Dans le cadre d'utilisation des fibres optiques dans les réseaux FTTH (Fiber To The Home) et FTTB (Fiber To The Building), celles-ci subissent des contraintes et un environnement plus sévères que les fibres placées dans les réseaux actuels, c'est à dire les réseaux sous-marins et les réseaux enterrés. La fibre optique subit au cours du temps une modification de ses propriétés mécaniques, dûe à la diffusion d'eau à travers le revêtement polymère qui protège la fibre. Cette présence d'eau à l'interface silice-revêtement entraîne une modification de l'état de surface de la fibre optique. A cet effet dans ce travail de thèse nous avons développé un dispositif expérimental permettant l'étude à l'échelle nanométrique de la surface de silice des fibres optiques. Il s'agit d'un microscope de champ proche optique avec une régulation de type " shear force ". Cette technique fournit une information double, une information topographique et une information de nature optique. Dans un premier temps, nous présentons les notions concernant les propriétés mécaniques des fibres et les techniques de caractérisation s habituelles dans le domaine de la fiabilité. Ensuite, le dispositif de champ proche optique mis au point est détaillé, en particulier la partie concernant la boucle de rétroaction utilisant la force de cisaillement...

CE TRAVAIL ABORDE L'ANALYSE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE DES IMAGES OBTENUES A L'AIDE D'UN MICROSCOPE OPTIQUE EN CHAMP PROCHE A SONDE SANS OUVERTURE (APERTURELESS SNOM) UTILISANT DES SONDES VIBRANTES EN SILICIUM ET EN NITRURE DE SILICIUM. LE DISPOSITIF EXPERIMENTAL SE COMPOSE D'UN MICROSCOPE A FORCE ATOMIQUE (AFM) COMMERCIAL MODIFIE POUR INTEGRER UNE DETECTION OPTIQUE. LA SONDE AFM JOUE UN DOUBLE ROLE : EN PLUS DE SON ROLE DE DETECTEUR DES FORCES INTER-ATOMIQUES ENTRE SON L'EXTREMITE ET LA SURFACE DE L'ECHANTILLON, ELLE EST RESPONSABLE DE LA DIFFUSION DU CHAMP PROCHE OPTIQUE CONFINE AU DESSUS DE CETTE SURFACE. CETTE CONFIGURATION PERMET UNE ACQUISITION SIMULTANEE DES IMAGES SNOM (OPTIQUES) ET DES IMAGES AFM (TOPOGRAPHIQUES). LES PREMIERS RESULTATS, OBTENUS SUR UN ECHANTILLON TEST, MONTRENT UNE DEPENDANCE DES IMAGES SNOM A DES PARAMETRES PUREMENT OPTIQUES, TELS QUE LA POLARISATION DU FAISCEAU INCIDENT ET LES DIRECTIONS D'ILLUMINATION ET DE DETECTION. CES IMAGES SONT EGALEMENT SENSIBLES A LA DISTANCE MOYENNE SONDE-ECHANTILLON ET A L'AMPLITUDE DE VIBRATION DE LA SONDE. LE DISPOSITIF EXPERIMENTAL EST ENSUITE VALIDE PAR LA DETECTION D'UN CHAMP PROCHE OPTIQUE DE REFERENCE (L'ONDE EVANESCENT DE FRESNEL) ET PAR UNE COMPARAISON DES RESULTATS EXPERIMENTAUX AVEC DES CALCULS ISSUS DE LA MODELISATION DE LA DETECTION OPTIQUE. UNE PREMIERE APPLICATION DE NOTRE CONFIGURATION HYBRIDE AFM/SNOM CONCERNE L'IMAGERIE DE FLUORESCENCE. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT DES IMAGES COMPLEXES QUI DEMANDENT DES EXPERIENCES COMPLEMENTAIRES ET UNE COMPARAISON AVEC DES CALCULS NUMERIQUES UTILISANT UN MODELE REALISTE POUR LES INTERPRETER. LA DERNIERE PARTIE DE CE TRAVAIL TRAITE D'UNE ETUDE PRELIMINAIRE SUR LA MODELISATION DE LA DETECTION DES IMAGES DE SNOM UTILISANT UNE SONDE SANS OUVERTURE DANS LE MODE VIBRANT.

L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL A ETE D'ETUDIER ET DE DEVELOPPER UNE NOUVELLE TECHNIQUE DE MICROSCOPIE OPTIQUE EN CHAMP PROCHE (SNOM) AYANT LA PARTICULARITE D'UTILISER UNE POINTE METALLIQUE SANS OUVERTURE A LA PLACE DE NANO-OUVERTURES CLASSIQUEMENT UTILISEES. APRES AVOIR DECRIT LES PRINCIPALES CONFIGURATIONS SNOM EXISTANTES, NOUS PRESENTONS LE PRINCIPE PROPOSE ET DECRIVONS LE MONTAGE EXPERIMENTAL REALISE POUR LE CONCRETISER. LE MICROSCOPE DEVELOPPE TRAVAILLE EN REFLEXION, IL EST COUPLE A UN MICROSCOPE A FORCE ATOMIQUE (AFM), UTILISANT LA MEME POINTE, FONCTIONNANT EN MODE TAPPING. UNE FOIS LE MICROSCOPE EN CHAMP PROCHE REALISE NOUS AVONS ETUDIE LES INTERACTIONS ENTRE LA POINTE ET LA SURFACE DE L'ECHANTILLON ET EN AVONS DEDUIT LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES. DE NOMBREUSES IMAGES DANS LE VISIBLE (LONGUEUR D'ONDE = 0.67 MICRON) D'ECHANTILLONS DETERMINISTES (RESEAUX, LIGNES, MARCHES) ONT REVELE DANS UN PREMIER TEMPS UNE RESOLUTION OPTIQUE MEILLEURE QUE 100 NM A L'AIDE DE POINTES COMMERCIALES EN TUNGSTENE. PAR LA SUITE, L'UTILISATION DE POINTES EN TUNGSTENE QUE NOUS FABRIQUONS PAR ELECTROCHIMIE NOUS A PERMIS D'ATTEINDRE UNE RESOLUTION MEILLEURE QUE 15 NM (LONGUEUR D'ONDE SUR 45). DE PLUS, UNE INDEPENDANCE INDENIABLE ENTRE LES SIGNAUX SNOM ET AFM A ETE MIS EN EVIDENCE. L'UTILISATION DU MICROSCOPE DANS L'INFRAROUGE MOYEN (LONGUEUR D'ONDE = 10.6 MICRONS) A CONFIRME L'INTERET DE CETTE NOUVELLE APPROCHE PUISQUE NOUS AVONS ATTEINT UNE RESOLUTION D'ENVIRON LONGUEUR D'ONDE SUR 600 DANS CE DOMAINE SPECTRALE

GRACE A UNE SELECTION SPECTRALE TRES FINE, LA SPECTROSCOPIE A UNE MOLECULE CONSTITUE UNE TECHNIQUE PRIVILEGIEE POUR SONDER LES INTERACTIONS D'UNE SEULE MOLECULE AVEC SON PROCHE ENVIRONNEMENT (

Les techniques de microscopie optiques dites classiques sont limitées en résolution latérale par le critère de Rayleigh. La microscopie en champ proche optique à balayage (Scanning Near-field Optical Microscopy: SNOM) repose sur l'emploi d'une sonde de taille nanométrique (sublongueur d'onde) comme nano-détecteur (SNOM en mode collection) ou comme nano-source (SNOM en mode transmission). Cette sonde est basée sur des leviers de microscopie à force atomique (Atomic Force microscopy: AFM) classiques en Nitrure de Silicium métallisés et comportant une ouverture de 80nm. Cette thèse est destinée à la mise en place d'un AFM couplé à un SNOM en vue de l'obtention d'images simultanées de la topographie et du signal optique issu d'échantillons fluorescents. Après avoir présenté à la fois les différentes techniques classiques dédiées à la détection de fluorescence ainsi que les techniques de champ proche, les trois bancs de mesures utilisés (fonctionnant en mode illumination ou en mode collection en transmission) sont détaillés. L'imagerie AFM nécessitant une fixation de l'échantillon sur son support, différents protocoles de fixation sont présentés et leurs efficacités discutées selon le type d'échantillon et au regard de résultats AFM. Des simulations électromagnétiques sur la transmission optique de la pointe selon qu'elle fonctionne comme source ou détecteur sont réalisées, permettant de valider le mode SNOM en illumination en transmission. Enfin, l'étude d'un SNOM du commerce et du SNOM mis en place est basée sur l'imagerie AFM et Fluorescence-SNOM sur trois échantillons types: des bactéries (Escherichia coli) exprimant une protéine fluorescente (EGFP: Enhanced Green Fluoresceent Protein), des billes fluorescentes de diamètre 100nm et enfin des brins d'ADN peignés sur lame de verre

L'étude expérimentale et théorique dans le domaine du champ proche optique de l'excitation de plasmons de surface localisés sur une nano-particule métallique isolée est l'idée directrice de ce manuscrit. L'étude approfondie de leurs propriétés optiques à l'aide du microscope optique en champ proche à sonde sans ouverture (SNOM) développé au laboratoire à un objectif double : exploiter leurs propriétés de résonance pour exalter les signaux mesurés en spectroscopie Raman augmentée de surface, en microscopie et spectrocopie optiques en champ proche et améliorer la compréhension des processus physiques intervenant dans la caractérisation des surfaces à une échelle sub-longueur d'onde. Le dispositif expérimental est basé sur un microscope à force atomique (AFM). Celui-ci permet l'utilisation d'une sonde en silicium en tant que sonde diffusant le champ proche. L'AFM permet également l'asservissement nécessaire à la régulation de la distance sonde-échantillon. Une étude préliminaire a validé la capacité du microscope optique en champ proche à détecter une onde champ proche de référence, l'onde évanescente de Fresnel montrant ainsi le rôle joué par chacun des paramètres expérimentaux du SNOM. Nous avons réalisé une modélisation du système de détection optique et l'avons comparé aux résultats expérimentaux. Dans la partie principale du manuscrit, nous présentons les images de champs proche optique d'une particule d'or. Ces images sont l'aboutissement d'une étude approfondie où nous avons progressivement amélioré les performances du microscope. Nous nous sommes assurés que l'information extraite de ces images n'est pas issue d'artéfacts. Ces travaux ont permis de déterminer la résonance optique en champ proche d'une particule d'or isolée et une première approche comparative avec des modèles simples a été réalisée. Ces résultats sont prometteurs pour la compréhension du processus de détection des signaux de champ proche et pour leur exploitation en spectroscopie locale.