Spectroscopie ultra-rapide de l’activité optique de molécules chirales

Université de Strasbourg
Institut de Physique et de Chimie des Matériaux de Strasbourg
Spectroscopie ultra-rapide de l’activité
optique de molécules chirales
THÈSE
présentée et soutenue publiquement le 4 novembre 2011 pour obtenir le
titre de
Docteur en Sciences de l’Université de Strasbourg
Mention : Physique
par
Laureen Mangot
Jury :
Rapporteur Pierre-François Brevet,Professeur, Université Claude Bernard Lyon
Rapporteur Vincent Rodriguez,Professeur, Université Bordeaux I
Examinateur Stefan Haacke,Professeur, Université de Strasbourg
Membre invité Alain Fort,Directeur de recherche émerite, Université de Strasbourg
Directeur de thèse Honorat Kokou Dorkenoo,Professeur, Université de Strasbourg

Remerciements
Ce travail a été effectué à l’Institut de Physique et de Chimie des Matériaux de
Strasbourg au sein du Département d’Optique ultra-rapide et Nanophotonique, sous la
direction du professeur Honorat Dorkenoo à qui j’exprime ma gratitude pour m’avoir
permis de réaliser cette thèse.
Je remercie Alain Fort de m’avoir accueilli au sein de ce département et pour la
relecture de mon manuscrit.
Merci, également à Pierre-François Brevet, Vincent Rodriguez, Stefan Haacke et
Alain Fort de m’avoir fait l’honneur de participer à ce jury.
Je tiens à remercier l’équipe qui m’a aidée de près ou de loin sur ce projet. Je
remercie Grégory Taupier pour sa présence, sa rigueur et son aide sur les expériences.
Un grand merci à Michelangelo Roméo pour la précieuse aide au développement des
programmes informatiques, mais aussi pour sa pédagogie sur les expériences et sa bonne
humeur. J’adresse également mes remerciements à Alex Boeglin avec qui j’ai pu discuter
de l’aspect théorique de mes expériences. Je ne saurai assez remercier Olivier Crégut,
véritable "guide" scientifique, qui a su me transmettre ses connaissances et sa passion
pour l’optique, mais aussi m’aider dans les difficultés de la thèse. Je tiens aussi à exprimer
ma gratitude envers le service électronique et en particulier Jean-Pierre Vola. Merci à
Alberto Barsella pour ses conseils et son amitié et également à Loïc Mager. Je remercie
mes prédécesseurs Emel Sungur et Stéphane Klein pour leur sympathie.
Je remercie Mathieu Gallart pour son amitié et sa convivialité.
Merci à tous les doctorants que j’ai côtoyé tout au long du doctorat, en particu-
lier Thibaut Berdot, Yannick Hinschberger, Deung-Jang Choi, Guido Intronati, Nicolas

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Lehoux, Nicolas Stenger et Morgan Trassin pour leur soutien et leur amitié. Je remer-
cie les doctorants du DON, particulièrement Jean Besbas, Thomas Gelot, Marcelina et
Piotr Klajner, Sacha Maillot, Helene Vonesch, Bertrand Yuma et Amani Zagdoud. Merci
aux permanents que j’ai également côtoyé, plus particulièrement Virginie Stortz, Xavier
Ledoux, Dominique Quince.
Un immense merci à mon amie Aline pour son réconfort dans les difficultés et pour
les bons moments partagés ensemble.
Un merci tout particulier à Fred pour ses encouragements, son appui et l’indéfectible
patience dont il a fait preuve dans la dernière ligne droite.
Un grand merci à mes parents qui m’ont donné le goût pour les études et m’ont
permis de développer ma curiosité. Je n’oublie pas ma soeur Floriane, ma famille proche
qui m’a toujours épaulée et enfin Elastic pour sa chaleureuse présence.

"When all are one and one is all, To be a rock and not to roll."
Jimmy Page et Robert Plant [1].

Table des matières
Introduction 11
1 Les notions générales : l’activité optique et la chiralité 15
1.1 Histoire de l’activité optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.1.1 Découverte expérimentale de l’activité optique . . . . . . . . . . . 16
1.1.2 Découverte de l’origine géométrique et moléculaire de l’activité
optique, la chiralité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2 État de l’art : Les expériences d’activité optique résolues en temps . . . . 21
1.2.1 Jusqu’à la microseconde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.2 Jusqu’à la femtoseconde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.3 L’expérience ultra rapide d’activité optique résolue temporelle-
ment et spectralement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.4 Les applications des expériences d’activité optique résolues en temps 24
1.3 Théories macroscopiques de l’activité optique linéaire . . . . . . . . . . . 25
1.3.1 Définition de la polarisation de la lumière . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.2 Définition du pouvoir rotatoire et du dichroïsme circulaire . . . . 26
1.3.2.1 Le pouvoir rotatoire : La loi de Biot . . . . . . . . . . . 26
1.3.2.2 Le dichroïsme circulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3.3 L’activité optique, l’approche macroscopique . . . . . . . . . . . . 32
1.3.3.1 Induction électrique et magnétique . . . . . . . . . . . . 32
1.3.3.2 Equation d’onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.4 Théories microscopiques de l’activité optique linéaire . . . . . . . . . . . 38