Tesi sul tema "Spectroscopie sur point unique"

Les boîtes quantiques soulèvent actuellement un vif intérêt dans le domaine du traitement quantique de l'information qui nécessite l'utilisation de photons uniques pour la cryptographie ou le calcul quantique. Il est donc nécessaire de comprendre la physique des boîtes quantiques uniques InAs/GaAs et InAs/InP émettant dans la gamme spectrale 1,3 à 1,5 µm, longueurs d'onde adaptées pour la transmission dans les fibres optiques. Dans cette thèse, nous avons étudié le système exciton-biexciton, la structure fine, l'impact de la température ainsi que les excitons chargés pour une boîte quantique unique. Les études en fonction de la température ont montré que les largeurs à mi-hauteur sont de l'ordre du meV à la température de l'azote liquide et se situent entre 10 et 15 meV à température ambiante pour les boîtes InAs/GaAs. De plus, nous avons observé l'évolution de l'énergie de lisaison du biexciton et de la structure fine en fonction de la taille des boîtes InAs/InP
Quantum dots are very promising in the field of quantum information which requires the use of single photons for quantum cryptography or quantum calculation. Thus, it is necessary to understand the physic of single InAs/GaAs and InAs/InP quantul dots emitting in 1. 3 to 1. 5 micrometer spectral range, wavelengths adapted for the transmission through optical fibres. In this thesis, we studied the exciton-biexciton complex, the fine structure splitting, the impact of the temperature and charged excitons in single quantum dots. We observed the dependence of the biexciton binding energy and of the fine structure splitting as a function of the InAs/InP quantum dot size. Moreover, the studies as a function of the temperature showed that the linewidth of the exciton recombination is in the meV range nitrogen temperature and in the 10-15 me V range at room temperature for the InAs/GaAs dots

Les nanocristaux de semi-conducteurs présentent des propriétés optiques et électroniques remarquables en raison du confinement quantique de leurs porteurs de charge, ce qui les rend avantageux pour diverses applications en optoélectronique, dans les dispositifs émetteurs de lumière et dans les technologies basées sur le spin. La compréhension de la physique de l’exciton de bord de bande, dont la recombinaison est à l’origine de leur photoluminescence, est cruciale pour le développement de ces applications. Cette thèse porte sur l’étude expérimentale des propriétés optiques des nanocristaux de phosphure d’indium et de pérovskites d’halogénure de plomb. En utilisant une méthode de spectroscopie de magnéto-photoluminescence sur des nanocristaux uniques à basse température, nous révélons des empreintes spectrales très sensibles à la morphologie des nanocristaux et élucidons la structure fine de l’exciton de bord de bande et les énergies de liaison des complexes de charge. Dans les nanocristauxd’InP/ZnS/ZnSe, l’évolution des spectres et des déclins de luminescence sous champ magnétique montrent l’existence d’un niveau d’exciton noir situé à moins d’un millielectronvolt en dessous du triplet brillant de l’exciton, résultats étayés par un modèle tenant compte de l’anisotropie de forme du coeur d’InP. Dans les pérovskites d’halogénure de plomb, nous démontrons que l’état fondamental de l’exciton est noir et se situe plusieurs millielectronvolts en dessous des sous-niveaux d’exciton brillants les plus bas, résolvant ainsi le débat sur l’ordre des niveaux brillants et noirs de l’exciton dans ces matériaux. En combinant nos résultats avec des mesures spectroscopiques sur divers composés de nanocristaux de pérovskite, nous établissons des lois d’échelle universelles qui relient l’éclatement de la structure fine de l’exciton et les énergies de liaison du trion et du biexciton à l’énergie de l’exciton de bord de bande dans les nanostructures de pérovskite d’halogénure de plomb, quelle que soit leur composition chimique. Enfin, des analyses préliminaires de spectroscopie sur des nano-bâtonnets de pérovskite avec un grand rapport d’aspect suggèrent leur potentiel en tant qu’émetteurs de lumière quantique grâce à leur émission composée d’une raie unique
Semiconductor nanocrystals exhibit outstanding optical and electronic properties due to the quantum confinement of their charge carriers, making them valuable for various applications in optoelectronics, light-emitting devices, and spin-based technologies. Understanding the physics of the band-edge exciton, whose recombination is at the origin of their photoluminescence, is crucial for developing these applications. This thesis focuses on the experimental study of the optical properties of indium phosphide and lead halide perovskites nanocrystals. Using magneto-photoluminescence spectroscopy onsingle nanocrystals at low temperatures, we reveal spectral fingerprints highly sensitive to nanocrystal morphologies and elucidate the entire band-edge exciton fine structure and charge-complex binding energies. In InP/ZnS/ZnSe nanocrystals, the evolution of photoluminescence spectra and decays under magnetic fields show evidence for a ground dark exciton level lying less than a millielectronvolt below the bright exciton triplet, findings supported by a model accounting for the shape anisotropy of the InPcore. In lead halide perovskites, we demonstrate that the ground exciton state is dark and lies several millielectronvolts below the lowest bright exciton sublevels, settling the debate on the bright-dark exciton level ordering in these materials. Combining our results with spectroscopic measurements on various perovskite nanocrystal compounds, we establish universal scaling laws relating exciton fine structure splitting, trion and biexciton binding energies to the band-edge exciton energy in lead-halide perovskitenanostructures, regardless of their chemical composition. Lastly, preliminary spectroscopy analyses on perovskite nanorods with a high aspect ratio suggest their potential as candidates for quantum light emitters due to their characteristic single emission line

Les nanostructures d'or peuvent être utilisées comme antennes optiques : elles se couplent à un émetteur ou récepteur de photons en champ proche et amplifient l'interaction de celui-ci avec le champ lointain. Nous montrons ici comment des dimères de nanoparticules d'or assemblés autour d'un brin d'ADN fonctionnent comme des antennes aux fréquences optiques, alimentées par un émetteur quantique unique. L'électrophorèse permet d'isoler des nanoparticules de 36 nm de diamètre fonctionnalisées par un seul monobrin d'ADN de 30 ou 50 bases et, après hybridation de séquences complémentaires, de dimères de géométries contrôlées. Les fréquences de résonance de ces assemblages indiquent un décalage spectral vers le rouge pour des distances interparticules réduites ; en excellent accord avec des calculs théoriques corrélés à une étude topologique par microscopie électronique cryogénique. En alimentant ces dimères par une unique molécule d'ATTO647N, nous produisons des sources de photons uniques dont les taux d'émission spontanée sont exaltés de deux ordres de grandeur par rapport à des fluorophores isolés. Les taux de désexcitation mesurés sur plusieurs centaines de molécules uniques (isolées et en présence d'une ou deux nanoparticules d'or) coïncident quantitativement avec les exaltations estimées en théorie de Mie. Des mesures d'ensemble par spectroscopie de corrélation de fluorescence indiquent également une exaltation de plus d'un ordre de grandeur des coefficients d'extinction molaire et un gain en signal de fluorescence pour les dimères les plus courts malgré une réduction notable du rendement quantique. En modifiant fondamentalement l'environnement électromagnétique local, ces nanostructures hybrides offrent une nouvelle voie d'ingénierie des propriétés photochimiques de systèmes moléculaires.

La caractérisation électrochimique de phénomènes métastables comme la corrosion par piqûres d’un acier inoxydable en milieu chlorure est compliquée en raison de la multiplicité des processus individuels qui se déroulent simultanément sur la surface de l’alliage. Pour surmonter ces difficultés, un dispositif expérimental, la cellule à jet, a été utilisé afin d’initier une piqûre unique et la propager dans les trois dimensions spatiales. L’étude s’est focalisée sur la compréhension des processus impliqués dans la corrosion par piqûres de l’acier 316L dans une solution chlorée d’acide sulfurique.Dans un premier temps, l’évolution temporelle de la géométrie de la piqûre (profondeur, rayon) complétée par des analyses in situ par spectroscopie Raman de l’évolution de la composition de la solution présente dans la piqûre ont permis de démontrer que la vitesse de corrosion du fond de piqûre était contrôlée par la formation d’un gel mixte de complexes de sulfates et chlorures métalliques et que celle-ci était pilotée par la diffusion des cations du fond de piqûre vers l’extérieur de la piqûre. Dans un second temps, il a été démontré qu’une concentration critique en chlorures était nécessaire pour maintenir la propagation de la piqûre et que cette concentration était légèrement croissante avec la profondeur de la piqûre. A partir d’analyses statistiques réalisées sur des expériences identiques, un diagramme de zone montrant la stabilité de la piqûre en fonction de la concentration en chlorures et de profondeur de la piqûre a été proposé
The electrochemical characterization of metastable events such as pitting corrosion of stainless steel in chloride electrolyte remains complex because many individual processes may occur simultaneously on the alloy surface. To overcome these difficulties, an experimental setup, the flow micro-device, has been developed to achieve the initiation of a single pit and to propagate the single pit in three dimensions. In this work, we take advantage of such a device in order to revisit the pitting process on a 316L stainless steel in a chloride – sulphate bulk. In a first step, the time evolution of the pit geometry (depth, radius) and the chemical evolution of the pit solution investigated using in situ Raman spectroscopy have shown that the pit depth propagation depends on the formation of a metal chloride and sulphate gel in the pit solution, and is controlled by the metallic cations diffusion from the pit bottom to the pit mouth. The pit radius growth is defined by the initial surface depassivation, by the presence of a pit cover and by the gel development in the solution. All of these phenomena are function of applied potential and chemical composition of the solution. In a last step, it was demonstrated that a critical chloride concentration is needed in order to maintain the pit propagation. This critical concentration slightly increases with the pit depth. From statistical analysis performed on identical experiments, a zone diagram showing the pit stability as a function of the chloride concentration and the pit dimensions was built

Nous montrons comment des dimères de nanoparticules d'or, assemblés sur un brin d'ADN unique présentant un site de reconnaissance spécifique, fournissent une réponse optique macroscopique dépendant de leur environnement chimiqueLa séparation électrophorétique nous permet de préparer des suspensions purifiées de dimères de nanoparticules d'or de diamètre allant de 8 à 60 nm, et possédant différentes chimies de surface, avec une pureté pouvant atteindre 90%. L'échafaudage d'ADN contient une structure tige-boucle permettant de modifier réversiblement la structure du dimère en présence d'un brin d'ADN cible. Les distances interparticules (D), estimées en TEM cryogénique, peuvent varier de façon réversible jusqu'à un facteur 3 pour des sphères d'or de 8 nm de diamètre.Afin de traduire le changement conformationnel de l'échafaudage d'ADN en un signal optique mesurable, nous mesurons les spectres de diffusion de dimères uniques de nanoparticules d'or de 40 ou 60 nm de diamètre, en chambre microfluidique.Nous avons pu, en augmentant la concentration saline locale, diminuer progressivement D à l'échelle nanométrique, de 20 à 1 nm, ce qui se traduit par un décalage spectral de la résonance vers le rouge. La bonne corrélation entre les réponses spectrales de dimères uniques, estimées avec un spectromètre ou une caméra CCD couleur, nous permet de démontrer une méthode de détection en champ large et à bas coût, de la déformation nanométrique de ces nanostructures. L'utilisation de ligands amphiphiles nous a permis d'optimiser la stabilité colloïdale des dimères de particules d'or pour minimiser leur sensibilité à la force ionique locale et aux changements de température
We demonstrate how gold nanoparticle dimers assembled around a single DNA template exhibiting a specific recognition site, provide a macroscopic optical signal depending on their chemical environment. Electrophoresis enables us to produce purified suspensions of gold nanoparticle dimers, with particle diameters ranging from 8 to 60 nm, with different surface chemistries and sample purities as high as 90%. The DNA template features a hairpin loop in order to switch its shape reversibly when binding a target DNA strand. Interparticle distances are estimated using cryo-electron microscopy and indicate a reversible change of the surface-to-surface distance by a factor of 3 in the case of 8 nm diameter gold particles. In order to translate the dynamic switching of a single DNA scaffold in a measurable optical signal, we study the scattering cross-sections of single 40 nm or 60 nm diameter gold nanoparticle dimers, in microfluidic conditions. We are able to progressively decrease the interparticle distance, at the nanometer scale, by increasing the local salt concentration. This deformation results in a spectral shift of the resonance (up to 100 nm) corresponding to a decrease of the interparticle distance from 20 to 1 nm. Moreover, the good correlation between the spectral responses of individual dimers, estimated using a spectrometer or a CCD color camera, enables us to demonstrate a wide-field low-cost detection method of the nanometric deformation of these nanostructures. Using amphiphilic ligands enables us to optimize the colloidal stability of gold nanoparticle dimers in order to minimize their sensitivity to the local ionic strength and temperature changes

Les overshoots convectifs sont des phénomènes connus depuis longtemps au-dessus des continents tropicaux. Ils sont soupçonnés d'être une source majeure dans la basse stratosphère des espèces à courte durée de vie de la troposphère, de l'humidification par injection de cristaux de glace, et de NOx formés par la foudre. Cependant les mesures dans ces systèmes convectifs n’est pas une tâche facile. Le mini-SAOZ est un spectromètre UV-Visible développé au LATMOS depuis 2009 avec une technologie avancée. Il est conçu pour les mesures des profils atmosphériques des espèces chimiques mineures (O3, H2O, NO2, O2, O4, BrO, OClO, CH2O) par occultation solaire. Ses nouvelles performances et son faible poids permettent de l’intégrer sous de petits ballons pour étudier la convection tropicale. Deux vols d’essai ont été réalisés à Kiruna en 2010 et 2011 avec le soutien du CNES. Les résultats de l'analyse spectrale et les différents problèmes rencontrés lors de ces vols ont permis de nettes améliorations de la sonde afin qu’elle soit qualifiée pour les vols suivants aux tropiques. Deux vols du mini-SAOZ ont été opérés au cours de la campagne TRO-pico, en 2012, dont l’objectif était de mieux comprendre l’impact de la convection tropicale sur la composition chimique stratosphérique. Les comparaisons avec d’autres instruments valident les performances du mini-SAOZ. Cependant, les mesures obtenues au cours de cette thèse n’ont pas encore permis de montrer avec certitude les mécanismes liés à la convection tropicale
The convective overshooting are phenomena known for a long time above the tropical continents. They are suspected to be a major source of tropospheric very short lived species, humidification by ice crystals injection, and possibly NOx formed by lightning in the lower stratosphere. However, measurements next and above such cumulo-nimbus clouds are not an easy task. The mini SAOZ is a UV-Visible spectrometer developed in LATMOS since 2009 on more advanced technology. This instrument is making measurements of atmospheric profiles of minor chemical species (O3, H2O, NO2, O4, O2, BrO, OClO,CH2O) by solar occultation. With its new high performance and light-weight payload, the mini-SAOZ is embedded on small balloons for studying the tropical convection. Two flights of qualification have taken place in Kiruna in 2010 and 2011 with the support of CNES. The results of the spectral analysis and the different problems met during the flights have permitted improvements of the instrument to be qualified for the next flights in tropics. Two flights of mini-SAOZ have been operated during the TRO-pico campaign, in 2012, whose objective was to better understand the impact of the tropical convection on the stratospheric chemical composition. The comparisons with other instruments validate the performances of the mini-SAOZ. However, the measurements get through this thesis don’t still permit to prove with certainty the mechanisms linked to the tropical convection

Dans un premier temps, l'etude des spectres de reflectivite en fonction de la composition et de la temperature au point l de la zone de brillouin sur les semi-conducteurs semimagnetiques cdmnte, znmnte, hgmnte, hgmnse, en comparaison avec celle du semiconducteur non magnetique cdznte a permis de mettre en evidence une forte dependance du coefficient de temperature avec la compositon pour les semiconducteurs semimagnetiques. Nous avons, en outre, etabli e#1 et e#1#+#1 en fonction de x pour plusieurs temperatures. Dans un second temps, la comparaison des spectres de photoconductivite de znmnte avec les resultats d'absorption a permis de mettre en evidence l'effet de transitions intramanganese sur le spectre de p. C. Le modele propose permet de rendre compte des differents spectres experimentaux ainsi que de la dependance du pic de p. C. Associe a l'absorption intrinseque avec la temperature

La loi « Bataille » fait obligation au CNRS de développer des recherches sur le retraitement des déchets nucléaires. C’est dans ce cadre que notre équipe GRACE (Groupe de Recherche sur l’Aval du Cycle Electronucléaire) de l’IPHC a entrepris des mesures nécessaires à la mise au point des réacteurs hybrides. Le champ de recherche s’est élargi puisqu’il inclut maintenant des études visant à développer le cycle de Thorium. GRACE s’est plus précisément attaché à mesurer des sections efficaces de réactions (n,xng) mal connues jusqu’à présent ou pour lesquelles aucune mesure n’existe. Les mesures ont été effectuées auprès du faisceau « blanc » de Gelina (IRMM Geel, Euratom). La technique de temps de vol a été appliquée. La spectroscopie g en ligne, utilisée pour étudier les réactions (n,xng), requiert avant tout de mesurer l’énergie des rayons g avec une bonne résolution. A cause de l’existence d’un flash g créé en même temps que le faisceau, il faut aussi un temps mort très faible, de façon à pouvoir détecter les neutrons de haute énergie. GRACE a réussi à concilier ces deux impératifs en mettant au point une nouvelle méthode basée sur la digitalisation et le traitement numérique du signal. Des mesures de section efficaces (n,xng) sur le 206,207,208Pb ont été réalisées ainsi avec succès à Geel, à l’aide des détecteurs coaxiaux de gros volume et à une distance de vol de 200 m. Le travail présenté dans ce mémoire a consisté à adapter la méthode pour rendre possible la spectroscopie g en ligne sur des cibles radioactives. Pour cela, la nouvelle mesure s’est déroulée sur une piste de vol de 30 m, et des détecteurs germanium planaires ont été utilisés. Dans un premier temps, et afin de s’assurer du bon fonctionnement du nouveau dispositif expérimental, des mesures de sections efficaces (n,n’g) sur une cible de plomb naturel ont été effectuées et les résultats sont comparés à ceux de la mesure à 200 m et aux calculs du code TALYS. Ensuite, les sections efficaces inélastiques partielles sur le 182,186W ont été mesurées entre le seuil de la réaction et 8 MeV. Enfin, une cible de 235U enrichie à 93 ,2 % a été bombardée et trois transitions dues à la réaction 235U(n,2ng)234U ont été analysées avec succès dont celle de l’état 8+ vers l’état 6+ jamais mesurée avant. Ce travail est une étape essentielle pour utiliser cette nouvelle méthode afin de mesurer des réactions (n,2ng) sur l’233U
The “Bataille” law obliged the CNRS to develop researches on the reprocessing of the nuclear waste. It is in this frame that our group GRACE (Groupe de Recherche sur l’Aval du Cycle Electronucléaire) of the IPHC began researches that contribute to the development of the hybrid reactors. However, the field of research widened because it now includes studies to develop the Thorium cycle. GRACE has undertaken measurements of (n,xng) reactions cross sections badly known or for which no measurement exists yet. The experiments were performed at the “white” neutron beam generated by GELINA facility in Geel, Belgium. The time of flight technique was applied. The g spectroscopy used for these measurements requires the detection of g rays with a good energy resolution. Because of the existence of a g flash created at the same time as the neutron beam, a short dead time is also required, to be able to detect the high energy neutrons. GRACE managed to conciliate these two imperatives by finalizing a new method based on the digital treatment of the signal. Using large HPGe coaxial detectors, (n,xng) cross sections measurements on the 206,207,208Pb nuclei were successfully realized at a 200 m flight path. The work presented in this thesis consists in adapting the method to highly radioactive targets. For that reason, the new measurement took place on a 30 m flight path and planar germanium detectors were used. In order to check the correct functioning of the new experimental method, (n,n’g) cross section measurements on a natural lead target were done and the results found were compared with the experiments at 200 m and with the theoretical calculations of the TALYS code. After that, the partial inelastic scattering cross sections on the 182,186W were performed from the threshold up to 8 Mev. Finally, a 93,2% enriched 235U target was bombarded and three transitions due to the 235U(n,2ng)234U reaction were successfully analysed including the one from the 8+ to the 6+ state, never measured before. This work is an essential step for using this new method in order to measure the (n,2ng) reaction cross sections on the highly radioactive 233U isotope

Le travail proposé dans cette thèse est basé sur des expérience de corrélation de photons faites sur un émetteur de photon unique semi conducteur: une boite quantique de CdSe dans un nanofil de ZnSe. La première démonstration d'émission de photons unique d'une boite quantique épitaxiée à température ambiante y est présentée. Pour expliquer ce résultat, nous avons étudie expérimentalement et théoriquement l'efficacité de couplage exciton-phonon et ses conséquences sur l'intensité de l'exciton avec la température. Nous présentons également des résultats optiques portant sur la robustesse de cette structure à haute température. La technique de corrélation de photons est également appliquée sur des boites quantiques chargées. la présence du exciton chargé nous a permis de sondé la structure fine du trio excité, de décrire ses processus de relaxations et d'obtenir une mesure direct du temps de spin flip du trou sur l'état p. Des indication sont également données sur la nature possible du dopage. Nous avons aussi étudié la diffusion spectrale de l'émetteur causée par les fluctuations électroniques de son environnement. Par un travail théorique nous montrons comment interpréter l'effet de l'élargissement phonon de la raie homogène, (processus poissonien) combiné avec l'effet de la diffusion spectral (processus markovien) sur la fonction de corrélation de la demi-raie. Grâce à l'expérience, nous concluons sur la statistique de l'énergie d'émission de l'émetteur à haute température. Nous appliquons cette théorie sur les nanofils et interprétons les dépendances en température et en puissance des fluctuations de l'environnement grâce au modèle de Kubo-Anderson.

Notre objectif est de développer un nouvel outil d’étude des dynamiques spatiales et temporelles des paléovégétations. Le point de départ de cette démarche est le constat que l’analyse des archives naturelles, sédimentologiques ou pédologiques, comporte des limites ne permettant pas toujours d’aborder à l’échelle locale les dynamiques séculaires ou millénaires des unités paysagères. Notre travail consiste à mettre au point une méthode d’étude des archives pédologiques fondée sur les principes de la spectroscopie proche infrarouge (SPIR). La SPIR mesure l’absorbance d’un matériau sur la bande spectrale 1100-2500 nm. Le spectre obtenu discrimine de nombreux constituants de ce matériau. Il donne entre autres une «empreinte digitale » des matières organiques. De ce fait, il est utilisé depuis longtemps dans de nombreux secteurs industriels. En pédologie, il a surtout été utilisé pour quantifier les constituants du sol. Or, la nature des matières organiques des sols est liée aux types de végétaux et végétations présents et passés. Nous testons donc une approche qualitative, qui consiste à associer le spectre d’un échantillon de sol à un type de végétation. La démarche de mise au point s’articule en trois étapes. La première consiste à mesurer le spectre de matières organiques dont l’origine est connue. Nous analysons des échantillons de surface de sols dont l’histoire de la végétation est connue sur une période de 150 ans au moins. Une vaste gamme de formations végétales et de types de sols sont représentés dans le référentiel spectral. La discrimination entre les sols sous prairies et sous forêts est très nette. Des distinctions plus fines entre différentes formations forestières sont également observées. Dans la seconde étape, nous vérifions le potentiel de la méthode sur des matières organiques anciennes conservées dans les horizons profonds. Sur les profils étudiés, la connaissance des paléovégétations à l’échelle du millénaire est fournie par des méthodes paléoécologiques classiques. Nous distinguons les schémas d’évolution avec une grande stabilité de la végétation, des schémas présentant un ou plusieurs changements de végétation. La confrontation des spectres d’horizons profonds avec le référentiel de surface permet de retracer des scénarios qui sont calés chronologiquement grâce à l’apport de la modélisation du turnover des matières organiques. Dans la troisième étape, nous examinons des paléosols. Leur signature spectrale nous indique la nature du couvert végétal avant l’enfouissement du paléosol. Pour le moment, ces derniers résultats sont à nuancer compte tenu du peu de données paléoécologiques complémentaires. Les résultats révèlent un potentiel important de la SPIR dans l’étude des paléovégétations aux échelles locales. Des schémas d’évolutions proposés pour plusieurs des sites étudiés confortent des résultats existants ou apportent de nouveaux éléments pour l’étude des paléovégétations en relation avec l’occupation humaine en Alsace au cours de l’Holocène. Cependant, les investigations méthodologiques devront se poursuivre vers un élargissement du référentiel de surface, du point de vue écosystémique et du point de vue géographique. Les référentiels d’horizons profonds et de paléosols devront également être consolidés par d’autres études paléoécologiques. Ce travail ouvre également des perspectives sur d’autres applications comme le traçage des matières terrigènes dans les cours d’eau
Our goal is to develop a new tool to study spatial and temporal dynamics of palaeo-vegetation. The limits of existing methods to reconstruct past environment of Holocene and Pleistocene at local scale are the starting point of our approach. Our work is to develop a method to study soil memory based on the principles of near infrared spectroscopy (NIRS). NIRS measures the absorbance of a material on the spectral range 1100-2500 nm. The spectrum collected discriminates many components of this material. It provides a "fingerprint" of organic matter. That is why, it has been used for a long time in many industrial sectors. In soil science, it has been mostly used to quantify the soil constituents. In our work, we focus on the nature of soil organic matter that is related to the types of present and past vegetation. Therefore, we test a qualitative approach of combining the spectrum of a soil sample to a type of vegetation. Our approach consists of three stages. The first is to measure the spectrum of organic matter whose origin is known. Thus, we analyze samples of topsoils from sites where the vegetation is known for at least 150 years. A wide range of ecosystems and soil types are represented in a spectral library. The separation between the soils under grassland and under forests is very clear. Finer distinctions between different forest types are also observed. In the second stage, we check the potential of the method on degraded organic matter in complete profiles. The knowledge of palaeovegetation across the millennium is provided by conventional palaeoecological methods. We distinguish the patterns of evolution with high stability of vegetation from the patterns with one or several changes of vegetation. Comparing the spectra of deep horizons with the reference surface horizons enables to reconstruct scenarios that are chronologically calibrated through the contribution of an organic matter turnover model. In the third stage, we examine buried soils. Their spectral signature indicates the nature of the vegetation cover before the burial of the palaeosoil. However, these last results should be considered carefully due to few complementary palaeoecological data. The results reveal a great potential of the NIRS in studies of paleovegetation at local scales. Scenarios of changes proposed for several studied sites confirm the existing results or bring new elements to the study of palaeovegetation in relation to human impact in Alsace during the Holocene. However, in terms of ecosystem and geographical perspective, methodological investigations should continue towards broadening of the reference surface. References of deep horizons and palaeosols should also be consolidated by further palaeoecological studies. This work also opens up opportunities for other applications such as tracing of terrigenous materials in the water flow

Les phénomènes d'adsorption interviennent dans les processus géochimiques gouvernant ainsi le transport des contaminants. Par ailleurs, les variations de température sont susceptibles d'influencer significativement leur comportement vis-à-vis de la surface des minéraux. Aussi, l'influence de la température sur la sorption doit être étudiée afin de mieux appréhender le devenir des éléments dans l'environnement. Dans cette optique, l'interaction entre un ion modèle, l'uranyle et deux minéraux a été étudiée. Dans un premier temps, un composé méthodologique, la monazite, a été choisi afin de déterminer la démarche à suivre pour étudier l'influence de la température sur la sorption de l'uranyle dans trois milieux plus ou moins complexants. Puis, des tests préliminaires ont été réalisés pour étudier la sorption de l'uranyle sur un composé d'intérêt industriel, la magnétite, en appliquant la démarche mise en place. Le solide a d'abord été caractérisé d'un point de vue massif puis les caractéristiques acido-basiques de sa mise en suspension dans les trois électrolytes (NaClO4, NaNO3 et Na2SO4) ont été étudiées en fonction de la température. Les constantes d'équilibre associées aux réactions de déprotonation des sites de surface ont été déterminées entre 25°C et 95°C par modélisation de courbes de titrages potentiométriques. Les simulations ont été effectuées en limitant au maximum le nombre de degrés de liberté du système. Le modèle 1-pK a donc été préféré au modèle 2-pK en raison du nombre de paramètres ajustables plus limité dans ce modèle. Des contraintes expérimentales telles que le pH de point de charge nulle ou les enthalpies déterminées par mesure directe des chaleurs associées par microcalorimétrie de mélange ont été imposées pour déterminer les constantes d'équilibre acido-basiques. La sorption de l'uranyle en fonction du pH sur le même intervalle de température a été étudiée en alliant l'acquisition de données macroscopiques telles que les sauts de sorption et la spéciation en solution à une étude structurale menée par analyse par spectrofluorimétrie laser permettant l'identification des espèces sorbées. La simulation des sauts de sorption permettant d'accéder aux constantes associées aux réactions de sorption a été réalisée en imposant les caractéristiques acido-basiques préalablement déterminées. Des mesures directes, par microcalorimétrie de mélange, des chaleurs mises en jeu lors de la sorption de l'uranyle ont permis de tester la validité de la loi de Van't Hoff sur ce phénomène. La même démarche a été suivie pour étudier l'influence de la température sur la sorption de l'uranyle sur la magnétite en milieu NaClO4 et NaNO3. Cependant, l'étude structurale par spectrofluorimétrie laser n'a pu être réalisée en raison de la couloration noire de la magnétite.

Notre objectif est de développer un nouvel outil d'étude des dynamiques spatiales et temporelles des paléovégétations. Le point de départ de cette démarche est le constat que l'analyse des archives naturelles, sédimentologiques ou pédologiques, comporte des limites ne permettant pas toujours d'aborder à l'échelle locale les dynamiques séculaires ou millénaires des unités paysagères. Notre travail consiste à mettre au point une méthode d'étude des archives pédologiques fondée sur les principes de la spectroscopie proche infrarouge (SPIR). La SPIR mesure l'absorbance d'un matériau sur la bande spectrale 1100-2500 nm. Le spectre obtenu discrimine de nombreux constituants de ce matériau. Il donne entre autres une «empreinte digitale » des matières organiques. De ce fait, il est utilisé depuis longtemps dans de nombreux secteurs industriels. En pédologie, il a surtout été utilisé pour quantifier les constituants du sol. Or, la nature des matières organiques des sols est liée aux types de végétaux et végétations présents et passés. Nous testons donc une approche qualitative, qui consiste à associer le spectre d'un échantillon de sol à un type de végétation. La démarche de mise au point s'articule en trois étapes. La première consiste à mesurer le spectre de matières organiques dont l'origine est connue. Nous analysons des échantillons de surface de sols dont l'histoire de la végétation est connue sur une période de 150 ans au moins. Une vaste gamme de formations végétales et de types de sols sont représentés dans le référentiel spectral. La séparation entre les sols sous prairies et sous forêts est très nette. Des distinctions plus fines entre différentes formations forestières sont également observées. Dans la seconde étape, nous vérifions le potentiel de la méthode sur des matières organiques anciennes conservées dans les horizons profonds. Sur les profils étudiés, la connaissance des paléovégétations à l'échelle du millénaire est fournie par des méthodes paléoécologiques classiques. Nous distinguons les schémas d'évolution avec une grande stabilité de la végétation, des schémas présentant un ou plusieurs changements de végétation. La confrontation des spectres d'horizons profonds avec le référentiel de surface permet de retracer des scénarios qui sont calés chronologiquement grâce à l'apport de la modélisation du turnover des matières organiques. Dans la troisième étape, nous examinons des paléosols. Leur signature spectrale nous indique la nature du couvert végétal avant l'enfouissement du paléosol. Pour le moment, ces derniers résultats sont à nuancer compte tenu du peu de données paléoécologiques complémentaires. Les résultats révèlent un potentiel important de la SPIR dans l'étude des paléovégétations aux échelles locales. Des schémas d'évolutions proposés pour plusieurs des sites étudiés confortent des résultats existants ou apportent de nouveaux éléments pour l'étude des paléovégétations en relation avec l'occupation humaine en Alsace au cours de l'Holocène. Cependant, les investigations méthodologiques devront se poursuivre vers un élargissement du référentiel de surface, du point de vue écosystémique et du point de vue géographique. Les référentiels d'horizons profonds et de paléosols devront également être consolidés par d'autres études paléoécologiques. Ce travail ouvre également des perspectives sur d'autres applications comme le traçage des matières terrigènes dans les cours d'eau.

Aujourd'hui, nos appareils électroniques sont de plus en plus densément composés de composants nanoélectroniques. En conséquence, la dissipation de chaleur produite dans ces circuits augmente également énormément, provoquant une déperdition d’énergie considérable, en pure perte. Les effets thermoélectriques entrent en jeu ici car ils permettent d'utiliser cette chaleur perdue pour produire un travail utile. Par conséquent, l’étude du transport thermique et de l’effet thermoélectrique dans les nanostructures revêt une importance significative du point de vue scientifique et technologique.Dans cette thèse, nous présentons nos études expérimentales du transport thermique et thermoélectrique dans différents types de dispositifs à un seul électron, où le flux électronique peut être contrôlé au niveau de l'électron unique.Tout d’abord, nous montrons la mesure du transport de chaleur contrôlé par la grille dans un transistor à un seul électron (SET), agissant comme un commutateur thermique entre deux réservoirs. Nous déterminons la conductance thermique à l’aide d’un bilan thermique en régime permanent prenant en compte les différents chemins du flux de chaleur. La comparaison de la conductance thermique du SET avec sa conductance électrique indique une forte violation de la loi de Wiedemann-Franz.Deuxièmement, nous étendons l’étude du transport thermique dans les dispositifs à un seul électron dans le régime de boîte quantique, où, outre les interactions de Coulomb, il faut également prendre en compte les différents niveaux électroniques discrets. Nous discutons du bilan thermique entre deux réservoirs de chaleur couplés par un seul niveau de point quantique, et de la dissipation des électrons tunnel dans les contacts. Cela produit des formes de diamant de Coulomb dans la carte de température électronique de la source, en fonction de la polarisation et de la tension de grille.Enfin, nous présentons la mesure du transport thermoélectrique dans une jonction à boîte quantique unique, du régime de couplage faible au régime de couplage fort Kondo. Nos expériences introduisent une nouvelle façon de mesurer le pouvoir thermoélectrique en réalisant une condition de circuit ouvert quasi-parfaite. Le pouvoir thermoélectrique dans une boîte faiblement couplée montre le comportement e-périodique avec la charge induite par la grille, alors qu’il montre une période distincte de 2e en présence de corrélation Kondo. L’étude de la dépendance thermique révèle que la résonance de Kondo n’est pas toujours au niveau de Fermi, mais qu’elle peut être légèrement décalée, en accord avec les prédictions théoriques.Cette étude ouvre la porte à l’étude de transistors à une boîte quantique unique dont les propriétés thermodynamiques sont régies par les lois de thermodynamique quantique
At this age of technologically advanced world, the electronic devices are getting more and more densely packed with micro-electronic elements of nano-scale dimension. As a result the heat dissipation produced in these microelectronic-circuits is also increasing immensely, causing a huge amount of energy loss without any use. The textit{thermoelectric effects} come into play here as one can use this wasted heat to produce some useful work with the help of thermoelectric conversion. In order to achieve such a textit{heat engine} with a reasonably high efficiency, one needs to understand its thermal behavior at the basic level. Therefore, the study of thermal transport and thermoelectric effect in nano-structures has significant importance both from scientific and application point of view.In this thesis we present the experimental studies of thermal and thermoelectric transport in different kinds of single-electron devices, where the electronic flow can be controlled at the single electron level.First, we demonstrate the measurement of gate-controlled heat transport in a Single-Electron Transistor ($SET$), acting as a heat switch between two heat reservoirs. The measurement of temperature of the leads of the $SET$ allows us to determine its thermal conductance with the help of a steady state heat-balance among all possible paths of heat flow. The comparison of thermal conductance of the $SET$ with its electrical conductance indicates a strong violation of the Wiedemann-Franz (WF) law away from the charge degeneracy.Second, we extend the study of thermal transport in single-electron devices to the quantum limit, where in addition to the Coulomb interactions the quantum effects are also need to be taken into account, and therefore the individual discrete electronic levels take part in the transport process. We discuss the heat-balance between two heat reservoirs, coupled through a single Quantum-Dot ($QD$) level, and the dissipation of the tunneling electrons on the leads. This produces Coulomb-diamond shapes in the electronic-temperature map of the `source' lead, as a function of bias and gate voltage.Third, we present the measurement of thermoelectric transport in a single $QD$ junction, starting from the weak coupling regime to the strong coupling-Kondo regime. The experiments introduces a new way of measuring thermovoltage realizing a close to perfect open-circuit condition. The thermopower in a weakly coupled $QD$ shows an expected `$e$' periodic behavior with the gate-induced charge, while it shows a distinct `$2e$' periodic feature in the presence of Kondo spin-correlation. The temperature dependence study of the Kondo-correlated thermopower reveals the fact that the Kondo-resonance is not always pinned to the Fermi level of the leads but it can be slightly off, in agreement with the theoretical predictions.This study opens the door for accessing a single $QD$ junction to operate it as a $QD$-heat engine, where the thermodynamic properties of the device are governed by the laws of textit{quantum thermodynamics}

Il est a l'heure actuelle reconnu que le peroxyde d'hydrogene et les autres formes reactives de l'oxygene (#1o#2, o#2#. #-, h#2o#2, oh#. , no#. ) sont directement impliques dans la mise en place et/ou le developpement d'un grand nombre de pathologies humaines. Les etudes reportees dans ce manuscrit ont permis le developpement d'une premiere methode de detection ex-vivo et en temps reel de la production du peroxyde d'hydrogene par une cellule humaine unique. Cette methode electrochimique est fondee sur l'utilisation d'ultramicroelectrodes de carbone platinise, dont le comportement analytique lors de tests in-vitro, s'est revele etre en tres bonne adequation avec les conditions de mesures selectives d'h#2o#2 sur cellule humaine unique. Une premiere etude de detection cellulaire du peroxyde d'hydrogene a ete realisee sur des fibroblastes humains normaux ou transformes par sv#4#0. La mise en evidence d'un comportement actif de ces cellules, induit par le percage de leur membrane plasmique, a revele des donnees inedites sur le stress oxydatif dans les cellules humaines autres que phagocytaires. La reponse de stress oxydatif observee semble se traduire par l'activation d'unites enzymatiques membranaires, vraisemblablement de type nadph oxydase, generant rapidement (< 1s), en reponse a l'agression cellulaire, des quantites importantes de peroxyde d'hydrogene par reduction de l'oxygene present dans le milieu environnant la cellule. Les connaissances acquises lors des premieres experiences, nous ont ensuite permis d'appliquer la methode mise au point a l'etude du role de formes reactives de l'oxygene dans certains mecanismes cellulaires de la pathologie du sida. Une etude de comparaison de la reponse cellulaire des lymphocytes t (non-infectes) de patients vih#+ et vih#- a fourni des premiers elements qui pourraient confirmer, par une analyse sur cellule vivante unique, le role probable du stress oxydatif dans l'amplification de l'apoptose des lymphocytes t des patients vih#+. De plus, l'utilisation d'un inhibiteur de ce stress oxydatif parait etre interessante pour l'inhibition de la replication de vih en culture

Les foldamères sont des architectures moléculaires synthétiques repliées, inspirées par les structures et les fonctions des biopolymères naturels. Le repliement est un processus sélectionné par la nature pour contrôler la conformation de sa machinerie moléculaire afin de réaliser des tâches chimiques ou mécaniques. Durant les dix dernières années de recherche sur les foldamères, des oligomères synthétiques, capables d'adopter des conformations repliées bien définies et prévisibles, comme des hélices, ont été proposés. Les progrès récents ont montré que la synthèse chimique par étapes et le design moléculaire basé sur un squelette oligoamide aromatique permettaient de produire des architectures moléculaires repliées de manière hélicoïdale. La forme du squelette et sa rigidité, des préférences conformationnelles locales, des interactions spécifiques entre monomères éloignés dans une séquence, ainsi que l'action de paramètres externes comme le solvant, ou la présence d'ions peuvent être combinés pour induire une tendance au repliement. Ces architectures sont remarquables car elles peuvent donner lieu à des motifs de repliement qui n'ont pas d'équivalent dans les structures des biopolymères naturels. Par exemple, des hélices dont le diamètre varie le long de la séquence, ou des hélices possédant un centre d'inversion du pas, des hélices en chevrons,... ont été rapportées. Alors que les structures de ces molécules hélicoïdales ont été abondamment caractérisées à l'état solide par cristallographie des rayons X, leur comportement en solution, et surtout le comportement dynamique, est très peu connu. Leurs propriétés mécano-chimiques sont quant à elles inconnues à ce jour. L'objectif du projet est de synthétiser différentes molécules synthétiques hélicoïdales de type oligoamide aromatique et d'obtenir une description détaillée de leur conformation dynamique en solution, ainsi que de leurs propriétés mécano-chimiques, par spectroscopie de force sur molécule unique basée sur l'AFM
Foldamers are artificial folded molecular architectures inspired by the structures and functions of natural biopolymers. Folding is the process selected by nature to control the conformation of its molecular machinery to carry out chemical functions and mechanical tasks, such as en-zyme catalysis, duplication in nucleic acids, force generation,... During the last decade of research on foldamers, synthetic oligomers able to adopt well- defined and predictable folded conformations, such as helices, have been proposed. Recent progress has shown that stepwise chemical synthesis and molecular design based on aromatic oligoamide backbones enable to produce large helically folded molecular architectures. The shape and stiffness of the backbone, local conformational preferences, specific interactions between distant monomers in sequences, as well as the action of external parameters such as the solvent or the presence of ions, can be combine to induce folding tendency. A remarkable aspect of these architectures is that they can give rise to folded patterns that have no in natural counterparts biopolymer structures. For instance, helices whose diameter varies along the se-quence, helices possessing a handedness inversion centre, herringbone helices have been reported. While the structures of these helical molecules have been well characterized in the solid state by X-ray crystallography, much less is known about their dynamic behavior in solution. Their mechanochemical properties are unknown. The objective of the project is to synthesize various helical nanorchitectures based on an oli-goamide aromatic backbone and to obtain a detailed picture of their dynamical conformation in solution, as well as, their mechanochemical properties, by AFM-based single molecule force spectroscopy

Le repliement des protéines est principalement gouverné par les interactions spécifiques des structures secondaires. 1, 2 Toutefois, il existe expérimentalement peu d’informations sur les propriétés mécaniques fondamentales des hélices α et des feuillets β isolées. Les recherches antérieures sur l'étude du déploiement des hélices sont peu concluantes 3-5 et à notre connaissance l'étude des propriétés mécaniques d'un feuillet β isolé, intramoléculaire est sans précédent. Les copolymères PEG114-b-poly(L-lysine)134-(2-pyridyl disulfure),PEG114-b-poly(L-lysine)-b-PEG114 et poly(L-acide glutamique)85-b-(2-pyridyldisulfure) été synthétisés et utilisés comme systèmes modèles pour tester les propriétés mécaniques des motifs secondaires de type hélice α et feuillet β. Les résultats obtenus se sont révélés être en bon accord avec les résultats théoriques obtenus en utilisant un modèle statistique basé sur AGAGIR 6. La différence de force de déroulement comparant les hélices de poly(L-Lysine) ≈ 30 pN et de poly(L-acide glutamique) ≈ 20 pN des copolymères diblocs a été attribuée à l'hydrophobicité différente des chaînes latérales. La plus grande hydrophobie dumotif lysine conduit à de plus grandes interactions entre les chaînes latérales qui empêchent les fluctuations aléatoires au sein de l’hélice, et conduisent à une stabilité supérieure de l'hélice α. Lorsque les expériences ont été conduites dans des conditions favorisant la solubilité des chaînes latérales de lysine, les interactions ont diminué à une force de ≈ 20 pN, similaire à la force des interactions observées pour le poly(L-acide glutamique). Nous supposons qu'un minimum de ≈ 20 pN est nécessaire pour rompre la liaison hydrogène en maintenant l'hélice α, car cette force a été obtenue dans des conditions où les interactions de la chaîne latérale étaient minimisées. La présence de plateaux de force constants et d'inflexions correspondantes démontre une force de dépliement indépendante de la longueur, qui supporte un mécanisme de déroulement tour-par-tour pour l'hélice. De plus, la plus grande hydrophobie des chaînes latérales a été suggérée non seulement pour stabiliser la structure en hélice, mais également pour inhiber la formation d'une structure de type β-turn métastable intermédiaire lorsque les forces entropiques dominent. Des études préliminaires ont été effectuées sur le système de PEG114-bpoly(L-Lysine)134-(2-pyridyl disulfure) après induction d’une transition - β par un traitement thermique dans des conditions basiques. Une inflexion à une force≈ 70 pN a été obtenue, ce qui suggère la formation d'une interaction de type feuillet β. Une stratégie bottom-up a ainsi été proposée avec succès, démontrant le potentiel d'utilisation de tels systèmes artificiels pour simplifier et modéliser des systèmes biologiques réels. La compréhension de ces modèles isolés plus simples aidera sans doute la compréhension de systèmes plus complexes
Proteins fold by the initial, preferential folding of secondarystructures 1, 2, however surprisingly little is known about the basic mechanicalproperties of isolated α-helices and β-sheets from an experimental standpoint.Previous investigations into studying the generic unfolding behaviour of α-heliceshave proved inconclusive 3-5, and to our knowledge the study of an isolated,intramolecular β-sheet is unprecedented.Bioinspired PEG114-b-poly(L-glutamic acid)85-(2-pyridyl disulphide),PEG114-b-poly(L-lysine)134-(2-pyridyl disulphide) and PEG114-b-poly(Llysine)134–b-PEG114 were designed, synthesized and utilized as model systems toprobe the mechanical properties of α-helix and β-sheet secondary motifs. Theobtained results were shown to be in good agreement with theoretical resultsobtained by utilizing a AGAGIR-based statistical mechanical model 6. Thedifference in unravelling force comparing the helices of poly(L-Lysine) ≈30 pNand poly(L-glutamic acid) ≈20 pN diblock copolymers was attributed to thediffering hydrophobicity of the side chains. The greater hydrophobicity of thelysine allowed greater interactions between the side chains and sterically hinderedrandom helix-coil fluctuations, which lead to a superior α-helix stability. Whenexperiments were conducted in conditions promoting the solubility of the lysineside chains, the interactions decreased to a force of ≈20 pN, similar to the force ofinteractions observed for the poly(L-glutamic acid). We infer that a minimum of≈20 pN is needed to rupture the hydrogen bonding maintaining the α-helix as thisforce was obtained in conditions where the side chain interactions wereminimized.The presence of constant force plateaus and corresponding inflectionsdemonstrates a length independent unfolding force, which supports a turn-by-turnunfolding mechanism for the α-helix.In addition, the greater hydrophobicity of the side chains was suggestedto not only stabilize the α-helix structure, but also to inhibit the formation of anintermediate metastable β-hairpin-like structure when entropic forces dominate.Preliminary studies were also conducted on the PEG114-b-poly(LLysine)134-(2-pyridyl disulphide) system after a α-β transition had been inducedby heat in basic conditions, where an inflection at a much higher force of ≈ 70 pNwas obtained suggesting the formation of a β-sheet interaction.A bottom-up, investigative strategy has thus been successfully proposeddemonstrating the potential of utilizing such artificial systems to simplify andexemplify real biological systems. The comprehension of these simpler isolatedmodels will no doubt aid the understanding of more complex systems

La demande sans cesse croissante de solutions permettant de décrire notre environnement et les ressources qu'il contient nécessite des technologies qui permettent une description efficace et complète, conduisant à une meilleure compréhension du contenu. Les technologies optiques, la combinaison de ces technologies et un traitement efficace sont cruciaux dans ce contexte. Cette thèse se concentre sur les technologies 3D et les technologies hyper-spectrales (HSI). Tandis que les technologies 3D aident à comprendre les scènes de manière plus détaillée en utilisant des informations géométriques, topologiques et de profondeur, les développements rapides de l'imagerie hyper-spectrale ouvrent de nouvelles possibilités pour mieux comprendre les aspects physiques des matériaux et des scènes dans un large éventail d'applications grâce à leurs hautes résolutions spatiales et spectrales. Les travaux de recherches de cette thèse visent à l'utilisation combinée des données 3D et hyper-spectrales. Ils visent également à démontrer le potentiel et la valeur ajoutée d'une approche combinée dans le contexte de différentes applications. Une attention particulière est accordée à l'identification et à l'extraction de caractéristiques dans les deux domaines et à l'utilisation de ces caractéristiques pour détecter des objets d'intérêt.Plus spécifiquement, nous proposons différentes approches pour combiner les données 3D et hyper-spectrales en fonction des technologies 3D et d’imagerie hyper-spectrale (HSI) utilisées et montrons comment chaque capteur peut compenser les faiblesses de l'autre. De plus, une nouvelle méthode basée sur des critères de forme dédiés à la classification de signatures spectrales et des règles de décision liés à l'analyse des signatures spectrales a été développée et présentée. Les forces et les faiblesses de cette méthode par rapport aux approches existantes sont discutées. Les expérimentations réalisées, dans le domaine du patrimoine culturel et du tri de déchets plastiques et électroniques, démontrent que la performance et l’efficacité de la méthode proposée sont supérieures à celles des méthodes de machines à vecteurs de support (SVM).En outre, une nouvelle méthode d'analyse basée sur les caractéristiques 3D et hyper-spectrales est présentée. L'évaluation de cette méthode est basée sur un exemple pratique du domaine des déchet d'équipements électriques et électroniques (WEEE) et se concentre sur la séparation de matériaux comme les plastiques, les carte à circuit imprimé (PCB) et les composants électroniques sur PCB. Les résultats obtenus confirment qu'une amélioration des ré-sultats de classification a pu être obtenue par rapport aux méthodes proposées précédemment.L’avantage des méthodes et processus individuels développés dans cette thèse est qu’ils peuvent être transposé directement à tout autre domaine d'application que ceux investigué, et généralisé à d’autres cas d’étude sans adaptation préalable
Ever-increasing demands for solutions that describe our environment and the resources it contains, require technologies that support efficient and comprehensive description, leading to a better content-understanding. Optical technologies, the combination of these technologies and effective processing are crucial in this context. The focus of this thesis lies on 3D scanning and hyperspectral technologies. Rapid developments in hyperspectral imaging are opening up new possibilities for better understanding the physical aspects of materials and scenes in a wide range of applications due to their high spatial and spectral resolutions, while 3D technologies help to understand scenes in a more detailed way by using geometrical, topological and depth information. The investigations of this thesis aim at the combined use of 3D and hyperspectral data and demonstrates the potential and added value of a combined approach by means of different applications. Special focus is given to the identification and extraction of features in both domains and the use of these features to detect objects of interest. More specifically, we propose different approaches to combine 3D and hyperspectral data depending on the HSI/3D technologies used and show how each sensor could compensate the weaknesses of the other. Furthermore, a new shape and rule-based method for the analysis of spectral signatures was developed and presented. The strengths and weaknesses compared to existing approach-es are discussed and the outperformance compared to SVM methods are demonstrated on the basis of practical findings from the field of cultural heritage and waste management.Additionally, a newly developed analytical method based on 3D and hyperspectral characteristics is presented. The evaluation of this methodology is based on a practical exam-ple from the field of WEEE and focuses on the separation of materials like plastics, PCBs and electronic components on PCBs. The results obtained confirms that an improvement of classification results could be achieved compared to previously proposed methods.The claim of the individual methods and processes developed in this thesis is general validity and simple transferability to any field of application