Dans cette thèse nous avons développé trois techniques de mesures dynamiques du renversement de l'aimantation à l'échelle de la nanoseconde en utilisant des micro bobines comme source de champ pulsé. Le comportement dynamique de plusieurs systèmes magnétiques sous la forme de couches minces a été étudié. Avec la technique de Dichroïsme Circulaire Magnétique de Rayons X (XMCD) résolu en temps développée à l'ESRF on obtient la sélectivité en espèce chimique outre à une résolution temporelle de 100 ps. Cela nous a permis d'effectuer des études du renversement de l'aimantation et du couplage dynamique dans des structures du type vanne de spins et jonctions tunnel. Dans certaines conditions de champ pulsé le temps de renversement de l'aimantation de la couche libre (FeNi) est de l'ordre de la nanoseconde. Dans ces structures, suivant l'épaisseur de la couche non magnétique, le couplage dynamique entre les couches libre et dure peut être très différent de celui statique. La technique de mesure dynamique Kerr/Faraday s'est montrée assez efficace pour l'étude dynamique des couches minces à forte anisotropie perpendiculaire grâce aux possibilités de champs importants (jusqu'à 10 T) associées à une haute sensibilité (~2 x 10(+8) µB). Avec la technique d'imagerie Kerr/Faraday résolue en temps on a pu suivre le renversement d'un grenat magnétique suite à une impulsion de champ. Les processus du renversement sont facilement identifiés par la visualisation dynamique des domaines magnétiques. Avec les micro bobines développées en collaboration avec le LETI, nous avons pu montrer la possibilité d'obtenir des champs magnétiques très forts (jusque 50 T) à un très bas coût comparé aux installations conventionnelles. Pour la suite de ce travail nous envisageons le développement d'une technique d'imagerie dynamique avec haute résolution spatiale (dizaine de nm) et sélectivité chimique basée sur un microscope PEEM (Microscope à photoémission d'électrons).

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) sont les cibles de 50% des médicaments actuellement sur le marché pharmaceutique. La compréhension de leur mode de fonctionnement est donc essentielle au développement de nouvelles molécules capables de cibler spécifiquement ces récepteurs. Ces dix dernières années, les technologies de transfert d'énergie ont permis de révéler la capacité des RCPG, longtemps considérés comme monomériques, à s'organiser en dimères voire en structures oligomériques plus grandes. Toutefois, la caractérisation précise de cette stœchiométrie d'assemblage implique la mise au point de méthodes adaptées. <br />Au cours de ce travail de thèse nous avons développé une approche de FRET en temps résolu permettant de mettre en évidence, à l'aide d'anticorps marqués, des interactions de sous-unités de RCPG à la surface de cellules vivantes. En choisissant le récepteur GABAB comme modèle d'étude, cette approche a permis de révéler l'homo- et l'hétérodimérisation de ce récepteur à la surface cellulaire. De plus, en condition de perméabilisation des cellules, l'oligomérisation de la sous-unité GABAB1 retenue dans les compartiments intracellulaires a pu être caractérisée par cette même approche.<br />Afin d'analyser plus précisément l'organisation du récepteur GABAB, nous avons mis au point une deuxième méthode permettant de marquer irréversiblement à l'aide de fluorophores les sous-unités GABAB1 et GABAB2 présentes à la surface cellulaire. La combinaison de cette méthode de marquage (SNAP-tag) avec une analyse de FRET en temps résolu a permis de caractériser l'organisation oligomérique de ce récepteur. Ainsi, le récepteur GABAB, connu pour être un hétérodimère obligatoire, semble capable de former des oligomères via la sous-unité GABAB1 qui représente un point de contact entre deux hétérodimères. Le rôle d'une telle organisation sur la fonction de ce récepteur reste toutefois indéterminé.

Face au développement actuel des nanotechnologies, l'étude et la caractérisation des propriétés thermiques des couches minces et des nanomatériaux devient nécessaire pour le développement et la qualité des nouvelles technologies. Notre système expérimental a été conçu et mis en oeuvre dans le but d'étudier les différents phénomènes qui régissent l'interaction matière/laser nanoseconde en temps réel. Ce système est composé de deux méthodes optiques complémentaires : la réflectivité résolue en temps RRT et la pyrométrie infrarouge rapide PIR. Nous avons montré dans un premier temps la possibilité d'étudier en temps réel les modifications de l'état de surface d'une couche mince métallique déposée sur un substrat isolant, le phénomène de photoluminescence ainsi que la cinétique de fusion/resolidification et celle de l'ablation. De plus, nous présenterons une méthode originale afin de déterminer les propriétés thermiques (la capacité calorifique volumique et la conductivité thermique) des surfaces nanostructurées. L'analyse nécessite une préparation de l'échantillon ainsi que l'utilisation d'un modèle théorique éprouvé que l'on ajuste avec un algorithme d'optimisation sur nos relevés expérimentaux.

De récents progrès dans la nanoélectronique quantique ont donné lieu à denouvelles expériences avec des sources cohérentes d'électrons unique. Lorsqu'undispositif électronique quantique est manipulé sur une échelle de temps pluscourte que le temps de vol caractéristique d'un électron à travers ledispositif, toute une gamme de possibilités qui sont conceptuellement nouvellesdeviennent possible. Pour traiter de telles situations physiques, des avancéescorrespondantes sont nécessaires dans les techniques de simulation, pour aiderà comprendre, ainsi qu'à concevoir, la prochaine génération d'expériences dansce domaine.Les techniques les plus avancées pour simuler ce genre de physique nécessitentun temps de calcul qui croît de linéairement avec la taille dusystème, mais de manière quadratique avec la durée simulée.Ceci est particulièrement problématique pour les cas où un électron restedans le dispositif pendant une durée beaucoup plus longue que le temps devol balistique. Dans cette thèse on propose d'améliorer un algorithmeexistant, basé sur des fonctions d'onde, pour traiter le transport quantiquerésolu en temps dont le temps de calcul croît linéairement avec la taille du système ainsique la durée simulée. Par la suite on exploite cet algorithme pour étudierplusieurs systèmes physiques intéressants. En particulier on trouve quel'application d'un train d'impulsions de tension à un interféromètre à électronspeut stabiliser la modification dynamique du schéma d'interférence.On exploite cet effet pour faire de la spectroscopied'états d'Andreev et de Majorana existant dans des structure hybridessupraconducteur-nanofil.Les algorithmes numériques sont implémentés en tant qu'extension du logicielde transport quantique Kwant. Cette implémentation est utilisée pour tousles résultats numériques présentés dans la thèse, ainsi que d'autres projetsde recherche couvrants une grande gamme de physique: effet Hall quantique,isolants topologiques de Floquet, interféromètres de type Fabry-Pérot, etjonctions supraconductrices. / Recent technical progress in the field of quantum nanoelectronics have lead toexciting new experiments involving coherent single electron sources.When quantum electronic devices are manipulated on time scales shorterthan the characteristic time of flight of electrons through the device, a wholeclass of conceptually new possibilities become available. In order totreat such physical situations, corresponding advances in numerical techniquesand their software implementation are required both as a tool to aidunderstanding, and also to help when designing the next generation ofexperiments in this domain.Recent advances in numerical methods have lead to techniques for which thecomputation times scales linearly with the system volume, but as thesquare of the simulation time desired. This is particularly problematicfor cases where the characteristic dwell time of electrons in the centraldevice is much longer than the ballistic time of flight. Here, we proposean improvement to an existing wavefunction based algorithm fortreating time-resolved quantum transport which scales linearly in both thesystem volume and desired simulation time. We use this technique tostudy a number of interesting physical cases. In particular we find that theapplication of a train of voltage pulses to an electronic interferometercan be used to stabilise the dynamical modification of the interferencethat was recently proposed. We use this to perform spectroscopy on Majoranaand Andreev resonances in hybrid superconductor-nanowire structures.The numerical algorithms are implemented as an extension to the Kwantquantum transport software. This implementation is used for all the numericalresults presented here, in addition to other work, covering a wide varietyof physical applications: quantum Hall effect, Floquet topological insulators,Fabry-Perot interferometers and superconducting junction.

Face au développement actuel des nanotechnologies, l'étude et la caractérisation des propriétés thermiques des couches minces et des nanomatériaux devient nécessaire pour le développement et la qualité des nouvelles technologies. Notre système expérimental a été conçu et mis en oeuvre dans le but d'étudier les différents phénomènes qui régissent l'interaction matière/laser nanoseconde en temps réel. Ce système est composé de deux méthodes optiques complémentaires : la réflectivité résolue en temps RRT et la pyrométrie infrarouge rapide PIR. Nous avons montré dans un premier temps la possibilité d'étudier en temps réel les modifications de l'état de surface d'une couche mince métallique déposée sur un substrat isolant, le phénomène de photoluminescence ainsi que la cinétique de fusion/resolidification et celle de l'ablation. De plus, nous présenterons une méthode originale afin de déterminer les propriétés thermiques (la capacité calorifique volumique et la conductivité thermique) des surfaces nanostructurées. L'analyse nécessite une préparation de l'échantillon ainsi que l'utilisation d'un modèle théorique éprouvé que l'on ajuste avec un algorithme d'optimisation sur nos relevés expérimentaux. / The recent development of nanotechnology has made the study and the characterisation of thermal properties of thin films and nanomaterials very important for the development and the quality of new technologies. Our experimental setup is designed and built in order to study different phenomena, in real time, that arise while the interaction of a laser with materials at the nanosecond scale. This system is composed of two complementary optical diagnostics, the time resolved reflectivity and the fast infrared pyrometry. First, we have shown the ability to study in real time the surface structural changes in the case of a thin metal layer deposited on an insulating substrate, the phenomenon of photoluminescence and the kinetics of melting/resolidification and also the ablation. In addition, we present a novel method in order to determine the thermal properties (volumetric heat capacity and thermal conductivity) of nanostructured surfaces. The analysis is based on the use of a proven theoretical model that is adjusted with an optimisation algorithm on our experimental measurements.

Le Sarcome d'Ewing est un cancer pédiatrique rare, principalement dû à l'expression de l'oncogène de jonction EWS-Fli1, et dont les traitements médicamenteux ont peu évolué au cours des dernières décennies. Nous nous intéressons à une nouvelle approche thérapeutique utilisant des siRNA, ciblant spécifiquement l'oncogène EWS-Fli1, et permettant l'inhibition de la croissance tumorale. Durant mon travail de thèse, j'ai utilisé des nanocristaux de diamant issus soit de détonation (DND), soit de synthèse haute pression-haute température (NDHPHT) pour vectoriser les siRNA, accrochés par interaction électrostatique. Pour ce faire, les NDs ont été rendus cationiques par différentes méthodes: (i) hydrogénation assistée par plasma, (ii) par recuit thermique, ou (iii) par traitement chimique pour les DNDs, ou (iv) greffage covalent d'un polymère cationique sur des NDHPHT (COP-NDHPHT).Mes travaux ont comporté deux axes: (i) étude in vitro des complexes ND:siRNA (caractérisations physico-chimiques des NDs et étude de l'efficacité d'inhibition de l'oncogène par les complexes); (ii) distribution tissulaire de COP-NDHPHT, injectés dans des souris, grâce à des NDHPHT fluorescents, contenant des défauts azote-lacune. Pour les détecter individuellement dans des coupes d'organes de souris portant une tumeur xénogreffée sous-cutanée, nous avons développé un système d'imagerie en épifluorescence à grande ouverture numérique, et résolu en temps afin de rejeter l'autofluorescence tissulaire (de durée de vie plus courte que celle des NDs). Nous avons quantifié le nombre, l'état d'agrégation et la localisation cellulaire de ces vecteurs (grâce à un marquage histopathologique imagé simultanément) 24h après injection. Les NDs ont été clairement détectés dans les différents organes, dont la tumeur, ouvrant la voie à un contrôle de la progression tumorale grâce au siRNA. / Ewing Sarcoma is a rare pediatric cancer, caused in the majority of the cases by the expression of the fusion oncogene EWS-Fli1. Current treatments have not much evolved over the past decades. We are investigating a new therapy based on siRNA specifically targeting the oncogene and inhibiting the tumor growth. During my PhD thesis, I have tested different types of synthetic nanodiamonds (ND) used to vectorize siRNA electrostatically bound at their surface: ND produced by detonation (DND) or by High Pressure-High Temperature synthesis (NDHPTH). Their surfaces have been cationized by various processes: (i) plasma or (ii) thermal hydrogenation, (ii) chemical treatment, or (iv) covalent grafting of a copolymer (COP-NDHPHT).My PhD work included two main axis: (i) in vitro study of ND:siRNA complexes (NDs physico-chemical characterization and oncogene inhibition efficacy by the complexes); (ii) tissue distribution of COP-NDHPHT, injected into mice, using fluorescent NDHPHT containing nitrogen-vacancy defects. To detect them individually in sections of mouse organs carrying a subcutaneous xenograft tumor, we developed an epifluorescence imaging system with large numerical aperture and resolved in time to reject tissue autofluorescence (of a shorter lifetime than NDs). We quantified the number, the aggregation state and the cell localization (thanks to simultaneous histopathological imaging) of these vectors 24 hours after injection. NDs have been clearly detected in different organs, including the tumor, paving the way for tumor progression control with siRNA.

Les traceurs sont des espèces permettant de déterminer la position ou la distribution d'un produit et ceux-ci sont aujourd'hui présents dans de très nombreux domaines. Bien que chacune des applications possède un cahier des charges bien spécifique, il est possible de les retrouver dans des domaines aussi divers que la médecine (agents de contraste), l'anticontrefaçon ou encore l'exploration géologique. Nous avons ainsi développé des traceurs d'eau d'injection pétrolière composés de complexes de lanthanides. Ces traceurs, dérivés du DOTA, ont pu être détectés à des concentrations inférieures au ppb, grâce à un appareillage simple et compact. Cette détection fut rendue possible par l'utilisation de la fluorescence en temps résolu, qui permet de contourner le bruit de fond créé par la fluorescence intrinsèque des résidus pétroliers présents dans les eaux de production. Nous avons également montré comment il était possible, grâce à une synthèse en microémulsion, d'encapsuler différents luminophores au sein d'une nanoparticule composée d'un coeur d'or et d'une coquille de silice. Ainsi, ces nanoparticules ont pu être utilisées comme traceurs intelligents afin de recueillir des informations sur les propriétés physicochimiques au sein des puits comme la température, le pH, la proportion entre différents solvants, etc. Enfin nous avons pu montrer comment une utilisation judicieuse des lanthanides et des propriétés complexantes des inhibiteurs de dépôts minéraux pouvait permettre leur dosage grâce à une méthode à la fois simple et rapide. Ce dosage permettra alors d'ajuster leur concentration dans les différents puits de production de pétrole

Les traceurs sont des espèces permettant de déterminer la position ou la distribution d'un produit et ceux-ci sont aujourd'hui présents dans de très nombreux domaines. Bien que chacune des applications possède un cahier des charges bien spécifique, il est possible de les retrouver dans des domaines aussi divers que la médecine (agents de contraste), l'anticontrefaçon ou encore l'exploration géologique. Nous avons ainsi développé des traceurs d'eau d'injection pétrolière composés de complexes de lanthanides. Ces traceurs, dérivés du DOTA, ont pu être détectés à des concentrations inférieures au ppb, grâce à un appareillage simple et compact. Cette détection fut rendue possible par l'utilisation de la fluorescence en temps résolu, qui permet de contourner le bruit de fond créé par la fluorescence intrinsèque des résidus pétroliers présents dans les eaux de production. Nous avons également montré comment il était possible, grâce à une synthèse en microémulsion, d'encapsuler différents luminophores au sein d'une nanoparticule composée d'un coeur d'or et d'une coquille de silice. Ainsi, ces nanoparticules ont pu être utilisées comme traceurs intelligents afin de recueillir des informations sur les propriétés physicochimiques au sein des puits comme la température, le pH, la proportion entre différents solvants, etc. Enfin nous avons pu montrer comment une utilisation judicieuse des lanthanides et des propriétés complexantes des inhibiteurs de dépôts minéraux pouvait permettre leur dosage grâce à une méthode à la fois simple et rapide. Ce dosage permettra alors d'ajuster leur concentration dans les différents puits de production de pétrole / Tracers are objects allowing the determination of the position or the distribution of a product; tracers are currently used in a great variety of domains. Despite the fact that each field has it's own specifications, it is possible to find tracers in medicine (contrast agents), anti-counterfeiting or geological exploration. We have developed lanthanide complex tracers for oil field injection waters. Those tracers, derived from the DOTA, have been detected at concentration lower than 1 ppb, thanks to a simple and compact apparatus. This detection has been made possible by the use of time-resolved fluorescence spectroscopy, this technique allows us to get rid of the background noise created by the intrinsic fluorescence of oil residues that are present in production waters. We also demonstrated how we can, through a reverse microemulsion synthesis, encapsulate several different dyes inside a single nanoparticle composed of a gold core and a silica shell. We showed as well, how those particles can be used as smart tracers to gather data, such as temperature, pH, solvents, etc. inside the well. Finally the use of lanthanides and scale inhibitors properties allowed us to create a simple and fast dosing protocol of such scale inhibitors in injection waters. This dosage will then allow the quick adjustment of their concentration inside each well

Les récepteurs couplés aux protéines G forment une grande famille de récepteurs transmembranaires. De nombreuses études montrent que ces récepteurs présenteraient une tendance à interagir entre eux et à former des oligomères. Ces structures sont toutefois sujettes à controverse. En effet, très peu d'éléments permettent d'affirmer que ces oligomères existeraient dans les tissus natifs, la plupart des caractérisations se faisant en systèmes hétérologues. Nous avons donc développé une approche basée d'une part sur l'utilisation de ligands fluorescents pour marquer les récepteurs dans leur environnement natif et d'autre part sur le FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) en temps résolu en utilisant des cryptates de lanthanides, en particulier le Lumi4-Tb. Nous avons ainsi pu montrer et publier l'existence d'oligomères du récepteur de l'ocytocine dans la glande mammaire. Le protocole de cette étude a aussi été publié et a été validé pour la mise en évidence d'hétéro-oligomères, plus précisément entre les récepteurs V1a et V2 de la vasopressine. La poursuite de l'étude de ce phénomène dans les tissus natifs nous a poussés à développer notre propre dispositif de microscopie FRET en temps résolu. Ce dispositif est basé sur un microscope en champ large auquel nous avons ajouté une source laser pour l'excitation pulsée et une caméra CCD Multigate pour la détection. Nous en présentons ici les premiers résultats ainsi que sa validation pour l'utilisation de multiples fluorophores accepteurs avec une contamination minimale par le Lumi4-Tb. Enfin, nous proposons un modèle pharmacologique montrant l'utilisation de ligands bivalents pour étudier le couplage des oligomères. / G-protein coupled receptors form a very large family of transmembrane receptors. Numerous studies have shown that these receptors showed a tendency to interact and form oligomers. These structures are however the matter of great debate. Indeed, very few elements allow us to maintain that these oligomers could exist in native tissues, most studies being carried out in heterologous systems. We have therefore developed an approach based for one part on the use of fluorescent ligands to label receptors in their native environment, and on the other part on time-resolved FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) by using lanthanide cryptates, more specifically Lumi4-Tb. We have thus been able to show and publish the existence of oxytocin receptor oligomers in the mammary gland. The protocol used for this study was also published and validated for the study of hetero-oligomers, more specifically between vasopressin V1a and V2 receptors. Following on our study of oligomers in native tissues, we have developed our own setup to perform time-resolved FRET microscopy. This setup is based on a wide field microscope to which we added a laser source for the pulsed excitation and a Multigate CCD camera for imaging. We are here presenting the first results as well as its validation for the use of multiple acceptor fluorophores with minimal bleed through from the Lumi4-Tb. Lastly, we propose a pharmacological model showing the use of bivalent ligands to study oligomer coupling.

L'étude de la dispersion de matériaux inorganiques dans des médias organiques et aqueux est un facteur déterminant pour leur mise en œuvre industrielle. Ces matériaux trouvent leur application dans de nombreux domaines allant de l'industrie pétrolière à celle du polissage. Nous nous sommes intéressés à la stabilité de ces matériaux dans des médias tels que : (i) les solvants aqueux utilisés pour la formulation de suspensions abrasives, (ii) les eaux d'exploitations pétrolières et (iii) le pétrole brut et ses dérivés. Ceci dans le but d'améliorer les propriétés de luminescence de ces matériaux pour l'industrie pétrolière et les propriétés abrasives pour l'industrie du polissageNous avons ainsi développé des formulations stables de complexes de lanthanides (Ln) dérivés du DOTA et de nanoparticules (NPs) de sulfure de zinc dopées au manganèse, dans le but de tracer les eaux d'injections pétrolières. Ces matériaux ont été détecté par fluorescence en temps-résolu (TRF) et ce afin de contourner les problématiques liées à l'auto-fluorescence des produits pétroliers présents dans les eaux d'exploitation. Nous avons également étudié la dispersion de composés spécifiques dans des carburants, dans le but de proposer des nouveaux marqueurs anticontrefaçon pour le pétrole brut et ses dérivés. Enfin, nous avons cherché à améliorer la dispersion de nanoparticules de diamant dans des médias aqueux et ce afin d'optimiser l'efficacité des suspensions abrasives à base diamantées, utilisées pour le polissage du saphir plan a / The dispersion of inorganic materials in organic and aqueous media is a decisive factor for their industrial implementation. These materials are used in many areas from the oil industry to polishing. Herein, we focus on studying the stability of these materials in different media such as: (i) the aqueous solvents used for the formulation of abrasive slurries, (ii) the waters of oil operations and (iii) crude oil and its derivatives. Our objective is to improve the luminescence properties of these materials for the oil industry and the abrasive properties for polishing applications.We have developed stable formulations of lanthanide complexes (Ln) derived from DOTA and nanoparticles (NPs) of zinc sulfide doped with manganese for water-management in oil fields. These materials were characterized by time-resolved fluorescence (TRF) to solve the problems associated with the auto-fluorescence of petroleum products in the operating water.Furthermore, we studied the dispersion of specific compounds in different fuels in order to develop new anti-counterfeiting markers for crude oil and its derivatives. Finally, we tried to improve the dispersion of diamond nanoparticles in aqueous media in order to enhance the efficiency of diamond abrasive suspensions based for polishing sapphire a-plan