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This Phd work aims to study the elastic and thermal properties of microstructured thin films deposited by the GLAD technique (GLancing Angle Deposition). This technique leads to original structures and architectures promoting porosity and anisotropic behaviors. Emphasis is put on the correlations between the structural shape of columnar thin films and their anisotropic properties. The measurements of the acoustic waves propagation are performed with a femtosecond heterodyne pump probe setup. The influence of the different parameters and deposition methods both on the evolution of thin films structures and on the propagation of surface acoustic waves were studied. The experimental parameters play a key-role on the shape of the columns and their angle of inclination.The ellipticity of the column cross-sections is a key factor on the anisotropy of the surface acoustic waves. Numerical simulations confirm that the shape of this section and the porosity play a primary role in the dispersion and the anisotropic propagation of elastic waves.Thermal characterizations were also carried out on GLAD microstructured films by the 3 omega method and by the thermoreflectance technique with the femtosecond pump probe setup. Considerably reduced thermal conductivities were measured at room temperature for GLAD W films. A thermal anisotropy, more important for thicker films, was found. This anisotropic characterization in terms of thermal conductivity was linked to the anisotropic microstructuring of the films, created during GLAD deposition.; Ces travaux de thèse visent à étudier les propriétés élastiques et thermiques des films minces microstructurés par la technique GLAD (GLancing Angle Deposition). Cette technique propose des structurations et des architectures originales favorisant la porosité et les comportements anisotropes. L'accent est mis sur les corrélations entre la forme structurale des films minces en colonnes et leurs propriétés anisotropes. Les mesures de la propagation des ondes acoustiques de surface sont effectuées avec une plateforme pompe sonde hétérodyne femtoseconde. L'influence des différents paramètres et procédés de dépôt à la fois sur l'évolution de la structure des films minces et sur la propagation des ondes élastiques, ont été étudiés. Les paramètres expérimentaux jouent un rôle fondamental sur la forme des colonnes et leur angle de croissance. Un facteur clé jouant sur l’anisotropie des ondes élastiques de surface est la section plus ou moins elliptique des colonnes. Les simulations numériques confirme que la forme de cette section et la porosité jouent un rôle primordial sur la dispersion et la propagation anisotrope des ondes élastiques.Des caractérisations thermiques ont également été effectuées sur les films microstructurés GLAD par la méthode 3 omega et par la technique de thermoréflectance avec le banc de mesure pompe sonde femtoseconde. Des conductivités thermiques considérablement réduites ont été mesurées à température ambiante pour les films GLAD en W. Une anisotropie thermique, plus importantepour les films les plus épais, a été trouvée. Cette caractérisation anisotrope en termes de conductivité thermique a été reliée à la microstructuration anisotrope des films, crée lors de dépôt GLAD.

This Phd work aims to study the elastic and thermal properties of microstructured thin films deposited by the GLAD technique (GLancing Angle Deposition). This technique leads to original structures and architectures promoting porosity and anisotropic behaviors. Emphasis is put on the correlations between the structural shape of columnar thin films and their anisotropic properties. The measurements of the acoustic waves propagation are performed with a femtosecond heterodyne pump probe setup. The influence of the different parameters and deposition methods both on the evolution of thin films structures and on the propagation of surface acoustic waves were studied. The experimental parameters play a key-role on the shape of the columns and their angle of inclination.The ellipticity of the column cross-sections is a key factor on the anisotropy of the surface acoustic waves. Numerical simulations confirm that the shape of this section and the porosity play a primary role in the dispersion and the anisotropic propagation of elastic waves.Thermal characterizations were also carried out on GLAD microstructured films by the 3 omega method and by the thermoreflectance technique with the femtosecond pump probe setup. Considerably reduced thermal conductivities were measured at room temperature for GLAD W films. A thermal anisotropy, more important for thicker films, was found. This anisotropic characterization in terms of thermal conductivity was linked to the anisotropic microstructuring of the films, created during GLAD deposition.; Ces travaux de thèse visent à étudier les propriétés élastiques et thermiques des films minces microstructurés par la technique GLAD (GLancing Angle Deposition). Cette technique propose des structurations et des architectures originales favorisant la porosité et les comportements anisotropes. L'accent est mis sur les corrélations entre la forme structurale des films minces en colonnes et leurs propriétés anisotropes. Les mesures de la propagation des ondes acoustiques de surface sont effectuées avec une plateforme pompe sonde hétérodyne femtoseconde. L'influence des différents paramètres et procédés de dépôt à la fois sur l'évolution de la structure des films minces et sur la propagation des ondes élastiques, ont été étudiés. Les paramètres expérimentaux jouent un rôle fondamental sur la forme des colonnes et leur angle de croissance. Un facteur clé jouant sur l’anisotropie des ondes élastiques de surface est la section plus ou moins elliptique des colonnes. Les simulations numériques confirme que la forme de cette section et la porosité jouent un rôle primordial sur la dispersion et la propagation anisotrope des ondes élastiques.Des caractérisations thermiques ont également été effectuées sur les films microstructurés GLAD par la méthode 3 omega et par la technique de thermoréflectance avec le banc de mesure pompe sonde femtoseconde. Des conductivités thermiques considérablement réduites ont été mesurées à température ambiante pour les films GLAD en W. Une anisotropie thermique, plus importantepour les films les plus épais, a été trouvée. Cette caractérisation anisotrope en termes de conductivité thermique a été reliée à la microstructuration anisotrope des films, crée lors de dépôt GLAD.

The control of the propagation of elastic waves relies mainly on the design of artificial medium based on structured materials to obtain an advanced engineering of the dispersion of the propagation. During the thesis, the dispersion of the shear horizontal polarised guided mode (Love mode) in the bi-layer SiO2/Quartz (90ST-cut) structure was numerically investigated and the resulting applications explored. The properties of phononic crystals (PnCs) based on micro-machined holes in the SiO2 layer, and the interaction of this mode with pillars deposited on the surface of this guiding layer, have been studied. In the case of holey PnCs we have shown that it is possible to open band gaps, this property has been exploited for the design of a cavity resonator. The performances of this resonator are studied according to the geometrical parameters characterizing it. It is also proposed to study the interaction of the cavity resonator’s modes with the resonant modes of pillars deposited on the surface of the cavity. This has the effect of a better confinement of the modes and thus a drastic improvement of the quality factor. We also investigated the interaction between the Love mode and metasurfaces based on pillars deposited on the surface of SiO2. The couplings between pillars of identical or not geometries gave rise to various phenomena like acoustic analogue of Autler-Townes Splitting, Fabry-Perot resonance, acoustically induced transparency and Fano resonance. The results presented in this study could be used for potential applications such as signal processing, wave control, metamaterials and biosensors.; Le contrôle de la propagation des ondes élastiques repose principalement sur la conception de milieu artificiel à base de matériaux structurés pour obtenir une ingénierie avancée de la dispersion de la propagation. Au cours de la thèse, la dispersion du mode guidé de polarisation transverse horizontale (mode de Love) dans la structure bi-couche SiO2/Quartz (Coupe ST-90°) a été numériquement étudié et les applications résultantes explorées. Les propriétés des cristaux phononiques (CPns) à base de trous micro-usinés dans la couche SiO2 ont été étudié, ainsi que l’interaction de ce mode avec des plots déposés à la surface de cette couche guidante. Dans le cas des CPns à trous nous avons montré qu’il est possible d’ouvrir des bandes interdites, cette propriété a été exploitée pour le design d’un résonateur cavité. Les performances de ce résonateur sont étudiées en fonction des paramètres géométriques qui le caractérisent. Il est aussi proposé d’étudier l’interaction des modes de cavité avec les modes de résonance des plots déposés à la surface de la cavité. Ceci peut mieux confiner les modes et donc améliorer drastiquement le facteur de qualité. On s’est intéressé aussi à l’interaction du mode Love avec des métasurfaces à base de plots déposés à la surface de SiO2. Les couplages entre des plots de géométries identiques ou non ont donné lieu aux divers phénomènes comme analogue acoustique de Autler-Townes Splitting, résonance Fabry-Perot, transparence induite acoustiquement et résonance Fano. Les résultats présentés pourraient être utilisés pour des applications potentielles telles que le traitement du signal, le contrôle des ondes, les métamatériaux et les biocapteurs

Generation of short pulses with surface acoustic waves (SAW) is studied, in analogy with the principle of chirped pulse amplification (CPA) used to produce ultrashort laser pulses. Temporal compression of pulses is generally achieved with dispersive elements. A SAW transducer emitting short SAW pulses is used as a dispersive element in this work. A comparative study of chirped inter digital transducers (CIDTs) using the first order model and the p-matrix model is presented. SAW devices are designed and fabricated using the simulation results and the effect of the varying pitch of the CIDts on the response is studied. Appearance of band gaps due to internal reflections within the CIDts and its effect on the directionality of the CIDTs are in particular found and studied.A stabilized time-domain differential optical interferometer is then proposed in order to characterize short pulses, with the surface acoustic wave (SAW) sample placed outside the interferometer. Experiments are conducted with surface acoustic waves excited by a chirped inter-digital transducer on a piezoelectric lithium niobate substrate having an operational bandwidth covering the 200 MHz – 400 MHz frequency range and producing 10 ns pulses with 36 nm maximum out-of-plane displacement. The interferometric response is compared with a direct electrical measurement obtained with a receiving wide bandwidth inter-digital transducer and good correspondence is observed. The effects of varying the path difference of the interferometer and the measurement position on the surface are discussed. Pulse compression along the chirped inter-digital transducer is observed experimentally.Finally, a comparative study of different filter designs for generating short pulses is presented with an objective to find a design to produce the optimal pulse which is short in width and high in amplitude, for a given dispersive element. The inverse filter is found to be the most efficient as it produces a short pulse with the highest amplitude. To optimize the pulse compression for the fabricated devices, experiments are conducted to find the optimal trade-off curve for each chirp case.; La génération d’impulsions courtes d’ondes acoustiques de surface est étudiée, en s’inspirant du principe de l’amplification des impulsions chirpées qui est utilisée pour la génération d’impulsions laser ultrabrèves. La compression temporelle des impulsions est généralement réalisée à l’aide d’éléments dispersifs. Dans ce travail, un transducteur à ondes acoustiques de surface pouvant émettre des impulsions brèves est utilisé comme élément dispersif. Une étude comparative des transducteurs à peignes interdigités chirpés est menée avec un modèle du premier ordre et un modèle dit de matrice mixte. Des dispositifs à ondes acoustiques de surface sont conçus et réalisés à partir des résultats de simulation numérique. La façon de distribuer la période dans le transducteur est étudiée. L’apparition de bandes interdites dues aux réflexions internes dans le transducteur chirpé et son effet sur l’émission directionnelle des ondes surface sont en particulier observées et étudiées.Un interféromètre optique différentiel dans le domaine temporel et stabilisé est ensuite proposé afin de caractériser les impulsions brèves. Le transducteur à ondes acoustiques de surface est placé à l’extérieur de l’interféromètre. Des expériences sont conduites avec un transducteur à peignes interdigités chirpé ayant une bande opérationnelle couvrant la gamme de fréquences 200 MHz – 400 MHz et produisant des impulsions de 10 ns avec un déplacement hors-plan maximal de 36 nm. La réponse interférométrique est comparée à une mesure électrique directe obtenue à l’aide d’un transducteur de réception large bande ; une bonne correspondance des deux mesures est observée. Les influences de la différence de chemin optique dans l’interféromètre et du choix du point d’observation sur la surface sont discutées. La compression de l’impulsion le long du transducteur chirpé est observée expérimentalement.Finalement, une étude comparative de différents filtres de compression temporelle est présentée, dans l’objectif d’obtenir des impulsions optimales à la fois courtes temporellement et de forte intensité, pour un élément dispersif donné. Le filtre inverse est identifié comme le plus efficace et nous permet de produire les impulsions de plus grande amplitude. Afin d’optimiser la compression de l’impulsion pour les dispositifs fabriqués, des expériences sont conduites pour trouver les courbes de compromis optimal dans chaque cas de modulation de la période du transducteur.

Generation of short pulses with surface acoustic waves (SAW) is studied, in analogy with the principle of chirped pulse amplification (CPA) used to produce ultrashort laser pulses. Temporal compression of pulses is generally achieved with dispersive elements. A SAW transducer emitting short SAW pulses is used as a dispersive element in this work. A comparative study of chirped inter digital transducers (CIDTs) using the first order model and the p-matrix model is presented. SAW devices are designed and fabricated using the simulation results and the effect of the varying pitch of the CIDts on the response is studied. Appearance of band gaps due to internal reflections within the CIDts and its effect on the directionality of the CIDTs are in particular found and studied.A stabilized time-domain differential optical interferometer is then proposed in order to characterize short pulses, with the surface acoustic wave (SAW) sample placed outside the interferometer. Experiments are conducted with surface acoustic waves excited by a chirped inter-digital transducer on a piezoelectric lithium niobate substrate having an operational bandwidth covering the 200 MHz – 400 MHz frequency range and producing 10 ns pulses with 36 nm maximum out-of-plane displacement. The interferometric response is compared with a direct electrical measurement obtained with a receiving wide bandwidth inter-digital transducer and good correspondence is observed. The effects of varying the path difference of the interferometer and the measurement position on the surface are discussed. Pulse compression along the chirped inter-digital transducer is observed experimentally.Finally, a comparative study of different filter designs for generating short pulses is presented with an objective to find a design to produce the optimal pulse which is short in width and high in amplitude, for a given dispersive element. The inverse filter is found to be the most efficient as it produces a short pulse with the highest amplitude. To optimize the pulse compression for the fabricated devices, experiments are conducted to find the optimal trade-off curve for each chirp case.; La génération d’impulsions courtes d’ondes acoustiques de surface est étudiée, en s’inspirant du principe de l’amplification des impulsions chirpées qui est utilisée pour la génération d’impulsions laser ultrabrèves. La compression temporelle des impulsions est généralement réalisée à l’aide d’éléments dispersifs. Dans ce travail, un transducteur à ondes acoustiques de surface pouvant émettre des impulsions brèves est utilisé comme élément dispersif. Une étude comparative des transducteurs à peignes interdigités chirpés est menée avec un modèle du premier ordre et un modèle dit de matrice mixte. Des dispositifs à ondes acoustiques de surface sont conçus et réalisés à partir des résultats de simulation numérique. La façon de distribuer la période dans le transducteur est étudiée. L’apparition de bandes interdites dues aux réflexions internes dans le transducteur chirpé et son effet sur l’émission directionnelle des ondes surface sont en particulier observées et étudiées.Un interféromètre optique différentiel dans le domaine temporel et stabilisé est ensuite proposé afin de caractériser les impulsions brèves. Le transducteur à ondes acoustiques de surface est placé à l’extérieur de l’interféromètre. Des expériences sont conduites avec un transducteur à peignes interdigités chirpé ayant une bande opérationnelle couvrant la gamme de fréquences 200 MHz – 400 MHz et produisant des impulsions de 10 ns avec un déplacement hors-plan maximal de 36 nm. La réponse interférométrique est comparée à une mesure électrique directe obtenue à l’aide d’un transducteur de réception large bande ; une bonne correspondance des deux mesures est observée. Les influences de la différence de chemin optique dans l’interféromètre et du choix du point d’observation sur la surface sont discutées. La compression de l’impulsion le long du transducteur chirpé est observée expérimentalement.Finalement, une étude comparative de différents filtres de compression temporelle est présentée, dans l’objectif d’obtenir des impulsions optimales à la fois courtes temporellement et de forte intensité, pour un élément dispersif donné. Le filtre inverse est identifié comme le plus efficace et nous permet de produire les impulsions de plus grande amplitude. Afin d’optimiser la compression de l’impulsion pour les dispositifs fabriqués, des expériences sont conduites pour trouver les courbes de compromis optimal dans chaque cas de modulation de la période du transducteur.

Recently, lot of efforts have been devoted to control the magnetization in nanostructures by means other than external magnetic field to achieve device miniaturization, as it is difficult to handle the magnetic field at low lateral dimensions. On the other hand, a new road emerged towards the wave based computing by employing spin waves (SWs). The advantages, that SWs offer for the data processing are nm wavelength as compared to the electromagnetic waves in the same frequency range (GHz-THz) and the absence of Joule heating. A possibility exists to use Surface Acoustic Waves (SAWs), in other words, dynamic strain, to induce magnetization dynamics or to control spin waves. This is possible due to a very fundamental property of magnetic bodies, the magneto-elastic coupling, that is when magnetization orientation and strain are coupled. This thesis focuses on the phenomenology of the magneto-elastic interaction in thin epitaxied films of magnetostrictive Fe0.8Ga0.2. We performed a systematic experimental study of the magneto-elastic interactions in thin films of different thicknesses and magnetic structures. We also developed two phenomenological models in order to interpret our results. An important result of this study is that we are able to extract the magneto-elastic and the magnetic anisotropy constants by acoustic means. The thesis has also a strong technological component. One aim was to efficiently excite surface acoustic waves in GHz frequency range (1-5 GHz) on GaAs piezoelectric substrates in order to observe the resonant interaction with thermal spin waves. We also managed to excite spin waves in thin epitaxied magnetostrictive layers, using RF antennas. We report preliminary measurements on this interaction that were performed with Brillouin light scattering (BLS) and micro BLS techniques in collaboration with the GHOST laboratory in Perugia, Italy.; Récemment, beaucoup d'efforts ont été consacrés au contrôle de l'aimantation dans les nanostructures par d'autres moyens qu'un champ magnétique externe. En effet, le but est de miniaturiser les dispositifs et il est difficile d'imposer un champ magnétique présentant de faibles dimensions latérales. D'autre part, les ondes de spin ouvrent actuellement de nouvelles perspectives dans le traitement de l'information. Les avantages qu'elles présentent sont les suivants: longueurs d'onde nanométriques, à comparer à celles des ondes électromagnétiques dans la même gamme de fréquences (GHz-THz), et absence de chauffage par effet Joule. Une possibilité de contrôle réside dans l'utilisation d'ondes acoustiques de surface pour induire la dynamique de l'aimantation ou pour contrôler les ondes de spin. En d'autres termes le contrôle de l'aimantation s’exerce alors via une déformation dynamique. Ceci est rendu possible grâce à une propriété fondamentale des corps magnétiques, le couplage magnéto-élastique, c'est-à-dire le couplage entre aimantation et déformation. Cette thèse porte sur la phénoménologie de l'interaction magnéto-élastique dans les couches minces épitaxiées magnétostrictives de Fe0.8Ga0.2. Nous avons effectué une étude expérimentale systématique des interactions magnéto-élastiques dans des films minces de différentes épaisseurs et structures magnétiques. Nous avons aussi développé deux modèles phénoménologiques, pour interpréter nos expériences. Nous obtenons le résultat important suivant: il est possible d'extraire, d'une étude acoustique, les constantes magnéto-élastiques ainsi que les constantes d'anisotropie magnétique. La thèse a aussi une forte composante technologique. Un des buts était d'exciter efficacement des ondes acoustiques de surface dans la gamme de fréquences de quelques GHz (1-5 GHz) sur substrat piézoélectrique de GaAs dans le but d'observer l'interaction résonante avec les ondes de spin thermiques. Nous avons aussi cherché à exciter des ondes de spin, dans des couches minces épitaxiées, avec des antennes RF afin d'observer l'interaction résonante. Nous présentons des expériences préliminaires sur cette interaction, qui ont été réalisées en diffusion Brillouin (BLS) et en diffusion micro Brillouin, en collaboration avec le laboratoire GHOST à Pérouse, en Italie.

Recently, lot of efforts have been devoted to control the magnetization in nano-structures by means other than external magnetic field to achieve device miniaturization, as it is difficult to handle the magnetic field at low lateral dimensions. On the other hand, a new road emerged towards the wave based computing by employing spin waves (SWs). The advantages, that SWs offer for the data processing are nm wavelength as compared to the electromagnetic waves in the same frequency range (GHz-THz) and the absence of Joule heating.A possibility exists to use Surface Acoustic Waves (SAWs), in other words, dynamic strain, to induce magnetization dynamics or to control spin waves. This is possible due to a very fundamental property of magnetic bodies, the magneto-elastic coupling, that is when magnetization orientation and strain are coupled. This thesis focuses on the phenomenology of the magneto-elastic interaction in thin epitaxied films of magnetostrictive Fe(0.8)Ga(0.2). We performed a systematic experimental study of the magneto-elastic interactions in thin films of different thicknesses and magnetic structures. We also developed two phenomenological models in order to interpret our results. An important result of this study is that we are able to extract the magneto-elastic and the magnetic anisotropy constants by acoustic means.The thesis has also a strong technological component. One aim was to efficiently excite surface acoustic waves in GHz frequency range (1-5 GHz) on GaAs piezoelectric substrates in order to observe the resonant interaction with thermal spin waves. We also managed to excite spin waves in thin epitaxied magnetostrictive layers, using RF antennas. We report preliminary measurements on this interaction that were performed with Brillouin light scattering (BLS) and micro BLS techniques in collaboration with the GHOST laboratory in Perugia, Italy.; Récemment, beaucoup d’efforts ont été consacrés au contrôle de l’aimantation dans les nanostructures par d’autres moyens qu’un champ magnétique externe. En effet, le but est de miniaturiser les dispositifs et il est difficile d’imposer un champ magnétique présentant de faibles dimensions latérales. D’autre part, les ondes de spin ouvrent actuellement de nouvelles perspectives dans le traitement de l’information. Les avantages qu’elles présentent sont les suivants: longueurs d’onde nanométriques, à comparer à celles des ondes électromagnétiques dans la même gamme de fréquences (GHz-THz), et absence de chauffage par effet Joule. Une possibilité de contrôle réside dans l’utilisation d’ondes acoustiques de surface pour induire la dynamique de l’aimantation ou pour contrôler les ondes de spin. En d’autres termes le contrôle de l’aimantation s’exerce alors via une déformation dynamique. Ceci est rendu possible grâce à une propriété fondamentale des corps magnétiques, le couplage magnéto-élastique, c’est-à-dire le couplage entre aimantation et déformation.Cette thèse porte sur la phénoménologie de l’interaction magnéto-élastique dans les couches minces épitaxiées magnétostrictives de Fe(0.8)Ga(0.2) . Nous avons effectué une étude expérimentale systématique des interactions magnéto-élastiques dans des films minces de différentes épaisseurs et structures magnétiques. Nous avons aussi développé deux modèles phénoménologiques, pour interpréter nos expériences. Nous obtenons le résultat important suivant: il est possible d’extraire, d’une étude acoustique, les constantes magnéto-élastiques ainsi que les constantes d’anisotropie magnétique.La thèse a aussi une forte composante technologique. Un des buts était d’exciter efficacement des ondes acoustiques de surface dans la gamme de fréquences de quelques GHz (1-5 GHz) sur substrat piézoélectrique de GaAs dans le but d’observer l’interaction résonnante avec les ondes de spin thermiques. Nous avons aussi cherché à exciter des ondes de spin, dans des couches minces épitaxiées, avec des antennes RF afin d’observer l’interaction résonnante. Nous présentons des expériences préliminaires sur cette interaction, qui ont été réalisées en diffusion Brillouin (BLS) et en diffusion micro Brillouin, en collaboration avec le laboratoire GHOST à Pérouse, en Italie.

Recently, lot of efforts have been devoted to control the magnetization in nano-structures by means other than external magnetic field to achieve device miniaturization, as it is difficult to handle the magnetic field at low lateral dimensions. On the other hand, a new road emerged towards the wave based computing by employing spin waves (SWs). The advantages, that SWs offer for the data processing are nm wavelength as compared to the electromagnetic waves in the same frequency range (GHz-THz) and the absence of Joule heating.A possibility exists to use Surface Acoustic Waves (SAWs), in other words, dynamic strain, to induce magnetization dynamics or to control spin waves. This is possible due to a very fundamental property of magnetic bodies, the magneto-elastic coupling, that is when magnetization orientation and strain are coupled. This thesis focuses on the phenomenology of the magneto-elastic interaction in thin epitaxied films of magnetostrictive Fe(0.8)Ga(0.2). We performed a systematic experimental study of the magneto-elastic interactions in thin films of different thicknesses and magnetic structures. We also developed two phenomenological models in order to interpret our results. An important result of this study is that we are able to extract the magneto-elastic and the magnetic anisotropy constants by acoustic means.The thesis has also a strong technological component. One aim was to efficiently excite surface acoustic waves in GHz frequency range (1-5 GHz) on GaAs piezoelectric substrates in order to observe the resonant interaction with thermal spin waves. We also managed to excite spin waves in thin epitaxied magnetostrictive layers, using RF antennas. We report preliminary measurements on this interaction that were performed with Brillouin light scattering (BLS) and micro BLS techniques in collaboration with the GHOST laboratory in Perugia, Italy.; Récemment, beaucoup d’efforts ont été consacrés au contrôle de l’aimantation dans les nanostructures par d’autres moyens qu’un champ magnétique externe. En effet, le but est de miniaturiser les dispositifs et il est difficile d’imposer un champ magnétique présentant de faibles dimensions latérales. D’autre part, les ondes de spin ouvrent actuellement de nouvelles perspectives dans le traitement de l’information. Les avantages qu’elles présentent sont les suivants: longueurs d’onde nanométriques, à comparer à celles des ondes électromagnétiques dans la même gamme de fréquences (GHz-THz), et absence de chauffage par effet Joule. Une possibilité de contrôle réside dans l’utilisation d’ondes acoustiques de surface pour induire la dynamique de l’aimantation ou pour contrôler les ondes de spin. En d’autres termes le contrôle de l’aimantation s’exerce alors via une déformation dynamique. Ceci est rendu possible grâce à une propriété fondamentale des corps magnétiques, le couplage magnéto-élastique, c’est-à-dire le couplage entre aimantation et déformation.Cette thèse porte sur la phénoménologie de l’interaction magnéto-élastique dans les couches minces épitaxiées magnétostrictives de Fe(0.8)Ga(0.2) . Nous avons effectué une étude expérimentale systématique des interactions magnéto-élastiques dans des films minces de différentes épaisseurs et structures magnétiques. Nous avons aussi développé deux modèles phénoménologiques, pour interpréter nos expériences. Nous obtenons le résultat important suivant: il est possible d’extraire, d’une étude acoustique, les constantes magnéto-élastiques ainsi que les constantes d’anisotropie magnétique.La thèse a aussi une forte composante technologique. Un des buts était d’exciter efficacement des ondes acoustiques de surface dans la gamme de fréquences de quelques GHz (1-5 GHz) sur substrat piézoélectrique de GaAs dans le but d’observer l’interaction résonnante avec les ondes de spin thermiques. Nous avons aussi cherché à exciter des ondes de spin, dans des couches minces épitaxiées, avec des antennes RF afin d’observer l’interaction résonnante. Nous présentons des expériences préliminaires sur cette interaction, qui ont été réalisées en diffusion Brillouin (BLS) et en diffusion micro Brillouin, en collaboration avec le laboratoire GHOST à Pérouse, en Italie.

The focus of this PhD thesis was on particles and fluid handling through acoustic forces, at a very small scale. For this purpose, we built a micro-system based on surface acoustic waves emitted from interdigitated electrodes on a lithium niobate piezoelectric substrate. Those waves then leak into a fluid contained in a microfluidic cavity, at a frequency of 37 MHz, leading to 100 µm wavelengths.If two stationnary waves are emitted perpendicularly and at the same frequency, we theoretically and experimentally show evidence of interferences that can, depending on the time phase shift between them, nto only alter the positions of pressure nodes and antinodes in the acoustic cavity, but also give birth to acoustic vortices which axis is normal to the substrate surface.We theoretically show that those vortices come from the special behaviour of acoustic streaming due to a moving surface. Then, while injecting microparticles in the cavity, we measure angular velocities of a few rad/s. Those vortices spatial disposition follows a half-wavelength period, and their rotation alternates between neighbours: clockwise or anticlockwise. We identify a complex dynamic concerning their 3D structure, since small particles tend to aggregate in vertical columns in the center of the vortex because of radiation forces, with a vertical modulation in the height of the cavity, in good agreement with theoretical predictions.When 10 µm large particles are used instead, we observe individual rotations, even for spherical objects, with higher rotation velocities. We believe those observations to be the first evidence of an acoustic net torque exerted on micro-objects such as biological cells or beads stemming from surface acoustic waves, thus a small scale equivalent of acoustic torques described by Busse and Wang in 1981.This manuscript develops a detailed description of both electric and microfuidic devices, giving the successive steps leading to a lab on chip designed to generate acoustic forces and torques at once, and also the method for qualifying and quantifying electrically and optically its performances., Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la manipulation par forces acoustiques de particules et de fluide à petite échelle. Nous avons construit pour cela un système où des ondes acoustiques de surface sont générées sur un substrat piézo-électrique de LiNbO3 à partir d’électrodes interdigitées, puis émises dans une cavité microfluidique, à une fréquence de l’ordre de 37 MHz soient des longueurs d’onde d'environ 100 µm.Dans le cas où deux ondes stationnaires sont émises perpendiculairement et à la même fréquence, nous montrons théoriquement et expérimentalement la présence d’un terme d’interférence qui, selon le déphasage temporel entre les deux ondes, va modifier la localisation des ventres et nœuds de pression dans la cavité, mais aussi donner lieu à des tourbillons dont l’axe de rotation est perpendiculaire au substrat.Nous montrons théoriquement que ces tourbillons proviennent de la forme particulière des écoulements redressés en paroi et, en injectant des microparticules, nous avons déterminé des vitesses angulaire de plusieurs rad/s. Leur disposition spatiale suit une périodicité d'une demi-longueur d'onde, et leur sens de rotation est alternée entre tourbillons voisins horaires et anti-horaires. Que cela soit avec des globules rouges ou des particules de latex, nous avons identifié une dynamique complexe, avec la formation d’agrégats au centre des vortex sous l’effet des forces de radiations et une répartition en différents niveaux par effet de lévitation acoustique dans l’épaisseur de la cavité, en accord avec l'analyse.Dans le cas où des particules d’une dizaine de micromètres sont utilisées, nous observons, outre l’arrangement des objets dans les nœuds de pression, une rotation individuelle de chaque objet, à des vitesses angulaires plus élevées. Nous interprétons ces observations comme la première mise en évidence d’un couple d’origine acoustique sur des microparticules et cellules biologiques à partir d’ondes acoustiques de surface, constituant l’analogue à petite échelle des effets de couples acoustiques décrits par Busse et Wang en 1981.La thèse propose une description détaillée des différentes montages électriques et microfluidiques, avec les différentes étapes conduisant à un laboratoire sur puce permettant la génération tant de forces que de couples acoustiques, mais aussi la manière de qualifier électriquement et optiquement ses performances.

This work concerns the study of micro/nano structured materials for the engineering of band structures in the field of elastic waves. We were interested in particular to the integration of these materials in electro-acoustic devices and the study of the interaction with the surface acoustic waves.The approach is to carry out the simulation using the finite element method to calculate the band structures and the transmission spectra. We studied the effect of geometrical and elastic parameters of micro-pillars on acoustic branches representing surface modes. Then we discussed the effect of the symmetry of the arrangement on the polarization of the surface modes. We also investigated the effect of the symmetry on the sensitivity of surface modes with the variation of temperature.Experimentally, we have developed interdigital transducers on a piezoelectric substrate of LiNbO3. We have fabricated various phononic crystals composed of nickel micro-pillars, obtained by electrodeposition. The transmission spectra were measured by a network analyzer and compared with the theoretical results.Besides the phononic crystals based on nickel pillars, some other periodic micro/nano structures were also involved in this work, such as two dimensional materials based on self-assembled magnetic nanoparticles and nickel nanowires electroplated through nano-porous alumina membranes.; Ce travail porte sur l’étude de matériaux micro/nano structurés permettant l’ingénierie des structures de bande dans le domaine des ondes élastiques. Nous nous sommes intéressés en particulier à l’intégration de ces matériaux dans les dispositifs électro-acoustiques et l’étude de l’interaction avec les ondes acoustiques de surface.La démarche consiste à mener des simulations par la méthode des éléments finis, pour calculer les structures de bande et les spectres de transmission. Nous avons étudié l’effet des paramètres géométriques et élastiques des micro-plots sur les branches acoustiques représentant les modes de surface. Nous avons ensuite discuté l’effet de la symétrie de l’arrangement sur la polarisation des modes de surface. Nous avons également étudié l’effet de la symétrie sur la sensibilité des modes de surface à une variation de température.Sur le plan expérimental, Nous avons élaboré des transducteurs inter-digités sur un substrat piézoélectrique de LiNbO3. Nous avons intégré divers cristaux phononiques composés de micro-plots de Ni, obtenues par électrodéposition. Les spectres de transmission ont été mesurés à l’aide d’un analyseur de réseau et comparés aux résultats theoriques.En dehors des cristaux phononiques basés sur des plots du nickel, d’autres structures ont également été présentées dans ce travail, incluant des matériaux bidimensionnels à base de nanoparticules magnétiques auto-assemblées et des nanofils du nickel électrodéposés à travers des membranes nano-poreuses d’alumine.

Recently a growing interest emerged towards the use of electron spins for information processing. The current developments range from the generation of spin polarized currents to the coherent manipulation of single electron spins in quantum dots, with applications in spintronics and quantum information processing respectively. The main objective of this thesis was to develop the equivalent of spintronics at the single electron level. For that purpose, we try to achieve the coherent transport of a single electron spin between distant quantum dots. This could be a promising means of interconnecting different nodes of a quantum nanoprocessor. The electron transfer is ensured by a surface acoustic wave (SAW) that induces dynamical quantum dots thanks to the material piezoelectricity. First, the injection of a single electron from a static to a dynamical quantum dot has been studied. It enables the control of single electron transfer with unity probability down to the nanosecond timescale, thanks to a fast engineering of the static confining potential. Next, we demonstrate the possibility to prepare a coherent spin superposition, using an isolated double quantum dot in a metastable position that is compatible with SAW-assisted electron transfer. This type of isolated dot systems offers more liberty in terms of control. Taking advantage of this feature, a new scheme for coherent spin manipulations has been implemented and proved to have reduced noise sensitivity. Finally, transfer of spin information encoded in one or two electrons has been achieved, with fidelities reaching 30%.; L'usage du spin des électrons pour le traitement de l'information est devenu un vaste sujet de recherche aujourd'hui, notamment grâce aux nombreuses possibilités qui en découlent. Les recherches actuelles s'étendent de la génération de courants polarisés en spin à la manipulation cohérente de spin d'électrons uniques dans des boîtes quantiques, avec des applications en électronique de spin ou en information quantique. L'objectif de cette thèse est d'étendre le développement de l'électronique de spin à l'échelle de l'électron unique. Pour cela, nous cherchons à accomplir le transport cohérent d'un spin d'électron entre deux boites quantiques. Cela constituerait un moyen prometteur d'interconnecter les différents nœuds d'un nanoprocesseur quantique. Le principe utilisé repose sur l'emploi d'ondes acoustiques de surface qui, grâce aux propriétés piézoélectriques du matériau, permettent la génération de boites quantiques en mouvement. Tout d'abord, une étude de l'injection d'un électron dans une de ces boites quantiques en mouvement a été effectuée. Le contrôle à la nanoseconde de ce processus a été démontré grâce à l'application de pulses de tension modifiant pendant un bref instant le potentiel qui confine l'électron. Dans un deuxième temps, la préparation d'une superposition cohérente d'états de spin a été réalisée à l'aide d'une double boite quantique isolée, dans une position compatible avec le transport par onde acoustique de surface. Enfin, le transport d'information de spin, codée sur un unique ou sur deux électrons, a été accompli avec une fidélité atteignant 30%.

Recently a growing interest emerged towards the use of electron spins for information processing. The current developments range from the generation of spin polarized currents to the coherent manipulation of single electron spins in quantum dots, with applications in spintronics and quantum information processing respectively. The main objective of this thesis was to develop the equivalent of spintronics at the single electron level. For that purpose, we try to achieve the coherent transport of a single electron spin between distant quantum dots. This could be a promising means of interconnecting different nodes of a quantum nanoprocessor. The electron transfer is ensured by a surface acoustic wave (SAW) that induces dynamical quantum dots thanks to the material piezoelectricity. First, the injection of a single electron from a static to a dynamical quantum dot has been studied. It enables the control of single electron transfer with unity probability down to the nanosecond timescale, thanks to a fast engineering of the static confining potential. Next, we demonstrate the possibility to prepare a coherent spin superposition, using an isolated double quantum dot in a metastable position that is compatible with SAW-assisted electron transfer. This type of isolated dot systems offers more liberty in terms of control. Taking advantage of this feature, a new scheme for coherent spin manipulations has been implemented and proved to have reduced noise sensitivity. Finally, transfer of spin information encoded in one or two electrons has been achieved, with fidelities reaching 30%., L'usage du spin des électrons pour le traitement de l'information est devenu un vaste sujet de recherche aujourd'hui, notamment grâce aux nombreuses possibilités qui en découlent. Les recherches actuelles s'étendent de la génération de courants polarisés en spin à la manipulation cohérente de spin d'électrons uniques dans des boîtes quantiques, avec des applications en électronique de spin ou en information quantique. L'objectif de cette thèse est d'étendre le développement de l'électronique de spin à l'échelle de l'électron unique. Pour cela, nous cherchons à accomplir le transport cohérent d'un spin d'électron entre deux boites quantiques. Cela constituerait un moyen prometteur d'interconnecter les différents nœuds d'un nanoprocesseur quantique. Le principe utilisé repose sur l'emploi d'ondes acoustiques de surface qui, grâce aux propriétés piézoélectriques du matériau, permettent la génération de boites quantiques en mouvement. Tout d'abord, une étude de l'injection d'un électron dans une de ces boites quantiques en mouvement a été effectuée. Le contrôle à la nanoseconde de ce processus a été démontré grâce à l'application de pulses de tension modifiant pendant un bref instant le potentiel qui confine l'électron. Dans un deuxième temps, la préparation d'une superposition cohérente d'états de spin a été réalisée à l'aide d'une double boite quantique isolée, dans une position compatible avec le transport par onde acoustique de surface. Enfin, le transport d'information de spin, codée sur un unique ou sur deux électrons, a été accompli avec une fidélité atteignant 30%.

In lab-on-a-chip (LOC) technologies, many sample preparation steps are required before achieving a biological analysis on a single chip (sample introduction, concentration, mixing, purification, separation, etc.). The microsystem team of the Ampere Lab has studied for many years different contactless particle manipulation techniques, for sorting or manipulating bioparticles in LOC platforms, such as dielectrophoresis and magnetophoresis. In this thesis, we focus on acoustic manipulation of microparticles. This technique is advantageous for the manipulation of biological objects such as bacteria, because labelling and medium exchange can be avoided. We chose to work with surface acoustic waves (SAW), because this approach is consistent with the use of PDMS, widely used in microfluidics. Besides an easier microfluidic integration of the acoustic tweezers, the SAW technology provides an alternative to the existing devices with fixed acoustic traps, allowing a real time control of the trapped particles. This was experimentally achieved by playing on the phase shift between the two electrical signals driving the IDT, thereby modifying the position of nodes and antinodes of the resulting pressure wave. As a result, we could control in real time the position of a 3 μm latex bead or an E.coli bacteria alignment. We have also developed a finite-element model of the whole acoustofluidic chip allowing a better understanding of the physics and the optimization of the energy transfer between the electrical source and the trapped particle. Among different results, this model informs us that the magnitude of the acoustic radiation force varies by a factor of two with the phase shift between the electrical sources. This result seems to be validated by our last experiments.; Cette thèse s’inscrit dans le contexte du développement des laboratoires sur puce (LOC, « Lab On a Chip », permettant de réaliser plusieurs opérations nécessaires à l’analyse d’un échantillon biologique à l'intérieur d'un seul microsystème. Dans ce type de dispositif, de nombreuses étapes sont nécessaires avant d’arriver au résultat d’une analyse donnée (introduction de l'échantillon, concentration, mélange, purification, séparation, etc.). L’équipe microsystèmes du laboratoire Ampère étudie depuis plusieurs années différentes techniques de manipulation sans contact de particules, pour le tri ou de manipulation de particules individuelles dans les laboratoires sur puce, telles que la diélectrophorèse ou la magnétophorèse. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la manipulation acoustique de micro particules. Cette technique se révèle notamment avantageuse pour la manipulation d’objets biologiques comme des bactéries, car elle permet de s’affranchir de certaines contraintes de marquage ou de changement de milieu. Notre choix s’est porté sur l’emploi des ondes acoustiques de surface (SAW, « Surface Acoustic Waves »), compatibles avec la filière PDMS très utilisée dans la communauté des LOC. Outre la possibilité de simplifier l’intégration microfluidique de la pince acoustique, la technologie SAW offre une alternative aux dispositifs à pièges acoustiques fixes existant dans la littérature en permettant un contrôle en temps réel des particules piégées. C’est ce que nous avons réalisé expérimentalement : en jouant sur le déphasage entre les signaux d’alimentation électriques des transducteurs électromécaniques, nous pouvons modifier la position des noeuds et des ventres de l’onde acoustique résultante. Ainsi, nous avons pu contrôler en temps réel la position d’une bille en latex de 3 μm ou encore d’un faisceau de bactéries E.coli. Par ailleurs, nous avons réalisé une simulation par éléments finis de la puce acoustofluidique dans son ensemble permettant une meilleure compréhension de tous les phénomènes en jeu et l’optimisation du transfert énergétique entre la source électrique et la particule manipulée. Cette simulation nous indique notamment que l’amplitude de l’onde acoustique stationnaire sur le substrat piézoélectrique varie environ d’un facteur deux en fonction du déphasage imposé entre les deux sources électriques. Cela impacte donc dans la même proportion la force acoustique résultante. Cette variation semble être validée par nos dernières expériences.

This thesis intended to propose a new kind of integrated acousto-optical modulator exploiting guided elasticwaves on the surface of a lithium niobate substrate. This piezoelectric material makes it possible to integrate opticalwaveguides as well as efficient elastic waves transducers. Classically, the acousto-optical modulation remainslimited by the partial overlap of the two kind of waves. I have sought to develop a new kind of surface elasticwaveguide exploiting the thickness resonances of thick electrodes allowing a better exploitation of electric energyto elastic energy conversion in integrated devices.First, I have developed a way to confine the acoustic energy at the surface to use it more efficiently. I turnedtowards the realization of interdigitated transducers for surface acoustic waves allowing to confine the generatedenergy in the high aspect ratio electrodes. The characterization of such devices allowed to demonstrate a strongconfinement of the mechanical energy at the surface of the material. These acoustic devices allowed for diffractionlessguiding of the acoustic energy in the three dimensions of space over a transverse width as small as thewavelength.The second part of this thesis was dedicated to the realization of acousto-optical modulators using the previoustransducers. These modulators are based on a Mach-Zehnder interferometer including one arm subjectd to theacousto-optical intercation. Due to a slight asymmetry of the interferometer arms, the spectrale transmission with awhite light source gives a channeled spectrum. Experiments have shown an optical wave modulation at resonancesfrequencies of the high aspect ratio transducers. We have observed, at zero frequency, a strong wavelength shift ofchanneled spectrum of about 20 nm. This shift remains unexplained.; Ces travaux de thèse visent à proposer un nouveau type de modulateur acousto-optique intégré exploitantdes ondes élastiques guidées à la surface du niobate de lithium. Ce matériau piézoélectrique permet en effet deréaliser des guides d’ondes optiques intégrés ainsi que des transducteurs à ondes élastiques efficaces. La modulationacousto-optique y reste cependant classiquement limitée par le recouvrement partiel des deux types d’ondes. J’aicherché à développer un nouveau type de guide d’ondes élastiques de surface exploitant les résonances d’épaisseurd’électrodes épaisses et permettant une meilleure exploitation de la conversion d’énergie électrique en énergieélastique dans les dispositifs intégrés.Dans un premier temps, j’ai développé un moyen de confiner l’énergie acoustique en surface afin de l’utiliserplus efficacement. Je me suis tourné vers la réalisation de transducteurs à peignes interdigités pour les ondes acoustiquesde surface permettant de confiner l’énergie qu’ils génèrent dans des électrodes à haut facteur de forme. Lacaractérisation de ces dispositifs a permis de démontrer un fort confinement de l’énergie mécanique, concomitantd’une absence de diffraction à la surface du matériau. Ces dispositifs acoustiques permettent ainsi un guidage del’énergie acoustique dans les trois dimensions de l’espace avec une largeur transverse aussi petite que la longueurd’onde.Dans un second temps, j’ai réalisé des modulateurs acousto-optiques utilisant les transducteurs précédents. Cesmodulateurs sont fondés sur un interféromètre de Mach-Zehnder dont un bras est soumis à l’interaction acoustooptique.Les expériences réalisées ont permis de montrer une modulation de l’onde optique aux fréquences de résonancedes transducteurs à haut facteur de forme. La transmission spectrale de ces interféromètres est par ailleurscannelée en raison d’une légère asymétrie des bras de l’interféromètre. Nous avons observé, à fréquence nulle, unfort décalage en longueur d’onde du spectre cannelé d’environ 20 nm. Ce décalage reste encore inexpliqué.

Recent developments in physics and technology allow the elaboration of new magneto-electro- elastic materials such as multilayered piezoelectric-piezomagnetic composites. Their large magne- toelectric coefficient, compared to the one of single phase materials, recently attracted a large number of studies, and they are now widely used in the development of sensors, actuators, magnetic- electric energy converting devices, and solid state memories.This PhD thesis addresses the experimental and theoretical investigations of guided elastic waves propagation in piezomagnetic multi-layered structure. A theoretical description of magneto- elastic materials, based on the derivation of an equivalent piezomagnetic material of a magnetostric- tive thin film, is used in conjunction with a numerical method to compute propagation constants, i.e. dispersion curves, and mode shapes of elastic waves in layered piezoelectric-piezomagnetic com- posites deposited on a substrate. This model can be used for different structures, and for an applied external magnetic field of any intensity and direction.The realized structures are composed of a 20xTbCo2(5nm)/FeCo(5nm) nanostructured multi- layer deposited between two Aluminum Inter-Digitals Transducers forming a surface acoustic wave delay line, on a LiNbO3 substrate. A comparison between the calculated and measured phase velocity variation under the action of the external magnetic field orientation and magnitude is made. A quantitative agreement between the measured and modeled phase velocity shift for all external magnetic field configurations (hard axis and easy axis) and for different shape modes of elastic waves at their first and third harmonic operation frequencies is obtained. The shear horizontal mode exhibits a maximum phase velocity shift close to 20% for a ratio close to 1 between magneto-elastic film thickness and wavelength; Les développements récents en physique, et technologiques, ont permis l’élaboration de nouveaux matériaux magnéto-électro-élastique, comme les composites multicouches piézoélectriques / piézomagnétiques. Leur coefficient magnétoélectrique, très grand en comparaison de celui des matériaux constitués d’une seule phase, a suscité récemment un grand nombre de travaux, menant au développement de capteurs, d’actionneurs, de systèmes de conversion d’énergie magnétique-électrique, et dans les mémoires à état solide.Cette thèse porte sur l’étude théorique et expérimentale des ondes acoustiques de surface dans des structures multicouches piézomagnétiques. Une description théorique des matériaux magnéto-élastiques, reposant sur la dérivation d’un modèle de matériau piézomagnétique équivalent, est utilisée conjointement à une technique numérique afin de calculer les courbes de dispersion et les formes des modes des ondes acoustiques se propageant dans des composites piézo-électro-magnétiques déposés sur un substrat. Ce modèle, très général, peut être utilisé pour différents types de structures et pour une intensité et une direction quelconques du champ magnétique externe appliqué. Les structures réalisées en salle blanche sont constituées d’un film mince de 20 couches de TbCo2 (5nm)/FeCo(5nm) déposé sur un substrat de LiNbO3 entre deux peignes interdigités. Une comparaison, entre les variations de la vitesse de phase d’ondes acoustiques de surface induites par l’application d’un champ magnétique externe modélisées et mesurées, est réalisée. Un bon accord quantitatif entre les mesures et les calculs théoriques, et cela pour toutes les orientations du champ magnétique (suivant l’axe facile ou l’axe difficile) et pour différents modes acoustiques, est obtenu. Le mode transverse horizontal présente les plus grandes variations de vitesse, proche de 20% pour un film dont l’épaisseur serait celle de la longueur d’onde acoustique

Recent developments in physics and technology allow the elaboration of new magneto-electro- elastic materials such as multilayered piezoelectric-piezomagnetic composites. Their large magne- toelectric coefficient, compared to the one of single phase materials, recently attracted a large number of studies, and they are now widely used in the development of sensors, actuators, magnetic- electric energy converting devices, and solid state memories.This PhD thesis addresses the experimental and theoretical investigations of guided elastic waves propagation in piezomagnetic multi-layered structure. A theoretical description of magneto- elastic materials, based on the derivation of an equivalent piezomagnetic material of a magnetostric- tive thin film, is used in conjunction with a numerical method to compute propagation constants, i.e. dispersion curves, and mode shapes of elastic waves in layered piezoelectric-piezomagnetic com- posites deposited on a substrate. This model can be used for different structures, and for an applied external magnetic field of any intensity and direction.The realized structures are composed of a 20xTbCo2(5nm)/FeCo(5nm) nanostructured multi- layer deposited between two Aluminum Inter-Digitals Transducers forming a surface acoustic wave delay line, on a LiNbO3 substrate. A comparison between the calculated and measured phase velocity variation under the action of the external magnetic field orientation and magnitude is made. A quantitative agreement between the measured and modeled phase velocity shift for all external magnetic field configurations (hard axis and easy axis) and for different shape modes of elastic waves at their first and third harmonic operation frequencies is obtained. The shear horizontal mode exhibits a maximum phase velocity shift close to 20% for a ratio close to 1 between magneto-elastic film thickness and wavelength; Les développements récents en physique, et technologiques, ont permis l’élaboration de nouveaux matériaux magnéto-électro-élastique, comme les composites multicouches piézoélectriques / piézomagnétiques. Leur coefficient magnétoélectrique, très grand en comparaison de celui des matériaux constitués d’une seule phase, a suscité récemment un grand nombre de travaux, menant au développement de capteurs, d’actionneurs, de systèmes de conversion d’énergie magnétique-électrique, et dans les mémoires à état solide.Cette thèse porte sur l’étude théorique et expérimentale des ondes acoustiques de surface dans des structures multicouches piézomagnétiques. Une description théorique des matériaux magnéto-élastiques, reposant sur la dérivation d’un modèle de matériau piézomagnétique équivalent, est utilisée conjointement à une technique numérique afin de calculer les courbes de dispersion et les formes des modes des ondes acoustiques se propageant dans des composites piézo-électro-magnétiques déposés sur un substrat. Ce modèle, très général, peut être utilisé pour différents types de structures et pour une intensité et une direction quelconques du champ magnétique externe appliqué. Les structures réalisées en salle blanche sont constituées d’un film mince de 20 couches de TbCo2 (5nm)/FeCo(5nm) déposé sur un substrat de LiNbO3 entre deux peignes interdigités. Une comparaison, entre les variations de la vitesse de phase d’ondes acoustiques de surface induites par l’application d’un champ magnétique externe modélisées et mesurées, est réalisée. Un bon accord quantitatif entre les mesures et les calculs théoriques, et cela pour toutes les orientations du champ magnétique (suivant l’axe facile ou l’axe difficile) et pour différents modes acoustiques, est obtenu. Le mode transverse horizontal présente les plus grandes variations de vitesse, proche de 20% pour un film dont l’épaisseur serait celle de la longueur d’onde acoustique

In lab-on-a-chip (LOC) technologies, many sample preparation steps are required before achieving a biological analysis on a single chip (sample introduction, concentration, mixing, purification, separation, etc.). The microsystem team of the Ampere Lab has studied for many years different contactless particle manipulation techniques, for sorting or manipulating bioparticles in LOC platforms, such as dielectrophoresis and magnetophoresis. In this thesis, we focus on acoustic manipulation of microparticles. This technique is advantageous for the manipulation of biological objects such as bacteria, because labelling and medium exchange can be avoided. We chose to work with surface acoustic waves (SAW), because this approach is consistent with the use of PDMS, widely used in microfluidics. Besides an easier microfluidic integration of the acoustic tweezers, the SAW technology provides an alternative to the existing devices with fixed acoustic traps, allowing a real time control of the trapped particles. This was experimentally achieved by playing on the phase shift between the two electrical signals driving the IDT, thereby modifying the position of nodes and antinodes of the resulting pressure wave. As a result, we could control in real time the position of a 3 μm latex bead or an E.coli bacteria alignment. We have also developed a finite-element model of the whole acoustofluidic chip allowing a better understanding of the physics and the optimization of the energy transfer between the electrical source and the trapped particle. Among different results, this model informs us that the magnitude of the acoustic radiation force varies by a factor of two with the phase shift between the electrical sources. This result seems to be validated by our last experiments., Cette thèse s’inscrit dans le contexte du développement des laboratoires sur puce (LOC, « Lab On a Chip », permettant de réaliser plusieurs opérations nécessaires à l’analyse d’un échantillon biologique à l'intérieur d'un seul microsystème. Dans ce type de dispositif, de nombreuses étapes sont nécessaires avant d’arriver au résultat d’une analyse donnée (introduction de l'échantillon, concentration, mélange, purification, séparation, etc.). L’équipe microsystèmes du laboratoire Ampère étudie depuis plusieurs années différentes techniques de manipulation sans contact de particules, pour le tri ou de manipulation de particules individuelles dans les laboratoires sur puce, telles que la diélectrophorèse ou la magnétophorèse. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la manipulation acoustique de micro particules. Cette technique se révèle notamment avantageuse pour la manipulation d’objets biologiques comme des bactéries, car elle permet de s’affranchir de certaines contraintes de marquage ou de changement de milieu. Notre choix s’est porté sur l’emploi des ondes acoustiques de surface (SAW, « Surface Acoustic Waves »), compatibles avec la filière PDMS très utilisée dans la communauté des LOC. Outre la possibilité de simplifier l’intégration microfluidique de la pince acoustique, la technologie SAW offre une alternative aux dispositifs à pièges acoustiques fixes existant dans la littérature en permettant un contrôle en temps réel des particules piégées. C’est ce que nous avons réalisé expérimentalement : en jouant sur le déphasage entre les signaux d’alimentation électriques des transducteurs électromécaniques, nous pouvons modifier la position des noeuds et des ventres de l’onde acoustique résultante. Ainsi, nous avons pu contrôler en temps réel la position d’une bille en latex de 3 μm ou encore d’un faisceau de bactéries E.coli. Par ailleurs, nous avons réalisé une simulation par éléments finis de la puce acoustofluidique dans son ensemble permettant une meilleure compréhension de tous les phénomènes en jeu et l’optimisation du transfert énergétique entre la source électrique et la particule manipulée. Cette simulation nous indique notamment que l’amplitude de l’onde acoustique stationnaire sur le substrat piézoélectrique varie environ d’un facteur deux en fonction du déphasage imposé entre les deux sources électriques. Cela impacte donc dans la même proportion la force acoustique résultante. Cette variation semble être validée par nos dernières expériences.

Nowadays, there are no reliable techniques for detecting biomarkers of cancer or for monitoring therapeutic drugs such as monoclonal antibodies in blood samples. This detection is essential in order to highlight the early onset of a disease prior to the appearance of clinical symptoms and therefore ensure a greater therapeutic effect, but also to provide a personalized treatment for each patient. The major goal of this thesis work was to design and develop plateforms of detection called biosensors answering these problematics: on one hand, detection and monitoring of matrix metalloproteinases (MMP) activities as a new tool for the diagnosis of tumoral progression, and on the other hand, quantification of an anti-VEGF antibody named bevacizumab, involved in antiangiogenic therapies. Monitoring of MMP activities was made possible by the design of a biosensor based on a supramolecular assembly between fluorogenic susbtrates of MMP and cyclodextrins functionalized surface. Fluorescence detection has enabled to evaluate the efficacity and specificity of this system to quantify MMP activities in vitro and ex vivo in tumoral biopsy conditions. On the other hand, we have designed biosensors based on a cyclopeptide mimicking human VEGF for the monitoring of bevacizumab. The ability of this peptide to substitute the human protein has been demonstrated and several supramolecular assemblies functionalized by this peptide have been synthesized in order to create a regenerable biosensor screening peptide/protein interactions by acoustic transduction., Actuellement, il n’existe pas de techniques fiables pour la détection de marqueurs du cancer ou le suivi de l’administration de médicaments tels que les anticorps monoclonaux. Cette détection est essentielle pour réaliser un diagnostic précoce et ainsi améliorer le pronostic de survie des patients, et d’autre part adapter la posologie et un traitement personnalisé à chaque patient. L’objectif majeur de ce travail a été de concevoir et de développer des systèmes dits biocapteurs répondant à ces problématiques : d’une part, la détection et la quantification de l’activité des métalloprotéinases matricielles (MMP) en tant que nouvel outil de diagnostic de la progression et du développement tumoral; et d’autre part, le dosage d’un anticorps anti-VEGF, le bevacizumab, impliqué dans les biothérapies antiangiogéniques. La quantification de l’activité métalloprotéasique a été rendue possible grâce à la conception d’un biocapteur basé sur un édifice supramoléculaire. Celui-ci est constitué de substrats peptidiques fluorogéniques des MMP et d’une surface fonctionnalisée par des cyclodextrines. Une détection par fluorescence a alors permis d’évaluer l’efficacité et la spécificité de ce système à quantifier l’activité des MMP in vitro et ex vivo en conditions de biopsie tumorale. D’autre part, nous avons conçu des biocapteurs basés sur un mime peptidique du VEGF, permettant le dosage du bevacizumab. L’utilisation de ce mime en remplacement du VEGF humain a été démontrée, et plusieurs systèmes supramoléculaires fonctionnalisés par ce peptide ont été synthétisés, en vue de la conception d’une plateforme de détection régénérable des interactions peptide/protéine par transduction acoustique.

"Prix scientifique" JCGE'2013 (3 prix attribués pour 80 présentations); National audience; Parmi les techniques de manipulation sans contact de micro-objets comme des cellules vivantes, l'acoustophorèse présente l'avantage de permettre leur manipulation dans leur milieu de culture sans aucun marquage préalable. Un substrat piézoélectrique sur lequel sont déposées des électrodes interdigitées (IDTs) permet de générer une onde acoustique de surface stationnaire. Celle-ci se transmet au fluide de la chambre microfluidique dans laquelle baignent les microparticules à manipuler. En fonction de certaines propriétés physiques, ces dernières sont poussées vers les noeuds ou les ventres de pression. La modification du déphasage entre les deux IDTs générant l'onde stationnaire modifie en temps réel la position des noeuds de pression et donc des microparticules. Nous présentons ici une simulation par éléments finis de cette puce acoustofluidique qui nous permettra d'optimiser le design des futures puces de tri ou de manipulation de cellule unique. Le champ de pression à l'intérieur du canal est calculé ainsi que le champ de force s'exerçant sur une microparticule de polystyrène.

After a lot of hard work, countless hours of brainstorming, ideas to still improve or simply to drop, an amazing number of processed samples and a remarkable amount of time spent on all of those different machines have finally brought us to the point where we are able to present our results. Right at the beginning of this work, we had decided to get into the development of surface acoustic wave devices that could possibly serve as well as electric band pass filters as as liquid sensors. We have started out by making an inventory in all domains that we would possibly be confronted with and we proposed a selection of the most valuable information that could be found. Even if science is at the heart of this thesis, we wanted to be sure that our efforts would not be opposed to real world economic and industrial needs. We have thus arranged all necessary tools to our side: From historical evolution of surface acoustic wave devices through acoustic wave theory in solids, from general piezo-electricity to surface acoustic waves. We went through commonly used piezoelectric materials in order to get an idea of their properties and differences to be able to make the right decision at the right time, similarly to the study of the different types of acoustic surface waves with always the same goal in mind: Rely on the vastest number of possibilities in order to make the right decision when required. [...], Après beaucoup de travail, de nombreuses heures de réflexion, d'idées à améliorer et, des fois, à rejeter, une quantité innombrable d'échantillons et d'heures passés sur les différentes installations, nous voilà au point de présenter les résultats de tous ces efforts. Tout au début, nous avions décidé de se lancer dans la recherche et le développement de dispositifs à ondes acoustiques de surface pouvant servir en tant que filtres électriques passe-bande pour les nouvelles technologies de télécommunication et en tant que capteurs de liquide. Nous avons commencé à faire l'inventaire des tous les domaines que nous allions aborder lors de nos travaux de recherche, en nous en avons présenté ce qui nous semblait important. Même si la science est le pilier principal de cette thèse, nous nous sommes assurés que nos efforts ne seraient pas vains dès le départ en analysant les besoins industriels, et donc indirectement les retombées économiques possibles, en dispositifs à ondes acoustiques de surface. Nous nous sommes donc dotés de tous les outils nécessaires pour pouvoir avancer : Nous avons étudié l'évolution des dispositifs à ondes acoustiques de surface afin de reconnaître, avec un peu de chance, des tendances et de nouvelles ouvertures. Nous avons élucidé la partie théorique correspondante, au niveau de la piézoélectricité et des ondes acoustiques de surface. Nous avons fait le tour des matériaux piézoélectriques utilisées pour se faire une idée des leurs propriétés pour pouvoir faire, le moment venu, une sélection judicieuse selon les besoins de l'application. En partant de la théorie générale des ondes acoustiques de surface, nous avons étudié les différents types d'ondes existants dans la même optique : Disposer d'une multitude intéressante de choix possibles pour trouver la bonne solution à la fin. [...]

After a lot of hard work, countless hours of brainstorming, ideas to still improve or simply to drop, an amazing number of processed samples and a remarkable amount of time spent on all of those different machines have finally brought us to the point where we are able to present our results. Right at the beginning of this work, we had decided to get into the development of surface acoustic wave devices that could possibly serve as well as electric band pass filters as as liquid sensors. We have started out by making an inventory in all domains that we would possibly be confronted with and we proposed a selection of the most valuable information that could be found. Even if science is at the heart of this thesis, we wanted to be sure that our efforts would not be opposed to real world economic and industrial needs. We have thus arranged all necessary tools to our side: From historical evolution of surface acoustic wave devices through acoustic wave theory in solids, from general piezo-electricity to surface acoustic waves. We went through commonly used piezoelectric materials in order to get an idea of their properties and differences to be able to make the right decision at the right time, similarly to the study of the different types of acoustic surface waves with always the same goal in mind: Rely on the vastest number of possibilities in order to make the right decision when required. [...]; Après beaucoup de travail, de nombreuses heures de réflexion, d'idées à améliorer et, des fois, à rejeter, une quantité innombrable d'échantillons et d'heures passés sur les différentes installations, nous voilà au point de présenter les résultats de tous ces efforts. Tout au début, nous avions décidé de se lancer dans la recherche et le développement de dispositifs à ondes acoustiques de surface pouvant servir en tant que filtres électriques passe-bande pour les nouvelles technologies de télécommunication et en tant que capteurs de liquide. Nous avons commencé à faire l'inventaire des tous les domaines que nous allions aborder lors de nos travaux de recherche, en nous en avons présenté ce qui nous semblait important. Même si la science est le pilier principal de cette thèse, nous nous sommes assurés que nos efforts ne seraient pas vains dès le départ en analysant les besoins industriels, et donc indirectement les retombées économiques possibles, en dispositifs à ondes acoustiques de surface. Nous nous sommes donc dotés de tous les outils nécessaires pour pouvoir avancer : Nous avons étudié l'évolution des dispositifs à ondes acoustiques de surface afin de reconnaître, avec un peu de chance, des tendances et de nouvelles ouvertures. Nous avons élucidé la partie théorique correspondante, au niveau de la piézoélectricité et des ondes acoustiques de surface. Nous avons fait le tour des matériaux piézoélectriques utilisées pour se faire une idée des leurs propriétés pour pouvoir faire, le moment venu, une sélection judicieuse selon les besoins de l'application. En partant de la théorie générale des ondes acoustiques de surface, nous avons étudié les différents types d'ondes existants dans la même optique : Disposer d'une multitude intéressante de choix possibles pour trouver la bonne solution à la fin. [...]

Thèse de doctorat en Electronique, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, 10 juillet; The study presented in this thesis relates to the analysis of a ladder-type filter co-integrated with a CMOS low noise amplifier (LNA) in the frequency band around 945-MHz. The theoretical study of the filter was carried out by using initially the coupling of modes model (COM) but also by applying equivalent circuit RLC of the resonator. The filter was developed on a structure with three layers of a ZnO film and aluminium (Al) electrodes on a silicon (Si) substrate with a Ti for metallization. This filter is composed of six resonators on the same port. The theoretical and experimental results were analyzed. An amplifier low noise entirely co-integrated with this filter intended for the use in a global system mobile(GSM) receiver, was implemented in a standard process of 0,35µm in technology CMOS. Design procedure and simulation results of filter-LNA unit by using an amplifier with four types of inductances of different quality factors (Q) were presented. Our study enables us to affirm that today; we can make the co-integration of the two components (filter with LNA). Finally, we present the layout of the filter-LNA unit.; L’étude présentée dans cette thèse porte sur l'analyse d'un filtre en échelle co-intégré avec un amplificateur faible bruit (LNA) en technologie CMOS dans une gamme de fréquence autour de 945-MHz. L’étude théorique du filtre a été réalisée en utilisant en premier lieu la méthode des modes couplés mais aussi en appliquant le circuit équivalent RLC du résonateur. Le filtre a été développé sur une structure constituée d'un film de ZnO et d'électrodes en aluminium (Al) sur un substrat de silicium (Si) avec une métallisation en Ti. Ce filtre se compose de six résonateurs sur le même port. Les résultats théoriques et expérimentaux ont été analysés. Un amplificateur entièrement co-intégré avec ce filtre destiné à l'utilisation dans un récepteur mobile (GSM), a été mis en application dans un processus standard de 0,35µm en technologie CMOS. Les résultats de la simulation pour la conception de l’ensemble filtre-LNA avec un amplificateur utilisant quatre types d’inductances de coefficients qualité différents ont été présentés. Notre étude nous permet d’affirmer qu’aujourd’hui, on peut faire la co-intégration des deux composants. En final, nous présentons l’implantation de l’ensemble filtre-LNA.

Thèse de doctorat en Electronique, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, 10 juillet; The study presented in this thesis relates to the analysis of a ladder-type filter co-integrated with a CMOS low noise amplifier (LNA) in the frequency band around 945-MHz. The theoretical study of the filter was carried out by using initially the coupling of modes model (COM) but also by applying equivalent circuit RLC of the resonator. The filter was developed on a structure with three layers of a ZnO film and aluminium (Al) electrodes on a silicon (Si) substrate with a Ti for metallization. This filter is composed of six resonators on the same port. The theoretical and experimental results were analyzed. An amplifier low noise entirely co-integrated with this filter intended for the use in a global system mobile(GSM) receiver, was implemented in a standard process of 0,35µm in technology CMOS. Design procedure and simulation results of filter-LNA unit by using an amplifier with four types of inductances of different quality factors (Q) were presented. Our study enables us to affirm that today; we can make the co-integration of the two components (filter with LNA). Finally, we present the layout of the filter-LNA unit.; L’étude présentée dans cette thèse porte sur l'analyse d'un filtre en échelle co-intégré avec un amplificateur faible bruit (LNA) en technologie CMOS dans une gamme de fréquence autour de 945-MHz. L’étude théorique du filtre a été réalisée en utilisant en premier lieu la méthode des modes couplés mais aussi en appliquant le circuit équivalent RLC du résonateur. Le filtre a été développé sur une structure constituée d'un film de ZnO et d'électrodes en aluminium (Al) sur un substrat de silicium (Si) avec une métallisation en Ti. Ce filtre se compose de six résonateurs sur le même port. Les résultats théoriques et expérimentaux ont été analysés. Un amplificateur entièrement co-intégré avec ce filtre destiné à l'utilisation dans un récepteur mobile (GSM), a été mis en application dans un processus standard de 0,35µm en technologie CMOS. Les résultats de la simulation pour la conception de l’ensemble filtre-LNA avec un amplificateur utilisant quatre types d’inductances de coefficients qualité différents ont été présentés. Notre étude nous permet d’affirmer qu’aujourd’hui, on peut faire la co-intégration des deux composants. En final, nous présentons l’implantation de l’ensemble filtre-LNA.

This work consists of studying H2-CH4 MPACVD process, operating at high power in continuous and pulsed mode. Plasma characterisation is carried out, thanks to diagnostic techniques such as: OES, Double pulses technique and LIF. The aim of this study is to understand the basic phenomena which control the kinetics of the reactive species responsible of diamond growth. Diamond films are characterised by: SEM, AFM and Raman spectroscopy. Correlations between the plasma parameters and the films properties, their chemical quality and the growth rate, are established. The elaborated freestanding diamond films, were useful for development of surface acoustic devices (SAW) devices with multi-layer structure ZnO/IDT/Diamond. The propagation velocity of surface acoustic waves at ZnO/Diamond interface is estimated from the frequency response of the device. It is around 9700 m.s-1 which is among the highest velocities in this type of structures., Ce travail concerne l'étude d'un procédé MPACVD dans le mélange H2-CH4 opérant à forte puissance en mode continu et pulsé. Une étude du plasma en phase gazeuse est réalisée, grâce à des techniques de diagnostic telles que : OES, TDP et LIF. Le but est de comprendre les phénomènes de base qui gouvernent la cinétique des espèces réactives responsables du dépôt de diamant. les films de diamant sont caractérisés par : MEB, AFM et spectroscopie Raman. Des corrélations entre les paramètres du plasma et les propriétés des couches sont établies, à savoir, la qualité chimique et la vitesse du dépôt. Les films de diamant autosupportés ainsi réalisés servaient d'une base du développement des dispositifs SAW d'une structure multicouche ZnO/IDT/Diamant. La vitesse de propagation des ondes acoustiques de surface à l'interface Diamant/ZnO est estimée à partir de la réponse fréquentielle du dispositif. Elle est de l'ordre 9700 m.s-1 qui est parmi vitesses les plus élevées dans ce type de structures.

L'objectif de cette thèse consiste en l'étude d'une stratégie de contrôle actif à faible autorité avec comme application le contrôle actif du rayonnement acoustique d'une plaque. Depuis l'essor du contrôle actif, son application aux problèmes acoustiques et vibracoustiques a été investiguée par de nombreux chercheurs, exploitant soit la théorie du contrôle optimal, soit des approches originales basées plus particulièrement sur la physique. Des notions spécifiques au contrôle vibroacoustique ont été développées comme, par exemple, les modes radiatifs pouvant caractériser le rayonnement acoustique d'une plaque d'une manière adaptée au contrôle. Le contrôle actif à faible autorité, pour lequel le Laboratoire de Structures Actives a développé une expertise dans le domaine de l'amortissement et du contrôle actif des vibrations, est une solution attractive par sa simplicité de mise en oeuvre. Le plus souvent implémenté sous la forme d'un contrôle décentralisé constitué de boucles indépendantes, le contrôle à faible autorité bénéficie de certaines garanties de stabilité et de robustesse. Bien que notre stratégie de contrôle puisse s'appliquer à n'importe quel type de plaque, l'application considérée dans ce travail a été motivée par le contexte socio-économique actuel en rapport avec les nuisances acoustiques. Il était en effet intéressant d'évaluer la stratégie de contrôle pour le problème de la transmission acoustique d'un vitrage. La stratégie de contrôle se divise en deux étapes. Tout d'abord le développement d'un capteur unique destiné à fournir une mesure représentative du bruit rayonné par une plaque en basse fréquence. Deux capteurs de vitesse volumétrique (l'un discret, l'autre distribué) ont ainsi été développés et évalués expérimentalement. Ensuite, une procédure d'optimisation de l'emplacement d'un ensemble d'actionneurs pilotés en parallèle est proposée. L'objectif de cette phase d'optimisation est de forcer la réponse fréquentielle du système à posséder les propriétés d'un système colocalisé. La stratégie de contrôle est ensuite évaluée sur deux structures expérimentales. / This thesis is concerned with a low authority active control strategy applied to the sound radiation control of a baffled plate. Since the development of active control ,numerous researchers have studied its application to acoustical or vibroacoustical problems using either the modern control theory or other methods based rather on the understanding of the physics of the problem. Vibroacoustical active control has lead to the definition of radiation modes allowing to describe the radiated sound of a plate in an appropriate manner for active control purposes. Low autorithy control (LAC), for which the Active Structures Laboratory has gained an expertise for active vibration control applications is an interesting solution for its implementation simplicity. Most of the time it consists of several decentralized control loops, and benefits from guaranteed stability and robustness properties. Although our control strategy can be applied to any kind of plates, the application considered here has been motivated by the present socio-economical context related to noise annoyances. The active control strategy has been applied the problem of the sound transmission loss of glass plates (windows). This strategy is in two steps :first a volume velocity sensor is developed as to give a measure representative of the radiated sound at low frequencies. Two sensors have been developed (one discrete and one distributed) and experimentally tested. Next, an optimisation strategy is proposed which allow to locate on the plate a set of several actuators driven in parallel. The goal of this optimisation task is to obtain an open-loop frequency response which behave like a collocated system. The control strategy is finally evaluated on two plate structures., Doctorat en sciences appliquées, info:eu-repo/semantics/nonPublished

2 original tools, experimental and numerical, are proposed for the investigations of acoustic scattering phenomena on water-immersed elastic targets. They supply a new and additional lighting of these phenomena with regard to the conventional methods. They allow the emphasis of the mechanisms of creation of the various types of wave propagated in the considered structures. The space-time diagram of Lamb's waves (An and Sn ; ) at the surface of the object and the spatial distributions in the surrounding fluid were obtained. Scholte-Stoneley wave was observed experimentally in a direct way and its mechanism of creation by the Ao Lamb wave was described numerically. The results obtained on a LINE target concern the scattering and\or the conversions of modes on the local heterogeneity between cylindrical and hemispherical part.; Deux outils originaux, l'un expérimental et l'autre numérique, ont été proposés pour l'investigation des phénomènes de diffusion acoustique sur cibles élastiques immergées. Utilisés conjointement, ils fournissent un éclairage nouveau et complémentaire de ces phénomènes relativement aux méthodes conventionnelles. Ils permettent de mettre l'accent sur les mécanismes de création des différents types d'onde propagés dans les structures considérées et au niveau d'hétérogénéités. Les allures spatio-temporelles en surface de l'objet des ondes de Lamb et les distributions spatiales de leur rayonnement dans le fluide environnant ont été obtenues. L'onde de Scholte-Stoneley A a été mise en évidence expérimentalement de façon directe et son mécanisme de création par l'onde de Lamb Ao a été identifié numériquement. Les résultats obtenus sur cible LINE concernent les réémissions et/ou conversions de modes sur les hétérogénéités locales entre partie cylindrique et hémisphérique.

Nonlinear optics is a powerful tool to investigate interfaces. We work in the Kretschmann configuration to carry out new experiments in the picoseconds regime. Phase conjugation is observed in two different configurations: one in which all the waves are surface plasmons and the other in which the pumps are plasmons while the probe is a volume wave. Here, the dominant nonlinearity is of thermal origin. In a similar experiment, we carry out the coupling of a volume wave into the corresponding surface Plasmon by means of a transient surface relief grating. That permits to highlight the excitation of different modes of surface acoustic waves., L'optique non linéaire est un puissant moyen d'investigation des interfaces. Nous nous plaçons dans la configuration de Kretschmann pour réaliser de nouvelles expériences en régime picoseconde.On décrit l'observation de conjugaison de phase dans deux configurations différentes: l'une dans laquelle toutes les ondes sont des plasmons de surface et l'autre dans laquelle les pompes sont des plasmons tandis que la sonde est une onde de volume. Ici, l'essentiel des processus non linéaires est d'origine thermique.Dans une expérience analogue, nous réalisons le couplage d'une onde de volume au plasmon de surface correspondant par l'intermédiaire d'un réseau induit. A cette occasion, nous mettons en évidence l'excitation d'ondes acoustiques de surface.

Nowadays, there are no reliable techniques for detecting biomarkers of cancer or for monitoring therapeutic drugs such as monoclonal antibodies in blood samples. This detection is essential in order to highlight the early onset of a disease prior to the appearance of clinical symptoms and therefore ensure a greater therapeutic effect, but also to provide a personalized treatment for each patient. The major goal of this thesis work was to design and develop plateforms of detection called biosensors answering these problematics: on one hand, detection and monitoring of matrix metalloproteinases (MMP) activities as a new tool for the diagnosis of tumoral progression, and on the other hand, quantification of an anti-VEGF antibody named bevacizumab, involved in antiangiogenic therapies. Monitoring of MMP activities was made possible by the design of a biosensor based on a supramolecular assembly between fluorogenic susbtrates of MMP and cyclodextrins functionalized surface. Fluorescence detection has enabled to evaluate the efficacity and specificity of this system to quantify MMP activities in vitro and ex vivo in tumoral biopsy conditions. On the other hand, we have designed biosensors based on a cyclopeptide mimicking human VEGF for the monitoring of bevacizumab. The ability of this peptide to substitute the human protein has been demonstrated and several supramolecular assemblies functionalized by this peptide have been synthesized in order to create a regenerable biosensor screening peptide/protein interactions by acoustic transduction., Actuellement, il n’existe pas de techniques fiables pour la détection de marqueurs du cancer ou le suivi de l’administration de médicaments tels que les anticorps monoclonaux. Cette détection est essentielle pour réaliser un diagnostic précoce et ainsi améliorer le pronostic de survie des patients, et d’autre part adapter la posologie et un traitement personnalisé à chaque patient. L’objectif majeur de ce travail a été de concevoir et de développer des systèmes dits biocapteurs répondant à ces problématiques : d’une part, la détection et la quantification de l’activité des métalloprotéinases matricielles (MMP) en tant que nouvel outil de diagnostic de la progression et du développement tumoral; et d’autre part, le dosage d’un anticorps anti-VEGF, le bevacizumab, impliqué dans les biothérapies antiangiogéniques. La quantification de l’activité métalloprotéasique a été rendue possible grâce à la conception d’un biocapteur basé sur un édifice supramoléculaire. Celui-ci est constitué de substrats peptidiques fluorogéniques des MMP et d’une surface fonctionnalisée par des cyclodextrines. Une détection par fluorescence a alors permis d’évaluer l’efficacité et la spécificité de ce système à quantifier l’activité des MMP in vitro et ex vivo en conditions de biopsie tumorale. D’autre part, nous avons conçu des biocapteurs basés sur un mime peptidique du VEGF, permettant le dosage du bevacizumab. L’utilisation de ce mime en remplacement du VEGF humain a été démontrée, et plusieurs systèmes supramoléculaires fonctionnalisés par ce peptide ont été synthétisés, en vue de la conception d’une plateforme de détection régénérable des interactions peptide/protéine par transduction acoustique.