Breast cancer is the most common cancer in women. It is a highly heterogeneous disease in terms of histology, therapeutic response and patient outcomes. Early and accurate detection of breast cancer is crucial as the patient prognosis varies greatly depending on the diagnosis of the disease. Nonetheless current breast cancer classification methods fail to precisely sub-classify the disease, resulting in potential inadequate therapeutic management of patients and subsequent poor clinical outcomes. Substantial effort is therefore put in cancer research to develop methods and find new biomarkers efficiently identifying and characterizing breast tumor cells. Moreover it is now well-recognized that the intensive cross-talk between cancer cells and their microenvironment (including non-tumor cells) highly influences cancer progression. Recently, a growing body of clinical evidence reported the prognostic and predictive value associated with the presence of tumor infiltrating lymphocytes (TILs) in the microenvironment of breast tumors. Although the evaluation of TILs would be of great value for the management of patients and the development of new immunotherapies, it is currently not assessed in routine practice. Furthermore Fourier transform infrared (FTIR) imaging has shown its usefulness to study a panel of human cancers. Infrared (IR) spectroscopy coupled to microscopy provides images composed of multiple spectra reflecting the biochemical composition and subtle modifications within biological samples. IR imaging therefore provides useful information to improve breast cancer identification and characterization. The ultimate aim of this thesis is to improve breast cancer diagnosis using FTIR imaging to better identify and characterize cancer cells and the tumor microenvironment of breast cancers. In a first step we carried out a feasibility study aiming at evaluating the impact of the sample fixation process on IR spectra. While spectra were undeniably influenced by this biochemical alteration, our results indicated that closely-related cell types were influenced similarly and could still be discriminated on the basis of their spectral features. We then demonstrated the capability of IR imaging to discriminate a tumor from a normal tissue environment based on the spectral features of tumor cells and the surrounding extracellular matrix. A particular focus was placed on the identification of lymphocyte spectral signatures of cells isolated from blood or present within secondary lymphoid organs such as tonsils. Our results revealed that IR imaging was sensitive enough to discriminate lymphocyte subpopulations and to identify a particular spectral signature that we assigned to lymphocyte activation. Finally we highlighted the potential value of IR imaging as complementary tool to identify and characterize TILs in breast tumor samples. Altogether, our results suggest that IR imaging provides interesting and reliable information to improve breast cancer characterization and to assess the immune microenvironment of breast tumors.<p>/<p>Le cancer du sein est le carcinome le plus fréquent chez la femme. C’est une maladie très hétérogène du point de vue histologique, de la réponse thérapeutique et de l’évolution clinique. Une détection rapide et précise de la maladie est cruciale, un diagnostic du cancer du sein dès les premiers stades de la maladie permet une meilleure prise en charge du patient et est directement associé à un meilleur pronostic. Néanmoins la classification actuelle des cancers du sein ne permet souvent pas de caractériser la maladie de manière précise, ce qui donne lieu à la mise en place de traitements moins ciblés et une évolution clinique peu favorable. Pour remédier à cela, des efforts conséquents sont réalisés en recherche, dans le but de mettre au point des méthodes capables d’identifier et de caractériser les cellules tumorales. De plus il est actuellement reconnu que le micro-environnement tumoral (composé des cellules non-tumorales) influence fortement la progression du cancer. Récemment de nombreuses études ont montré que la présence de lymphocytes au niveau des tumeurs mammaires (TILs) était corrélée à un meilleur facteur pronostic et prédictif. Bien que l’évaluation des TILs soit de grande importance dans le cadre des immunothérapies, cet élément n’est actuellement pas pris en compte dans les analyses de routine. Par ailleurs, l’imagerie infrarouge par transformée de Fourier (FTIR) a démontré son utilité dans l’étude de plusieurs cancers humains. La spectroscopie infrarouge (IR) couplée à la microscopie fourni des images composées de multiples spectres qui reflètent la composition biochimique et les modifications dans les échantillons biologiques. De ce fait l’imagerie infrarouge procure des informations utiles pour améliorer l’identification et la caractérisation du cancer du sein. L’objectif général de cette thèse est d’améliorer le diagnostic du cancer du sein par imagerie FTIR pour mieux identifier et caractériser les cellules cancéreuses et le micro-environnement tumoral des tumeurs mammaires. Dans un premier temps nous avons effectué une étude de faisabilité afin d’évaluer l’impact du protocole de fixation des tissus sur les spectres IR. Bien que les spectres soient indéniablement influencés par cette altération biochimique, nos résultats indiquent que des types cellulaires proches sont influencés de manière similaire et peuvent donc être discriminés sur base de leurs caractéristiques spectrales. Nous avons ensuite démontré la capacité de l’imagerie IR de distinguer un environnement tumoral d’un environnement normal sur base des particularités spectrales des cellules tumorales et de la matrice extracellulaire. Une attention particulière a ensuite été portée afin d’identifier des signatures spectrales de cellules immunitaires du sang et au sein d’organes lymphoïdes secondaires, tels que les amygdales. Nos résultats ont révélé que l’imagerie IR permet d'identifier une signature spectrale particulière, que nous avons associée à une stimulation lymphocytaire. Finalement nous avons mis en évidence l’utilité de l’imagerie IR en tant qu’outil complémentaire pour identifier et caractériser les TILs dans les échantillons tumoraux mammaires. De manière générale, nos résultats suggèrent que l’imagerie IR fournit des informations intéressantes et fiables pour améliorer la caractérisation et l’évaluation du micro-environnement immunitaire dans les tumeurs mammaires. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'expérience nommée femto-FT-CEAS a été mise en place durant ce travail. Elle<p>combine une source d'absorption laser femto-opo, une cavité optique haute finesse<p>et un interféromètre à transformée de Fourier. Ce montage instrumental a permis<p>d'enregistrer des spectres sur un domaine de 100 cm−1 avec un coefficient d'absorption<p>minimal détectable de 5 10−10cm−1 pour des paramètres de résolution spectrale de<p>2 10−2cm−1 et un temps d'enregistrement d'une heure. Le coefficient d'absorption<p>equivalent par moyenne quadratique par élément spectral correspondant est de 1.2<p>10−12cm−1 Hz−1/2. Un chemin optique équivalent de 13 km a été obtenu dans une<p>cellule de 77 cm de long. La gamme spectrale accessible est de 6000 − 6700 cm−1 et<p>7800 − 8300 cm−1.<p>Les spectres enregistrés à l'aide du montage femto-FT-CEAS ont permis d'attribuer<p>plus de 1000 transitions rovibrationelles d'échantillons de CO2 enrichis en 17O,<p>d'OCS, CS2, H12C13CD, et CH3CCH. Les bandes suivantes ont été enrégistrées :<p>pour 12C17O2, les bandes 30013e, 30012e, 30011e, 31113e, 31113f, 31112e, 31112f,<p>et 31111e; pour 17O12C18O, les bandes 30013e, 30012e, et 30011e; pour 16O12C32S,<p>les bandes 540, 0, 501, 0, 511, 1e, 511, 1f, 601, 0, 460, 0, 421, 0, 431, 1e, 431, 1f,<p>521, 0, 341, 0, 351, 1e, 351, 1f, 302, 0, 312, 1e, 312, 1f, 402, 0, 322, 2e, et 322, 2f;<p>pour 16O12C34S, les bandes 501, 0 et 302, 0; pour 16O13C32S, la bande 302, 0 ;pour<p>16O12C33S, la bande 302, 0; pour 12C32S2, les bandes 0403, 0114, 3003 et 2203; pour<p>32S12C34S, la bande 3003. Les conventions de notation vibrationelles utilisées ici sont<p>pour CO2, ν1 ν2 l ν3 n où les bandes vibrationelles perturbées par la résonance de<p>Fermi ν1 2ν2 sont ordonnées selon n par ordre décroissant d'énergie. Pour l'OCS,<p>les conventions de notation sont ν1 ν2 ν3, l et pour le CS2, ν1 νl2 ν3. Leur analyse<p>spectrale a été réalisée, aboutissant à de nouvelles constantes rovibrationelles ou des<p>constantes améliorées par rapport à celles de la littérature. Les raies rovibrationnelles<p>attribuées sont données. L'analyse des spectres de H12C13CD et de CH3CCH a étéréalisée par l'équipe du Pr. L. Fusina (Université de Bologne, Italie).<p>L'expérience a aussi été installée autour d'un jet supersonique, enregistrant les<p>structures rotationnelles des bandes vibrationelles ν5 + ν9 de C2H4, 3ν3 de N2O et<p>ν1 + ν3 de H12C13CH en abondance naturelle, toutes avec une température rotationelle<p>inférieure à 35 K.<p>Finalement, un programme de simulation de ligne de base a été écrit. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans ce travail de thèse, un spectromètre FT-Raman a été développé dans l'intention de mesurer les substances dangereuses de manière propre et durable permettant à l'utilisateur un cout d'utilisation réduit (approche low cost). Dans ce but, le système FT- Raman a été développé en utilisant une combinaison originale de composants conventionnels d'optoméchatronique avec laquelle nous proposons une méthode d'évaluation du spectre. Ce système FT-Raman proposé n'inclut aucun composants spécialisé coûteux et permet la détection de la diffusion Raman et le suivi du chemin optique. Le dispositif a été testé lors d'analyses d'une série de composants chimiques standards largement utilisés dans la spectroscopie Raman (certains d'entre eux sont connus pour leur impact négatif sur la santé et l'environnement). Les résultats du spectre obtenus avec notre dispositif ont confirmé les valeurs signalées par le spectre Raman standard. Une comparaison des spectres avec des appareils commercialisés mesurant le FT-Raman a été également faite, et les résultats indiquent que notre combinaison de composants conventionnels et l'application de notre méthode d'évaluation peuvent être utilisées dans certaines surveillances d'applications demandant un haut degré de précision et la résolution sans toutefois présenter la charge financière que l'achat d'un instrument classique de mesure pourrait représenter. / In this doctoral research project, a Fourier Trasform Raman spectrometer (FT-Raman spectrometer) instrument has been developed with the intention to perform the monitoring of certain materials having a contaminating and harmful nature, in a clean and sustainable manner, and without significantly affecting the financial aspect of the user (low-cost approach). For this purpose, the proposed FT-Raman system has been developed by using an original combination of conventional hardware (optomechatronics) parts and a method that we propose for spectral evaluations. In this FT-Raman system that we propose no specialized and costly hardware parts for optical path compensation, Raman scattering detection, optical path tracking, etc. have been used. The proposed FT-Raman device has been tested by analyzing a series of chemical components widely used in Raman spectroscopy as standard reference materials (some of them are also known due to their negative impact on health or on environment). The resulting spectra obtained using our proposed device have greatly agreed with the values of the standard Raman spectra. A comparison with spectral outputs from state-of-the-art FT-Raman devices has been also performed. These results indicate that our ``flexible" combination of conventional hardware parts and the applied evaluation method that we propose can be used in certain monitoring applications requiring a high degree of frequency accuracy and spectral resolution, without having the burden of a considerable expenditure that such a non-dispersive "classical" instrument might represent.

On étudie dans cette thèse les cycles algébriques sur les variétés Jacobiennes de courbes complexes projectives lisses qui admettent des automorphismes non triviaux. Il s'agit plus précisément d'étudier de nouveaux anneaux tautologiques associés à des groupes d’automorphismes de la courbe. On montre que ces Q-algèbres naturelles de cycles algébriques sur les Jacobiennes se restreignent en des familles de cycles sur certaines sous-variétés spéciales de la Jacobienne et que celles-ci méritent encore le nom d'anneaux tautologiques sur ces sous-variétés. On étudie en détail le cas des courbes hyperelliptiques; situation dans laquelle les algèbres introduites admettent un nombre fini de générateurs, et en particulier sont de dimension finie. On peut alors être très précis dans l'étude des relations entre ces générateurs. Enfin, on montre que ces anneaux tautologiques apparaissent naturellement dans un autre contexte : celui des systèmes linéaires complets sans point de base. / In this thesis we study algebraic cycles on Jacobian varieties of smooth projective complex curves with non trivial automorphisms. More precisely, we introduce new tautological rings associated to groups of automorphisms of the curve. We show that these natural Q-algebras of algebraic cycles on Jacobians induce a good notion of tautological rings on some particular subvarieties of the Jacobian. We then study in detail the case of hyperelliptic curves. In this case, the tautological rings admit a finite number of generators, and in particular are of finite dimension. We can then be very precise when studying the relations between these generators. Finally, we present another situation in which these tautological rings appear: when we consider complete linear series without base point.

La connaissance d’un système gaz/solide requiert l’analyse de l’adsorption, du premier stade jusqu’à saturation. C’est la motivation de l’analyse des surfaces sous vide. L’approche des surfaces divisées est souvent tronquée. Pratiquée à des pressions suffisamment élevées pour être compatible avec un temps de réaction raisonnable, elle ne permet pas l'analyse de la surface nue à la monocouche. L’objectif du présent travail a été d’établir une continuité d’observation par FTIR, de l’UHV à la pression ambiante, de poudres de MgO, ZnO et ZnxMg1-xO exposées à l’eau ou à l’hydrogène. Il a été montré que les fumées de ZnO se comparent à des cristaux présentant les faces (0001), (0001̅), (101̅0), (112̅0), avec un rapport non-polaire/polaire de 75/25. Par FTIR combinée à la photoémission et à la désorption thermique, trois étapes de l’hydroxylation des fumées de MgO ont été identifiées : défauts ponctuels (10-8 mbar), marches (10-6 mbar) puis terrasses (> 10-5 mbar), avec une restructuration qui prouve que l’eau change la structure de surface de MgO. La représentation commune de la surface de MgO par une suite de facettes (100) est mise en cause. Aux faibles teneurs en zinc, l’oxyde mixte ZnxMg1-xO est formé de cristallites cubiques de même structure que MgO. Le zinc en substitution tend à ségréger vers les sites de basse coordinence où il affecte les propriétés d’adsorption d’eau et d’hydrogène. Par ailleurs, le mélange ZnO-MgO obtenu par combustion d’alliage ZnMg offre une possibilité d’application grâce aux propriétés bactéricides de ZnO et de faible toxicité de MgO. L’ensemble des résultats montre la pertinence de l’étude des poudres pratiquée dans les conditions de l’UHV. / The analysis of adsorption from the first stage to saturation is necessary to understand gas/solid interactions. This is the motivation for surface analysis under vacuum. The common approach of dispersed materials surfaces is incomplete since working pressures, that are high enough to achieve reasonable reaction times, do not allow studies of powder surfaces from bare to fully covered. The aim of the present work is to examine the successive changes of ZnO, MgO and ZnxMg1-xO nanopowders upon exposure to water or hydrogen from UHV to the ambient by FTIR. It is shown that ZnO smokes behave in a same way as a collection of single crystals which exhibit (0001), (0001̅), (101̅0) and (112̅0) faces with a non-polar/polar ratio of 75/25. Combining FTIR with XPS and TPD techniques, three stages of hydroxylation were identified on MgO smokes: point defects (10-8 mbar), steps (10-6 mbar) then terraces (> 10-5 mbar). Results indicate a reorganisation of surface structure showing that water adsorption on MgO(100) is an irreversible process. The common model of MgO as a series of (100) facets is questioned. At low concentrations of zinc, the mixed oxide ZnxMg1-xO consists of crystals with similar structure as MgO. A segregation of Zn2+ toward low coordinated surface sites is suggested to explain the changes in reactivity of the ZnxMg1-xO with respect to water and hydrogen at low coverages. Furthermore, the mixture ZnO-MgO produced by combustion of ZnMg alloy combines the antibacterial properties of ZnO and the biocompatibility of MgO, interesting for potential applications. The overall results demonstrate the relevance of the study of powders in ultra-high vacuum conditions.

Cette thèse propose de nouveaux outils pour la caractérisation locale de familles de protéines au niveau de la séquence et de la structure. Nous introduisons les fragments en contact (CF) comme des portions de structure conciliant localité spatiale et voisinage séquentiel. Nous montrons qu'ils bénéficient d'une meilleure prédictibilité de structure depuis la séquence que des fragments contigus ou encore que des paires de fragments qui ne seraient pas en contact en structure. Pour comparer structuralement ces CF, nous introduisons l'ASD, une nouvelle mesure de similarité ne nécessitant pas d'alignement préalable, respectant l'inégalité triangulaire tout en étant tolérante aux décalages de séquences et aux indels. Nous montrons notamment que l'ASD offre des meilleures performances que les scores classiques de comparaison de fragments sur des tâches concrètes de classification non-supervisée et de fouille structurale. Enfin, grâce à des techniques d'apprentissage automatique, nous mettrons en œuvre la détection de CF à partir de la séquence pour l'identification de protéines de virus avec l'outil VIRALpro développé au cours de cette thèse. / This thesis investigates the local characterization of protein families at both structural and sequential level. We introduce contact fragments (CF) as parts of protein structure that conciliate spatial locality together with sequential neighborhood. We show that the predictability of CF from the sequence is better than that of contiguous fragments and of structurally distant pairs of fragments. In order to structurally compare CF, we introduce ASD, a novel alignment-free dissimilarity measure that respects triangular inequality while being tolerant to sequence shifts and indels. We show that ASD outperforms classical scores for fragment comparison on practical experiments such that unsupervised classification and structural mining. Ultimately, by integrating the identification of CF from the sequence into a statistical machine learning framework, we developed VIRALpro, a tool that enables the detection of sequences of viral structural proteins.

L'application exponentielle duale est une façon d'encoder les matrices de Stokes d'une connexion sur un fibré trivial sur la sphère de Riemann avec deux pôles : un pôle double en 0 et un pôle simple en l'infini.On donne ici une formule pour l'application exponentielle duale comme une série formelle non commutative. D'autres généralisations de cette formule sont données. / The exponential dual map is a way to encode Stokes data of a connection on a trivial vector bundle on the Riemann sphere with two poles: one double pole at 0 and one simple pole at infinity.We give here a formula for the exponential dual map expressed as a non commutative serie. Others generalizations of this formula are given.

Installé à l’Observatoire du Mont-Mégantic, le spectromètre imageur à transformée de Fourier SpIOMM possède un grand champ de vue de 12’X12’ et une haute efficacité qui le placent très favorablement parmi les autres instruments astronomiques à couverture intégrale de champ. Jusqu’à maintenant, l’instrument s’est limité à l’étude des raies en émission. Or, les processus en absorption sont aussi importants et leur étude peut bénéficier de l’efficacité de SpIOMM. On étudie les capacités de SpIOMM pour l’extraction de spectres en absorption. Ces dernières, plus sensibles au bruit, nécessitent un traitement supplémentaire. Des sources étendues et ponctuelles sont étudiées. On présente des spectres d’amas d’étoiles et de la galaxie elliptique M87. Leur analyse démontre les capacités de SpIOMM pour l’étude des raies en absorption des deux types de sources. Les résultats sont importants puisqu’un nouveau spectromètre imageur à transformée de Fourier, SITELLE, sera livré au télescope Canada-France-Hawaii en 2014. / Installed at the Mont-Mégantic Observatory, the imaging Fourier transform spectrometer SpIOMM possesses a large field of view and high throughput. This places it favourably when compared to other astronomical integral field spectrometers. Until now, the work done with the instrument has been limited to the study of emission lines. The physical processes behind absorption features are also important and their study can gain from an instrument like SpIOMM. We explore SpIOMM’s capabilities for the study of absorption line spectra. Absorption lines are more sensitive to noise than their emission counterpart. A different reduction process is used. Extended sources and point sources are studied. We present spectra from stars in clusters and the galaxy M87. The analysis shows SpIOMM’s capabilities for both types of sources. The results are important since a new imaging Fourier transform spectrometer, SITELLE, is to be delivered to the Canada-France-Hawaii telescope in 2014.

This thesis falls within the field of high resolution Fourier transform spectroscopy of gas phase molecules in the far to near infrared ranges. It is focused on quantitative aspects of gas phase spectroscopy: absolute line intensity measurements. Both stable and unstable molecules, of atmospheric interest, are investigated. With this work, we aim to provide the reference spectroscopic information needed to analyze spectra of planetary atmospheres and improve our understanding of the physical chemistry of these environments.<p><p>We studied two molecules of atmospheric interest: the 13C16O2 isotopologue of carbon dioxide, which is a stable molecule, and the H16O79Br and H16O81Br isotopologues of hypobromous acid<p>which are short-lived unstable molecules.<p><p>The work carried out in the 2 and 1.6 µm regions of 13C16O2 falls in the framework of highly<p>precise remote sensing of carbon dioxide in the Earth’s atmosphere, needing more and more accurate<p>reference spectroscopic information. We measured 872 absolute line intensities corresponding<p>to 317 different lines in seven vibration-rotation bands of 13C16O2. These measurements, together with measurements performed in the Laboratoire de Spectrométrie Physique (Université Joseph Fourier, Grenoble, France) led to the improvement of the theoretical description of the spectrum of carbon dioxide, performed in the Laboratory of Theoretical Spectroscopy, (Institute of Atmospheric Optics, Tomsk, Russia). This study is preceeded by a preliminary work on the main isotopologue of carbon dioxide, 12C16O2 in the same spectral regions, aimed to determine the best suited line profile to model the observed line shapes of 13C16O2.<p><p>HOBr exists only in equilibrium with its decomposition products, like Br2O and H2O. Quantitative spectroscopy on such an unstable molecule therefore implied the use of a specific method to determine the concentration of HOBr in the studied gas sample. Simultaneously, Tunable Diode Laser (TDL) infrared spectra of some lines of the nu2 band and a far infrared Fourier transform spectrum of pure rotation lines of HOBr were recorded. The measured intensities of pure rotation lines together with the permanent electric dipole moment of the molecule were used to determine the partial pressure of HOBr, thus allowing absolute intensities of the lines probed by the TDL to be determined. These infrared absolute line intensities were then used to “calibrate” the relative line intensities in the nu2 band, measured in a Fourier transform spectrum recorded separately.<p><p><p>Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la spectroscopie è haute résolution de molécules en phase gazeuse dans l’infrarouge proche à lointain. Ce travail se concentre sur les aspects quantitatifs de la spectroscopie en phase gazeuse: la mesure d’intensités absolues. Des molécules d’interêt atmosphérique stables et instables ont été étudiées. Le but de ce travail est de fournir des informations spectroscopiques de référence utiles à l’analyse de spectres d’atmosphères planétaires et, ainsi, améliorer notre compréhension de la physico-chimie de ces environnements.<p><p>Nous avons étudié deux molécules d’interêt atmosphérique: l’isotopologue 13C16O2 du dioxyde<p>de carbone, qui est une molécule stable, et les isotopologues H16O79Br et H16O81Br de l’acide hypobromeux qui sont des molécules instables.<p>Le travail effectué sur les régions spectrales à 2 et 1.6 µm de 13C16O2 s’inscrit dans le cadre<p>des mesures à distance à très haute précision du dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère terrestre. Nous avons mesuré 872 intensités absolues correspondant à 317 raies d’absorption dans sept bandes de vibration-rotation de 13C16O2. Ces mesures, ainsi que celles réalisées au Laboratoire de Spectrométrie Physique (Université Joseph Fourier, Grenoble, France) ont abouti à l’amélioration de la description théorique du spectre du dioxyde de carbone, réalisée au Laboratory of Theoretical<p>Spectroscopy (Institute of Atmospheric Optics, Tomsk, Russie). Cette étude est précédée par un<p>travail préliminaire sur l’isotopologue principal du dioxyde de carbone, 12C16O2 dans les mêmes<p>régions spectrales, visant à déterminer le profil de raie le plus adapté pour modéliser les profils<p>observés de 13C16O2.<p><p>HOBr existe uniquement en équilibre avec ses produits de décomposition tels que Br2O and H2O.<p>Effectuer des mesures quantitatives pour ce type de molécule instable implique dès lors l’utilisation d’une technique spécifique afin de déterminer la pression partielle de HOBr. Un spectre infrarouge en Diode Laser Accordable (DLA) de quelques raies de la bande nu2 de HOBr et un spectre infrarouge lointain en transformée de Fourier d’un même échantillon gazeux ont été enregistrés simultanément. Les intensités mesurées de raies de rotation pure combinées au moment dipolaire électrique permanent de la molécule ont été utilisées pour déterminer la pression partielle de HOBr, nous permettant<p>ainsi de déterminer les intensités absolues des raies mesurées à l’aide de la DLA. Ces intensit´es absolues ont ensuite été utilisées pour “calibrer” les intensités relatives des raies de la bande nu2, mesurées dans un spectre à transformée de Fourier enregistré séparément. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The role of clusters in planetary atmospheres and the interstellar medium is potentially important. Investigating such a role requires basic experimental information, however lacking. The goal of this thesis was to develop an efficient experimental set-up to produce clusters in the laboratory in concentrations large enough to allow their high resolution spectra to be recorded, thus providing the necessary data allowing the physico-chemical properties of the clusters to be studied.<p>The study of this subject however suffers from the lack of basic experimental data. The goal is therefore to produce clusters in the laboratory in concentration large enough to record their high resolution spectrum. This is the initial aim of the present thesis.<p>During this work, we have built and extensively tested a new experimental set-up called FANTASIO (``Fourier trANsform, Tunable diode and quadrupole mAss spectrometers interfaced to a Supersonic expansIOn'). With the help of this new device, various experiments on jet-cooled species have been performed.<p>The cartography of the supersonic expansion was established, using the mass spectrometer as a moving pressure probe. This enabled us to characterize the geometrical properties of the supersonic jet produced by circular and slit nozzles and to determine the position of the virtual nozzle. The effect of the axisymmetric expansion geometry on the R(0) lineshape in the nu_3 band of N_2O, recorded by FTIR, was also investigated.<p>The rotational temperature of the jet-cooled molecules was determined to be a few K by measuring the intensity of lines in spectra recorded by FTIR spectroscopy.<p>Vibrational energy transfer occuring in the expansion between N_2O molecules and different collision partners was investigated on the nu_2+nu_3-nu_2 band of N_2O, again using FTIR spectroscopy. The trend of these transfers was found to be related to the energy difference between the v_2=1 level of N_2O and the closest vibrational state in the collision partner, with the largest population.<p>The sensitivity of the set-up was enhanced by a factor of 5 by increasing the absorption path length, using a multipass system. A procedure to remove the residual gas contribution from the IR spectra was developped, based on the mass spectrometer. Thanks to this sensitivity increase, broadband absorption features of clusters were observed for a C_2H_2-Ar mixture in circular and slit expansions.<p>The optical sensitivity of FANTASIO was again increased by the implementation of the CW-CRDS system. The enhancement over FTIR was calculated to be over a factor 750. Thanks to this drastic improvement, spectral signatures of various clusters were recorded, such as C_2H_2-Ar, C_2H_2 multimers, C_2H_2-N_2O and C_2H_2-CO_2, at high resolution.<p>The role of clustering in generating unusual line shapes of acetylene in an axisymmetric expansion was investigated. We demonstrated that C_2H_2 aggregates produced in the expansion are responsible for central dips observed in the monomer absorption. These acetylene clusters thus appear to be formed in the centre of the expansion, while, unexpectedly, acetylene-Ar complexes are formed at the edge of the conical expansion.<p>Various research prospects were explored during this thesis thanks to the FANTASIO device, opening new research directions. FANTASIO is today operational and defines a useful tool to achieve the study of small clusters by infrared spectroscopy./<p><p>Le rôle des agrégats dans les atmosphères planétaires et dans le milieu interstellaire est potentiellement important. Cependant, les études sur ce sujet souffrent du manque de données expérimentales. Le but de cette thèse était de développer un dispositif expérimental efficace pour produire au laboratoire des agrégats en quantité suffisante pour permettre l'enregistrement de leur spectre infrarouge à haute résolution et donc l'étude de leurs propriétés physico-chimiques.<p>Durant ce travail, nous avons construit et testé un nouveau dispositif expérimental appelé FANTASIO, basé sur un jet supersonique couplé à un spectromètre de masse, un spectromètre à transformée de Fourier et un système CRDS. Grâce à cet appareillage, différentes expériences sur des molécules à basse température ont été menées.<p>L'expansion supersonique a été cartographiée en utilisant le spectromètre de masse comme une sonde de pression mobile. Cette cartographie nous a permis d'établir les propriétés géométriques des jets supersoniques produits par les orifices circulaire et de type fente, et de déterminer la position de l'orifice virtuel. L'effet de la géométrie de l'expansion sphérique sur le profil de la raie R(0) de la bande nu_3 de N_2O, enregistré par FTIR, a aussi été étudié.<p>Une température rotationnelle de quelques K a été déterminée pour les molécules refroidies en jet supersonique par mesure de la distribution d'intensité de raies dans les spectres enregistrés par FTIR.<p>Le transfert d'énergie vibrationnelle entre des molécules de N_2O et différents partenaires collisionnels a été étudié en analysant l'intensité de la bande nu_2+nu_3-nu_2 de N_2O, enregistré également par spectroscopie FTIR. Il a été trouvé que la tendance de ces transferts est liée à la différence d'énergie entre le niveau v_2=1 de N_2O et l'état vibrationnel le plus proche et le plus peuplé du partenaire collisionnel.<p>La sensibilité du dispositif a été augmentée d'un facteur 5 dû à l'allongement du chemin d'absorption, grâce à l'utilisation d'un système multipassage. Une procédure basée sur l'utilisation du spectromètre de masse et visant à enlever la contribution du gaz chaud résiduel dans les spectres infrarouges a été mise au point. Grâce à cette augmentation de sensibilité, des structures d'absorption non résolues d'agrégats ont été observées dans des expansions en trou et en fente d'un mélange de C_2H_2-Ar.<p>La sensibilité optique de FANTASIO a encore été augmentée par l'ajout au dispositif d'un système CW-CRDS. L'amélioration par rapport au spectromètre à transformée de Fourier a été calculée comme étant supérieure à un facteur 750. Grâce à cette importante amélioration, les signatures spectrales de divers agrégats, tels que C_2H_2-Ar, des multimères de C_2H_2, C_2H_2-N_2O et C_2H_2-CO_2, ont été enregistrées à haute résolution.<p>Le rôle de l'agrégation dans la génération de profils de raie inhabituels dans une expansion en trou de l'acétylène a été étudié. Nous avons démontré que les agrégats de C_2H_2 produits dans le jet supersonique sont responsables des creux observés dans le profil d'absorption du monomère. Ces agrégats apparaissent donc comme étant formés au centre de l'expansion, tandis que, de manière inattendue, les agrégats de C_2H_2-Ar sont formés aux bords de l'expansion conique.<p>Plusieurs idées de recherche ont été explorées durant cette thèse grâce au dispositif FANTASIO, ouvrant de nouvelles directions de recherche. FANTASIO est aujourd'hui opérationnel et se présente comme un outil utile dans l'étude des petits agrégats par spectroscopie infrarouge. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished