La demande énergétique de l’humanité augmente rapidement et ne montre aucun signe de ralentissement. Parallèlement à cette problématique, l'utilisation abusive de combustibles fossiles est l'une des principales causes d'augmentation de la concentration de CO₂ dans l'atmosphère. Ces problèmes doivent être résolus en termes de limitation des émissions de CO₂ et de recherche de sources d'énergie renouvelables pour remplacer les combustibles fossiles. De nos jours, l’énergie solaire est l’une des sources d’énergie renouvelables les plus efficaces. La conversion de l'énergie de la lumière solaire en électricité dans le photovoltaïque ou en énergie chimique par le biais de processus photocatalytiques implique invariablement un transfert d'énergie photo-induit et un transfert d'électrons. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est d'étudier les processus photo-induits dans les photosystèmes moléculaires utilisant la photolyse par flash laser. Le premier thème de cette thèse porte sur l’étude du transfert monoélectronique dans des systèmes de dyades donneur-accepteur en vue d’optimiser l’efficacité de la séparation des charges et de son application dans la cellule solaire organique photovoltaïque. Le deuxième thème de cette thèse porte sur l’étude de deux systèmes modèles de photosynthèse artificielle étudiés pour la possibilité d’une accumulation de charge par étapes. Ensuite, différents systèmes photocatalytiques, développés pour la photoréduction du CO₂, ont été étudiés. La compréhension des processus photo-induits devraient permettre l’amélioration de l'efficacité de la réduction du CO₂ dans les systèmes photocatalytiques pratiques. / The energy demand of humanity is increasing rapidly, and shows no signs of slowing. Alongside this issue, abuse using fossil fuels is one of the main reasons which leads to an increase in atmospheric CO₂ concentration. These problems have to be solved in terms of both limiting CO₂ emission and finding renewable energy sources to replace fossil fuels. Nowadays, solar energy appears as one of the most effective renewable energy sources. Conversion of solar light energy to electricity in photovoltaics or to chemical energy through photocatalytic processes invariably involves photoinduced energy transfer and electron transfer. In this context, the aim of the thesis focuses on studying photoinduced processes in molecular photosystems using laser flash photolysis. The first theme of this thesis focus on studying single electron transfer in Donor-Acceptor Dyad systems towards optimization efficiency of charge separation and application in the photovoltaic organic solar cell. In the second theme of this thesis, two model systems of artificial photosynthesis were investigated to assess the possibility of stepwise charge accumulation on model molecules. A fairly good global yield of approximately 9% for the two charge accumulation on MV²⁺ molecule was achieved. Then, different photocatalytic systems, which have developed for CO₂ reduction, were studied. Understanding of the photoinduced processes is an important step toward improving the efficiency of reduction of CO₂ in practical photocatalytic systems.

Ce projet de thèse consiste dans un premier temps à synthétiser des systèmes moléculaires multifonctionnels possédants un grand nombre d’entités fluorescentes et photochromes. De telles architectures nécessitent ensuite une étude photophysique poussée pour caractériser leurs propriétés d’émission photo-activée pour jouer le rôle de sondes moléculaires fluorescentes super-résolutives en imagerie de fluorescence. En effet, l’accès aux observations nanométriques par microscopie optique est actuellement un domaine de recherche extrêmement actif et prometteur. Ici, la combinaison astucieuse de molécules photochromes (de type diaryléthène) et fluorescentes (de type dicyanométhylène pyranes ou benzophénoxazines) à l’échelle nanométrique, grâce à des plateformes moléculaires telles que des oligosaccharides et des peptides fonctionnalisés par “chimie click”, doit permettre d’obtenir des structures aux géométries variées avec des distances et orientations inter-chromophores diverses, dont l’optimisation doit conduire à des interactions efficaces menant à l’émergence d’effets collectifs coopératifs. Pour ces assemblages moléculaires mixtes, il est attendu que la présence d’une unité photochrome puisse engendrer l’extinction de fluorescence de plusieurs fluorophores lorsque ces entités sont situées à une distance appropriée pour que le transfert d’énergie ait lieu de manière amplifiée. Par ailleurs, même une faible conversion des photochromes doit permettre d’atteindre un contraste de fluorescence extrêmement efficace avoisinant 100% et ainsi obtenir des super-molécules dont la photo-commutation serait rapide et économe en photons. Il s’agira enfin de démontrer que les systèmes moléculaires multichromophoriques ainsi optimisés présentent le comportement souhaité à l’échelle de la molécule unique pour l’imagerie de fluorescence super-résolution. / The synthesis of photoswitchable emissive molecular system still represents a challenge, in order to develop fluorescence-based devices for nanotechnologies. In the last decade, excitation energy transfer processes (EET) have been advantageously employed to design photoswitchable fluorescent molecular systems between a photochromic dye and an appropriate fluorescent molecule. More recently, photochromic dyes of particular interest, showing no emission in the open-form (P-OF) but a strong emission signal in the closed-form (P-CF), have been developed. Such molecules allow a multi-emission switch when combined with a fluorescent moiety. In this project, we will design and synthesize fluorescent photochromic diarylethene covalently linked to different fluorophores, such as benzothiadiazole (BTD) and BODIPY derivatives. By choosing a fluorophore moiety with blue/green emission (F) and a photochromic moiety with orange/red emission in closed-form (P-CF), EET can occur between F and P-CF leading to photoswitchable multi-emission properties. Photophysical characteristics of dyads will be studied by spectroscopy with the aim of presenting their light-controllable optical properties and the intramolecular EET processes between fluorescent and photochromic moieties.

Ce manuscrit présente une étude expérimentale sur le processus de recouvrement de nanotubes de carbone mono parois en suspension micellaire par des molécules de colorants organiques. En raison des propriétés électroniques exceptionnelles et de la structure chimique carbonée de ces nanotubes, une modification de leur environnement physico-chimique a une grande influence sur leurs propriétés optoélectroniques. Les conséquences de cette fonctionnalisation de surface sont étudiées par des techniques de spectroscopie optique. Le procédé de fonctionnalisation non covalente de nanotubes par des molécules de porphyrines en milieu micellaire est détaillé selon trois axes de recherches complémentaires. Dans un premier temps, les aspects cinétiques de ce processus réactionnels seront discutés. En particulier, le rôle de l'organisation de l'environnement micellaire est mis en évidence. Cela permet de comprendre et de contrôler la durée de la réaction. Une étude thermodynamique de l'interaction nanotube/porphyrines sera ensuite détaillée. Le comportement associatif des porphyrines au cours de leur interaction avec le nanotube sera démontré. Dans un troisième chapitre, les caractéristiques spectrales de la porphyrine lorsqu'elle est adsorbée sur la surface de carbone seront discutées. Un modèle de couplage dipôle- dipôle est développé pour comprendre ces effets. Ce modèle permet de mettre en évidence / This manuscript presents an experimental study on the process of coverage of single-wall carbon nanotubes by organic dyes molecules. Due to the exceptional electronic properties and the monolayer carbon structures of such nanotubes, a modification of their physico-chemical environment has a great influence on their optoelectronic properties. The consequences of this surface functionalization are studied by means of optical spectroscopy. The process of non covalent functionalization of surfactant suspended nanotubes by porphyrin molecules is separated in three complementary studies. The first one details the kinetic aspects of this reaction process. In particular, the role of the organization of the surfactant environment will be highlighted. This allows to understand and control the reaction timescale. On the second hand, a comprehensive thermodynamic study of the nanotube/porphyrins interaction is performed. The associative behavior of the porphyrin during the interaction with the nanotube is evidenced. Then, the spectral characteristics of the porphyrin when it is adsorbed on a carbon surface is discussed. A dipole-dipole coupling model is developed to understand such effects. This model allows to highlight the geometry followed by the molecules when they are organized on the carbon template (nanotube or graphene).

Les échanges de chaleur et de vapeur d’eau ont lieu à l’interface terre-atmosphère. Une représentation précise de ces flux est nécessaire dans les modèles atmosphériques et hydrologiques, compte tenu de leur importance dans la régulation des cycles climatiques et hydrologiques. À cette fin, des modèles de surface terrestre (MST) ont été construits pour fournir des informations pertinentes sur les conditions de surface terrestre, et plus spécifiquement, sur les échanges d’énergie, d’eau et parfois de carbone. Dans cette thèse, l’objectif principal est de mieux comprendre les différents processus conduisant au transfert d’énergie et d’eau à travers l’interface sol-végétation-atmosphère, ainsi que d’évaluer la simulation des échanges d’énergie et d’eau par des MST pilotés par des forçages météorologiques de différentes sources. Premièrement, deux différentes philosophies de modélisation de la surface terrestre ont été contrastées sur des sites sans neige à travers le monde. Les performances d’une approche basée sur la répartition statistique de l’énergie de surface, le modèle « Maximum Entropy Production » (MEP), ont été comparées à celles d’un MST à base physique, le « Canadian Land Surface Scheme » (CLASS). Le modèle MEP propose une approche simplifiée pour estimer les flux thermiques de surface tout en imposant la conservation d’énergie. Par conséquent, ce modèle semble approprié pour une intégration dans les études hydrologiques et de télédétection, où les quelques données d’entrée requises peuvent être facilement récupérées, et lorsque l’estimation des flux de chaleur de surface est l’objectif principal. En général, l’approche MEP était comparable aux mesures in situ et aux résultats CLASS. Bien que MEP utilise une formulation simple et moins de variables d’entrée, le modèle était comparable ou même meilleur que les simulations du modèle CLASS. Cependant, le modèle de surface était moins performant pour simuler les flux turbulents nocturnes et le flux de chaleur du sol dans son ensemble. Deuxièmement, CLASS a été appliqué à une échelle locale pour évaluer ses performances lorsqu’il est piloté par les données de réanalyse ERA5. L’énergie de surface simulée et les flux d’eau, ainsi que le manteau neigeux et les propriétés du sol, ont été étudiés dans quatre sites différents distribués sur le biome boréal canadien. Les résultats de CLASS pilotés par ERA5 ont été comparés aux observations in situ disponibles, ainsi qu’aux résultats de CLASS pilotés par des observations; des simulations et des analyses supplémentaires ont été menées pour évaluer les effets des biais dans les précipitations d’ERA5. Cette analyse a mis en évidence la iii capacité de CLASS à représenter les variables de la surface terrestre des sites boréaux lorsqu’il est forcé par la réanalyse ERA5, montrant une grande similitude avec les observations et avec les résultats de CLASS pilotés par les observations. Bien que la réanalyse ERA5 ait une résolution relativement grossière, les données peuvent toujours être utilisées pour piloter un MST et produire des résultats cohérents à une échelle locale. Enfin, nous avons évalué la fiabilité du modèle CLASS dans la simulation de l’évapotranspiration (ET) et du ruissellement (ROF) lorsqu’il est forcé par des données stochastiques, produites par un modèle générateur de temps à l’échelle horaire, sur deux sites boréaux canadiens avec une disponibilité d’eau contrastée (un site sec et un site humide). Les résultats ont été comparés aux flux d’eau simulés par CLASS forcés avec des données de référence (ERA5). Cette étude s’est concentrée sur la variation interannuelle et saisonnière des flux d’eau, ainsi que sur leurs périodes de retour de valeurs journalières extrêmes. Sur le site sec, l’ET et le ROF simulés par CLASS forcé avec les données stochastiques et de référence étaient similaires les uns aux autres; les deux simulations ont montré que l’ET et le ROF annuels sont limités par la disponibilité en eau. Sur le site humide, cependant, les résultats des deux simulations ont montré des écarts importants. CLASS piloté par les données stochastiques n’a pas pu capturer la signature d’ET, qui se situe globalement entre 550 mm an−1 et 600 mm an−1 , et elle n’est pas limitée par l’eau. Les précipitations, la température et l’humidité spécifique se sont révélées être les variables critiques dans la simulation des flux d’eau. De plus, les événements journaliers extrêmes de précipitations stochastiques et de ROF simulés par CLASS forcé avec les données stochastiques se sont révélés fiables sur les deux sites, révélant une excellente occasion d’utiliser cette méthode pour évaluer les ressources en eau dans un scénario de changement climatique. En conclusion, cette thèse s’est concentrée sur la modélisation de la surface terrestre sur plusieurs sites végétalisés, en mettant l’accent sur les échanges d’énergie et d’eau entre la surface terrestre et l’atmosphère. Les résultats ont permis d’apporter des perspectives de travaux futurs en ce qui concerne (i) l’utilisation d’une approche simplifiée pour estimer les flux thermiques de surface ; (ii) l’utilisation de la réanalyse ERA5 comme forçage robuste des données aux MST dans les études à l’échelle locale sur la forêt boréale canadienne ; et (iii) l’utilisation d’ensembles de données stochastiques horaires pour forcer les données à des MST à base physique pour étudier les conditions hydrométéorologiques dans le climat actuel et les projections futures. / Exchanges of heat and water vapor take place at the land-atmosphere interface. An accurate representation of water and energy fluxes is needed in atmospheric and hydrologic models, given their importance in the regulation of the climate and hydrological cycles. To this end, land surface models (LSMs) have been built to provide relevant information on the land surface conditions, and more specifically, on the exchanges of energy, water, and sometimes, carbon. In this thesis, the main objective is to better understand various processes driving the transfer of energy and water across the soil-vegetation-atmosphere interface, as well as to evaluate the simulation of energy and water exchanges by LSMs driven by meteorological forcings of different sources. Firstly, two different philosophies of land surface modeling were contrasted at snow-free sites across the world. The performance of a statistically based surface energy partitioning approach, the Maximum Entropy Production (MEP) model, was compared to that of a physically based LSM, the Canadian Land Surface Scheme (CLASS). The MEP model offers a simplified approach to estimate surface heat fluxes while imposing energy conservation. Therefore, this model seems suitable for integration into hydrological and remote sensing studies, where the few required input data can be easily retrieved, and when the estimation of the surface heat fluxes is the main objective. The MEP approach was comparable to in situ measurements and to CLASS results. Although MEP uses a simple formulation and fewer input variables, the model was comparable or even better than CLASS simulations. The surface model was, however, weak in simulating nocturnal turbulent fluxes and the soil heat flux overall. Secondly, CLASS was applied at a point scale to evaluate its performance when driven by the ERA5 reanalysis. Simulated surface energy and water fluxes, as well as snowpack and soil properties, were investigated at four different sites spread over the Canadian boreal biome. The results from CLASS driven by ERA5 were compared to available in situ measurements, as well as with results from CLASS driven by observations; additional simulations and analyses were conducted to evaluate the impacts of biases in the ERA5 precipitation. This analysis highlighted the ability of CLASS to represent the land surface variables of the boreal sites when forced by the ERA5 reanalysis, showing high similarity with the observations and with the results from CLASS driven by observations. Although this reanalysis has a relatively coarse v resolution, the data can still be used to drive an LSM and produce consistent results at a point scale. Lastly, we assessed the reliability of CLASS in simulating evapotranspiration (ET) and runoff (ROF) when driven by stochastic data produced by an hourly weather generator over two Canadian boreal sites with contrasting water availability (a dry and a wet site). The results were compared with simulated water fluxes from CLASS forced with reference data (ERA5). This study focused on the interannual and seasonal variation of the water fluxes, as well as on their return levels of extreme daily values. At the dry site, the simulated ET and ROF from CLASS driven by the stochastic and the reference data were similar to each other; both simulations showed that annual ET and ROF are limited by water availability. At the humid site, however, the results from both simulations showed significant discrepancies. CLASS driven by the stochastic data was not able to capture the ET signature, which overall ranges between 550 mm yr−1 and 600 mm yr−1 , and it is not water-limited. The precipitation, temperature, and specific humidity were found to be the critical variables in the simulation of the water fluxes. Moreover, the extreme daily events of stochastic precipitation and ROF from CLASS driven by the stochastic data proved to be reliable at both sites, revealing an excellent opportunity to use this framework to assess water resources under a changing climate scenario. In short, this thesis focused on land surface modeling over multiple vegetated sites, with an emphasis on the energy and water exchanges between the land surface and the atmosphere. The results brought some future work perspective in regards to (i) the use of a simplified approach for estimating the surface heat fluxes; (ii) the use of ERA5 reanalysis as robust forcing data to LSMs in local-scale studies over the Canadian boreal forest; and (iii) the use of hourly stochastic data sets as forcing data to physically based LSMs to investigate hydrometeorological conditions in the present climate and in future projections.

L'acrylamide, connu comme étant une molécule cancérigène, apparait lors de traitement thermique à haute température (>120°C) d'aliments riches en asparagine et en sucre. La friture profonde génère ce composé à des teneurs proche de 0,44 ppm pour les chips de plantain. Or les aliments à base de plantain sont largement consommés dans les pays du sud. Ces travaux de recherche ont pour objectif de mieux comprendre l'accumulation de l'acrylamide lors de l'élaboration de produits frits à base de plantain. Pour y parvenir la teneur en précurseurs (asparagine) a d'abord été obtenue dans différentes variétés de bananes, mais aussi durant le mûrissage d'une variété de plantain d'exportation (Harton). Ces résultats ont permis d'identifier l'asparagine comme étant limitant pour la formation d'acrylamide dans le plantain. Ensuite, une étude cinétique du couplage entre la température et l'activité en eau a été entreprise en système fermé. Le domaine d'étude consistait en 4 températures de traitement (140, 160, 180 et 200°C) et 3 activités en eau (0,43 ; 0,9 ; 0,97). La cinétique de formation et d'élimination de l'acrylamide a été traduite par la somme de 2 cinétiques d'ordre 1. Les paramètres cinétiques ont été identifiés et montrent que la température est le paramètre qui influence le plus la cinétique de l'acrylamide. Le modèle cinétique a dans une autre étape été couplé à un modèle traduisant les transferts d'énergie et de vapeur durant la friture. Le modèle a bien simulé les teneurs en eau et en acrylamide de deux produits frits à base de plantain « tajadas » (produit épais) et « tostones » (produit mince). Les coulages entre transfert et réaction sont discutés en vue d'imaginer des stratégies de réduction de l'acrylamide. Il a été démontré que la formation de l'acrylamide se fait presque exclusivement dans la zone hygroscopique périphérique (croûte). De ce fait, la conduite de la friture en températures variables est recommandée et permet de réduire d'au moins 50% la teneur en acrylamide. La sélection variétale et l'état de maturité du plantain sont les moyens en amont les plus souples pour contrôler la teneur en acrylamide dans le produit final. Des prétraitements par immersion se sont avérés efficaces induisant une réduction significative de l'acrylamide. En revanche, la formulation de molécules antioxydantes ne semble pas avoir d'effet réducteur. / Acrylamide, a molecule known as a carcinogen, appears during heat treatment of asparagine and sugars rich foods at high temperature (> 120 ° C). Deep frying produces this compound at levels close to 0.44 ppm for plantain chips, these foods being widely consumed in developing countries. The aim of the present work is to better understand the accumulation of acrylamide during the process of plantain-based products. In this context, the level of precursors (asparagine) was obtained firstly in different varieties of bananas and also during ripening of an export plantain variety (Harton). These results allowed identifying asparagine as a limiting factor of acrylamide formation in plantain. Afterwards, a kinetic study of the coupling between temperature and water activity was undertaken in a closed system. The field of study consisted of four temperatures of treatment (140, 160, 180 and 200 ° C) and three water activities (0.43, 0.9, 0.97). The kin etics of formation and elimination of acrylamide was translated by the sum of 2 order 1 kinetics. The kinetic parameters were identified and showed that temperature is the parameter that influences the most acrylamide kinetic. The kinetic model, in a further step, was coupled to a model describing energy and steam transfers during frying. The model simulated well water and acrylamide content in two plantain-based fried products: "Tajada" (produced thick) and "tostones" (thin product). The coupling between transfers and reaction were discussed in order to identify strategies to reduce acrylamide. It was demonstrated that acrylamide formation occurs almost exclusively in the hygroscopic and peripheral area (crust). Thus, conducting frying process at varying temperatures is recommended and can reduce by at least 50% the acrylamide content. The varietal selection and the ripeness degree of plantain are more flexible ways to control upstream the levels of acrylamide in the final product. Immersion pretreatments were also effective to reduce significantly acrylamide. However, the formulation of antioxidant molecules did not appear to have reduction effect.

L'une des façons de protéger une installation électrique d'une surintensité est d'utiliser un fusible. Les fusibles de la société Ferraz Shawmut contiennent du sable facilitant l'extinction de l'arc électrique créé par la surintensité. L'optimisation de l'arrangement des grains de sable grâce à une vibration permet d'améliorer les propriétés des fusibles. Des éprouvettes de sable, préparées par pluiviation, sont vibrées à différentes fréquences et accélérations. Le comportement dynamique des grains de sable et la compacité montrent une dépendance vis-à-vis de l'amplitude de vibration. Une modélisation énergétique des états vibratoires est réalisée. Une étude de dimensionnement des fusibles montre que dans le cas de vibrations verticales, l'effet de la hauteur de sable sur la compacité du milieu granulaire est prédominant. Tandis que le diamètre des récipients modifie le système convectif. La caractérisation d'empilements granulaires vibrés relaxés par tomographie X montre que les vibrations ne créent pas de ségrégation. Une étude de la compacité locale et des mesures d'intercepts dans les phases "grains" et "pores" permettent l'étude du tassement (dilatation). Des hétérogénéités de structures sont également détectées.

Ce travail concerne l'étude de matériaux monocristallins à basses énergies de phonons, dopés par des ions de terres rares pour la réalisation de lasers solides pompés par diodes et émettant dans l'infrarouge moyen. Pour cela des cristaux purs et dopés (Er3+ou Pr3+) de KPb2Cl5 et Tl3PbX5 (X=Cl, Br) ont été élaborés par la méthode de Bridgman-Stockbarger. Ces matrices non hygroscopiques et à fusion congruente présentent des transitions de phase lors du refroidissement qui ne limitent cependant en rien l'élaboration de cristaux de taille centimétrique. L'étude spectroscopique des matériaux dopés par l'ion Er3+a été effectuée à haute comme à basse température. Il a ainsi été possible de mettre en évidence que ces systèmes présentent des temps de vie de fluorescence et des sections efficaces de gain favorables à une émission laser autour de 4,5 µm. Il a été également démontré que les processus d'up-conversion " par absorption dans les états excités des ions Er3+ à la longueur d'onde de pompage optique comme les processus de transferts d'énergies entre les ions n'entraînent pas de pertes optiques significatives pour le système laser. Les paramètres ainsi obtenus ont alors été utilisés pour construire un modèle et simuler le fonctionnement de ce système laser en présence d'un pompage par diodes à 800 nm. L'étude spectroscopique de l'ion Pr3+ dans différents matériaux a enfin permis de mettre en évidence des sections efficaces d'émission élevées associées à des temps de vie importants favorables cette fois à une émission laser autour de 5µm.

Cette thèse présente le travail réalisé sur la mise au point de nouveaux polymères fluorescents à chaînes latérales destinés à détecter des traces de 2,4-dinitrotoluène. Pour atteindre cet objectif nous avons recherché un matériau alliant un rendement de fluorescence élevé et une température de transition vitreuse basse avec une diminution de son intensité de fluorescence lorsqu'il est mis en présence de composés nitroaromatiques dilués dans l'air.<br />Dans un premier temps, les propriétés photophysiques de plusieurs dérivés de type 4-amino-1,8-naphtalimide ont été étudiées en solution et à l'état solide. Ces molécules montrent une différence significative de comportement selon que l'amine est secondaire ou tertiaire, les premières ayant des propriétés particulièrement bonnes en solution alors que les secondes conservent leurs propriétés à l'état solide. Dans un deuxième temps, les polymères fluorescents ont été synthétisés. Des greffons de type 4-amino-1,8-naphtalimide et alcools fluorées ont été greffés sur le squelette polysiloxane par hydrosilylation. Trois catalyseurs différents ont été utilisés. Cette étude a permis d'obtenir des polymères possédant de très bons rendements de fluorescence à l'état solide (≈ 50%) et des températures de transition vitreuse inférieures à l'ambiante. Leur étude photophysique a permis entre autre de quantifier les transferts d'énergie entre les chromophores. A l'état solide, l'excitation peut ainsi visiter jusqu'à 25 fluorophores durant la durée de vie de fluorescence. Cela permet d'espérer une amplification conséquente du signal d'inhibition de fluorescence. Les interactions entre ces polymères et le 2,4-DNT ont ensuite été évaluées. Leurs propriétés se sont révélées au moins aussi bonnes que le 3D-PPE, polymère Π-conjugué de l'état de l'art, que ce soit en terme de rapidité de détection, rendement de fluorescence et réversibilité de l'inhibition de fluorescence.

Ce travail est consacré à l'étude des ions Ce3+ et Pr3+ dans des monocristaux de fluorures et d'oxydes pour une émission laser accordable dans le domaine UV basée sur la transition vibronique 5d - 4f. Il s'agit d'étudier le fonctionnement laser de l'ion Ce3+ dans les cristaux de LiLuF4 et LiYF4 puis d'explorer d'autres systèmes dopés avec les ions Pr3+ ou Ce3+. Après une brève description de la technique Czochralski utilisée pour synthétiser les cristaux de fluorures et un rappel de leurs propriétés optiques et structurales, le premier chapitre présente l'effet du champ cristallin sur les niveaux d'énergie de la configuration 4f5d ainsi que les propriétés spectroscopiques liées aux transitions interconfigurationelles 4fn ↑ 4fn-15d1. Le chapitre II est consacré à l'étude du fonctionnement laser de LiLuF4:Ce3+ ainsi qu'à des mesures de gain et de perte dans les cristaux de LiYF4:Ce3+ et LiLuF4:Ce3+ afin de déterminer les facteurs qui limitent le rendement laser de ces matériaux. Des simulations numériques sont également décrites afin de calculer le gain et le rendement laser de ces systèmes. Le chapitre III porte sur l'étude expérimentale et théorique des niveaux d'énergie de la configuration 4f5d de l'ion Pr3+ en vue d'un pompage par étapes. Un montage d'absorption dans l'état excité (AEE) permettant de sonder les niveaux 4f5d depuis des niveaux métastables de la configuration 4f2 est présenté. Les spectres enregistrés par cette technique sont par la suite interprétés à l'aide d'un modèle théorique prenant en compte l'effet du champ cristallin. Le chapitre IV présente les résultats expérimentaux et théoriques concernant le pompage par étapes de l'ion Pr3+ dans différents matériaux. Un transfert d'énergie Pr3+ - Ce3+ efficace est également démontré en vue d'utiliser l'ion Pr3+ comme sensibilisateur de l'ion Ce3+. Enfin, ce travail se termine par des mesures de gain, lesquelles se sont révélées positives dans le cas des phosphates YPO4:Ce3+ et LuPO4:Ce3+.

Les nanotubes de carbone dont les deux tiers sont des semi-conducteurs à gap direct, ont des propriétés optiques originales dominées par le caractère undimensionel du confinement quantique imposé aux électrons. Ceci donne naissance à des excitons très fortement liés dont nous avons étudié la structure fine par des techniques de photoluminescence et de diffusion Rayleigh. Par ailleurs, l'étude de la dynamique des excitations élémentaires (à l'échelle sub-pico-seconde), nous a permis de mettre en évidence le rôle prépondérant des interactions avec l'environnement sur les propriétés de ces objets dont tous les atomes sont en surface. Dans une dernière partie, nous montrons comment tirer partie de cette interaction en fonctionnalisant les nanotubes avec des chromophores organiques dans le but de réaliser des dispositifs opto-électroniques de conversion d'énergie lumineuse.