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This thesis presents the studies of whispering gallery mode laser dynamics in order to realize a micro-wave source using simultaneous oscillations in a unique whispering gallery mode micro-laser. We show experimental results on the relative intensity noise (RIN) of a Whispering Gallery Mode Laser in ZBLALiP glass doped with Er3+ ions. Besides the pure laser specifications, the RIN spectrum gives informations about the dynamics inside the cavity, such as photon lifetime, effective pumping rate and noise sources. Moreover, we have shown that a single-mode emission comes with the presence of multiple harmonics of the relaxation frequency. The theoretical model taking account the non-linear coupling between photons and atoms allows us to determine the mode volume of the whispering gallery mode in laser regime, which is quite difficult to evaluate in this regime. On the other hand, we have studied the laser dynamics in an industrial IOG-1 glass codoped with Yb3+/Er3+ ions where the signature of a modal coupling, induced by Rayleigh scattering, lies in the RIN spectrum. In this particular case, the two coupled modes operate above threshold. The observed behavior is compared with thoses of a solid state gyro-laser.; Ces travaux de thèses portent sur l’étude de la dynamique du laser à mode de galerie dans le but de réaliser une source micro-onde en utilisant un laser à mode de galerie doublement monomode. Nous montrons ici les résultats expérimentaux sur le bruit relatif d’intensité (RIN) d’un laser à mode de galerie en verre ZBLALiP dopé aux ions Er3+. Outre l’aspect performances d’utilisation du laser, le spectre de RIN donne un certain nombre d’informations sur la dynamique du laser (temps de vie des photons, taux de pompage effectif, sources de bruit, ...).Les très forts facteur de qualités de ces résonateurs ainsi que leurs propriétés de confinement spatial amène un couplage non-linéaire etre les photons et les atomes du milieu amplificateur, faisant apparaitre dans le spectre de RIN des harmoniques de la fréquence de relaxation du laser. Le modèle harmonique développé permet d’estimer le volume de mode du mode de galerie en régime laser, quantité difficilement estimable dans ce régime d’émission. D’autre part, les mesures de RIN réalisées sur un verre industriel IOG-1 codopé Yb3+/Er3+ montrent la signature d’un couplage modal, induit par la diffusion Rayleigh, où les deux modes couplés fonctionnent au dessus du seuil laser. La dynamique de ce laser est également étudié et les comportements obtenus sont mis en parallèle avec les études réalisées sur le gyro-Laser à l’état solide.

This thesis presents the studies of whispering gallery mode laser dynamics in order to realize a micro-wave source using simultaneous oscillations in a unique whispering gallery mode micro-laser. We show experimental results on therelative intensity noise (RIN) of a Whispering Gallery Mode Laser in ZBLALiP glass doped with Er3+ ions. Besides the pure laser specifications, the RIN spectrum gives informations about the dynamics inside the cavity, such as photon lifetime, effective pumping rate and noise sources. Moreover, we have shown that a single-mode emission comes with the presence of multiple harmonics of the relaxation frequency. The theoretical model taking account the non-linear coupling between photons and atoms allows us to determine the mode volume of the whispering gallery mode in laser regime, which is quite difficult to evaluate. On the other hand, we have studied the laser dynamics in an industrial IOG-1 glass codoped with Yb3+/Er3+ ions where the signature of a modal coupling, induced by Rayleigh scattering, lies in the RIN spectrum. In this particular case, the two coupled modes operate above threshold. The observed behavior is compared with thoses of a solid state gyro-laser.; Ces travaux de thèse portent sur l’étude de la dynamique du laser à mode de galerie dans le but de réaliser une source micro-onde en utilisant un laser à mode de galerie doublement monomode. Nous montrons ici les résultats expérimentaux sur le bruit relatif d’intensité (RIN) d’un laser à mode de galerie en verre ZBLALiP dopé aux ions Er3+. Outre l’aspect performances d’utilisation du laser, le spectre de RIN donne un certain nombre d’informations sur la dynamique du laser (temps de vie des photons, taux de pompage effectif, sources de bruit, ...). Les très forts facteurs de qualité de ces résonateurs ainsi que leurs propriétés de confinement spatial amènent un couplage non-linéaire entre les photons et les atomes du milieu amplificateur, faisant apparaître dans le spectre de RIN des harmoniques de la fréquence de relaxation du laser. Le modèle harmonique développé permet d’estimer le volume de mode du mode de galerie en régime laser, quantité difficilement estimable dans ce régime d’émission. D’autre part, les mesures de RIN réalisées sur un verre industriel IOG-1 codopé Yb3+/Er3+ montrent la signature d’un couplage modal, induit par la diffusion Rayleigh où les deux modes couplés fonctionnent au dessus du seuil laser. La dynamique de ce laserest également étudié et les comportements obtenus sont mis en parallèle avec les études réalisées sur le gyro-Laser à l’état solide.

This thesis presents the studies of whispering gallery mode laser dynamics in order to realize a micro-wave source using simultaneous oscillations in a unique whispering gallery mode micro-laser. We show experimental results on the relative intensity noise (RIN) of a Whispering Gallery Mode Laser in ZBLALiP glass doped with Er3+ ions. Besides the pure laser specifications, the RIN spectrum gives informations about the dynamics inside the cavity, such as photon lifetime, effective pumping rate and noise sources. Moreover, we have shown that a single-mode emission comes with the presence of multiple harmonics of the relaxation frequency. The theoretical model taking account the non-linear coupling between photons and atoms allows us to determine the mode volume of the whispering gallery mode in laser regime, which is quite difficult to evaluate in this regime. On the other hand, we have studied the laser dynamics in an industrial IOG-1 glass codoped with Yb3+/Er3+ ions where the signature of a modal coupling, induced by Rayleigh scattering, lies in the RIN spectrum. In this particular case, the two coupled modes operate above threshold. The observed behavior is compared with thoses of a solid state gyro-laser.; Ces travaux de thèses portent sur l’étude de la dynamique du laser à mode de galerie dans le but de réaliser une source micro-onde en utilisant un laser à mode de galerie doublement monomode. Nous montrons ici les résultats expérimentaux sur le bruit relatif d’intensité (RIN) d’un laser à mode de galerie en verre ZBLALiP dopé aux ions Er3+. Outre l’aspect performances d’utilisation du laser, le spectre de RIN donne un certain nombre d’informations sur la dynamique du laser (temps de vie des photons, taux de pompage effectif, sources de bruit, ...).Les très forts facteur de qualités de ces résonateurs ainsi que leurs propriétés de confinement spatial amène un couplage non-linéaire etre les photons et les atomes du milieu amplificateur, faisant apparaitre dans le spectre de RIN des harmoniques de la fréquence de relaxation du laser. Le modèle harmonique développé permet d’estimer le volume de mode du mode de galerie en régime laser, quantité difficilement estimable dans ce régime d’émission. D’autre part, les mesures de RIN réalisées sur un verre industriel IOG-1 codopé Yb3+/Er3+ montrent la signature d’un couplage modal, induit par la diffusion Rayleigh, où les deux modes couplés fonctionnent au dessus du seuil laser. La dynamique de ce laser est également étudié et les comportements obtenus sont mis en parallèle avec les études réalisées sur le gyro-Laser à l’état solide.

The field of optomechanic consists in studying the coupling induce by the radiation pressure between a mechanical resonator and a light field, it has expended over the last fifteen years. In this memoir we present the developpement of a resonator optimised to observe quantum effect of the optomechanical coupling. On the one hand, it has to combine a high reflectivity and a low mass to enhance its coupling with the light field. On the other hand it should exhibit high mechanical quality factor in order to minimize its interaction with the environment. This resonator is a suspended membrane, whose thickness is about hundreds of nanometers, and whose reflectivity is achieved thanks to a photonic crystal. After a study of the photonic crystal physic in normal incidence, we present the experimental results including those in the end mirror of a Fabry-Pérot cavity configuration, which are in good agreement with the optical simulations. In a second point, we list the dissipation mechanisms in micro-resonator. Then we show how the stress introduction in such resonators can improve the quality factor. We finish the mechanical characterisation by studying mechanical non-linearities which appears in the case of large amplitude of motion. Then we present the experimental set-up developed to observe the thermal noise of the resonators. We also obtain some preliminary results about the cooling of the thermal noise using active cooling and photothermal effect. Last we present the development of a capacitive coupling between the membrane and a electrical circuit. This device is the first step toward the realisation of an optomechanical transducer between optical and micro-wave photons., Dans ce manuscrit, nous présentons le développement d'un résonateur optimisé pour observer des effets quantiques du couplage entre un resonateur mécanique et le champ electromagnétique via la pression de radiation. Celui-ci doit combiner une réflectivité élevée, une faible masse, ainsi qu'un facteur de qualité mécanique élevé. Le résonateur consiste en une membrane suspendue de quelques centaines de nanomètres d’épaisseur, et de quelques dizaines de microns de côté, présentant une réflectivité importante grâce à l'utilisation de cristaux photoniques. Après une étude détaillée de la physique d'un cristal photonique en incidence normale, nous présentons les résultats expérimentaux, en bon accord avec des simulations optiques, notamment lorsque la membrane est utilisée comme miroir de fond d’une cavité Fabry-Perot. Dans un second point, nous passons en revue les mécanismes d'amortissement mécanique à l’œuvre dans les micro-résonateurs. Nous montrons ensuite comment l'introduction de contraintes peut améliorer leur facteur de qualité. Nous finissons la caractérisation mécanique par l'étude de non-linéarités apparaissant lors des grandes amplitudes de mouvement. Puis nous présentons le montage expérimental permettant l'observation du bruit thermique de ces resonateurs. Celui-ci a également permis d'obtenir des résultats préliminaires sur le refroidissement de leur bruit thermique par friction froide et par effet photothermique. Enfin, nous présentons le développement d’un système de couplage capacitif entre la membrane et un circuit électrique, constituant la première étape de la réalisation d’un transducteur optomécanique entre photons optiques et micro-ondes.

We investigate in this thesis fundamental and applied properties of solid-state laser micro-sources made of organic materials, with possible applications to information and biosensing technologies. We explored three-dimensional features pertaining both to fabrication and characterization of such lasers. Regarding the fabrication, we extended the geometry of organic microlasers, previously restricted to quasi-two-dimensional (2D) as from thin film patterning, onto full 3D structures such as cubes. Deep UV lithography and direct laser writing with two-photon-polymerization processes have been adapted in order to fabricate customized shapes, which incorporate a laser dye. To study the highly anisotropic emission from these lasers, we conceived a new set-up, called solid angle scanner (SAS), allowing for high angular accuracy detection of the emission from a micro-laser in all directions in space. When applied to 2D micro-lasers, SAS measurements allowed us to observe that they emit mainly out of their plane. We developed a model to account for this effect and infer predictions. Moreover, various shapes of 2D micro-lasers have been investigated, through the angular and spectral features of their emission, with experiments satisfactorily connected to a semi-classical theoretical approach of periodic orbits. We paid special attention to triangular shapes, for which a diffractive orbit was observed, opening the way to the study of diffraction by a dielectric corner. We also propose an explanation for the directionality of the emission by square micro-lasers. Finally, 3D characterizations of solid state 3D organic micro-lasers are presented for the first time to our knowledge., Cette thèse est consacrée à l’étude fondamentale et au développement de micro-sources lasers en matériaux organiques, susceptibles de débouchés dans les technologies de l’information et les biotechnologies. Nous avons exploré l'aspect tridimensionnel (3D) de ces lasers, tant en termes de fabrication que de caractérisation. Concernant la fabrication, nous avons fait évoluer la géométrie des microlasers, auparavant quasi-bidimensionnelle (2D, issue de films fins) vers une géométrie 3D (comme des cubes). Des procédés de lithographie UV épaisse ou d’écriture directe au laser par photo-polymérisation à 2 photons ont été adaptés pour réaliser des formes sur mesure de micro-résonateurs optiques incluant un colorant. Afin d'étudier l'émission très anisotrope de ces lasers, nous avons conçu et développé un outil original, appelé scanner à angle solide (SAS), permettant de collecter l'émission d’un microlaser dans toutes les directions du demi-espace qui le surplombe, avec une grande précision. Le SAS a permis de constater que les microlasers 2D émettent principalement hors-plan. Un modèle a été développé pour expliquer cet effet et émettre des prédictions. D’autre part, différentes formes de microlasers 2D ont été analysées, à partir de leurs directions et spectres d’émission, grâce au formalisme semi-classique des orbites périodiques. En particulier, une orbite diffractive a été observée dans les triangles, ce qui ouvre la voie à une étude systématique de la diffraction par un coin diélectrique. Nous apportons également une explication à la directionalité de l’émission par des microlasers carrés. Pour finir, les premières caractérisations 3D de micro-lasers 3D ont été réalisées.

We investigate in this thesis fundamental and applied properties of solid-state laser micro-sources made of organic materials, with possible applications to information and biosensing technologies. We explored three-dimensional features pertaining both to fabrication and characterization of such lasers. Regarding the fabrication, we extended the geometry of organic microlasers, previously restricted to quasi-two-dimensional (2D) as from thin film patterning, onto full 3D structures such as cubes. Deep UV lithography and direct laser writing with two-photon-polymerization processes have been adapted in order to fabricate customized shapes, which incorporate a laser dye. To study the highly anisotropic emission from these lasers, we conceived a new set-up, called solid angle scanner (SAS), allowing for high angular accuracy detection of the emission from a micro-laser in all directions in space. When applied to 2D micro-lasers, SAS measurements allowed us to observe that they emit mainly out of their plane. We developed a model to account for this effect and infer predictions. Moreover, various shapes of 2D micro-lasers have been investigated, through the angular and spectral features of their emission, with experiments satisfactorily connected to a semi-classical theoretical approach of periodic orbits. We paid special attention to triangular shapes, for which a diffractive orbit was observed, opening the way to the study of diffraction by a dielectric corner. We also propose an explanation for the directionality of the emission by square micro-lasers. Finally, 3D characterizations of solid state 3D organic micro-lasers are presented for the first time to our knowledge.; Cette thèse est consacrée à l’étude fondamentale et au développement de micro-sources lasers en matériaux organiques, susceptibles de débouchés dans les technologies de l’information et les biotechnologies. Nous avons exploré l'aspect tridimensionnel (3D) de ces lasers, tant en termes de fabrication que de caractérisation. Concernant la fabrication, nous avons fait évoluer la géométrie des microlasers, auparavant quasi-bidimensionnelle (2D, issue de films fins) vers une géométrie 3D (comme des cubes). Des procédés de lithographie UV épaisse ou d’écriture directe au laser par photo-polymérisation à 2 photons ont été adaptés pour réaliser des formes sur mesure de micro-résonateurs optiques incluant un colorant. Afin d'étudier l'émission très anisotrope de ces lasers, nous avons conçu et développé un outil original, appelé scanner à angle solide (SAS), permettant de collecter l'émission d’un microlaser dans toutes les directions du demi-espace qui le surplombe, avec une grande précision. Le SAS a permis de constater que les microlasers 2D émettent principalement hors-plan. Un modèle a été développé pour expliquer cet effet et émettre des prédictions. D’autre part, différentes formes de microlasers 2D ont été analysées, à partir de leurs directions et spectres d’émission, grâce au formalisme semi-classique des orbites périodiques. En particulier, une orbite diffractive a été observée dans les triangles, ce qui ouvre la voie à une étude systématique de la diffraction par un coin diélectrique. Nous apportons également une explication à la directionalité de l’émission par des microlasers carrés. Pour finir, les premières caractérisations 3D de micro-lasers 3D ont été réalisées.

This study is a preliminary study to use a fonctionnalized microsensor based on electromechanical detection of biological species present at trace levels. Two aspects were involved in this work: capture high-sensitivity but also the capture of ultra-specific biological species as markers for Alzheimer's disease. It was conducted as part of collaboration between the department MINASYS (Micro and Nanobio and Microsystems) of the Institute of Fundamental Electronics (IEF) and the Laboratory Proteins and Nanotechnologies in Separative Sciences, at the Faculty of Pharmacy of Chatenay-Malabry.The sensor includes a micro-resonator, placed in vaccum, incorporating silicon buried channels for the circulation of a biological fluid and not outside as they are more commonly, and in order to minimize the damping of the resonator. As regards the biological aspects, we primily focus on the detection of a biomarker of Alzheimer's disease, amyloidal peptide Aβ1-42. Until now, screening requires the use of a puncture and cerebrospinal fluid after onset of symptoms, therefore a sufficiently high concentration of biomarkers is required. Initially, we developed a method of early detection of Aβ1-42 peptide coupling a microfluidic system and fluorescence microscopy. Therefore, the micro-resonator that are present here allow to detect these biomarkers that are present at very low concentrations in other biological fluids in the first stage of the disease, for example, in the blood or urine. Thus, in a first step, we have developed a method of early detection of Aβ1-42 peptide coupling channel microfluidic and fluorescence microscopy. The surface of the channels in silicon must be functionalized to allow the grafting of specific antigens. For this, we developed a technique based on the specific antibody-antigen recognition, the latter requires a preliminary step of chemical functionalization of surfaces.This manuscript consists of four main parts. Initially, we present a literature review of the state of the art on the principle of operation of various types commonly used bio-sensors and the performance obtained. A second chapter describes the functionalization of silicon area and more specifically of the silanization reaction in liquid phase performed on flat surfaces and in fluidic channels. In the following chapter, we discuss the field of specific recognition of biological entities and detail the steps of grafting performed on protein surfaces and design immunoassay sandwich in fluidic channels. The last chapter of the manuscript brings together various preliminary results for the development of micro-sensor type resonant beam.; L’étude proposée est une étude préliminaire en vue d’utiliser des microrésonateurs en silicium fonctionnalisé en vue de la détection électromécanique d’espèces biologiques présentes à l’état de trace. Deux aspects ont été principalement étudiés : la capture ultra-sensible mais aussi la capture ultra-spécifique d’espèces biologiques comme des marqueurs pour la maladie d’Alzheimer. Elle a été effectuée dans le cadre d’une collaboration entre le département MINASYS (Micro et Nano-Système) de l’Institut d’Electronique Fondamental (IEF) et le Laboratoire Protéines et Nanotechnologies en Sciences Séparatives de la Faculté de Pharmacie de Châtenay-Malabry.Il s’est ainsi s’agit de développer un micro-résonateur en silicium intégrant des canaux enterrés permettant la circulation d’un fluide biologique à l’intérieur de la poutre et non à l’extérieur comme ils le sont plus couramment, et ce, dans le but de limiter au maximum l’amortissement du résonateur. En ce qui concerne les aspects en biologie, nous nous sommes plus particulièrement interessé à la détection d’un bio-marqueur de la maladie d’Alzheimer, le peptide amyloïde Aβ1-42. Jusqu’à présent, le dépistage de la maladie nécessite une concentration suffisamment importante de bio-marqueurs et le recours à une ponction du liquide céphalorachidien après l’apparition des symptômes de la maladie est donc nécessaire. Le microsystème présenté ici permettra de nous approcher d’un système capable de détecter des traces de biomarqueurs présentes dans le sang ou l’urine par exemple. Ainsi, dans un premier temps, nous avons mis au point un mode de détection précoce du peptide Aβ1-42 couplant un canal micro-fluidique et la microscopie à fluorescence. La surface des canaux en silicium doit être fonctionnalisée afin de permettre le greffage spécifique des antigènes. Pour cela, nous avons mis au point une technique s’appuyant sur la reconnaissance spécifique anticorps-antigène, celle-ci nécessitant une étape préalable de fonctionnalisation chimique de surface.Le manuscrit présenté ici s’articule en quatre parties principales. Dans un premier temps, une étude bibliographique permet de faire l’état de l’art sur le principe de fonctionnement de différents types bio-capteurs couramment utilisés et leurs performances. Une seconde partie décrit la fonctionnalisation de surface du silicium et plus spécifiquement de la réaction de silanisation en phase liquide réalisée sur des surfaces planes et dans des canaux fluidique. Nous abordons ensuite le domaine de la reconnaissance spécifique d’entités biologiques et détaillons les étapes de greffage des protéines réalisées sur les surfaces ainsi que la conception d’immuno-sandwich entreprise dans des canaux fluidiques. Enfin la dernière partie du manuscrit rassemble des différents résultats préliminaires obtenus en vue de l’élaboration du micro-capteur de type poutre résonante à canaux enterrés.

This study is a preliminary study to use a fonctionnalized microsensor based on electromechanical detection of biological species present at trace levels. Two aspects were involved in this work: capture high-sensitivity but also the capture of ultra-specific biological species as markers for Alzheimer's disease. It was conducted as part of collaboration between the department MINASYS (Micro and Nanobio and Microsystems) of the Institute of Fundamental Electronics (IEF) and the Laboratory Proteins and Nanotechnologies in Separative Sciences, at the Faculty of Pharmacy of Chatenay-Malabry.The sensor includes a micro-resonator, placed in vaccum, incorporating silicon buried channels for the circulation of a biological fluid and not outside as they are more commonly, and in order to minimize the damping of the resonator. As regards the biological aspects, we primily focus on the detection of a biomarker of Alzheimer's disease, amyloidal peptide Aβ1-42. Until now, screening requires the use of a puncture and cerebrospinal fluid after onset of symptoms, therefore a sufficiently high concentration of biomarkers is required. Initially, we developed a method of early detection of Aβ1-42 peptide coupling a microfluidic system and fluorescence microscopy. Therefore, the micro-resonator that are present here allow to detect these biomarkers that are present at very low concentrations in other biological fluids in the first stage of the disease, for example, in the blood or urine. Thus, in a first step, we have developed a method of early detection of Aβ1-42 peptide coupling channel microfluidic and fluorescence microscopy. The surface of the channels in silicon must be functionalized to allow the grafting of specific antigens. For this, we developed a technique based on the specific antibody-antigen recognition, the latter requires a preliminary step of chemical functionalization of surfaces.This manuscript consists of four main parts. Initially, we present a literature review of the state of the art on the principle of operation of various types commonly used bio-sensors and the performance obtained. A second chapter describes the functionalization of silicon area and more specifically of the silanization reaction in liquid phase performed on flat surfaces and in fluidic channels. In the following chapter, we discuss the field of specific recognition of biological entities and detail the steps of grafting performed on protein surfaces and design immunoassay sandwich in fluidic channels. The last chapter of the manuscript brings together various preliminary results for the development of micro-sensor type resonant beam.; L’étude proposée est une étude préliminaire en vue d’utiliser des microrésonateurs en silicium fonctionnalisé en vue de la détection électromécanique d’espèces biologiques présentes à l’état de trace. Deux aspects ont été principalement étudiés : la capture ultra-sensible mais aussi la capture ultra-spécifique d’espèces biologiques comme des marqueurs pour la maladie d’Alzheimer. Elle a été effectuée dans le cadre d’une collaboration entre le département MINASYS (Micro et Nano-Système) de l’Institut d’Electronique Fondamental (IEF) et le Laboratoire Protéines et Nanotechnologies en Sciences Séparatives de la Faculté de Pharmacie de Châtenay-Malabry.Il s’est ainsi s’agit de développer un micro-résonateur en silicium intégrant des canaux enterrés permettant la circulation d’un fluide biologique à l’intérieur de la poutre et non à l’extérieur comme ils le sont plus couramment, et ce, dans le but de limiter au maximum l’amortissement du résonateur. En ce qui concerne les aspects en biologie, nous nous sommes plus particulièrement interessé à la détection d’un bio-marqueur de la maladie d’Alzheimer, le peptide amyloïde Aβ1-42. Jusqu’à présent, le dépistage de la maladie nécessite une concentration suffisamment importante de bio-marqueurs et le recours à une ponction du liquide céphalorachidien après l’apparition des symptômes de la maladie est donc nécessaire. Le microsystème présenté ici permettra de nous approcher d’un système capable de détecter des traces de biomarqueurs présentes dans le sang ou l’urine par exemple. Ainsi, dans un premier temps, nous avons mis au point un mode de détection précoce du peptide Aβ1-42 couplant un canal micro-fluidique et la microscopie à fluorescence. La surface des canaux en silicium doit être fonctionnalisée afin de permettre le greffage spécifique des antigènes. Pour cela, nous avons mis au point une technique s’appuyant sur la reconnaissance spécifique anticorps-antigène, celle-ci nécessitant une étape préalable de fonctionnalisation chimique de surface.Le manuscrit présenté ici s’articule en quatre parties principales. Dans un premier temps, une étude bibliographique permet de faire l’état de l’art sur le principe de fonctionnement de différents types bio-capteurs couramment utilisés et leurs performances. Une seconde partie décrit la fonctionnalisation de surface du silicium et plus spécifiquement de la réaction de silanisation en phase liquide réalisée sur des surfaces planes et dans des canaux fluidique. Nous abordons ensuite le domaine de la reconnaissance spécifique d’entités biologiques et détaillons les étapes de greffage des protéines réalisées sur les surfaces ainsi que la conception d’immuno-sandwich entreprise dans des canaux fluidiques. Enfin la dernière partie du manuscrit rassemble des différents résultats préliminaires obtenus en vue de l’élaboration du micro-capteur de type poutre résonante à canaux enterrés.

My research activities have covered since 1996 the fields of nanosciences, semi-conductor physics, micro and nanotechnologies and MEMS/NEMS (Micro/NanoElectroMechanical Systems). In particular, I joined the Silicon Microsystems department of IEMN in October 2000 and I worked on electromechanical microresonators for applications in signal processing, both in the IF and RF frequency ranges. I was leading the development of the electrical characterization techniques and strongly involved in the modelling of the microresonators. Since 2002, I have extended my research activities in the MEMS area from microresonators to actuators and sensors, with applications towards nanotechnology and biology. I have put my efforts on the development of electrostatic actuators for operation in a liquid environment and on capacitive and piezoresistive sensors with ultimate performances for applications at the nanometer scale. Since 2007, I have been mainly working on MEMS resonators as probes for Atomic Force Microscopy, that is to say as high sensitivity force sensors. This research activity is currently funded by the European Research Council (ERC) in the framework of a Starting Grant I received in 2007 (SMART project). In 2009, we demonstrated for the first time AFM imaging using this new generation of MEMS-based AFM probes, and in 2010 we obtained images of DNA origamis at a rate of 1 fps. The research work is now focussed on MEMS probe downscaling for better performances, AFM imaging in liquids and, high speed AFM acquisition using these devices. This work paves the way for the use of micro and nanosystems as tools for enhanced characterization of nanoobjects.; Depuis 1996, mes activités de recherche se sont inscrites dans les champs des nanosciences, de la physique des semi-conducteurs, des micro/nanotechnologies, et des MEMS/NEMS (Micro/Nanosystèmes électromécaniques). En particulier, j'ai rejoint en octobre 2000 le groupe Microsystèmes Silicium de l'IEMN sur le sujet des résonateurs micro-électromécaniques et de leurs applications pour le traitement du signal en gamme RF et IF. Cette activité a permis de développer les techniques de caractérisation électrique des dispositifs ainsi que leur modélisation électromécanique. A partir de 2002, j'ai étendu mes activités dans le domaine des MEMS vers les micro-actionneurs et les micro-capteurs, dont les applications concernent les nanotechnologies et la biologie. Je me suis appliqué au développement d'actionneurs électrostatiques pour un fonctionnement en milieu liquide, et au développement de capteurs capacitifs et piézorésistifs aux performances ultimes pour des applications nanométriques. Depuis 2007, l'activité de recherche se concentre sur l'utilisation des résonateurs MEMS en tant que nouvelle génération de sondes de microscopie à force atomique (AFM) à hautes performances. Cette activité est actuellement soutenue par le Conseil Européen de la Recherche (ERC) dans le cadre d'un financement Starting Grant dont je suis le bénéficiaire. En 2009, nous avons démontré le concept des sondes MEMS AFM en obtenant les premières images de microscopie, et en 2010 nous avons obtenu des images d'origamis d'ADN à la cadence rapide d'une image par seconde. Le travail de recherche se focalise maintenant sur le développement des sondes afin d'en améliorer les performances en termes de fréquence de vibration, de résolution en force et de vitesse d'acquisition. Un autre aspect concerne l'utilisation de ces sondes pour l'analyse rapide du comportement dynamique de nanobiosystèmes en milieu liquide. Ces travaux s'inscrivent dans une vision à plus long terme visant à développer des solutions à base de MEMS et de NEMS pour l'instrumentation scientifique et la nanocaractérisation multimodale.

The work presented in this thesis concerns the study of synthetic piezoelectric materials (langasite family crystals) and the manufacture of low-frequency micro-resonators with these materials. The first part of the study focuses on the finding of temperature-compensated cuts for X-cut plates of langasite (LGS) and langatate (LGT), for the length-extension along the Y axis and flexure around the X axis modes. The theoretical values of the orientation angle of the temperature-compensated cuts are obtained through an analytical model and finite element simulations. Bar-type devices and tuning forks are then made and used to perform electrical measurements to confirm the existence of these compensated cuts. The second part of the study is about the manufacture of langasite micro-resonators. Several processing methods are considered before the choice of chemical etching in an HCl-based solution. The manufacturing process is detailed and vibration measurements are carried out on the devices.; Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l'étude de matériaux piézoélectriques de synthèse de la famille des langasite et sur la réalisation de micro-résonateurs basse fréquence dans ces matériaux. La première partie de l'étude se concentre sur la recherche des orientations des coupes compensées en température pour les coupes X de la langasite (LGS) et de la langatate (LGT), pour les modes d'extension selon Y et de flexion autour de X. Un modèle analytique simple et des simulations par éléments finis permettent de déterminer les valeurs théoriques de ces orientations. Des dispositifs de types barreau et diapason sont ensuite réalisés afin d'effectuer des mesures électriques pou confirmer l'existence de ces coupes compensées. La seconde partie de l'étude concerne la fabrication de micro-résonateurs en langasite. Plusieurs méthodes d'usinage (mécanique, DRIE,...) sont envisagées avant que notre choix ne se porte sur l'usinage chimique (solution HCl). Le procédé de fabrication est détaillé puis des mesures de vibration sont menées pour les dispositifs obtenus.

The work presented in this thesis concerns the study of synthetic piezoelectric materials (langasite family crystals) and the manufacture of low-frequency micro-resonators with these materials. The first part of the study focuses on the finding of temperature-compensated cuts for X-cut plates of langasite (LGS) and langatate (LGT), for the length-extension along the Y axis and flexure around the X axis modes. The theoretical values of the orientation angle of the temperature-compensated cuts are obtained through an analytical model and finite element simulations. Bar-type devices and tuning forks are then made and used to perform electrical measurements to confirm the existence of these compensated cuts. The second part of the study is about the manufacture of langasite micro-resonators. Several processing methods are considered before the choice of chemical etching in an HCl-based solution. The manufacturing process is detailed and vibration measurements are carried out on the devices.; Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l'étude de matériaux piézoélectriques de synthèse de la famille des langasite et sur la réalisation de micro-résonateurs basse fréquence dans ces matériaux. La première partie de l'étude se concentre sur la recherche des orientations des coupes compensées en température pour les coupes X de la langasite (LGS) et de la langatate (LGT), pour les modes d'extension selon Y et de flexion autour de X. Un modèle analytique simple et des simulations par éléments finis permettent de déterminer les valeurs théoriques de ces orientations. Des dispositifs de types barreau et diapason sont ensuite réalisés afin d'effectuer des mesures électriques pou confirmer l'existence de ces coupes compensées. La seconde partie de l'étude concerne la fabrication de micro-résonateurs en langasite. Plusieurs méthodes d'usinage (mécanique, DRIE,...) sont envisagées avant que notre choix ne se porte sur l'usinage chimique (solution HCl). Le procédé de fabrication est détaillé puis des mesures de vibration sont menées pour les dispositifs obtenus.