La recherche sur les matériaux de van der Waals est un sujet important en physique de la matière condensée. Depuis les premières exfoliations du graphene en 2004, la famille des matériaux de van der Waals s’est agrandie de manière extrêmement rapide, couvrant une large gamme de propriétés physiques différentes, des matériaux isolants au semi-metaux, en passant par les semi-conducteurs. Ces matériaux hébergent de plus des phénomènes tels que la supraconductivité, ou encore le fort couplage spin-vallée dans les dichalcogénures de métaux de transition. En parallèle, un second domaine s’est aussi développé de manière rapide : les hétérostructures de van der Waals. Il consiste à empiler des matériaux bi-dimensionnels, couche par couche, dans un ordre bien précis. Ces structures offrent la possibilité de combiner les propriétés de plusieurs matériaux différents, en un seul matériau artificiel, en plus de permettre l’apparition d’effets de proximité aux interfaces des différentes couches. Une perspective prometteuse serait d’amener la spintronique vers les matériaux de van der Waals, profitant ainsi de leur grande diversité, de leur épaisseur atomique, ainsi que de leur robustesse mécanique.Un chainon restait cependant manquant dans cette grande famille des matériaux de van der Waals : les matériaux bi-dimensionnels magnétiques. Obtenir un ordre magnétique à deux dimensions ouvrirait la voie à de nombreuses opportunités, que ce soit au niveau fondamental avec l’étude de transitions de phase à deux dimensions ou pour de nouveaux dispositifs spintroniques. Ce n’est que très récemment, en 2017, qu’un ordre magnétique a été observé dans une mono-couche de CrI3 ainsi que dans une bi-couche de Cr2Ge2Te6. S’en est suivi un considérable effort de recherche international, permettant d’ajouter rapidement de nombreux nouveaux membres à la famille des matériaux de van der Waals magnétiques.L’émergence de ces aimants bi-dimensionnels s’est aussi accompagnée de nouvellesproblématiques. Tout d’abord instrumentale, car la mesure quantitative des propriétés magnétiques de ces matériaux est une entreprise complexe, de par leur taille réduite. Elle requiert l’utilisation de techniques de magnétométrie non-invasive, ayant une grande sensibilité et une résolution spatiale nanométrique. Une seconde problématique, cette fois au niveau matériau, est que du fait de leur nature lamellaire, la température de Curie Tc de ces aimants de van der Waals est faible. La quasitotalité des ces matériaux bi-dimensionnels magnétiques arborent une température de Curie bien inférieure à la température ambiante, ce qui limite le développement de nouvelles applications.L'émergence de ces aimants bi-dimensionnels s'est aussi accompagnée de nouvelles problématiques. Tout d'abord instrumentale, car la mesure quantitative des propriétés magnétiques de ces matériaux est une entreprise complexe, de par leur taille réduite. Elle requiert l'utilisation de techniques de magnétométrie non invasive, ayant une grande sensibilité et une résolution spatiale nanométrique. Une seconde problématique, cette fois au niveau matériau, est que du fait de leur nature lamellaire, la température de Curie Tc de ces aimants de van der Waals est faible. La quasi-totalité des ces matériaux bi-dimensionnels magnétiques arborent une température de Curie bien inférieure à la température ambiante, ce qui limite le développement de nouvelles applications.C’est dans ce contexte que j’ai effectué mon travail de thèse, sur l’étude de matériaux de van der Waals magnétique à température ambiante, à l’échelle du nanomètre. Ce travail de thèse s’articule autour de deux axes, avec tout d’abord l’utilisation du centre azote-lacune (ou NV, pour Nitrogen Vacancy) du diamant comme capteur quantique de taille atomique.

Primary Sjögren’s syndrome (pSS) is an autoimmune disease with frequent neurological involvement. Memory complaints are common, but their precise patterns remain unclear. We wanted to characterize patterns of neurocognitive profiles in pSS patients with cognitive complaints. Only pSS patients with memory complaints were included, prospectively. Cognitive profiles were compiled through a comprehensive cognitive evaluation by neuropsychologists. Evaluations of anxiety, depression, fatigue, sleep disorders and quality of life were performed for testing their interactions with cognitive profiles. All 32 pSS patients showed at least borderline cognitive impairment, and 17 (53%) exhibited a pathological cognitive profile: a hippocampal profile (37%), a dysexecutive profile (22%), and an instrumental profile (16%) (possible overlap). Regarding the secondary objectives: 37% of patients were depressed, and 48% exhibited a mild-to-severe anxiety trait. Sleep disorders were frequent (excessive daytime sleepiness (55%), high risk for sleep apnea (45%), and insomnia (77%)). Cognitive impairments could not be explained alone by anxiety, depression or sleep disorders. Fatigue level was strongly associated with sleep disorders. Our study highlights that cognitive complaints in pSS patients are supported by measurable cognitive impairments, apart from frequently associated disorders such as depression, anxiety or sleep troubles. Sleep disorders should be screened.

L’environnement intracellulaire est densément peuplé et extrêmement organisé. Plusieurs processus de transport y ont lieu : la marche des moteurs moléculaires sur les microtubules et les microfilaments d’actine, ainsi que la translocation d’autres moteurs moléculaires comme l’ARN polymérase sur l’ADN et les ribosomes sur l’ARN messager (ARNm). Dans cette thèse, nous étudions la translocation du ribosome sur l’ARNm permettant la traduction du code génétique en protéines et qui, d’un point de vue physique, est un processus de transport dirigé à une dimension. Il s’agit d’un phénomène non-linéaire, stochastique et hors-équilibre thermodynamique qui relève de la physique statistique hors-équilibre. La traduction génétique est une étape de l’expression des gènes régulée par plusieurs mécanismes qui sont encore mal connus. En apportant une étude physique de la cinétique de traduction, nous espérons contribuer à une meilleure compréhension de la régulation de la production des protéines pendant cette étape. Une telle compréhension devrait impacter également la recherche médicale en ce qui concerne les maladies liées à une dérégulation de l’expression génétique comme le cancer et les maladies neurodégénératives.Un premier chapitre est consacré au contexte biologique de la traduction ainsi qu’à la brève description de l’expérience de ribosome profiling, une méthode de séquençage haut débit effectuée par nos collègues biologistes. Elle permet, depuis une dizaine d’années, une avancée considérable de la recherche sur la traduction, mais la complexité du système mesuré nécessite un travail de modélisation physico-mathématique plus poussé.Le deuxième chapitre décrit le modèle paradigmatique des transports dirigés à une dimension, le modèle de gaz sur réseau Totally Asymmetric Simple Exclusion Process (TASEP) et ses variantes, plus proches de la translocation ribosomale, sont étudiés. Nous montrons qu’une particule étendue engendre des effets d’exclusions non négligeables en phase basse densité. En particulier, l’exclusion au départ de la traduction a l’effet le plus important sur la densité moyenne le long du réseau lorsque le rapport du taux d’initiation sur le taux de saut de la particule est inférieur ou égal à 0,1, tandis que lorsque ce rapport est plus élevé, un effet de bord en sortie du réseau devient aussi non négligeable.Dans le troisième chapitre, nous modélisons l’ensemble d’ARNm, séquencé dans l’expérience de ribosome profiling (ou Ribo-Seq), par un modèle balistique où les ribosomes sont des particules ponctuelles se déplaçant de manière déterministe sur des filaments ayant, ce qui est rarement considéré, une durée de vie finie. Nous montrons que, pour des paramètres ayant des valeurs biologiques typiques, l’effet de temps de vie fini sur la densité de ribosomes est négligeable lorsque l’on considère l’ensemble des ARNm, les polysomes, mais qu’il devient important lorsque l’on considère des populations d’ARNm séparées par leur nombre de ribosomes, les k-somes. Nous caractérisons précisément cet effet par une analyse paramétrique, ce qui nous permet de définirtrois régimes de dégradation de l’ARNm.Dans le dernier chapitre, nous mettons en évidence pour la première fois à notre connaissance cet effet de temps de vie fini sur des profils Ribo-Seq de monosomes, disomes , trisomes et tétrasomes (k-somes pour k=1,2,3 et 4). Nous comparons ensuite notre modèle avec plusieurs milliers de profils Ribo-Seq effectués par nos collaborateurs biologistes de l’IGF et bioinformaticiens du LIRMM pour observer que notre modèle donne une bonne description des profils k-somes. Enfin, nous proposons dans ce chapitre une méthode de déduction des paramètres cinétiques de la traduction, le taux d’initiation et le taux de saut du ribosome à l’aide de la densité monosome et de la densité polysome.

La compréhension des phénomènes physiques et le développement technologique de composants et systèmes aux nano-échelles, requièrent des outils de mesure résolus à ces échelles. Un moyen est d’utiliser des capteurs de très faibles volumes. Parmi ceux-ci, les capteurs s’appuyant sur les spins électroniques individuels associés au centre azote-lacune (ou centre NV pour Nitrogen-Vacancy) dans le diamant, sont devenus une technique d’intérêt fort. Ces capteurs, de volume atomique, sont en effet extrêmement sensibles à plusieurs grandeurs physiques dans leur environnement. Ces grandeurs peuvent sondées en mesurant le spectre de résonance magnétique du spin électronique par des moyens optiques. Ces capteurs sont aujourd’hui employés pour cartographier des champs magnétiques statiques avec une sensibilité en deçà du µT/√Hz et une résolution spatiale de l'ordre de 50 nm en conditions ambiantes.Ce spin est aussi sensible à d’autres grandeurs physiques, notamment le bruit magnétique, la température et le champ électrique. Ce travail de thèse a porté sur l’extension des modalités d’imagerie des capteurs à centre NV, pour en faire un imageur polyvalent. La configuration d’imagerie est une configuration à balayage dans laquelle le centre NV est isolé au sein d’une pointe en diamant montée dans un microscope à force atomique. J'ai tout d’abord considéré une pointe hébergeant un ensemble de centres NV et optimisée pour la cartographie de la température dans le but de déterminer ses performances ultimes en termes de sensibilité et de résolution spatiale. J'ai ensuite étudié l'effet du champ électrique sur les propriétés de spin du centre NV, et présenté les conditions expérimentales requises pour réaliser une cartographie du champ électrique. Enfin, j'ai proposé un nouveau protocole tout-optique pour cartographier qualitativement le bruit magnétique, bruit qui affecte la dynamique de relaxation entre les niveaux de spin et par là-même le niveau de photoluminescence du centre NV. Ce protocole a été validé en imageant des parois de domaines dans un matériau antiferromagnétique synthétique.Ce microscope à balayage polyvalent pourra permettre l’étude, sur un dispositif unique, des propriétés magnétiques (champ et/ou bruit magnétique), électriques ou encore thermiques d'un matériau d'intérêt et par la même de sonder le couplage entre ces différents paramètres physiques.

Non-oxide ceramic MEMS based on Si, C, N and B elements are of great importance for high-temperature applications in harsh and oxidizing conditions including electronics, photonics and actuators. Yet, structuring and patterning ceramics is challenging and often relies on conventional soft-lithography or molding processes that can introduce defects and cracks leading to a decrease in the device's performance. Herein, we report on the design for the first time of SiBCN ceramic micro-components (in the 20- 200 lm range) from direct patterning of "tailor-made" UV-curable boron-modified polyvinylsilazane preceramic (polyborovinylsilazane) resins. This approach first involves a two-step chemical synthesis of patternable preceramic polymers through acrylate or methacrylate grafting onto polyborovinylsilazane followed by subsequent crosslinking under UV light. FTIR and NMR spectroscopies confirmed the successful grafting of boron and photocurable units on the preceramic polymers while thermogravimetric analysis was used to monitor the polymer-to-ceramic conversion. SiBCN micro-objects obtained after pyrolysis were thoroughly characterized by SEM, AFM, nanoindentation and profilometry techniques. The Young's modulus results for such microstructures (-60 GPa) are characteristic of good mechanical properties making these ceramic microstructures promising materials for MEMS applications.(c) 2022 The Authors. Published by Elsevier Ltd. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

The synthesis of multifunctional poly(amidoamine)(PAMAM)-based dendrimers containing a cleavable disulfide linkerwithin each armof the dendrimer, together with condensable triethoxysilyl groups on the periphery of the dendrimer, isdescribed. The dendrimers were mixed with bis(triethoxysilyl)benzene and subsequently transformed into silsesquioxanegels or periodic mesoporous organosilicas (PMOs) to generate materials with dendrimers covalently embedded within theinterior of the silsesquioxane networks. Subsequent treatment of the gels with dithiothreitol enabled the core of thedendrimers to be selectively cleaved at the disulfidesite, thus generating thiol functions localised within the pores.The effect of different dendrimer generations on the reactivity of the pendant thiol functions was probed by impregnationwith gold salts, which were reduced to obtain gold nanoparticleswithin the pore networks of the gels and PMOs. The gelsyielded polydisperse gold nanoparticles (2 to 70 nm) with dimensions modulated by the generation of thedendrimer,together with well-defined gold/thiolate clusters with Au...S distances of 2.3 Å. Suchclusters were also observed in the PMOsystem, together with monodispersed gold nanoparticles with diameters comparable to that of the organised pores in thePMO. The role of surface functionalisation in controlling the formation of gold clusters and/or nanoparticles is discusse

We present a general quantum fluctuation theorem for the entropy production of an open quantum system coupled to multiple environments, not necessarily at equilibrium. Such a general theorem, when restricted to the weak-coupling and Markovian regime, holds for both local and global master equations, corroborating the thermodynamic consistency of local quantum master equations. The theorem is genuinely quantum, as it can be expressed in terms of conservation of a Hermitian operator, describing the dynamics of the system state operator and of the entropy change in the baths. The integral fluctuation theorem follows from the properties of such an operator. Furthermore, it is also valid when the system is described by a time-dependent Hamiltonian. As such, the quantum Jarzynski equality is a particular case of the general result presented here. Moreover, our result can be extended to nonthermal baths, as long as microreversibility is preserved. We present some numerical examples to showcase the exact results previously obtained. We finally generalize the fluctuation theorem to the case where the interaction between the system and the bath is explicitly taken into account. We show that the fluctuation theorem amounts to a relation between time-reversed dynamics of the global density matrix and a two-time correlation function along the forward dynamics involving the baths' entropy alone.