aussi déduit de ces expériences une mesure du pas de l'hélice de l'ADN. Dans une dernière partie, nous avons étudié l'influence du bromure d'éthidium sur l'ADN. Nous avons montré que la présence de cet agent intercalant peut induire une attraction non-spécifique, intra- ou inter- simple brins d'ADN.

La cristallisation en solution est largement utilisée comme technique de séparation et de purification dans l'industrie pharmaceutique. Les propriétés d'usage et intermédiaires des cristaux sont liées à la taille et au faciès des cristaux.<br />Dans cette étude, nous avons considéré la cristallisation des cristaux à faciès aciculaires en combinant l'approche expérimentale et de la modélisation moléculaire. La structure, la nucléation et la croissance des cristaux d'Irbesartan phase A obtenus dans le Propan-2-ol ont été étudiées.<br />L'Irbesartan présente en solution un équilibre tautomérique dont les différents tautomères peuvent être isolés à l'état solide. La modélisation des interactions intermoléculaires de la phase A montre une forte anisotropie de la structure, conduisant à la prédiction de cristaux à faciès aciculaire. C'est un exemple de cristal pour lequel la croissance est régie par les propriétés internes plutôt que les propriétés externes.<br />Des observations in-situ et ex-situ ont permis d'étudier l'influence des conditions de cristallisation sur les mécanismes de croissance. Les observations AFM montrent que les agglomérats présentent des orientations cristallographiques communes. Nous avons utilisé le concept de "regular over et intergrowths" comme dans le cas des macles afin de proposer un mécanisme de croissance. Les résultats expérimentaux et de modélisation moléculaire ont conduit à la sélection de différents additifs. Leur influence sur la nucléation et la croissance des cristaux a été étudiée.<br />Les observations AFM à l'échelle microscopique fournissent des informations intéressantes concernant l'influence des conditions de croissance sur la topographie de surface.

Dans le système olfactif des moustiques, les protéines liants les molécules odorantes ou odorant binding proteins (OBPs) interviennent dans les toutes premières étapes permettant d'aboutir à la reconnaissance de leurs hôtes et font l'objet d'un intérêt croissant dans les recherches sur la transmission des maladies infectieuses par ces insectes. Le travail présenté a pour objet d'approfondir les connaissances sur ces OBPs dans trois génomes de moustiques, tous vecteurs de maladies infectieuses : Anopheles gambiae, Aedes aegypti et Culex quinquefasciatus. Une analyse à l'échelle de ces génomes a été réalisée et a permis d'identifier un nombre important de nouveaux gènes d'OBPs notamment chez les espèces de moustiques Aedes aegypti et Culex quinquefasciatus. Complétée par une étude phylogénétique du répertoire complet de ces gènes dans les trois génomes étudiés, cette analyse a permis d'établir une nouvelle classification des sous familles des OBPs. Ce résultat démontre l'extraordinaire multiplicité et diversité des gènes impliqués dans l'olfaction chez ces espèces de moustiques tout en mettant en lumière certaines propriétés des séquences des OBPs qui sont hautement conservés chez les moustiques. Grâce à la disponibilité de certaines structures d'OBPs de moustiques ou d'autres insectes apparentées, des modèles structuraux de tous les OBPs de la sous famille dites Classic dans les trois génomes, soit au total 137 structures, ont été construits. Ces structures ont servi de base pour le criblage à grande échelle par docking moléculaire d'une chimiothèque de 126 molécules odorantes connues pour leurs propriétés attractives ou répulsives vis-à-vis des moustiques. Ces résultats fournissent pour la première fois, les bases structurales et fonctionnelles pour la compréhension au niveau moléculaire de l'efficacité de certains agents répulsifs tout comme de l'attractivité de certains agents provenant des émanations humaines. Par simulation de dynamique moléculaire, les changements qui s'opèrent dans une de ces OBPs lorsque celle ci, liée à une molécule odorante, se retrouve dans des conditions de pH modifiée ont été caractérisée et un mécanisme probable par lequel ces OBPs participeraient à la reconnaissance et la libération des molécules odorantes est proposée. Cette thèse fournit des éléments de réponses importants quant à la caractérisation génomique, structurale et fonctionnelle des OBPs de moustiques et peut servir de base de départ pour des recherches expérimentales plus approfondies sur ces aspects. / The role of odorant binding proteins in the olfaction of mosquitoes, the primary mechanism of human host recognition, has been an important focus of biological research in the field of infectious disease transmission by these insects. This thesis provides an in depth knowledge of these proteins in three mosquito species Anopheles gambiae, Aedes aegypti and Culex quinquefasciatus. A large scale analysis on these genomes has been carried out towards the identification of the odorant binding proteins in the mosquito genomes. Identification of many new OBP members, in particular in the Aedes aegypti and Culex quinquefasciatus species, and an extensive phylogenetic analysis presenting a novel classification of the OBP subfamilies of these mosquito species has been proposed. This results further demonstrates the extraordinary multiplicity and diversity of the OBP gene repertoire in these three mosquito genomes and highlights the striking sequence features that are nevertheless highly conserved across all mosquito OBPs. Owing to the availability of homologous structures from mosquitoes or related species, the 3D structure modelling of all the Classic OBPs from the three genomes (representing in total 137 structures) has been performed. This was completed by large scale docking studies on these structures by screening a large set of compounds that are known to be mosquito attractants or repellents. These provide many exciting new insights into the structural and functional aspects towards understanding the efficacy of some repellents and of some attractants from human emanations. Through molecular dynamics simulation, the structural changes observed in an OBP bounded to an odorant when pH conditions are modified were characterized and the probable mechanism of ligand binding and release is presented. This work provides the first insights to many of the long awaited questions on the genomic, structural and functional characterization of mosquito OBPs and can be viewed as a reliable starting point for further experimental research focussed on these aspects.

La synthèse des protéines est un mécanisme central de la vie cellulaire dont la compréhension est un enjeu du domaine biomédical. Les études en molécule unique permettent d’observer chaque système réactionnel individuellement et donnent accès à des évènements asynchrones difficilement observables en mesure d’ensemble, tels la traduction de protéines.Cette thèse présente les premiers résultats en molécule unique sur la traduction par un ribosome eucaryote (mammifère). Nous observons les systèmes traductionnels grâce à des marqueurs fluorescents liés à des oligonucléotides pouvant s’hybrider sur les séquences d’ARN traduites. L’observation de ces marqueurs est faite par microscopie de fluorescence en onde évanescente (TIRF), les ARN étant fixés sur une lamelle de microscope. En lisant l’ARN, le ribosome détache les marqueurs, et leurs instants de départs donnent des informations sur le passage du ribosome à différentes positions sur l’ARN. Cette méthode permet d’obtenir des données cinétiques sur un grand nombre de systèmes traductionnels en parallèle pouvant alors être interpolées par des lois de probabilité. Nous obtenons par cette méthode des mesures de la cinétique in vitro de l’élongation eucaryote et nous observons un délai dû à une initiation non-canonique. En effet, nous complexons le ribosome sur l’ARN grâce à une structure de type IRES. Dans nos conditions d’expérience, l’incorporation d’un acide aminé prend environ une seconde tandis que cette structure induit un retard à la traduction de plusieurs dizaines de secondes. Ces résultats ouvrent des perspectives d’étude cinétique dans des cas plus complexes tels le franchissement de structures secondaires de l’ARN. / Protein synthesis is a central mechanism of cellular life and understanding it is a challenge in biomedical research. Single molecule studies permit each reactive system to be observed individually and provide access to asynchronous events difficult to observe in ensemble experiments, such as protein translation.This thesis presents the first results on single molecule eukaryotic (mammalian) translation. We observe the translational systems using fluorophores linked to oligonucleotides annealed to the RNA translated sequences. The observation of these fluorophores is done by total internal reflection fluorescence microscopy, the RNA being attached to a microscope slide. When reading the RNA, the ribosome unzips the fluorescent oligonucleotides and their departure times provide information about the position of the ribosome at different locations on the RNA strand. This method provides kinetic data on a large number of parallel translational systems that can be fitted using probability laws.With this method, we measure the in vitro kinetics of eukaryotic elongation and we reveal a delay due to a non-canonical initiation of the ribosome. Indeed, in our experiments, the ribosome is initially complexed on an RNA structure called Internal Ribosome Entry Site. In our experimental conditions, each incorporation of an amino acid in the nascent protein takes about one second while the IRES structure induces a delay of several tens of seconds on the first incorporation. These results open new perspectives for kinetic studies in more complex configurations such as the passage of the ribosome through RNA secondary structures.

Cette thèse a porté sur l'étude des propriétés structurales et électroniques d'une série de complexes cubiques A-FeCo représentant des modèles moléculaires des CoFe-PBA. Ces cubes hétérobimétalliques neutres de formule A{Fe4Co4(CN)12} reproduisent une série d'unités cubiques uniques excisées du composé inorganique de type " bleu de prusse ". Le composé moléculaire octamétallique est composé de 4 ions FeIIBS, 3 ions CoIIIBS et 1 ion CoIIHS reliés par des ponts cyanures. Un monocation est hébergée à l'intérieur du cube. Les ions métalliques situés au coin du cube sont liés par des ligand tridentés de type scorpionate (Tp pour Fe et pzTp pour Co). La présence d'un ion Co (II) non équivalent induit un abaissement de la symétrie du Td à C3v. La DRX sur monocristaux a permis de déterminer avec précision l'emplacement du cation inséré dans le cube. En raison de la présence d'une charge négative formelle dans l'un des coins de la cage (celle accueillant l'ion Co (II)), deux types d'interactions entre le cation et le cube ont été postulés. L'une est une interaction électrostatique, et l'autre est l'interaction entre le cation (acide de Lewis) et les systèmes de cyanure (base de Lewis). Au sein de la famille des cubes contenant des ions alcalins, le Cs + interagit avec les 12 ponts cyanures alors que le K + n'interagit qu'avec trois d'entre eux. La spectroscopie RMN 133Cs a permis de confirmer une interaction chimique entre le césium (invité) et la cage (hôte). Ces cubes ont montré une remarquable capacité d'encapsuler différentes monocations de tailles et de nature différentes. / This thesis has focused on the investigation of the structural and electronic properties of a series of A-FeCo cubic complexes representing molecular models of the CoFe-PBAs. These neutral heterobimetallic cubes of abbreviated formula A-{Fe4Co4(CN)12} reproduce a series of single cubic units excised from the Prussian Blue type framework. The octametallic anionic core is composed by 4xFeIILS, 3xCoIIILS and 1xCoIIHS connected via bridging cyanides. A monocation is encapsulated inside the cube. The metal ions situated at the corner of the cube are facially capped by tridentate “scorpionate ligand” (Tp for Fe and pzTp for Co). The occurrence of one non-equivalent Co(II) ion induces a lowering of the symmetry from Td to C3v. Single crystal XRD allowed determining precisely the location of the inserted cation in the cube. Because of the presence of a formal negative charge in one of the corner of the cage (that accommodating the Co(II) ion), two types of interactions between the cation and the cube have been postulated. One is an electrostatic interaction, and the other one is the interaction between the cation (Lewis acid) and the cyanide systems (Lewis base). Within the family of alkali ion containing cubes, the Cs+ interacts with the 12 cyanide bridges whereas the K+ interacts with only three of them. The 133Cs-NMR spectroscopy allowed confirming a through bond interaction between the guest caesium and the host cage.

Le ribosome est un organite essentiel de la cellule qui assure la synthèse des protéines. C'est une structure très conservée, composée d'ARN et de protéines ribosomiques organisés en deux sous-unités. Les expériences de reconstitution in vitro du ribosome d'E. coli ont montré que l'assemblage est un processus coordonné impliquant de nombreuses interactions entre les différents constituants. En particulier, les premières étapes de l'assemblage de la grande sous-unité dépendent fortement de la fixation coopérative de cinq protéines ribosomiques à l'ARN 23S, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents sont mal connus.Cette étude à l'échelle de la molécule unique vise à préciser ces mécanismes et porte sur un fragment constitué des hélices H18, H19 et H20 du domaine I de l'ARN ribosomique 23S contenant les sites de fixation des protéines uL24 et uL4. Ce fragment d'ARN a été préparé dans une configuration qui permet la mesure de force via un double piège optique. Les courbes de force obtenues ont permis de dresser une cartographie de la stabilité des structures du fragment d'ARN.Ces cartes ont été comparées en absence et en présence des protéines ribosomiques uL24 et/ou uL4, démontrant ainsi que le fragment d'ARN est stabilisé par la fixation des protéines uL24 et/ou uL4. Leur fixation est coopérative et la présence conjointe des deux protéines sur-stabilise les structures du fragment d'ARN.Ces résultats sont discutés dans la perspective de préciser le rôle du fragment d'ARN et des protéines ribosomiques uL24 et uL4 dans l'assemblage de la grande sous-unité du ribosome. / Ribosomes are essential organelles of the cell responsible for the synthesis of proteins. Their well conserved structure made of RNA and proteins is organized into two subunits. In vitro reconstitution of E. coli ribosomes showed that their assembly is a coordinated process which involves many interactions between the components. More specifically, the early stages of the large subunit assembly depend strongly on the cooperative binding of five ribosomal proteins to the 23S RNA. The underlying molecular mechanisms however remain poorly understood.The aim of this study is to shine new light on these mechanisms at the single molecule level. It focuses on a 23S ribosomal RNA fragment composed of the helices H18, H19 and H20 in domain I which encompasses the binding sites of the ribosomal proteins uL24 and uL4. This RNA fragment has been prepared in a dumbbell configuration and force versus displacement measurements have been performed using a dual optical trap. From these measurements, a map summarizing the mechanical stability of the RNA fragment has been determined.The maps obtained in absence and in presence of the ribosomal proteins uL24 and/or uL4 have been compared consequently demonstrating mechanical stabilization of the RNA fragment induced by the binding of uL24 and/or uL4. Moreover, their binding is cooperative and when both are present, the mechanical stabilization of the RNA fragment is enhanced.These results are discussed to specify the role of the RNA fragment and proteins uL24 and uL4 in the large ribosomal subunit assembly.

La technique de détection à l'aide de nanopores au niveau de la molécule unique est l'une des plus puissantes pour l'analyse de diverses molécules, dont les polymères biologiques et synthétiques, les protéines et les peptides, les molécules de sucre ou les nanoparticules métalliques. Ces pores peuvent également servir de plate-forme pour l'étude de phénomènes physiques et biologiques fondamentaux. Dans le cadre de l'analyse de molécules, ce travail, expérimenté en utilisant la technique de la peinture de bicouche lipidique, porte principalement sur la détection des polymères et leur utilité pour sonder les processus fondamentaux des de l'α-hémolysine et de l'aérolysine.Le premier chapitre de résultats décrit l’analyse des flux à travers l'hémolysine et l'aérolysine à l’aide des polyéthylèneglycols (PEG) et des α-cyclodextrines, ainsi que les effets des sels de KCl et de LiCl sur l'interaction des PEG avec ces pores. L'une des principales conclusions est qu'il existe un flux électoosmotique plus fort dans l'aérolysine, responsable du transport des molécules neutres, les α-cyclodextrines. La seconde constatation concerne la dynamique des PEG avec les nanopores qui semblait être fortement dépendante du sel, montrant des différences drastiques de fréquence et de durée d’interaction en fonction de la tension pour les deux sels, bien que la détection de la masse de PEG dans les deux conditions indique que la nature de l'interaction avec le pore est similaire dans les deux types de sels.Le but des travaux présentés dans le deuxième chapitre de résultats était de détecter les polymères de précision et à trouver les meilleures conditions pouvant conduire à leur séquençage avec des nanopores. Des homopolymères et copolymères de poly(phosphodiester)s ont été sondés en utilisant l'hémolysine, l'aérolysine et MspA. Le premier type de polymères étudiés contenant une amorce 3-polythymidine et une suite de comonomères de type (0) a montré une forte interaction avec les pores qui a été interprétée comme la promotion de la liaison avec les pores, due à l'amorce d’ADN simple brin, combinée à une grande flexibilité du premier type de polymères. Les polymères qui contenaient des chaînes latérales alcyne et triazole se sont révélés avoir des interactions plus complexes, mais ont interagi pendant des durées plus courtes avec les pores indiquant qu'ils étaient plus rigides. Le second type de polymères semble s’agréger en solution du fait de l’interaction entre les chaînes latérales, ce qui prouve l’importance de la caractérisation de ces molécules en solution par diffusion de rayons, dans le cadre de la détection et finalement de leur séquençage.L'étude du troisième chapitre de résultats, a porté sur la dynamique de petits oligonucléotides avec le pore d’aerolysine. Les polyadénines (A3, A4, A5) ont montré une dynamique complexe d’interaction avec le pore, qui a été étudiée par l'analyse et la quantification des différentes propriétés des événements. L'ensemble du processus s'est avéré être régi par deux sites de liaison et des barrières énergétiques à l'intérieur du pore que les molécules doivent surmonter. Ces résultats ont été combinés à un modèle cinétique qui a permis une description complète de la liaison et de la translocation (ou son non succès) des polyadénines.Le dernier chapitre des résultats décrit l’interaction de plus grandes polyadénines (A6-A7-A8-A9-A10) avec l’aérolysine. L’analyse de l'amplitude des courants des blocs induits par l'adénine à l'intérieur de ce pore montre une interaction dépendante de l'orientation des molécules avec le pore. Cette interaction dépendante de l'orientation a commencé à apparaître pour la molécule A7 et est devenue l'effet dominant pour A9 et A10. En raison de la flexibilité de l'ANDsb, cet effet n'est pas observé pour les molécules de plus petite taille (A6 et inférieures) en raison de leur possibilité de réorientation à l'intérieur du pore. / The technique of detection with nanopores at the single molecule level, is one of the most powerful method for the analysis of various molecules, of which biological and synthetic polymers, proteins and peptides, sugar molecules or metal nanoparticles. These pores can also serve as a platform for the study of fundamental physical and biological phenomenons. In the context of molecule analysis, this work, which is experimented using the technique of planar lipid bilayer painting, focuses mainly on the detection of polymers and their utility to portray fundamental processes of the α-hemolysin and aerolysin biological nanopores.The first results chapter described the probing of flows through α-hemolysin and aerolysin using polyethylene glycols (PEGs) and α-cyclodextrines, and the effects of KCl and LiCl salts on the interaction of PEGs with these pores. One main finding was that there exists a stronger electoosmotic flow in aerolysin, responsible for the transport of the neutral molecules α-cyclodextrines. The second finding was that the dynamics of PEGs with the nanopores are strongly dependent on the salt, showing drastic differences of frequency and dwell times vs. voltage for the two salts, although, the results of detection of mass of PEGs pointed to the fact that the nature of the interaction with the pore is similar in both salts.The aim of the work presented in the second results chapter, was to detect precision polymers, and find the best conditions, which can lead to their sequencing with nanopores. The homo- an copolymers of poly(phosphodiester)s were probed using α-hemolysin, aerolysin and MspA. The first type of polymers investigated which contained a 3-polythymidine primer and a sequence of comonomers of type (0) showed a strong interaction with the pores that was interpreted as the promotion of ssDNA-primer to the binding with the pore, combined to a high flexibility of the first type of polymers. The polymers which contained alkyne and triazole side chains, were found to have more complex interactions, but interacted for shorter durations with the pore indicating them to be stiffer. The second type of polymers seemed to be clustering in solution due the interaction between side chains, which proved the importance of performing characterization of these molecules in solution using wave scattering in the context of detection and ultimately sequencing.The study of the third result chapter, focused on the dynamics of small oligonucleotides with the aerolysin pore. The interaction of polyadenines (A3, A4, A5) showed complex dynamics and kinetics with pore, which was investigated via analysis of the events pattern. The whole process was found to be governed by two binding sites and energy barriers inside the pore that the molecules have to overcome. These results were combined to a developed kinetic model which allowed a complete description of the binding and translocation (or failure of it) of these polyadenines.The last results chapter described the interaction of bigger polyadenines (A6-A7-A8-A9-A10) with the aerolysin nanopore. The analysis of amplitude of currents of the adenine-induced blocks inside this pore showed an orientation dependent interaction of the molecules with the pore. This orientation dependent interaction started to be apparent for the A7 molecule and became the dominant effect for A9 and A10. Due to the flexibility of ssDNA, this effect is not observed for smaller sized molecules (A6 and below) because of their possibility of reorientation while inside the pore.

La première méthode vise à améliorer la vitesse d’imagerie de la microscopie super-résolue àtempérature ambiante pour des applications biologiques. En tant qu’une technique de scan, lamicroscopie STED a besoins d’être parallélisé pour faire de l’imagerie rapide en champ large. Nousavons obtenu une parallélisation massive de la microscopie STED en utilisant les réseaux d’optiqueavec une excitation en en champ large et une caméra rapide pour détection. Les images super-résoluesd’un champ de 3 μm par 3 μm sont acquises en scannant une maille élémentaire du réseau optique, quipeut être aussi petite que 290 nm * 290 nm. La microscopie Lattice-STED est démontrée avec unerésolution allant jusqu'à 70 nm à une cadence de 12,5 images par seconde.La deuxième méthode étend la microscopie super-résolue à la température de l’hélium liquide pourdes applications aux technologies quantiques. Des résolutions optiques à l'échelle nanométrique desémetteurs quantique est une étape cruciale vers le contrôle des états délocalisés formés par lesinteractions fortes et cohérentes entre des émetteurs. Dans ce contexte, nous avons développé unetechnique de microscopie à des températures cryogéniques, dénommée la microscopie Essat. Cettetechnique est basée sur la saturation optique de l'état excité des molécules fluorescentes uniques parl’excitation d’un faisceau en forme d’anneau. Une résolution moins de 10 nm est obtenue avec debasses intensités d'excitation, plus de millions de fois plus faibles que celles utilisées dans lamicroscopie STED à la température ambiante. Par rapport aux approches basées sur la superlocalisation,notre technique offre une occasion unique de résoudre sous la limite de diffraction lesmolécules uniques ayant des fréquences de résonance optiques qui se chevauchent. Ceci ouvre la voieà l'étude des interactions cohérentes entre émetteurs uniques et à la manipulation de leur degréd'intrication. / The first technique aims at improving the imaging speed of super-resolution microscopy at roomtemperature for biological applications. As a scanning technique, STED (Stimulated EmissionDepletion) microscopy needs parallelization for fast wide-field imaging. Using well-designed opticallattices for depletion together with wide-field excitation and a fast camera for detection, we achievelarge parallelization of STED microscopy. Wide field of view super-resolved images are acquired byscanning over a single unit cell of the optical lattice, which can be as small as 290 nm * 290 nm.Lattice-STED imaging is demonstrated with a resolution down to 70 nm at 12.5 frames per second.The second one extends super-resolution microscopy to liquid helium temperature for applications inquantum technologies. Optical resolution of solid-state single quantum emitters at the nanometer scaleis a challenging step towards the control of delocalized states formed by strongly and coherentlyinteracting emitters. ESSat (Excited State Saturation) microscopy operating at cryogenic temperaturesis based on optical saturation of the excited state of single fluorescent molecules with a doughnutshapedbeam. Sub-10 nm resolution is achieved with extremely low excitation intensities, more thanmillion times lower than those used in room temperature STED microscopy. Compared to superlocalisationapproaches, our technique offers a unique opportunity to super-resolve single moleculeshaving overlapping optical resonance frequencies, paving the way to the study of coherent interactionsbetween single emitters and to the manipulation of their degree of entanglement.