Modélisation de l'interaction entre une impulsion laser ultrabrève et une nanostructure plasmonique en milieu aqueux

Ces dernières années ont été marquées par une rapide évolution du domaine des nanotechnologies biomédicales. Plus particulièrement, l'utilisation de laser à impulsions ultrabrèves pour affecter localement et avec précision certaines structures cellulaires et sub-cellulaires présente un intérêt grandissant. Ce type d'impulsion, grâce à leur temps d'impulsion très court (100fs), permet en effet l'ablation efficace de matériau organique transparent tout en réduisant les dommages collatéraux provoqués aux structures environnantes. Cette technologie est néanmoins limitée par certaines contraintes physiques et technologiques, telle que la limite de diffraction, qui restreint ses performances et son application. L'utilisation de structures métalliques aux dimensions nanométriques permet de pallier à ce problème. Ces nanostructures ont en effet l'étonnante capacité d'absorber et de concentrer l'énergie du champ laser dans des volumes nanométriques, bien inférieurs à la limite de diffraction. Cette propriété est causée par l'excitation d'une oscillation collective des électrons de conduction du métal induite par le champ électromagnétique incident, appelée plasmon, qui absorbe et amplifie localement le champ électrique. L'excitation de ce plasmon est de nature résonante à une longueur d'onde incidente qui dépend fortement de la géométrie, des dimensions, du matériau et de l'environnement de la nanostructure. Le degré de localisation de l'énergie lumineuse atteint à l'aide de ces nanostructures plasmoniques est sans équivalent dans le monde macroscopique. Leur utilisation de concert avec des impulsions ultrabrèves permet par conséquent de concentrer l'énergie lumineuse et de réaliser l'ablation de structures avec une résolution bien supérieure à la limite de diffraction, et ce sans nécessiter un système optique de visualisation et de focalisation particulier. Au niveau cellulaire, cette technique permet de réaliser l'ablation ou la modification ciblée de structures cellulaires et sub-cellulaires avec une précision et une efficacité inégalée. Bien que plusieurs études aient démontré le potentiel de cette technologie, la compréhension des mécanismes physiques fondamentaux et phénomènes induits par l'irradiation demeure limitée. En particulier, aucun modèle décrivant l'ensemble des sources potentielles de dommages aux structures cellulaires (hausse de température, génération de plasma, émission d'ondes de pression, formation de bulles de cavitation) possiblement induites par l'irradiation de nanostructure plasmonique par des impulsions ultrabrèves n'est actuellement disponible dans la littérature. Cette thèse présente une modélisation complète de l'interaction d'une impulsion laser ultrabrève et d'une nanostructure plasmonique en milieu aqueux. Les propriétés optiques, mécaniques, thermiques de l'eau sont en effet suffisamment près de celles du milieu biologique