Yousra TOUMI soutiendra sa thèse intitulée : « Développement de substrats innovants à base de couches minces optiques pour améliorer la sensibilité et la résolution latérale de la microscopie TIRF » le vendredi 19 septembre 2025 à 11h00, en salle Pierre Coton du laboratoire.
Composition du jury :
- Antoine MOREAU, Institut Pascal – Rapporteur
- Gérard COLAS DES FRANCS, Laboratoire ICB – Rapporteur
- Olivier GAUTHIER-LAFAYE, LAAS-CNRS – Président du jury
- Franck CHOLLET, Institut Femto-ST – Examinateur
- Anne-Laure FEHREMBACH, Institut Fresnel – Examinatrice
- Aude LEREU, Institut Fresnel – Directrice de thèse
- Guillaume DEMESY, Institut Fresnel – Co-directeur de thèse
- Julien LUMEAU, Institut Fresnel – Membre invité
Résumé : Cette thèse vise à améliorer les performances de la microscopie à fluorescence par réflexion totale interne (TIRF) en utilisant des multicouches diélectriques optiques conçues pour amplifier le champ évanescent. L’objectif est double : améliorer à la fois la sensibilité et la résolution latérale sans modifier le microscope ni les échantillons biologiques. Deux approches complémentaires ont été développées. La première repose sur la conception, la fabrication et la caractérisation d’un empilement multicouche structuré, appelé SAM (Structured All-dielectric Multilayer). Cette structure génère une exaltation localisée du champ à l’interface tout en structurant spatialement l’intensité à cette même interface. Cette structuration mène à une amélioration de la résolution latérale de TIRF-M en se basant sur le concept de la microscopie à illumination structurée (SIM). Deux configurations ont été explorées : l’une avec des gaps micro métriques, l’autre avec des gaps sub-longueur d’onde. La fabrication s’appuie sur des techniques de dépôt physique de couches minces et des procédés de lithographie adaptés aux différentes échelles. Les performances ont été validées par des caractérisations optiques et topographiques, montrant une nette amélioration du signal fluorescent et de la résolution. La seconde approche traite le bruit de fond, problématique majeure en imagerie TIRF. Pour comprendre l’origine de ce bruit de fond et dans une optique d’amélioration du rapport signal sur bruit, un modèle numérique par éléments finis a été développé pour étudier la diffusion lumineuse due à la rugosité du substrat. Ce modèle permet de prédire le diagramme de diffusion en fonction des propriétés optiques et topographiques du système, et peut être utilisé comme critère de sélection dans la conception de couches minces, en complément des critères optiques classiques. En combinant les deux approches, cette thèse propose une nouvelle voie vers une microscopie TIRF plus performante, adaptée aux exigences de l’imagerie biologique à haute résolution et faible bruit.
Mots clés : modélisation numérique, réseau de diffraction, structuration de la lumière, multicouches diélectriques résonnantes, ondes de surface de Bloch, diffusion de la lumière, rugosité de surface, microscopie TIRF
