Controlling Subnanometer Gaps in Plasmonic Dimers Using Graphene

Graphene is used as the thinnest possible spacer between gold nanoparticles and a gold substrate. This creates a robust, repeatable, and stable subnanometer gap for massive plasmonic field enhancements. White light spectroscopy of single 80 nm gold nanoparticles reveals plasmonic coupling between the particle and its image within the gold substrate. While for a single graphene layer, spectral doublets from coupled dimer modes are observed shifted into the near-infrared, these disappear for increasing numbers of layers. These doublets arise from charger-transfer-sensitive gap plasmons, allowing optical measurement to access out-of-plane conductivity in such layered systems. Gating the graphene can thus directly produce plasmon tuning.

Tailoring Alphabetical Metamaterials in Optical Frequency: Plasmonic Coupling, Dispersion, and Sensing

Tailoring optical properties of artificial metamaterials, whose optical properties go beyond the limitations of conventional and naturally occurring materials, is of importance in fundamental research and has led to many important applications such as security imaging, invisible cloak, negative refraction, ultrasensitive sensing, transformable and switchable optics. Herein, by precisely controlling the size, symmetry and topology of alphabetical metamaterials with U, S, Y, H, U-bar and V shapes, we have obtained highly tunable optical response covering visible-to-infrared (Vis-NIR) optical frequency. In addition, we show a detailed study on the physical origin of resonance modes, plasmonic coupling, the dispersion of electronic and magnetic surface plasmon polaritons, and the possibility of negative refraction. We have found that all the electronic and magnetic modes follow the dispersion of surface plasmon polaritons thus essentially they are electronic- and magnetic-surface-plasmon-polaritons-like (ESPP-like and MSPP-like) modes resulted from diffraction coupling between localized surface plasmon and freely-propagating light. Based on the fill factor and formula of magnetism permeability, we predict that the alphabetical metamaterials should show the negative refraction capability in visible optical frequency. Furthermore, we have demonstrated the specific ultrasensitive surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) sensing of monolayer molecules and femtomolar food contaminants by tuning their resonance to match the laser wavelength, or by tuning the laser wavelength to match the plasmon resonance of metamaterials. Our tunable alphabetical metamaterials provide a generic platform to study the electromagnetic properties of metamaterials and explore the novel applications in optical frequency.

SN 2009N: linking normal and subluminous Type II-P Sne

We present ultraviolet, optical, near-infrared photometry and spectroscopy of SN 2009N in NGC 4487. This object is a Type II-P supernova with spectra resembling those of subluminous II-P supernovae, while its bolometric luminosity is similar to that of the intermediate-luminosity SN 2008in. We created SYNOW models of the plateau phase spectra for line identification and to measure the expansion velocity. In the near-infrared spectra we find signs indicating possible weak interaction between the supernova ejecta and the pre-existing circumstellar material. These signs are also present in the previously unpublished near-infrared spectra of SN 2008in. The distance to SN 2009N is determined via the expanding photosphere method and the standard candle method as D = 21.6 ± 1.1 Mpc. The produced nickel-mass is estimated to be ∼0.020 ± 0.004 M⊙. We infer the physical properties of the progenitor at the explosion through hydrodynamical modelling of the observables. We find the values of the total energy as ∼0.48 × 1051 erg, the ejected mass as ∼11.5 M⊙, and the initial radius as ∼287 R⊙.

Temperature dependence of the mid-infrared dielectric function of YBCO in the ab plane

We have excited mid-infrared surface plasmons in two YBCO thin films of contrasting properties using attenuated total reflection of light and found that the imaginary part of the dielectric function decreases linearly with reduction in temperature. This result is in contrast with the commonly reported conclusion of infrared normal reflectance studies. If sustained it may clarify the problem of understanding the normal state properties of YBCO and the other cuprates. The dielectric function of the films, epsilon = epsilon(1) + i epsilon(2), was determined between room temperature and 80K: epsilon(1) was found to be only slightly temperature dependent but somewhat sample dependent, probably as a result of surface and grain boundary contamination. The imaginary part, epsilon(2), (and the real part of the conductivity, sigma(1),) decreased linearly with reduction in temperature in both films. Results obtained were: for film 1: epsilon(1) = - 14.05 - 0.0024T and epsilon(2) - 4.11 + 0.086T and for film 2: epsilon(1) = - 24.09 + 0.0013T and epsilon(2) = 7.66 + 0.067T where T is the temperature in Kelvin. An understanding of the results is offered in terms of temperature-dependent intrinsic intragrain inelastic scattering and temperature-independent contributions: elastic and inelastic grain boundary scattering and optical interband (or localised charge) absorption. The relative contribution of each is estimated. A key conclusion is that the interband (or localised charge) absorption is only similar to 10%. Most importantly, the intrinsic scattering rate, 1/tau, decreases linearly with fall in temperature, T, in a regime where current theory predicts dependence on frequency, omega, to dominate. The coupling constant, lambda, between the charge carriers and the thermal excitations has a value of 1.7, some fivefold greater than the far infrared value. These results imply a need to restate the phenomenology of the normal state of high temperature superconductors and seek a corresponding theoretical understanding.

SN 2009ib: a Type II-P supernova with an unusually long plateau

We present optical and near-infrared photometry and spectroscopy of SN 2009ib, a Type II-P supernova in NGC 1559. This object has moderate brightness, similar to those of the intermediate-luminosity SNe 2008in and 2009N. Its plateau phase is unusually long, lasting for about 130 d after explosion. The spectra are similar to those of the subluminous SN 2002gd, with moderate expansion velocities. We estimate the Ni-56 mass produced as 0.046 +/- A 0.015 M-aS (TM). We determine the distance to SN 2009ib using both the expanding photosphere method (EPM) and the standard candle method. We also apply EPM to SN 1986L, a Type II-P SN that exploded in the same galaxy. Combining the results of different methods, we conclude the distance to NGC 1559 as D = 19.8 +/- A 3.0 Mpc. We examine archival, pre-explosion images of the field taken with the Hubble Space Telescope, and find a faint source at the position of the SN, which has a yellow colour [(V - I)(0) = 0.85 mag]. Assuming it is a single star, we estimate its initial mass as M-ZAMS = 20 M-aS (TM). We also examine the possibility, that instead of the yellow source the progenitor of SN 2009ib is a red supergiant star too faint to be detected. In this case, we estimate the upper limit for the initial zero-age main sequence (ZAMS) mass of the progenitor to be similar to 14-17 M-aS (TM). In addition, we infer the physical properties of the progenitor at the explosion via hydrodynamical modelling of the observables, and estimate the total energy as similar to 0.55 x 10(51) erg, the pre-explosion radius as similar to 400 R-aS (TM), and the ejected envelope mass as similar to 15 M-aS (TM), which implies that the mass of the progenitor before explosion was similar to 16.5-17 M-aS (TM).

Massive stars exploding in a He-rich circumstellar medium - IV. Transitional Type Ibn supernovae

We present ultraviolet, optical and near-infrared data of the Type Ibn supernovae (SNe) 2010al and 2011hw. SN 2010al reaches an absolute magnitude at peak of M-R = -18.86 +/- 0.21. Its early light curve shows similarities with normal SNe Ib, with a rise to maximum slower than most SNe Ibn. The spectra are dominated by a blue continuum at early stages, with narrow P-Cygni He I lines indicating the presence of a slow-moving, He-rich circumstellar medium. At later epochs, the spectra well match those of the prototypical SN Ibn 2006jc, although the broader lines suggest that a significant amount of He was still present in the stellar envelope at the time of the explosion. SN 2011hw is somewhat different. It was discovered after the first maximum, but the light curve shows a double peak. The absolute magnitude at discovery is similar to that of the second peak (M-R = -18.59 +/- 0.25), and slightly fainter than the average of SNe Ibn. Though the spectra of SN 2011hw are similar to those of SN 2006jc, coronal lines and narrow Balmer lines are clearly detected. This indicates substantial interaction of the SN ejecta with He-rich, but not H-free, circumstellar material. The spectra of SN 2011hw suggest that it is a transitional SN Ibn/IIn event similar to SN 2005la. While for SN 2010al the spectrophotometric evolution favours a H-deprived Wolf-Rayet progenitor (of WN-type), we agree with the conclusion of Smith et al. that the precursor of SN 2011hw was likely in transition from a luminous blue variable to an early Wolf-Rayet (Ofpe/WN9) stage.

SN2012ca: a stripped envelope core-collapse SN interacting with dense circumstellar medium

We report optical and near-infrared observations of SN2012ca with the Public ESO Spectroscopy Survey of Transient Objects (PESSTO), spread over one year since discovery. The supernova (SN) bears many similarities to SN1997cy and to other events classified as Type IIn but which have been suggested to have a thermonuclear origin with narrow hydrogen lines produced when the ejecta impact a hydrogen-rich circumstellar medium (CSM). Our analysis, especially in the nebular phase, reveals the presence of oxygen, magnesium and carbon features. This suggests a core-collapse explanation for SN2012ca, in contrast to the thermonuclear interpretation proposed for some members of this group. We suggest that the data can be explained with a hydrogen- and helium-deficient SN ejecta (Type I) interacting with a hydrogen-rich CSM, but that the explosion was more likely a Type Ic core-collapse explosion than a Type Ia thermonuclear one. This suggests that two channels (both thermonuclear and stripped envelope core-collapse) may be responsible for these SN 1997cy-like events.

Distant activity of 67P/Churyumov-Gerasimenko in 2014: Ground-based results during the Rosetta pre-landing phase

As the ESA Rosetta mission approached, orbited, and sent a lander to comet 67P/Churyumov-Gerasimenko in 2014, a large campaign of ground-based observations also followed the comet. We constrain the total activity level of the comet by photometry and spectroscopy to place Rosetta results in context and to understand the large-scale structure of the comet's coma pre-perihelion. We performed observations using a number of telescopes, but concentrate on results from the 8m VLT and Gemini South telescopes in Chile. We use R-band imaging to measure the dust coma contribution to the comet's brightness and UV-visible spectroscopy to search for gas emissions, primarily using VLT/FORS. In addition we imaged the comet in near-infrared wavelengths (JHK) in late 2014 with Gemini-S/Flamingos 2. We find that the comet was already active in early 2014 at heliocentric distances beyond 4 au. The evolution of the total activity (measured by dust) followed previous predictions. No gas emissions were detected despite sensitive searches. The comet maintains a similar level of activity from orbit to orbit, and is in that sense predictable, meaning that Rosetta results correspond to typical behaviour for this comet. The gas production (for CN at least) is highly asymmetric with respect to perihelion, as our upper limits are below the measured production rates for similar distances post-perihelion in previous orbits.

DRIFT and DRUV spectroscopy methods for studying the interaction of metal compounds with native cellulose

Dissertação de mestrado, Qualidade em Análises, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Detailed phenotypic and genotypic characterization of bietti crystalline dystrophy

OBJECTIVE: To provide a detailed phenotype/genotype characterization of Bietti crystalline dystrophy (BCD). DESIGN: Observational case series. PARTICIPANTS: Twenty patients from 17 families recruited from a multiethnic British population. METHODS: Patients underwent color fundus photography, near-infrared (NIR) imaging, fundus autofluorescence (FAF) imaging, spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT), and electroretinogram (ERG) assessment. The gene CYP4V2 was sequenced. MAIN OUTCOME MEASURES: Clinical, imaging, electrophysiologic, and molecular genetics findings. RESULTS: Patients ranged in age from 19 to 72 years (median, 40 years), with a visual acuity of 6/5 to perception of light (median, 6/12). There was wide intrafamilial and interfamilial variability in clinical severity. The FAF imaging showed well-defined areas of retinal pigment epithelium (RPE) loss that corresponded on SD-OCT to well-demarcated areas of outer retinal atrophy. Retinal crystals were not evident on FAF imaging and were best visualized with NIR imaging. Spectral domain OCT showed them to be principally located on or in the RPE/Bruch's membrane complex. Disappearance of the crystals, revealed by serial recording, was associated with severe disruption and thinning of the RPE/Bruch's membrane complex. Cases with extensive RPE degeneration (N = 5) had ERGs consistent with generalized rod and cone dysfunction, but those with more focal RPE atrophy showed amplitude reduction without delay (N = 3), consistent with restricted loss of function, or that was normal (N = 2). Likely disease-causing variants were identified in 34 chromosomes from 17 families. Seven were novel, including p.Met66Arg, found in all 11 patients from 8 families of South Asian descent. This mutation appears to be associated with earlier onset (median age, 30 years) compared with other substitutions (median age, 41 years). Deletions of exon 7 were associated with more severe disease. CONCLUSIONS: The phenotype is highly variable. Several novel variants are reported, including a highly prevalent substitution in patients of South Asian descent that is associated with earlier-onset disease. Autofluorescence showed sharply demarcated areas of RPE loss that coincided with abrupt edges of outer retinal atrophy on SD-OCT; crystals were generally situated on or in the RPE/Bruch's complex but could disappear over time with associated RPE disruption. These results support a role for the RPE in disease pathogenesis.

Desenvolvimento e aplicação de um biossensor para monitorização de creatinina, um biomarcador associado a doenças emergentes

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um material sensor para creatinina por impressão molecular em estrutura polimérica (MIP) e a sua aplicação no desenvolvimento de um dispositivo de natureza potenciométrica para a determinação da molécula alvo em fluidos biológicos. A creatinina é um dos biomarcadores mais utilizados no acompanhamento da doença renal, já que é um bom indicador da taxa de filtração glomerular (TFG). Os materiais biomiméticos desenhados para interação com a creatinina foram obtidos por polimerização radicalar, recorrendo a monómeros de ácido metacríclico ou de vinilpiridina e a um agente de reticulação apropriado. De modo a aferir o efeito da impressão da creatinina na resposta dos materiais MIP à sua presença, foram também preparados e avaliados materiais de controlo, obtidos sem impressão molecular (NIP). O controlo da constituição química destes materiais, incluindo a extração da molécula impressa, foi realizado por Espectroscopia de Raman e de Infravermelho com Transformada de Fourrier. A afinidade de ligação entre estes materiais e a creatinina foi também avaliada com base em estudos cinéticos. Todos os materiais descritos foram integrados em membranas selectivas de elétrodos seletivos de ião, preparadas sem ou com aditivo iónico lipófilo, de carga negativa ou positiva. A avaliação das características gerais de funcionamento destes elétrodos, em meios de composição e pH diferentes, indicaram que as membranas com materiais impressos e aditivo aniónico eram as únicas com utilidade analítica. Os melhores resultados foram obtidos em solução tampão Piperazine-N,N′-bis(2- ethanesulfonic acid), PIPES, de pH 2,8, condição que permitiu obter uma resposta quasi-Nernstiana, a partir de 1,6×10-5 mol L-1. Estes elétrodos demonstraram ainda uma boa selectividade ao apresentaram uma resposta preferencial para a creatinina quando na presença de ureia, carnitina, glucose, ácido ascórbico, albumina, cloreto de cálcio, cloreto de potássio, cloreto de sódio e sulfato de magnésio. Os elétrodos foram ainda aplicados com sucesso na análise de amostras sintéticas de urina, quando os materiais sensores eram baseados em ácido metacrilico, e soro, quando os materiais sensores utilizados eram baseados em vinilpiridina.

Montage et caractérisation d’un système de spectroscopie Raman accordable en longueur d’onde utilisant des réseaux de Bragg comme filtre : application aux nanotubes de carbone

La spectroscopie Raman est un outil non destructif fort utile lors de la caractérisation de matériau. Cette technique consiste essentiellement à faire l’analyse de la diffusion inélastique de lumière par un matériau. Les performances d’un système de spectroscopie Raman proviennent en majeure partie de deux filtres ; l’un pour purifier la raie incidente (habituellement un laser) et l’autre pour atténuer la raie élastique du faisceau de signal. En spectroscopie Raman résonante (SRR), l’énergie (la longueur d’onde) d’excitation est accordée de façon à être voisine d’une transition électronique permise dans le matériau à l’étude. La section efficace d’un processus Raman peut alors être augmentée d’un facteur allant jusqu’à 106. La technologie actuelle est limitée au niveau des filtres accordables en longueur d’onde. La SRR est donc une technique complexe et pour l’instant fastidieuse à mettre en œuvre. Ce mémoire présente la conception et la construction d’un système de spectroscopie Raman accordable en longueur d’onde basé sur des filtres à réseaux de Bragg en volume. Ce système vise une utilisation dans le proche infrarouge afin d’étudier les résonances de nanotubes de carbone. Les étapes menant à la mise en fonction du système sont décrites. Elles couvrent les aspects de conceptualisation, de fabrication, de caractérisation ainsi que de l’optimisation du système. Ce projet fut réalisé en étroite collaboration avec une petite entreprise d’ici, Photon etc. De cette coopération sont nés les filtres accordables permettant avec facilité de changer la longueur d’onde d’excitation. Ces filtres ont été combinés à un laser titane : saphir accordable de 700 à 1100 nm, à un microscope «maison» ainsi qu’à un système de détection utilisant une caméra CCD et un spectromètre à réseau. Sont d’abord présentés les aspects théoriques entourant la SRR. Par la suite, les nanotubes de carbone (NTC) sont décrits et utilisés pour montrer la pertinence d’une telle technique. Ensuite, le principe de fonctionnement des filtres est décrit pour être suivi de l’article où sont parus les principaux résultats de ce travail. On y trouvera entre autres la caractérisation optique des filtres. Les limites de basses fréquences du système sont démontrées en effectuant des mesures sur un échantillon de soufre dont la raie à 27 cm-1 est clairement résolue. La simplicité d’accordabilité est quant à elle démontrée par l’utilisation d’un échantillon de NTC en poudre. En variant la longueur d’onde (l’énergie d’excitation), différentes chiralités sont observées et par le fait même, différentes raies sont présentes dans les spectres. Finalement, des précisions sur l’alignement, l’optimisation et l’opération du système sont décrites. La faible acceptance angulaire est l’inconvénient majeur de l’utilisation de ce type de filtre. Elle se répercute en problème d’atténuation ce qui est critique plus particulièrement pour le filtre coupe-bande. Des améliorations possibles face à cette limitation sont étudiées.

Contribution de l'hypoxie à la cicatrisation cutanée anormale chez le cheval : méthodes physiques d'évaluation

La guérison des plaies cutanées appendiculaires chez le cheval, à la différence de celle des plaies corporelles, se complique régulièrement. Un retard de cicatrisation s’y observe et un tissu de granulation exubérant tend à s’y développer, le tout menant à une cicatrice pathologique hypertrophiée. La pathogénie exacte du tissu de granulation exubérant chez le cheval demeure inconnue à ce jour. Une hypoxie tissulaire pourrait favoriser son développement tout comme elle semble contribuer au développement de cicatrices cutanées pathologiques similaires observées chez l’Homme. L’objectif de cette étude était d’évaluer la perfusion vasculaire et la disponibilité locale en oxygène de plaies cutanées appendiculaires et corporelles en cours de cicatrisation normale et pathologique chez le cheval, à l’aide de la thermographie infrarouge et de la spectroscopie par réflectance dans le proche infrarouge. Six juments âgées de 3 à 4 ans ont été utilisées. Trois plaies cutanées ont été créées à l’aspect dorso-latéral du canon des membres thoraciques (plaies appendiculaires), et sur la paroi costale de l’un des hémithorax (plaies corporelles). Chez chaque jument, un canon a été aléatoirement bandé dans le but d’induire la formation de tissu de granulation exubérant dans les plaies s’y trouvant, tel que rapporté. La perfusion vasculaire et la disponibilité locale en oxygène ont été évaluées séquentiellement par thermographie infrarouge et spectroscopie par réflectance dans le proche infrarouge pour chaque plaie de chaque site (thorax; membre bandé; membre non bandé) au cours du processus de cicatrisation cutanée. Un modèle linéaire à doubles mesures répétées associé à une correction séquentielle de Bonferroni a révélé des différences significatives de perfusion vasculaire et de disponibilité locale en oxygène entre les plaies appendiculaires et corporelles. Ainsi la perfusion vasculaire et la disponibilité locale en oxygène étaient significativement plus élevées dans les plaies corporelles (P<0.05) et la perfusion vasculaire était significativement plus élevée dans les plaies appendiculaires non bandées que dans celles bandées (P<0.05). Nous avons récemment rapporté une plus grande occlusion de la micro-vascularisation au niveau des plaies appendiculaires chez le cheval. Nous rapportons maintenant que la perfusion vasculaire et la disponibilité locale en oxygène sont significativement inférieures dans les plaies appendiculaires, en particulier lorsqu’un tissu de granulation exubérant s’y développe. Compilés, ces résultats sous-tendent l’hypothèse que les plaies appendiculaires souffrent d’une altération de la perfusion vasculaire à l’origine possible d’une hypoxie tissulaire qui pourrait favoriser une cicatrisation cutanée anormale, telle la formation d’un tissu de granulation exubérant.

Détection et caractérisation de naines brunes et exoplanètes avec un filtre accordable pour applications dans l'espace

Cette thèse porte sur la capacité à détecter des compagnons de faible intensité en présence de bruit de tavelures dans le contexte de l’imagerie à haute gamme dynamique pour l’astronomie spatiale. On s’intéressera plus particulièrement à l’imagerie spectrale différentielle (ISD) obtenue en utilisant un étalon Fabry-Pérot comme filtre accordable. Les performances d’un tel filtre accordable sont présentées dans le cadre du Tunable Filter Imager (TFI), instrument conçu pour le télescope spatial James Webb (JWST). La capacité de l’étalon à supprimer les tavelures avec ISD est démontrée expérimentalement grâce à un prototype de l’étalon installé sur un banc de laboratoire. Les améliorations de contraste varient en fonction de la séparation, s’étendant d’un facteur 10 pour les séparations supérieures à 11 lambda/D jusqu’à un facteur 60 à 5 lambda/D. Ces résultats sont cohérents avec une étude théorique qui utilise un modèle basé sur la propagation de Fresnel pour montrer que les performances de suppression de tavelures sont limitées par le banc optique et non pas par l’étalon. De plus, il est démontré qu’un filtre accordable est une option séduisante pour l’imagerie à haute gamme dynamique combinée à la technique ISD. Une seconde étude basée sur la propagation de Fresnel de l’instrument TFI et du télescope, a permis de définir les performances de la technique ISD combinée avec un étalon pour l’astronomie spatiale. Les résultats prévoient une amélioration de contraste de l’ordre de 7 jusqu’à 100, selon la configuration de l’instrument. Une comparaison entre ISD et la soustraction par rotation a également été simulée. Enfin, la dernière partie de ce chapitre porte sur les performances de la technique ISD dans le cadre de l’instrument Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), conçu pour remplacer TFI comme module scientifique à bord du Fine Guidance Sensor du JWST. Cent quatre objets localisés vers la région centrale de la nébuleuse d’Orion ont été caractérisés grâce à un spectrographe multi-objet, de basse résolution et multi-bande (0.85-2.4 um). Cette étude a relevé 7 nouvelles naines brunes et 4 nouveaux candidats de masse planétaire. Ces objets sont utiles pour déterminer la fonction de masse initiale sous-stellaire et pour évaluer les modèles atmosphériques et évolutifs futurs des jeunes objets stellaires et sous-stellaires. Combinant les magnitudes en bande H mesurées et les valeurs d’extinction, les objets classifiés sont utilisés pour créer un diagramme de Hertzsprung-Russell de cet amas stellaire. En accord avec des études antérieures, nos résultats montrent qu’il existe une seule époque de formation d’étoiles qui a débuté il y a environ 1 million d’années. La fonction de masse initiale qui en dérive est en accord avec des études antérieures portant sur d’autres amas jeunes et sur le disque galactique.

La recherche de naines brunes et étoiles de faible masse dans les associations cinématiques jeunes du voisinage solaire

L’objectif principal de cette thèse est d’identifier les étoiles de faible masse et naines brunes membres d’associations cinématiques jeunes du voisinage solaire. Ces associations sont typiquement âgées de moins de 200 millions d’années et regroupent chacune un ensemble d’étoiles s’étant formées au même moment et dans un même environnement. La majorité de leurs membres d'environ plus de 0.3 fois la masse du Soleil sont déjà connus, cependant les membres moins massifs (et moins brillants) nous échappent encore. Leur identification permettra de lever le voile sur plusieurs questions fondamentales en astrophysique. En particulier, le fait de cibler des objets jeunes, encore chauds et lumineux par leur formation récente, permettra d’atteindre un régime de masses encore peu exploré, jusqu'à seulement quelques fois la masse de Jupiter. Elles nous permettront entre autres de contraindre la fonction de masse initiale et d'explorer la connection entre naines brunes et exoplanètes, étant donné que les moins massives des naines brunes jeunes auront des propriétés physiques très semblables aux exoplanètes géantes gazeuses. Pour mener à bien ce projet, nous avons adapté l'outil statistique BANYAN I pour qu'il soit applicable aux objets de très faibles masses en plus de lui apporter plusieurs améliorations. Nous avons entre autres inclus l'utilisation de deux diagrammes couleur-magnitude permettant de différencier les étoiles de faible masse et naines brunes jeunes à celles plus vieilles, ajouté l'utilisation de probabilités a priori pour rendre les résultats plus réalistes, adapté les modèles spatiaux et cinématiques des associations jeunes en utilisant des ellipsoïdes gaussiennes tridimensionnelles dont l'alignement des axes est libre, effectué une analyse Monte Carlo pour caractériser le taux de faux-positifs et faux-négatifs, puis revu la structure du code informatique pour le rendre plus efficace. Dans un premier temps, nous avons utilisé ce nouvel algorithme, BANYAN II, pour identifier 25 nouvelles candidates membres d'associations jeunes parmi un échantillon de 158 étoiles de faible masse (de types spectraux > M4) et naines brunes jeunes déjà connues. Nous avons ensuite effectué la corrélation croisée de deux catalogues couvrant tout le ciel en lumière proche-infrarouge et contenant ~ 500 millions d’objets célestes pour identifier environ 100 000 candidates naines brunes et étoiles de faible masse du voisinage solaire. À l'aide de l'outil BANYAN II, nous avons alors identifié quelques centaines d'objets appartenant fort probablement à une association jeune parmi cet échantillon et effectué un suivi spectroscopique en lumière proche-infrarouge pour les caractériser. Les travaux présentés ici ont mené à l'identification de 79 candidates naines brunes jeunes ainsi que 150 candidates étoiles de faible masse jeunes, puis un suivi spectroscopique nous a permis de confirmer le jeune âge de 49 de ces naines brunes et 62 de ces étoiles de faible masse. Nous avons ainsi approximativement doublé le nombre de naines brunes jeunes connues, ce qui a ouvert la porte à une caractérisation statistique de leur population. Ces nouvelles naines brunes jeunes représentent un laboratoire idéal pour mieux comprendre l'atmosphère des exoplanètes géantes gazeuses. Nous avons identifié les premiers signes d’une remontée dans la fonction de masse initiale des naines brunes aux très faibles masses dans l'association jeune Tucana-Horologium, ce qui pourrait indiquer que l’éjection d’exoplanètes joue un rôle important dans la composition de leur population. Les résultats du suivi spectroscopique nous ont permis de construire une séquence empirique complète pour les types spectraux M5-L5 à l'âge du champ, à faible (β) et très faible (γ) gravité de surface. Nous avons effectué une comparaison de ces données aux modèles d'évolution et d'atmosphère, puis nous avons construit un ensemble de séquences empiriques de couleur-magnitude et types spectraux-magnitude pour les naines brunes jeunes. Finalement, nous avons découvert deux nouvelles exoplanètes par un suivi en imagerie directe des étoiles jeunes de faible masse identifiées dans ce projet. La future mission GAIA et le suivi spectroscopique complet des candidates présentées dans cette thèse permettront de confirmer leur appartenance aux associations jeunes et de contraindre la fonction de masse initiale dans le régime sous-stellaire.