Les interactions entre les excitons, particules bosoniques composées d'un électron et d'un trou liés par l'interaction coulombienne, et les photons sont grandement améliorés dans les guides d'ondes où la lumière est confinée par réflexion totale interne. Lorsque l’interaction est suffisamment importante, le régime de couplage fort entre le mode photonique du guide et la résonance excitonique de la couche active est atteint, créant ainsi une quasi-particule connue sous le nom d'exciton-polariton, ou simplement polariton. Ces fluides quantiques de lumière suscitent un grand intérêt en raison de leur potentiel d'applications en optoélectronique, en particulier dans les lasers dits à polaritons. Dans cette optique, cette thèse se focalise sur l’étude, par des méthodes de spectroscopie, de structures lasers à polaritons en géométrie guide d’onde à base de nitrure de gallium (GaN), qui présentent des spécificités intéressantes en comparaison de leurs homologues en géométrie de cavité verticale intensément étudiées. Les principaux résultats de ce travail sont (i) la démonstration d'un laser à polaritons fonctionnant en régime continu à basse température (70K). Ce laser présente un mode de fonctionnement original, qui résulte de la non-réciprocité entre absorption et émission stimulée dans la couche active. Le gain significatif permet un fonctionnement efficace sur des cavités très courtes, comme celles de 20μm utilisées dans cette étude. De plus une longueur de pompe de seulement 15% de la longueur de cavité suffit pour atteindre l’effet laser, ce qui distingue clairement ces lasers à polaritons des lasers semi-conducteurs conventionnels exigeant un pompage d'une grande partie de la cavité laser par un milieu actif homogène pour que le gain l’emporte sur les pertes ; (ii) l'observation, en étendant notre étude à T=150K, d'une transition de régime laser avec un caractère multimode sur une cavité plus longue de 60µm. La modélisation des spectres mesurés permet de conclure que cette émission est impulsionnelle, grâce à la formation de solitons de cavité par un blocage de modes induit par les interactions non-linéaires entre les polaritons ; (iii) des mesures préliminaires d’injection électrique dans des guides d’onde avec couches d’injection dopées, suite à la mise en place d'un nouveau dispositif expérimental d'électroluminescence indépendant de celui de la spectroscopie optique.

Dans cette thèse, nous explorons deux types de systèmes colloïdaux confinés dans des sphères millimétriques (billes de gels colloïdaux et gouttes de suspensions colloïdales) et conduisons trois ensembles d'expériences, chacun abordant une question spécifique.D’une part, nous examinons les billes sous compression uniaxiale pour obtenir de nouvelles perspectives sur le comportement des gels colloïdaux sous contrainte, qui est couramment étudiée par rhéologie de cisaillement ; grâce à une approche expérimentale novatrice, nous dévoilons de nouveaux aspects de la mise en écoulement de gels colloïdaux. D’autre part, nous étudions le séchage de billes de gel pour comprendre la restructuration du réseau due à la compression pendant le séchage. Enfin, il est connu qu’une goutte de suspension colloïdale subit des instabilités mécaniques lors du séchage dues à la formation d'une coque colloïdale dense induite par l'évaporation, et les travaux antérieurs ont proposé que cette instabilité se produit lorsque les particules dans la coque s'agrègent, formant un solide poreux. Cependant, aucune mesure n'a pu tester directement ce scénario et évaluer sa généralité en ce qui concerne les variations de la vitesse de séchage et de la concentration initiale des particules dans la goutte.Pour répondre à ces questions, nous faisons face à plusieurs défis expérimentaux. Pour produire des billes sphériques de gel colloïdal, dont rigidité et la structure sont ajustées en faisant variant la fraction volumique (VF) colloïdale, nous développons un nouveau protocole expérimental. Nous montrons que les propriétés structurelles et mécaniques des billes ne diffèrent pas de celles de gels préparés de manière conventionnelle. De plus, pour étudier le séchage des billes et gouttes, nous développons un nouveau montage de diffusion dynamique de la lumière dynamique (DLS) adaptée pour sonder les dynamiques microscopiques avec une résolution spatiale et temporelle pour des échantillons sphériques.Pour imposer une compression uniaxiale, nous utilisons un rhéomètre couplé à une caméra, nous permettant d'imager la bille tout en mesurant sa réponse mécanique. Les billes préparées à une VF élevée cèdent brusquement dans le régime linéaire, se fragmentant, tandis que celles préparées à une VF faible dissipent l'énergie en se déformant plastiquement, entraînant une transition progressive. Ces observations indiquent une transition d’un comportement fragile à ductile (BDT), souvent discutée mais insaisissable dans des expériences de rhéologie de cisaillement. Ainsi, notre approche expérimentale ouvre une voie prometteuse pour de futures investigations de la BDT.Les billes de gel colloïdal sont séchées sur des surfaces hydrophobes, minimisant les interactions entre le substrat et le gel, résultant en un séchage isotrope, que nous étudions avec trois techniques : DLS, diffusion des rayons X (RX) et compression uniaxiale. La DLS révèle que les contraintes imposées par le séchage à la surface de la bille se propagent de manière homogène, induisant des réarrangements dans tout le volume. La RX indique que les gels en séchage se réorganisent de manière hiérarchique, se restructurant d'abord à de grandes échelles, puis à des échelles plus petites, jusqu'à quelques tailles de particules.Par DLS, nous mesurons l'évolution de l'épaisseur de la coque et la dépendance spatiale de la fraction volumique des colloïdes lors du séchage d’une goutte de suspension colloïdale. Nous constatons qu'au-dessus d'un taux d'évaporation critique, la goutte subit successivement deux instabilités de forme distinctes : invagination et fissuration. Etonnamment, l'agrégation permanente des colloïdes accompagne uniquement la deuxième instabilité, tandis que la première résulte d'une transition vitreuse réversible au sein de la coque, précédemment non signalée. Sur la base de notre découverte, nous proposons un diagramme d'état unifié qui rationalise le séchage des suspensions colloïdales.

Les nanostructures carbonées, en particulier les nanotubes de carbone, représentent un domaine de recherche d'une importance cruciale pour l'électronique et l'optique à l'échelle nanométrique. Parmi ces nanostructures, les nanotubes de carbone métalliques offrent un potentiel technologique exceptionnel en tant que plus petits fils métalliques à l'échelle nanométrique, dotés de propriétés électriques remarquables. Cependant, malgré leur importance potentielle, les nanotubes de carbone métalliques ont été relativement moins étudiés en optique par rapport à leurs homologues semi-conducteurs, qui présentent un intérêt en tant que sources lumineuses dans le proche infrarouge. Cette thèse se concentre sur la détermination des propriétés optiques des nanotubes de carbone métalliques sur une vaste gamme spectrale, de l'ultraviolet à l'infrarouge lointain. Ce travail a impliqué la préparation et la caractérisation minutieuses d'échantillons de nanotubes de carbone triés, tant métalliques que semi-conducteurs, en utilisant diverses techniques telles que l'absorption optique, la microscopie à force atomique, la spectroscopie Raman et l'analyse thermogravimétrique. Un aspect crucial de notre recherche a été la détermination de la constante diélectrique complexe des films de nanotubes de carbone métalliques, un paramètre fondamental pour comprendre leur comportement optique. Pour ce faire, nous avons mis en place une méthode numérique robuste basée sur les relations de Kramers-Kronig appliquées à la phase du coefficient de Fresnel, dont les limitations et la précision sont discutées. La grandeur mesurable nous permettant d’extraire la constante diélectrique est la réflectance, mesurée avec un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier et un spectromètre ultraviolet-visible. Nous avons particulièrement étudié les transitions intrabandes, qui induisent un comportement de type Drude dans le moyen infrarouge. En déterminant la fréquence plasma écrantée, nous avons pu caractériser le seuil en deçà duquel un film de nanotubes de carbone métalliques se comporte comme un métal. Nos résultats expérimentaux ont été comparés avec deux modèles théoriques largement utilisés : le modèle de conductivité de surface et des calculs ab-initio basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité. Cette comparaison a révélé des divergences significatives entre les deux prédictions théoriques, notamment en ce qui concerne l'évolution de la fréquence plasma en fonction du diamètre des nanotubes. Les constantes diélectriques obtenues à partir des modèles ont été confrontées aux mesures expérimentales, confirmant un très bon accord avec les calculs ab-initio et réfutant les prédictions du modèle de conductivité de surface. De plus, nous avons observé un dopage de type p des films de nanotubes de carbone, avant le recuit, induit par la présence de molécules adsorbées. Ce dopage a été confirmé par un comportement de type Drude de la constante diélectrique et a été associé à l'observation de signatures caractéristiques des interactions électrons-phonons. Cette étude approfondie des propriétés optiques des nanotubes de carbone métalliques éclaire la voie à toutes applications novatrices dans les domaines de la physique et de la biologie. De plus, elle offre la possibilité de faire des prédictions précises et quantitatives, contribuant ainsi à l'avancement significatif de notre compréhension de ces nanostructures exceptionnelles.

Mesurer nécessite d'évaluer les incertitudes de mesure. Une mesure scientifique n'a de sens qu'accompagnée de son incertitude, ce qui permet de fixer le nombre de chiffres significatifs de sa valeur numérique. Ceci permet par exemple de vérifier la conformité d'une série de pièces usinées à un cahier des charges qualité.Les méthodes de calcul des incertitudes-types conformes aux recommandations internationales sont présentées progressivement, après avoir distingué les erreurs des incertitudes.Des vidéos d'expérience, accompagnées de cours et de nombreux exercices, devraient vous permettre d'exprimer correctement vos résultats de mesure, quelle que soit la grandeur mesurée et les appareils utilisés.https://socles3.unisciel.fr/course/view.php?id=555

Bien que l'eau soit une des matières les plus répandues à la surface de la terre et directement impliquée dans un grand nombre de phénomènes, qu'ils soient naturels ou artificiels ; et bien que sa molécule ne soit constituée que de 3 atomes, elle recèle encore de nombreux de mystères. Toutes ses propriétés physiques et chimiques ne sont pas encore bien comprises, notamment lorsqu’elle se trouve confinée dans des espaces nanométriques. Elle fait donc toujours l'objet d'études fondamentales approfondies. Cependant, les nombreuses difficultés techniques rencontrées lorsque l’on veut travailler à l’échelle nanométrique font qu’aujourd’hui, l’essentiel des études publiées sont théoriques et non expérimentales. Le besoin d’obtenir des données expérimentales est indispensable.C’est dans ce contexte très général que s’inscrivent les recherches expérimentales rapportées dans cette thèse. Les travaux menés sont séparables en deux parties distinctes mais qui visent à apporter, de façons différentes, leur contribution à l’étude de l’eau en milieu confiné. La première partie consiste en la mise au point d’un protocole expérimental destiné à fabriquer des microsystèmes étanches à l’eau liquide, à des pressions partielles de vapeur d’eau ou à du vide. La fabrication de ces microsystèmes repose sur les techniques de microlithographie et sur l’utilisation de la résine SU-8. Nous montrons qu’il est possible de réaliser des microsystèmes imperméables à l’eau et étanches au vide dont les parois de SU-8 ne sont pas plus épaisses que 100µm et hautes de 30µm. Le protocole proposé s’avère donc tout à fait adapté à la réalisation de Lab-on-Chip/microplateformes de nanofluidique dédiées à l’étude de l’eau confinée et circulant dans un nanopore. La deuxième partie rapporte toute une étude sur l’impact de l’eau sur le comportement électrique de µ-transistors à effet de champ dont le canal est constitué d’un unique nanotube de carbone (CNTFET). La réalisation de cette étude à nécessiter de concevoir puis fabriquer par des techniques relevant de la microélectronique un µ- constitué de plusieurs microélectrodes au contact d’un seul nanotube ; ces électrodes permettant soit d’effectuer des mesures électriques soit par effet joule, d’ouvrir le nanotube à des endroits bien précis ou de le porter à des températures suffisamment élevées pour éliminer toute trace d’eau de son environnement. La réponse électrique du CNTFET en fonction de l’environnement autour du nanotube, i.e. eau liquide, air ambiant, vide, est analysée. Une comparaison est faite entre les réponses obtenues lorsque le nanotube est fermé ou ouvert. Il est ainsi possible de proposer un modèle qualitatif simplifié d’interaction avec l’eau et de distinguer l’impact créé par l’eau adsorbée à l’extérieur du tube de celui associé à l’eau confiné dans le tube. Ce travail pionnier ouvre de nombreuses perspectives dans les domaines de la nanofluidique de l’eau et des études fondamentales sur sa structure et la dynamique de ses molécules en milieu confiné. En tout premier lieu, il servira au développement d'une µ-plateforme de mesures fondés sur les caractéristiques électromécaniques d'un nanotube de carbone unique en presence d'eau solide, liquide ou vapeur.

Introduction The impact of multi-domain preventive interventions on older adults, in particular on those with higher risk to develop Alzheimer's disease (AD), could be beneficial, as it may delay cognitive decline. However, the precise mechanism of such positive impact is not fully understood and may involve brain reserve and adaptability of brain functional connectivity (FC). Methods To determine the effect of multidomain interventions (involving physical activity, cognitive training, nutritional counseling alone or in combination with omega-3 fatty acid supplementation and vs. a placebo) on the brain, longitudinal FC changes were assessed after 36 months of intervention on 100 older adults (above 70 year-old) with subjective cognitive complaints. Results No global change in FC was detected after uni or multidomain preventive interventions. However, an effect of omega-3 fatty acid supplementation dependent on cognitive decline status was underlined for frontoparietal, salience, visual and sensorimotor networks FC. These findings were independent of the cortical thickness and vascular burden. Discussion These results emphasize the importance of patient stratification, based on risk factors, for preventive interventions.