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The main objective of this thesis is to interpret experimental measurements of the plasmonic properties of goldcolloidal particles.First, we study the optical near-field distribution around nano-platelets thanks to the photomigration technique. Thisindirect photo-chemical mapping uncovers a size effect by shining at 457 nm and 514 nm particles of different sizes, suggesting a quasi-modal response from the surface plasmons supported by these structures. This peculiar response is evidenced in the case of colloidal triangles of 500 nm side length.Then, we show that Two Photon Luminescence (TPL) offers another original way to probe the electromagnetic fielddistribution inside Au particles. We focus the TPL study on gold nano-rods and platelets. TPL maps show a strong confinement of the electromagnetic field inside these objects. Signal localization can be controlled by adjusting incident polarization.Simultaneously, we have developed a new tool based on the Green Dyadic Method (GDM) to reproduce and analyze TPL maps. They confirm specific near-field localization in the metal and provide a new insight into wavelength and particle shape influence. Our model suggests that TPL gives also access to the local density of plasmonic states in the particle and consequently that the coupling between two gold platelets could lead to a new design of a plasmonic modal logic gate. Finally, we have investigated the optical properties of gold nanoparticle chains. These nanoparticles fuse under theelectron beam of the TEM. The fusion shifts plasmons resonances of the chains towards the infrared region. These plasmonic modes have been studied spatially and spectrally using Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS). We have developed a theoretical model showing the link between the energy loss of a swift electron and the local density of states. Using the GDM, we have computed EELS maps of these nanoparticle chains.; Cette thèse a pour objectif principal d’interpréter des mesures expérimentales des propriétés plasmoniques denanoparticules d’or cristallines de différentes morphologies.Nous étudions tout d’abord, grâce à un film photosensible, la distribution du champ local autour de nano-prismes d’or.Cette cartographie indirecte révèle un effet de taille en irradiant à 457 nm et 514nm des objets de formes identiques mais de dimensions différentes, suggérant une réponse quasi-modale des plasmons supportés par ces structures. Cette réponse quasimodale est mise en évidence dans le cas de prismes triangulaires de 500 nm de côté.Dans une seconde étape, nous montrons que la luminescence à deux photons (TPL) offre un autre moyen original desonder la distribution du champ électromagnétique à l’intérieur de ces particules. En particulier, nous considérons le cas des nano-bâtonnets et des prismes d’or. Les cartes TPL montrent un fort confinement du champ à l’intérieur de ces objets. La localisation du signal peut être contrôlée en ajustant la polarisation incidente. Parallèlement, nous avons développé un nouvel outil de simulation pour reproduire et interpréter les cartes TPL. Elles confirment la spatialisation spécifique du champ proche et nous renseignent sur l’influence de la longueur d’onde et de la forme des prismes. Notre modèle suggère que la TPL donne aussi accès à la densité locale d’états plasmoniques dans la particule, et que le couplage entre deux nano-prismes peut constituer une nouvelle façon de concevoir des portes logiques modales plasmoniques.Enfin, nous avons étudié les propriétés optiques de chaines de sphères d’or d’une dizaine de nanomètres de diamètre. Les particules constituant ces chaines fusionnent sous l’effet du faisceau du microscope électronique en transmission ce qui conduit à un décalage dans l’infrarouge des modes de résonance plasmon. Nous avons caractérisé spatialement et spectralement ces modes plasmons par spectroscopie de pertes d’énergie (EELS). Grâce à la polyvalence du formalisme des fonctions de Green, et en nous appuyant sur une modélisation théorique montrant le lien entre signal de perte et densité locale d’états, nous avons simulé des cartes EELS de ces objets.

The work deals with the integration of passive components for the conversion and storage of energy in the general context of portable electronic devices. The development of micro-electronics lead to the miniaturization of electronic circuits, pushing the expansion of portable electronic devices usage (smart phones, tablets, digital cameras pictures ... etc) and the emergence of networks of communicating sensors for ambient intelligence. One of the challenges of the coming years is to meet the ever-increasing number of functionalities and provide energy autonomy for these different objects. Miniaturization and 3D heterogeneous integration approach are solutions to overcome the technological barriers and address these issues. In power circuits providing conversion and energy management, the size of converters is defined by the size of passive elements. I will present the work carried out since 2005 at LAAS-CNRS for the integration of passive components (coils, capacitors) on silicon dedicated to energy management circuits. The work focuses on the design, development of topologies and technologies for micro-coils (L) and integrated capacitors (C). For highdensity capacitors (above 500 nF.mm-2), silicon etching technologies were explored associated with the synthesis of high-k materials. Regarding micro-coils, to reach specifications defined by low power converters, developments mainly concern the integration of magnetic core and technologies for depositing thick insulation and metal layers. In the long term, to produce power supply on-chip, stacking of multi-functional chips are desired. We will show some ways of integration: passive chip, or passive-active co-integration. In a second part, we will discuss the energy autonomy of microsystems (sensors or other). Many research has emerged since the early 2000s around microsystems harvesting ambient energy: solar, thermal, mechanical, acoustic. Since the harvested energy is intermittent, there is the need for a buffer energy storage. In this case, the best solution is to use a supercapacitor storage element which has almost unlimited lifetime. I will present the research activities related to the integration of micro-supercapacitors on silicon. The first devices based on activated carbon and other nanostructured carbons showed very interesting performance: 250 mJ.cm-2 in energy and 200 mW.cm-2 in power respectively. Finally, research perspectives will be proposed and discussed.; Les travaux présentés traitent de l'intégration des composants passifs pour la conversion et le stockage de l'énergie dans un contexte général de l'électronique nomade. Le développement de la micro-électronique conduisant à la miniaturisation des circuits électroniques a permis le boom de l'électronique nomade (smart phones, tablettes, appareils photos numériques, etc.) et l'émergence des réseaux de capteurs communicants (intelligence ambiante). Les enjeux des années à venir sont : toujours plus de fonctionnalités et l'augmentation de l'autonomie énergétique de ces différents objets. La miniaturisation et l'approche de l'intégration hétérogène 3D font partie des solutions pour lever les verrous technologiques associés à ces défis. Concernant les circuits de puissance assurant la conversion et la gestion de l'énergie, la taille des convertisseurs est définie par l'encombrement des éléments passifs les constituant. Je présenterai les travaux réalisés depuis 2005 au LAAS-CNRS permettant l'intégration sur silicium de composants passifs (bobines, condensateurs) pour ces systèmes de gestion de l'énergie. Les travaux sont axés sur la conception, le développement des topologies et des filières technologiques pour micro-bobines (L) et condensateurs intégrés (C). Ainsi, pour des condensateurs à forte densité (au-delà des 500 nF.mm-2), les technologies de gravure du silicium ont été explorées associées à la synthèse et la caractérisation de matériaux à forte permittivité diélectrique. En ce qui concerne les micro-bobines, pour répondre au cahier des charges des convertisseurs fonctionnant autour du watt, les développements se concentrent sur l'intégration du noyau magnétique ainsi que les technologies de dépôts épais d'isolants et de métaux. A long terme, pour produire des alimentations toutes intégrées sur puce, l'intégration et l'empilement de puces multi-fonctionnelles sont à concevoir. Nous montrerons quelques pistes d'intégration : puce passive (contenant bobine et condensateur sur le même substrat), ou co-intégration passif-actifs au sein de la filière d'intégration fonctionnelle. Dans un deuxième volet, nous aborderons la thématique de l'autonomie énergétique des microsystèmes (capteurs ou autre). De nombreux travaux de recherche ont émergé depuis le début des années 2000 sur les microsystèmes de récupération de l'énergie ambiante : solaire, thermique, mécanique, acoustique. Etant donné la nécessité d'un stockage tampon de l'énergie récupérée, la solution la plus pertinente est d'utiliser un supercondensateur, élément de stockage présentant des durées de vie quasi-illimitées. Je présenterai les activités de recherche liées à l'intégration de micro-supercondensateurs sur silicium. Les premiers dispositifs à base de charbon actif et autres carbones nanostructurés ont montré des performances intéressantes : près de 250 mJ.cm-2 d'énergie et 200 mW.cm-2 de puissance. Finalement, les perspectives de recherche sur ces thématiques seront proposées et discutées.

National audience; The realization of high-energy micro-supercapacitors is currently a big challenge but the ineluctable applications requiring such miniaturized energy storage devices are continuously emerging. Their high power and extended lifetime are interesting for the complement or replacement of micro-batteries in embedded micro-systems. New types of electrodes for micro-supercapacitors will be reviewed with a focus on device fabrication methods and their performances. A 3D paradigm shift of micro-supercapacitor design will also be discussed to improve their energetic performances while maintaining reduced footprint occupancy.; Les microsupercondensateurs sont des microdispositifs de stockage réversible de l’énergie électrique constituant une alternative intéressante aux microbatteries en raison de leur puissance élevée et de leur durée de vie importante. La faible quantité d’énergie qu’ils peuvent emmagasiner reste cependant un point critique au déploiement de ces composants dans les microsystèmes embarqués. Cette soutenance sera dédiée aux nouveaux types d’électrodes de microsupercondensateurs, des filières technologiques pour les intégrer au sein du microdispositif et des performances de ces électrodes. Il sera notamment question de l’utilisation d’électrodes tridimensionnelles pour accroître leur densité d’énergie surfacique.

First, C. acetobutylicum was metabolically engineered to produce a biofuel consisting of an isopropanol/butanol/ethanol (IBE) mixture. Different synthetic isopropanol operons were constructed and introduced on plasmids in a butyrate minus mutant strain (C. acetobutylicum ATCC 824 Δcac15ΔuppΔbuk) in which the butyrate pathway was deleted. The best strain expressing the isopropanol operon from the thl promoter was selected from batch experiments at pH 5.0. By further optimizing the pH of the culture, an IBE mixture with almost no by-products was produced at a titer of 21 g.l-1, a yield of 0.34 g.g-1 and productivity of 0.8 g.l-1.h-1, values never reached before. IBE production was also shown to be efficient using xylose or xylan as the sole carbon source with 10.4 g.l-1 IBE produce at a yield of 0.31 g.g-1 from xylose and 4.28 g.l-1 IBE produce at a yield of 0.28 g.g-1 from xylan. Furthermore, by performing in vivo and in vitro flux analysis of the synthetic isopropanol pathway, this flux was identified to be limited by acetate intracellular concentration and the high Km of CoA-transferase for acetate. A synthetic CoA-transferase based on the AtoAD E. coli characteristics was designed, synthesized and evaluated in vivo. This enzyme, that displays a lower Km for acetate, was found to be a good candidate to alleviate the bottleneck of the isopropanol pathway. Secondly, several strategies were evaluated to redraw C. acetobutylicum metabolism and finally construct a strain able to produce isopropanol as the only fermentation product from glucose or xylose. To overcome the severe redox imbalance caused by homo-isopropanolic fermentation, several strategies were investigated. On the one hand, a new class of electron bifurcating enzyme, the NADH hydrogenases, that can use NADH and ferredoxin to produce H2, were evaluated in C. acetobutylicum. This strategy opens the alternative to produce isopropanol and H2 from glucose without any carbon lost. On the other hand, the use of an alternative catabolic pathway, the phosphocetolase pathway, for xylose utilization and acetyl-CoA production was evaluated. These results allow the identification of the metabolic bottlenecks to overcome to obtain a C. acetobutylicum strain able to produce only isopropanol from xylose at high yield; Une stratégie d’ingénierie du métabolisme de C. acetobutylicum a été développée afin de construire une souche capable de produire de l’isopropanol à partir de sucres en C5, en C6 ou de substrats plus complexes. Dans un premier temps, une souche de C. acetobutylicum a été ingénieriée pour la production d’un mélange isopropanol/butanol/éthanol (IBE), ce microorganisme n’étant pas capable de produire naturellement de l’isopropanol. Différents opérons, exprimant une voie synthétique de production d’isopropanol, ont été construits et introduits à partir d’un plasmide dans une souche chez laquelle la voie de synthèse du butyrate a été supprimée (C. acetobutylicum ATCC 824 Δcac15ΔuppΔbuk). La souche la plus performante a été sélectionnée à partir de cultures réalisées en fermenteur, en mode discontinu à pH 5,0 et s’est avérée être celle exprimant la voie de l’isopropanol sous la dépendance du promoteur thl. Une optimisation des paramètres de culture a conduit à la production d’un mélange IBE, à partir de glucose, à une concentration de 21 g.l-1, un rendement de 0,34 g.g-1 et une productivité de 0,8 g.l-1.h-1. La production du mélange IBE à partir de xylose ou de xylane comme unique source de carbone a également été démontrée et permet une production IBE de 10,4 g.l-1 avec un rendement de 0,31 g.g-1 sur xylose et une production IBE de 4,28 g.l-1 avec un rendement de 0,28 g.g-1 sur xylane. Enfin, l’analyse des flux passant par la voie de l’isopropanol a permis d’identifier l’étape limitant la production de ce composé. Cette dernière semble être liée à la concentration en acétate intracellulaire et aux propriétés catalytiques la CoA-transférase, qui possède une faible affinité pour l’acétate. Ainsi, une CoA-transférase synthétique basée sur les caractéristiques de la CoA-transférase AtoAD d’E. coli, qui est décrite comme ayant un Km pour l’acétate plus faible, a été conçue et exprimée dans la souche précédement construite afin de tenter de lever la limitation de la voie de synthèse de l’isopropanol. Dans un deuxième temps, des modifications supplémentaires du métabolisme de C. acetobutylicum ont été effectuée afin de produire de l’isopropanol comme unique produit de fermentation à partir de glucose ou de xylose. Différentes stratégies ont alors été évaluées dans le but de contourner le déséquilibre rédox causé par la délétion des voies parasites consommatrices de carbone. Ainsi, des outils permettant la mesure d’activité hydrogénase, in-vivo et in-vitro, ont été développés pour tester la fonctionnalité de 3 hydrogénases, utilisant la bifurcation d’électrons pour la production d’H2 à partir de NADH et de ferrédoxine. Une deuxième stratégie utilisant les potentialités de la voie des phosphocétolases pour la métabolisation du xylose en acétyl-CoA a été étudiée et des résultats prometteurs ont été obtenus malgré les limitations actuellement rencontrées