Les informations sur les raies de rotation-vibration de la vapeur d'eau et de l'ozone sont nécessaires pour les études atmosphériques ainsi que pour la modélisation du transfert radiatif, des changements du climat, la diminution de la couche d'ozone et de l'effet de serre. Les objectifs de ce travail sont focalisés sue des améliorations et des tests de certaines méthodes semi-classiques et semi-empiriques existantes pour calculer les largeurs et les déplacements collisionnels de raies spectrales ainsi que sur études de l'influence de l'interface de raies spectrales de la vapeur d'eau sur le coefficient d'absorption dans l'atmosphère. Les principaux résultats obtenus sont les suivants: I, l'utilisation de la transformation généralisée d'Euler pour la sommation de séries divergentes a permis d'obtenir une expression convergente pour la fonction d'interruption et calculer les nouvelles fonctions de résonance dans le cas des interactions dipôle-dipôle forte (HF-HF) et faible (CO-CO) et interaction dipôle-quadrupole (HF-N2);II, des coefficients d'élargissement de raies d'ozone par l'azote et l oxygéné ont été calculés par la méthode semi classique RB avec trajectoires exactes (RBE) et par la méthode semi-empirique pour la bande v1+v3; III, la dépendance vibrationnelle des trajectoires classiques a été étudiée pour la contribution du 1er ordre dans le déplacement de raies O3-N2 rovibrationnelles dans le cadre de la méthode semi-classique RBE aisi que la dépendance vibrationnelle du potentiel isotope venant du moment dipolaire et de la polarisabilité de O3; IV, les valeurs de la polarisabilité dipolaire effective dans les états vibrationnels excités ont été obtenues pour toutes les bandes vibrationnelles de la vapeur d'eau étudiées expérimentalement dans la littérature; V, les paramètres collisionnels de raies spectrales de la vapeur d'eau ont été calculés pour les états rovibrationnels très fortement excités, jusqu'à la limite de dissociation 25 000 Cm-1; VI, il est démontré que l'interface de raies spectrales de la vapeur d'eau conduit à une erreur notable dans le calcul du coefficient d'absorption atmosphérique pour des trajets inclinés dans les conditions d'hiver du modèle mid-latitude de l'atmosphère ainsi qu'à la disparition de la région de la micro-fenête pour les grandes valeurs de l'angle du zénith.

L’objectif de cette thèse est de concevoir et élaborer des outils innovants, baptisés nano-antennes (NAs), pour sonder le champ électromagnétique optique au voisinage des structures de la nanooptique. Une NA est ici une nanostructure métallique placée à l extrémité d une sonde locale fonctionnant en mode collection. Une telle structure joue le rôle de relais entre le champ électromagnétique optique à la surface de l échantillon et la sonde locale, attribuant à la sonde une sensibilité spécifique vis-à-vis du champ électromagnétique vectoriel. Les nano-antennes seront conçues de manière à fournir une information optique encore inaccessible par le biais de la microscopie en champ proche conventionnelle, pour répondre aux besoins actuels et futurs de la nano-optique. Dans la première partie, nous proposons une nouvelle configuration de sonde locale la nano-ouverture papillon complément d une nano-antenne papillon et nous exposons sa fabrication aux dimensions spécifiques, à l'extrémité d'une fibre optique en polymère. Dans la deuxième partie, nous présentons une nouvelle configuration de microscopie en champ proche permettant l accès aux lignes de champs électriques et magnétiques optiques 3D au dessus d un échantillon, avec une résolution sub-longueur d onde. Le microscope proposé permet de cartographier simultanément et indépendamment les distributions des amplitudes complexes des deux composantes du champ électrique transverse. La dernière partie est consacrée à l application d une méthode numérique dite FDTD afin d étudier le comportement spectral et l origine de l exaltation au niveau de la partie centrale d une nano-ouverture papillon

Ce travail de thèse a été consacré à la conception et à la réalisation d'un dispositif permettant de moduler la transmission optique extraordinaire à travers des nanostructure par l'intermédiaire de l'effet photo-élastique. La nanostructure étant réalisée dans un film métallique mince déposé à la surface d'un substrat solide, nous avons choisi d'utiliser des ondes acoustiques de surface pour produire des déformations conduisant à une modulation de l'indice de réfraction à la surface du substrat.Notre étude est scindée en trois partie principales, consacrée respectivement à la conception et à la réalisation des nanostructures, à la conception et à la réalisation des transducteurs générant les ondes acoustiques de surface, et enfin à l'expérience acousto-plasmonique. Des nanostructures périodiques constituées de fentes et présentant une transmission exaltée dans le proche infrarouge ont été réalisées par lithographie électronique puis caractérisées. Nous avons atteint un taux de transmission de l'ordre de 25%. Afin de moduler cette transmission nous avons mis au point des transducteurs à peignes inter-digités annulaires (AIDTs) permettant de focaliser l'énergie élastique au voisinage d'un point. Les transducteurs réalisés fonctionnent à une fréquence de 40MHz environs et focalisent l'énergie acoustique dans une région de 40 m de côté limitée par la diffraction. En réalisant la synthèse de l'étude optique et de l'étude acoustique, nous avons réalisé le premier modulateur acousto-plasmonique en positionnant les nano-structures à l'endroit où se focalise l'onde acoustique.

Dans ce travail de thèse nous avons exposé une nouvelle méthode simple et efficace basée sur l'autofocalisation de faisceaux qui permet l'induction de guides optiques au coeur de matériaux photoréactifs, sans tension appliquée. Cette technique de photo-inscription exploite l'effet pyrolélectrique des matériaux ferroélectriques qui permet de générer un effet non linéaire focalisant contrôlé par une augmentation de quelques degrés de la température du matériau. La démonstration expérimentale est réalisée dans des échantillons de LiNbO3 non dopé. Une annalyse détaillée de la dynamique de focalisation a notamment permis de former des solitons spaciaux dénommés "pyrolitons". Ces solitons brillants permettent d'induire des guides circulaires à faibles pertes qui restent mémorisés sur de longues périodes de matériau. Par ailleurs, des solitons de surface se propageant à l'interface air/ LiNbO3 ont également été observés grâce à cet effet nonlinéaire contrôlé par la pyroélectricité. Ces résultats expérimentaux ont été confirmés par un modèle numérique 3-D qui prend en compte la dynamique de l'effet photoréfractif. La non linéarité optique commandée en température révélée dans ce travail peut faciliter la mise en évidence de nouveaux concepts. En outre, la technique de photo-inscription associée ouvre de nouvelles perspectives pour la fabrication de circuits optiques 3-D dans le LiNbO3, matériau de référence pour la photonique.

Les travaux de thèses reposent sur l'étude et le développement des structurez photoniques sur niobate de lithium pour des applications capteurs de gaz. L'originalité du travail est d'étudier l'effet de l'absorption des couches de porphyrines spécifiques à la détection du benzène et déposées sur le cristal photonique sur la réponse spectrale de ce dernier. En premier lieu, une étude théorique par des méthodes numériques, maîtrisées a laboratoire d'optique (FDTD, PWE), étaient nécessaires pour étudier l'effet de la présence de certains gaz sur la réponse spectrale des cristaux photoniques. Nous avons montré qu'avec la structure choisie, une variation de la transmission de de 23% est obtenue lorsque le système est exposé à 50ppm de benzène. La sensibilité de la structure au benzène est estimée à 2,3ppm. En second lieu, nous avons étudié des réalisations en salle blanche des structures photoniques. En utilisant la méthode de gravure directe par faisceau d'ions focalisé (FIB), on a réalisé plusieurs cavités photoniques sur des guides d'ondes optiques fabriqués en collaboration avec Photoline Technologies. Un banc de caractérisation automatisé (interface GPI) en réflexion et en transmission est monté pour vérifier les prédictions théoriques. En plus, les études théoriques et expérimentales en champ proche optique ont été réalisées pour mettre en évidence la résonance des cavités gravées sur niobate de lithium.Ainsi ces études expérimentales sont les premières sur ce type de matériaux.

Depuis une dizaine d années, une attention croissante a été prêtée à l influence des particules solides dans l atmosphère. Les particules solides les plus abondantes dans l atmosphère sont celles de glace et de suie. Leurs impacts sur l atmosphère sont très probablement assez complexes : D une part, ces particules peuvent modifier la composition de la phase gaz par l adsorption de différentes espèces ; et d autre part, elles peuvent également induire une réactivité hétérogène différente de la réactivité observée en phase gaz. Étant donné que les processus atmosphériques sont très difficilement observables, les méthodes théoriques peuvent servir à mieux les caractériser. La recherche effectuée dans le cadre de ma thèse s est concentrée autour de trois sujets principaux. Le premier concerne l adsorption des composants organiques volatile sur la glace qui a été modélisée par la méthode Monte Carlo Grand Canonique (GCMC). Cette méthode de simulation permet d obtenir directement l isotherme d adsorption d espèces gazeuses sur la glace en variant leur potentiel chimique. J ai utilisé cette méthode pour simuler l adsorption de l acétone, l acide formique et le benzaldéhyde sur la surface de glace. L excellent accord obtenu entre nos résultats et ceux des expériences montre toute la pertinence de l approche théorique utilisée. De plus, les détails moléculaires de l adsorption de ces trois composants ont été déterminés tels que les distributions d énergie d interaction des adsorbats ainsi que leurs positions et orientations préférentielles sur la surface de glace. Les résultats nous permettent donc d interpréter complètement les différents mécanismes des processus d adsorption sur la glace. La deuxième partie de mon travail est l étude de l adsorption de l eau sur les particules de suie. Les particules de suie ont été modélisées par les molécules de fullerène empilées les unes sur les autres et contenant des trous modélisant les défauts de la surface. La structure de ces particules de suie a été optimisée en condition réactive par le potentiel AIREBO. Puis, j ai déterminé les isothermes d adsorption de l eau sur ces particules par la méthode GCMC. Mes résultats montrent que les propriétés morphologiques (la taille et la forme) de la cavité présente dans des particules jouent un rôle important dans les processus d adsorption : Plus la cavité est sphérique plus l adsorption est efficace. La présence des groupements chimiques oxygénés dans la cavité ne change pas la quantité totale des molécules d eau qui peuvent être piégées dans les cavités, mais elle peut induire une affinité plus élevée des molécules d eau pour la suie à très basse pression. Le troisième sujet est dédié à la réactivité des particules de suie dans l atmosphère. Leur influence sur la réaction d oxydation des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) par le radical OH a été étudiée en la comparant avec l oxydation ayant lieu en phase gaz. Pour étudier des systèmes contenant un grand nombre d atomes de carbone comme la suie et les HAP un nouveau modèle (cinétique et statistique) a été développée et appliquée pour l oxydation du benzène, naphtalène et anthracène. Les énergies d interaction ont été calculées par la méthode SE-D qui permet une description non-couteuse et raisonnablement précise des interactions suie HAP et HAP OH. Les résultats montrent que sur une surface parfaite carbonée la réactivité des HAP vis-à-vis du radical OH ne change pas significativement en phase adsorbée par rapport à la phase gaz.

Cette thèse présente un projet consistant à réaliser une horloge composite combinant la stabilité à long terme du césium, la stabilité à moyen terme du maser à hydrogène, et la stabilité à court terme du VCO. Dans ce projet trois étapes sont nécessaires. La première consiste à obtenir les informations fournies par les horloges de référence. Nous utilisons une architecture basée sur le Dual Mixer Time Difference (DMTD) comprenant des ZCD. L élément principal de cette étape est la fréquence des battements générés par les mélangeurs. La seconde étape est le traitement numérique pour le contrôle du VCO. Un FPGA et un PC sont utilisés pour mesurer la fréquence des battements, pour appliquer un estimateur afin de diminuer l effet du bruit blanc, et pour contrôler le Convertisseur Numérique Analogique (CNA) utilisé dans la dernière partie. Cette dernière étape permet le contrôle du VCO, en transformant le signal numérique en signal analogique. C est un point critique parce que le CNA doit avoir une grande résolution, sans laquelle, un pas du CNA dégraderait la stabilité du système. Grâce au procédé de sur-échantillonnage nous pouvons atteindre cette stabilité et l améliorer si nécessaire. Chaque étape peut avoir des approches différentes avec des problèmes différents et le but consiste à obtenir la meilleur stabilité possible sur l ensemble de ces 3 étapes. L instabilité relative de fréquence du système doit-être inférieur à 1X10–13 @1 s et d’environ 10–15 sur le long terme pour la sortie à 100 MHz. Le système doit permettre de conserver la stabilité des horloges quand celles-ci sont libres.

Ce travail de thèse concerne l'étude théorique des mécanismes d'interaction de nano structures à base de carbone avec les membranes cellulaires, constituant l'essentiel des cellules vivantes. Ce sujet très complexe compte tenu de la pluridisciplinarité de la thématique a été essentiellement réalisé à l'aide de simulations numériques. Nous avons volontairement partagé ce travail en deux parties distinctes. Nous avons d'abord étudié le fonctionnement des canaux ioniques à l'aide de la dynamique moléculaire et des études ab-initio. Ces canaux sont d'une part des protéines membranaires essentielles pour la fonction cellulaire, et d'autre part, elles constituent aussi des cibles thérapeutiques fréquentes dans la recherche des nouveaux médicaments. Dans une seconde partie, nous avons étudié le comportement d'espèces carbonées nus et fonctionnalisés tels que les fullerènes (C60) et les nanotubes (CNT) en présence de la membrane cellulaire en analysant finement le mécanisme d'ingestion (ang. Uptake) de ces vecteurs de médicaments potentiels par les membranes biologiques. Ces études en dynamique moléculaire sur des temps très longs (sub-1 s) et sur des systèmes très vastes étaient aussi le challenge du point de vu informatique. Pour palier la problématique dans le temps limité d'une thèse le développement des calcul parallèles de haute performance CPU/GPU a dû être mis en place.Les résultats obtenus tentent de mettre en évidence le rôle toxique que peuvent présenter certaines nanosructures vis-à-vis des protéines membranaires précédemment étudiées. Ce travail de thèse ouvre naturellement la voie à l'étude des nanovecteurs biocompatibles pour la délivrance des médicaments.

L'objet de ce travail de thèse a été l'étude du piégeage de volatils dans les clathrates hydrates. Nous avons d’abord étudié l'influence de ces clathrates sur la composition des atmosphères planétaires en utilisant un modèle statistique dans lequel l'interaction hôte-clathrate est décrite de manière simplifiée. Cette approche a permis de démontrer que Kr et Xe, absents de l'atmosphère de Titan, ont pu être piégés dans des clathrates à la surface de ce satellite. Puis, après avoir démontré que le choix du jeu de paramètres de l'interaction hôte-clathrate peut influencer notablement les résultats du calcul de la composition des clathrates, nous avons appliqué notre modèle à l'étude de l'atmosphère de Mars. Nos résultats ont montré que la présence de clathrates sur Mars pouvait expliquer la faible quantité de méthane présente dans l'atmosphère, à condition que ces clathrates aient été (ou soient encore) en contact avec une phase gazeuse beaucoup plus riche en méthane que ne l'est l'atmosphère actuelle. En étudiant par la suite le piégeage des gaz rares, nous avons démontré que la mesure de la variation saisonnière du rapport Xe/Kr dans l'atmosphère de Mars pourrait être utilisée comme preuve de l'existence de clathrates dans le sous-sol martien. Enfin, nous avons considéré dans notre modèle statistique une description atome-atome des interactions espèce piégée-clathrate, au lieu des approches moyennées sphériquement utilisées précédemment. Nous avons alors étudié la sensibilité du calcul de la composition des clathrates en fonction du modèle atome-atome utilisé et du nombre de molécules d'eau prises en compte dans les calculs dans le cadre d'une application à Mars.

: Ce travail de thèse a concerné l'étude des phénomènes d'absorption et d'incorporation sous forme organique du tritium dans un végétal de consommation courante, la laitue (Lactuca sativa L.), en réponse à une exposition atmosphérique. Il apparaît que la voie foliaire joue un rôle primordial dans l'absorption du tritium au sein de l'eau tissulaire des plants. Quels que soient le stade de développement des plants et les conditions d'éclairement, le temps nécessaire pour atteindre l'équilibre des concentrations dans l'eau libre et dans la vapeur d'eau de l'air est de plusieurs heures; le rapport des concentrations est alors de l'ordre de 0,4. Dans le sol, le temps de mise à l'équilibre dépasse généralement 24 heures; le rapport des concentrations à l'état stationnaire est compris entre 0,01 et 0,26. Le taux d'incorporation du tritium de l'eau tissulaire sous forme organique est de l'ordre de 0,13 à 0,16 % h-l en moyenne sur la durée de vie entière de la plante. Cependant, l'incorporation de l'OBT dépend fortement du stade de développement du végétal. La période de plus forte intégration du tritium sous forme organique correspond à la phase de croissance exponentielle des végétaux. Le dépôt et la diffusion du tritium dans le sol entrainent des activités significatives dans la fraction organique du sol. Les résultats obtenus vont globalement dans le sens d'une mise à l'équilibre des concentrations du tritium dans le végétal (eau libre et tritium organique) avec celles de l'environnement (atmosphère, sol). Certaines expériences ont néanmoins révélé des activités OBT anormalement élevées dans les laitues au regard des niveaux d'exposition et posent la question d'un possible phénomène d'accumulation locale du tritium dans la matière organique pour des conditions particulières d'exposition.