L’origine de ce travail est principalement les effets biologiques potentiels des ondes électromagnétiques de la gamme non ionisante rencontrés dans la littérature et quelques faits observés par des clients de la technologie commercialisée par la société Planet Horizon SA. Les essais de couplage du traitement aux ondes électromagnétiques et les procédés de traitements des eaux usées par boues actives sont réalisés à niveau industriel au sein de la STEP de Penthaz (Suisse) compose de 2 lignes parallèles et sur des pilotes de laboratoire en mode SBR. Le traitement électromagnétique de très basse fréquence (Antennes émettant deux fréquences harmoniques F1 et F2 < 10 kHz) est appliqué via 5 antennes dans le bassin d’aération ou une antenne sans le SBR directement. Dans une autre expérience , des tubes, émettant les mêmes fréquences, sont utilisés pour le recyclage de la liqueur mixte avec toujours une ligne de référence. Au niveau de la STEP, dans le bassin d’aération le traitement électromagnétique a permis une réduction de la quantité de biomasse produite au niveau de l’essai de l’ordre de 42,5% par rapport à ligne témoin. De plus, ce traitement électromagnétique n’affecte pas la qualité de l’eau épurée puisque la quantité de DCO résiduelle est la même à la sortie des deux ligne (REF et EM) et le rendement d’abattement de la matière organique est de l’ordre de 94% pour les deux lignes. Par contre à l’échelle du laboratoire, les résultats obtenus après le couplage du traitement électromagnétique n’ont aucun effet sur la quantité de biomasse produite dans les différents essais avec antenne ou bobine comme étant des émetteurs d’ondes EM. De même, on ne remarque aucun effet significatif sur les rendements de dépollution. La deuxième partie concerne l’application de ces mêmes ondes sur la formation de biofilm microbien. Les champs électromagnétiques visés sont des faibles champs de quelques dizaines de milli-teslas au niveau du générateur (tension de l’ordre de la dizaine de volts et intensité de l’ordre d’un ampère) avec des fréquences comprises entre 0 et 10 kHz; deux ondes de fréquences harmoniques sont imposées simultanément. Le biofilm est quantifié au cours du temps grâce à la mesure de différents paramètres (densité optique, DCO, protéines, ATP, exopolysaccharides). Les résultats expérimentaux démontrent que l’onde électromagnétique limite la formation du biofilm si la continuité hydraulique est assurée entre la bobine électromagnétique et les supports de biofilm ; la quantité de biofilm mesurée est alors deux fois plus faible environ. Cependant, l’effet semble bactériostatique et non bactéricide : l’application de l’onde ne détruit pas le biofilm mais réduit sa formation car dès l’arrêt de l’onde, la vitesse augmente. Des signaux électriques de quelques millivolts et dans le domaine des très basses fréquences ont été détectés seulement dans la cuve en continuité hydraulique avec le générateur d’ondes et située à une distance de 1m environ. Des mesures de champs électromagnétiques dans l’air donnent des intensités de champs très faibles ne pouvant expliquer un effet thermique ou ionisant sur le biofilm. / The first part of this work concerns the coupling of VLF electromagnetic waves treatment and the processes of wastewater treatment by activated sludge in order to reduce excess sludge. Experiments are made at real -scale ( Penthaz , Switzerland),containing two parallel lines and at lab-scale with SBR pilots. The electromagnetic treatment of very low frequency ( antennaemitting harmonic frequencies F1 and F2 <10 kHz) is applied via 5 (2,3x1m) antennas in the aeration basin of the real plant. Other type of antenna (30x 5 cm) was configurated for one of the labscale assays. In the other lab-scale experiment, tubes emitting the same frequency are used for recycling the mixed liquor. With the WWTP, the amount of excess sludge produced in the treated line is reduced by about 42.5%, compared to the control line. In addition, the electromagnetic treatment does not affect the quality of treated water. In this case, outlet COD concentration was similar for the the two lines (REF and EM) and the reduction of or ganic matter yield was about 94% for the two lines. Electromagnetic treatment had no effect on the amount of excess biomass produced in all tests conducted at lab-scale. No significant effect has been noticed regarding depollution yields. The second part aims to better understand the interaction between an electromagnetic wave of very low frequency and biological material and, in particular, the effects on the development of microbial biofilms. Electromagnetic fields are covered weak fields a few milli-Tesla (voltage of the order of tens of volts and intensity of the order of one ampere) with frequencies between 0 and 10 kHz, two waves of harmonic frequencies are transmitted simultaneously. The biofilm was quantified over time by measuring different parameters (optical density, COD, protein, ATP, exopolysaccharides). The experimental results how that the electromagnetic wave limit biofilm formation ( close to 50% of untreated biofilm) if the hydraulic continuity is ensured between the electromagnetic coil. However, the effect appears bacteriostatic and no antibacterial : the application of the wave does not destroy the biofilm but reduced its establishment and upon discontinuation of the wave, the growth increases. Measurements and modeling of electromagnetic fields in the air give intensities of very weak fields that can explain a thermal or ionizing effect on the biofilm.

Titre de l'écran-titre (visionné le 1er février 2024) / La curiethérapie à haut débit de dose permet de faire des traitements localisés du cancer en utilisant une source radioactive placée temporairement à proximité ou dans la tumeur du patient à l'aide des implants. La source est acheminée par un projecteur de source. Le succès de ce type de traitement est en partie lié à la localisation exacte de ces implants grâce à l'imagerie médicale tridimensionnelle (3D) ; leurs coordonnées 3D sont utilisées pour optimiser la dose administrée à la tumeur tout en épargnant les tissus sains environnants. Présentement en clinique, les coordonnées sont obtenues par reconstruction manuelle par des physicien(ne)s médical(e)s, mais il peut y avoir des erreurs d'identification lorsque les cathéters se chevauchent, l'épaisseur de coupe des images est trop grande ou le contraste n'est pas suffisant. Le Centre intégré de cancérologie du CHU de Québec-Université Laval, possède l'un des trois prototypes de recherche de projecteur de source au monde qui intègre un capteur de suivi électromagnétique (EM). Celui-ci permet la reconstruction automatique de la géométrie 3D des implants, ainsi surmontant les limitations des reconstructions basées sur les images, tel que le contraste et la résolution spatiale. L'un des défis de la technologie EM est qu'elle ne partage pas intrinsèquement le même référentiel que l'imagerie médicale du patient. Ce mémoire compare des méthodologies de reconstruction des implants avec le capteur EM (statique et en mouvement continu) dans des environnements cliniquement pertinents, ainsi que des méthodes pour recaler ces mesures dans le référentiel d'un ensemble d'images de tomodensitométrie (TDM) et d'imagerie par résonance magnétique (IRM). Un nouveau fantôme a été utilisé pour faire des expériences d'assurance qualité et valider une méthode de recalage novatrice basée sur la géométrie d'un applicateur gynécologique. La méthodologie d'acquisition EM en mouvement continu et la méthode de recalage avec l'applicateur ont permis d'erreurs de recalage moyennes (EM vers TDM) avec une exactitude cliniquement acceptable (< 2 mm) et un temps de reconstruction de 6 minutes dans les salles de curiethérapie avec TDM et IRM. Puisque l'applicateur est aussi visible dans l'IRM, cette méthodologie pourrait potentiellement être étendue pour la planification de curiethérapie gynécologique interstitielle utilisant seulement l'IRM, où les cathéters interstitiels sont difficiles à visualiser. Bien qu'il reste encore à faire plusieurs mesures de validation, cette approche pourrait éviter le déplacement des patientes pour faire un examen d'imagerie TDM afin de reconstruire les cathéters, gagnant ainsi du temps et évitant le rayonnement supplémentaire du TDM.

Résumé Ce projet s’inscrit comme un effort de modélisation et de développement d’outils analytiques décrivant la focalisation non-paraxiale de champs électromagnétiques. Des solutions vecto- rielles sont développées, suivant une généralisation du formalisme intégral de Richards-Wolf. La thèse se scinde en deux principales avenues. La première consiste à décrire, en langage mathématique moderne, le formalisme de Richards-Wolf qui permet de décrire les champs électromagnétiques vectoriels au foyer de systèmes focalisants. Le formalisme est exploré et plusieurs solutions analytiques aux équations intégrales de Richards-Wolf sont introduites. La deuxième avenue consiste en la généralisation du formalisme de Richards-Wolf pour des systèmes à foyer étendu (par exemple, distribué sur une ligne). Utilisant une méthode com- binée, basée sur le tracé de rayon et le traitement intégral de la diffraction, le modèle permet une amélioration en trois volets des descriptions classiques des champs au foyer. En premier lieu, l’analyse vectorielle de la diffraction permet de s’affranchir de toute hypothèse paraxiale. En second lieu, l’analyse exacte et l’analogie rayon/onde plane uniforme permet d’éviter la description de systèmes à foyer étendu par des termes de phases aberrés, qui réduisent la robustesse du modèle et la justesse des solutions trouvées. Finalement, l’élégance analytique de la méthode permet une compréhension physique plus instinctive des phénomènes d’inter- férence au foyer de systèmes complexes et encourage le développement de méthodes inverses, permettant de retracer les conditions nécessaires à l’obtention d’un profil d’intensité et de phase données, sans a priori sur le système focalisant. Sur le plan concret, les outils mathématiques décrits et développés dans cette thèse permettent une avancée pour l’étude de phénomènes et le développement de technologies, notamment en microscopie à haute-résolution, mais également en stockage de données, en piégeage optique ou même en accélération de particules à l’échelle microscopique. Il s’agit de la première méthode systématique proposée pour calculer le profil de faisceaux focalisés par des sections coniques (sphères, ellipses, etc.) par des moyens analytiques. / This project is part of a global effort toward modelization and development of mathemat- ical tools describing non-paraxial focusing of electromagnetic fields. Vectorial solutions are proposed, according to a generalization of the Richards-Wolf formalism. The objective of this thesis is two-fold. The first part covers the Richards-Wolf formalism with a modern mathematical formulation, which permits the formal description of focused vectorial electromagnetic fields. An in-depth exploration of the theory is exposed and multiple analytical solutions of the integrals are given. The second part covers the generalization of the Richards-Wolf formalism to systems without a single-point focus, by combining geometrical optics and diffraction principles. The vectorial analysis agrees with the assumption of non-paraxial focusing while the development is free of constraints upon the existence of an optical focus. Finally, the analytical treatment helps forge a physical intuition of the electromagnetic solutions and the development of inverse methods, which would help find the necessary illumination upon a system to produce a given electromagnetic pattern near the focus. The mathematical tools presented in this thesis may lead to advances in high-resolution microscopy, data encryption, optical tweezers and particle acceleration.

La curiethérapie à haut débit de dose est un traitement anti-cancer utilisé pour différents sites tels les cancers gynécologiques, la prostate, le sein, la tête et le cou. La technique consiste à déposer de la dose de radiation près ou à l'intérieur de la tumeur. Différentes étapes composent ce traitement et des erreurs peuvent s'introduire dans chacune d'entres elles. Par le passé, plusieurs études ont utilisé la dosimétrie in vivo pour détecter et éliminer certaines erreurs de la chaîne. Cette pratique n'est pas uniformisée, puisqu'aucune solution commerciale n'existe sur le marché actuellement. En plus de la dosimétrie, des systèmes de suivi élecromagnétique ont aussi prouvé qu'ils pouvaient être utilisés pour la détection d'erreurs avant le traitement. Ce projet de doctorat explore des erreurs possibles dans la chaîne de traitement et propose le suivi électromagnétique comme étant une solution pour éviter celles-ci. Dans cette thèse, la fabrication d'un dosimètre et l'utilisation du suivi électromagnétique dans le cadre de la curiethérapie à haut débit de dose y sont traitées. Tout d'abord, une étude rétrospective a été complétée pour faire ressortir les performances requises d'un dosimètre in vivo utilisé pendant des traitements du cancer de la prostate. Les positions d'arrêts et les temps d'arrêts de tous les patients ont été extraits des fichiers de chaque traitement. Un dosimètre virtuel a été positionné dans un des cathéters de traitement pour chacun des patients. Une comparaison des temps d'arrêts et des positions d'arrêt sa été complétée pour l'identification des cathéters. Il a été démontré qu'une précision de 1 mm sur la distance source-dosimètre serait idéale. Pour la cohorte de patient utilisée, les temps d'arrêts sont de meilleurs discriminants que les positions d'arrêts. Une précision temporelle de 0,1 s serait idéale. Par la suite, une sélection du capteur électromagnétique pour la construction d'un dosimètre intégrant le suivi électromagnétique de sa position a été réalisée. La dépendance angulaire et la distance capteur-scintillateur ont aussi été étudiées. Parmi les capteurs disponibles, celui possédant le plus petit effet sur la réponse du scintillateur a été utilisé. La reconstruction d'un prototype d'un applicateur blindé pour les cancers gynécologiques a été faite à l'aide du suivi électromagnétique (EM). L'erreur moyenne du capteur sélectionné pour cette étude était de 0,17 mm lorsqu'il se trouvait à 250 mm du générateur de champ. Aucune différence significative sur la mesure n'a été observée à proximité du blindage de cet applicateur. Le suivi EM a aussi été testé lorsqu'il était intégré dans un câble de vérification d'un projecteur de source (Flexitron, Elekta Brachytherapy, Veenendaal, Pays-Bas). Les coordonnées de reconstructions ont été prises lors de la rétraction du câble de vérification. Une comparaison des reconstructions avec différentes vitesses de rétraction du câble a été faite. Les décalages de 5 mm ont tous été identifiés avec une vitesse de reconstruction de 10 cm/s. Néanmoins, il faut une vitesse maximale de 2,5 cm/s pour détecter les décalages de 1 mm. Deux dosimètres avec suivi EM ont été construits, soit un avec une fibre scintillante de plastique(BCF-60) et l'autre avec un scintillateur inorganique (ZnSe:O). Les dosimètres construits ont été calibrés. Les mesures de dose ont été faites en respectant les conditions de diffusion complète et ont été comparées avec le formalisme du TG-43. Par rapport à ce dernier, le dosimètre organique avait une différence de 1,7± 0,2 % alors que l'inorganique possédait une différence de 1,5± 0,7 %pour des distances source-dosimètre allant de 8 mm à 60 mm. Une étude de détection d'erreur a été accomplie. Un gain maximal de 24,0 % est observé pour les déplacements latéraux de 0,5 mm pour le dosimètre inorganique lorsque le suivi EM est utilisé, tandis qu'un gain maximal pour les déplacements longitudinaux (0,5 mm) de 17,4 % a été montré pour ce même scintillateur. Les différents résultats de ce projet quantifient les gains ainsi que les perpectives que l'ajout du suivi EM apportent à la curiethérapie HDR et justifient son introduction dans ce domaine. / High-dose-rate (HDR) brachytherapy is a cancer treatment used for various sites such as gynecological, prostate, breast, head and neck cancers. The technique consists in delivering a dose of radiation by having one or multiple sources in close proximity or with in a tumor. This is a multi-step process and errors can happen at any step during its execution. Several studies have used in vivo dosimetry to detect and avoid possible errors. This practice is not standardized, as no commercial solution currently exists on the market. In addition to dosimetry, electromagnetic (EM) tracking systems have also proven to be useful for the detection of some pre-treatment errors. This thesis explores errors that can occur during the treatment process and suggests a solution based on electromagnetic tracking. The construction of a dosimeter and the use of an EM tracking will be studied in the context of high-dose-rate (HDR) brachytherapy. First, a retrospective study was completed to highlight the required performance of an in vivo dosimeter during prostate cancer treatments. Dwell positions and dwell times for all patients were extracted from each treatment file. A virtual dosimeter was positioned in one of the treatment catheters for each patient. A comparison of each dwell times and dwell positions was completed for the identification of catheters. It has been shown that an accuracy of 1 mm would be ideal on the source-dosimeter distance. For the studied patient cohort, dwell times are better discriminators than dwell positions. This study showed that it is important to avoid placing the dosimeter near the center of the implant. Then, a selection of components for the construction of the dosimeter was performed. Among the available sensors, the one with the smallest impact on the scintillator response was chosen for the work quantifying the gain of EM tracking. The angular dependence and the sensor-scintillator distance were also studied. The reconstruction of a shielded applicator prototype for gynecological cancer was made using EM tracking. An average error of the selected sensor for this study was 0.17 mm when it was 250 mm from the field generator. EM tracking was also tested when integrated into the check cable of an after loader (Flexitron, Elekta Brachytherapy, Veenendaal, Netherlands). The reconstruction coordinates were taken during retraction of the check cable. A comparison of the reconstructions for different cable speeds was made. From this study, the speed for a linear path reconstruction is recommended at 5 cm/s. The 5-mm shifts were all identified with a reconstruction speed of 10 cm/s. Nevertheless, a maximum speed of 2.5 cm/s was needed to detect 1-mm shifts. Two dosimeters were constructed, one with a plastic scintillating fiber (BCF-60) and one with an inorganic scintillator(ZnSe:O). All dose measurements were made in full scatter conditions and were compared with the TG-43 formalism. Compared to the latter, the organic dosimeter had a difference of 1.7± 0.2 % while the inorganic had a difference of 1.5± 0.7 % over an interval of 8 mm to 60 mm from the source. An error detection study was performed and a comparison was made to determine the gain provided by the EM tracking. A maximum gain of 24.0 % was observed with a lateral displacement of 0.5 mm for the inorganic dosimeter. For longitudinal displacements (0.5 mm), a maximum gain of 17.4 % was shown for this same scintillator. The different results obtained in this project will quantify the performance for the construction of an in vivo dosimeter for HDR brachytherapy. The gains from the addition of EM monitoring to HDR brachytherapy will justify its use in this field.

Les résultats basés sur les mesures d'ondes 'électromagnétiques effectuées par le satellite DEMETER sont présentés. Nous nous concentrons sur deux phénomènes différents : 1) les effets liés à l'activité sismique 2) les 'émissions avec des structures fréquentielles linéaires. 1) Nous présentons une étude statistique de l'intensité des ondes électromagnétiques observées à proximité des tremblements de terre. Nous montrons que pendant la nuit il y a une diminution statistiquement significative de l'intensité des ondes peu avant le choc principal. 2) Nous présentons une étude systématique des événements ayant des structures fréquentielles linéaires. Un ensemble d'événements statistiquement significatif a 'été obtenu en utilisant une procédure automatique ainsi qu'une inspection visuelle des données. Tous les événements sont entièrement analysés et classifiés. Dans la gamme EBF (ou toutes les six composantes électromagnétiques sont mesurées pendant le mode Burst), une analyse détaillée des ondes a été faite.

La Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) rayonnée des convertisseurs de l'électronique de puissance doit répondre à deux enjeux majeurs. D'une part, les évolutions vers le « tout électrique » implique la cohabitation de plusieurs systèmes de sensibilités différentes dans des volumes restreints. Ces contraintes de proximité nécessitent de connaître les perturbations électromagnétiques au plus près des sources. D'autre part, cette même connaissance peut être une aide certaine dans le cadre du prototypage virtuel permettant ainsi d'anticiper les problèmes de CEM au cours des phases de développement d'un produit. Dans ce contexte, une approche expérimentale de caractérisation de ces sources peut s'avérer efficace et complémentaire dans des situations où la modélisation numérique devient difficile. La méthode suivie est celle du problème inverse, à savoir déterminer les causes (ici les sources de champ) en fonction des effets (ici les champs mesurés). Le modèle choisi est le développement multipolaire du champ magnétique. La mesure du champ magnétique permet d'identifier les paramètres du multipôle équivalent magnétique. Il est compact et bien adapté aux caractéristiques des sources étudiées. Ainsi, dans ce travail, de nouveaux capteurs d'induction magnétique en champ proche, sont proposés sur le principe des spires de la norme CISPR16-1. Ils permettent d'identifier les composantes dipolaire et quadripolaire du champ magnétique généré par la source étudiée. La forme des bobines proposées leur permet de n'être sensibles qu'à certaines composantes multipolaires du champ, ce qui réalise un filtrage spatial. Une fois les outils nécessaires exposés, la méthode de synthèse de ces nouveaux contours est décrite. Une validation expérimentale est également développée, démontrant l'amélioration de la capacité de filtrage des composantes multipolaires du champ magnétique vis-à-vis des solutions existantes.

La MRAM est une technologie de mémoire non-volatile émergente, elle a la particularité de stocker les données sous forme d’orientations de moments magnétiques. Ses performances sont intéressantes et surpassent les technologies actuelles sur plusieurs aspects. Crocus Technology développe une nouvelle génération de MRAM, les TAS-MRAM (pour ThermallyAssistedSwitching MRAM). Ces MRAM ont la particularité d’effectuer les opérations d’écritures à hautes températures, améliorant ainsi la consommation électrique et facilitant sa réduction d’échelle. Les TAS-MRAM sont développées pour des applications sécuritaires ou critiques, cependant la technologie MRAM utilise des principes physiques liés aux interactions magnétiques qui sont relativement peu étudiés en termes de sécurité du composant.L’objet du travail de cette thèse est d’évaluer les potentielles faiblesses de sécurité pour cette technologie. En particulier la capacité des MRAM à garantir l’intégrité et la confidentialité des informations qui sont stockées a été étudiée. Ce travail est divisé en deux parties, une première partie est consacrée à l’analyse de la résistance des MRAM aux attaques physiques avec un focus tout particulier sur l’étude des effets des champs magnétiques sur l’écriture, la lecture et la rétention des données ainsi que les différentes solutions envisagées pour réduire ces effets. Une étude des effets de la température a également été réalisée. L’autre partie du travail porte sur l’étude des émissions électromagnétiques et l’analyse de plusieurs méthodes pour retrouver le poids de Hamming des données manipulées par la mémoire et de ce fait en extraire de potentiels secrets ou données sensibles. / MRAM (magnetoresistive RAM) is an emergent non-volatile memory technology; it has the particularity to store data in magnetic moments orientations. It has very interesting characteristics that overwhelm mature technologies on several points. Crocus Technology is developing a new MRAM technology called TAS-MRAM (for Thermally Assisted Switching). During write operations, this new MRAM technology uses a current to heat the memory cell. This reduces the power consumption and makes scalability easier. TAS-MRAM are developed for secure or critical applications but this technology relies on spintronic, a field of physics not much studied for electronics security.This work aims to evaluate potential security weaknesses of this technology. More specifically the memory capacity to guarantee data confidentiality was studied. This work was divided in two parts; one part is dedicated to the analysis of MRAM resistance against physical perturbations, with a special focus on magnetic fields (both static and pulsed) effects on read and write operations as well as their effects on data retention. Various methods to reduce these effects were tested and compared. The effect of high temperature was also studied.The second part focuses on the analysis of electromagnetic emissions of the MRAM components during its operations. Methods to retrieve the Hamming weight of data written in the memory are exposed and compared.

Le travail rapporté dans ce manuscrit s’inscrit dans la perspective de mieux comprendre les propriétés électriques des tissus biologiques dans la gamme de fréquence allant de 10 kHz à 100 MHz. La connaissance de ces propriétés est essentielle pour évaluer les effets du champ électromagnétique sur le corps humain en cas d’exposition involontaire mais aussi pour diagnostiquer un changement physiologique quand le tissu est exposé volontairement. De nombreux travaux ont été effectués pour mesurer les propriétés électriques des différents tissus mais le comportement électrique relevé n’est pas toujours bien compris en raison de la complexité de la structure du tissu. De plus, on constate une grande variabilité dans les données rapportées dans la littérature. Pour mieux appréhender le comportement électrique du tissu, la démarche originale proposée dans ce manuscrit consiste à partir de l’échelle de la cellule. Ainsi la première partie du manuscrit est consacrée à la caractérisation électrique de cellule humaines de type HEK (Human Embryonic Kidney) par électrorotation. La mise en oeuvre de cette technique a permis d’extraire les propriétés électrique de la membrane et du cytoplasme des cellules HEK. La deuxième partie du manuscrit se focalise sur la création d’agrégats de cellules à partir de cellules HEK isolées. Deux techniques ont été essayées. La première s’appuie sur la nature des jonctions intercellulaires. Même si elle donne des résultats, cette approche n’est pas satisfaisante dans la mesure où on ne peut contrôler ni la forme ni la taille des agrégats. L’autre technique consiste à utiliser un champ électrique pour manipuler les cellules par diélectrophorèse. Un microsystème a été conçu à cet effet avec un réseau d’électrodes quadripolaires. On a ainsi pu obtenir des agrégats permanents de cellules HEK ayant une taille et une forme contrôlée. La dernière partie du manuscrit porte sur l’étude du comportement électrique des agrégats de cellules par le biais de simulations numériques de spectres d’électrorotation. La comparaison du comportement électrique d’une cellule isolée et celui d’un agrégat de cellules montre que le milieu extra cellulaire influe fortement sur la réponse électrique de l’agrégat ; la différence de taille entre les cellules de même que la présence de jonctions intercellulaires ne semblent pas avoir un impact significatif. Ces résultats de simulation devront être appuyés par des études expérimentales. / The work reported in this manuscript aims at understanding the electrical properties of biological tissues in the frequency range between 10 kHz and 100 MHz. Knowing these properties is essential to assess the effects of involuntary exposure of human body to electromagnetic fields, but also to diagnose a physiological change when the tissue is exposed voluntarily. Many studies have been conducted to measure the electrical properties of different tissues but existing data are not well understood because of the complexity of tissues structure. Moreover, there is considerable variability of data among studies evaluating these properties. To better understand the electrical behavior of tissues, the original approach proposed in this manuscript consists in investigating their properties starting from the cell scale. The first part of the manuscript is dedicated to the electrical characterization of HEK 293 (HumanEmbryonic Kidney) cells by electrorotation. This technique has been used to extract the electrical properties of the membrane and the cytoplasm of HEK cells. The second part of the manuscript focuses on creating cell aggregates from isolated HEKcells. Two approaches have been proposed. The first one was based on the nature of intercellular junctions. This approach led to the formation of aggregates of irregularsize and shape. The other technique consisted in using an electric field to perform dielectrophoresis-assisted cell assembly. A microsystem comprising quadrupole electrodes was designed for this purpose. Permanent aggregates of HEK cells having a controlled size and shape could be obtained using this approach. The last part of the manuscript focuses on study of the electrical behavior of the cell aggregates through numerical simulations of electrorotation spectra. The confrontation between results obtained for a single cell and those obtained for an aggregate tend to show that the extracellular medium influences strongly the electrical response of the aggregate ; Conversely, the difference in size between the cells as well as the presence of intercellular junctions does not seem to have had a notable impact. These simulation results will have to be supported by experimental studies.

Dans le domaine de la sécurisation des circuits intégrés, tel que les cartes à puce, les concepteurs de circuits sont contraints à innover, inlassablement, afin de trouver de nouvelles parades aux nouvelles attaques, notamment par canaux cachés. En effet, ces attaques, comme l'analyse des émissions électromagnétiques, permettent d'extraire des informations, contenues à l'intérieur des circuits, sensées être secrètes. Partant de ce constat, dans cette thèse, nous nous sommes focalisés sur l'étude et l'analyse électromagnétique et ce afin de quantifier les possibilités de ces attaques. Ce manuscrit est organisé de la manière qui suit. Dans un premier temps, une plateforme de mesures des émissions électromagnétiques temporelles, que nous avons développées, est présentée, ainsi que des résultats qui ont été obtenus, avec celle-ci, sur différents circuits. A partir de ces résultats, une synthèse des possibilités, relatives à la menace sécuritaire que constituent les analyses électromagnétiques est proposée ainsi que, des propositions de solutions, visant à réduire le rayonnement électromagnétique des circuits intégrés. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux méthodes de simulation de ces émissions électromagnétiques. Un état de l'art, des outils de simulation existants aujourd'hui, nous a permis de mettre en évidence qu'aucun d'eux ne permet d'avoir une résolution suffisamment fine en termes d'émissions électromagnétiques. Afin de combler ce manque, un flot de simulation a été développé. Pour valider ce flot, une comparaison entre les résultats de mesure et les résultats de simulation a été effectuée. / In the area of secure integrated circuits, such as smart cards, circuit designers are always looking to innovate to find new countermeasures against attacks by the various side channels that exist today. Indeed, side channels attacks such as the analysis of electromagnetic emissions permit to extract secret information contained in circuits. Based on this observation, in this thesis, we focused on the study of electromagnetic analysis to observe the analysis possibilities. This manuscript is organized as follows. Initially, we presented a measurement system for electromagnetic emissions in time domain, and the results obtained on different circuits. From these results, a summary of opportunities, relating to the security threat, posed by electromagnetic analysis, is proposed as well as solutions proposals to reduce electromagnetic radiations of integrated circuits. In a second step, we are interested in the simulation of electromagnetic emissions. A state of the art of simulation tools which exist today, has allowed us to demonstrate that none of them allowed to have a fine enough resolution in terms of electromagnetic emissions. To fill this gap, a simulation tool has been developed and to validate this flow, a comparison between measurement results and simulation results was performed.

Les champs électromagnétiques présents dans l’environnement - qu’ils soient d’extrêmement basses fréquences ou radiofréquences - sont responsables d’expositions continuelles des populations. Toutefois, leur potentiel impact sur la santé néonatale est encore aujourd’hui mal connu, notamment en raison des difficultés des études épidémiologiques à évaluer l’exposition ubiquitaire à ces champs de façon suffisamment détaillée et précise. Le premier objectif de cette thèse était d’étudier le lien entre l’exposition maternelle aux champs électromagnétiques d’extrêmement basses fréquences et deux indicateurs de la santé néonatale : la prématurité et le petit poids de naissance pour l’âge gestationnel. Le second objectif était de construire un outil permettant une estimation quantitative de l’exposition professionnelle aux radiofréquences. Les travaux menés en réponse au premier objectif s’appuient sur les données de deux cohortes de naissances françaises. L'exposition cumulée aux champs électromagnétiques d’extrêmement basses fréquences au cours de la grossesse a été évaluée grâce à l’application d’une matrice emploi exposition. Les résultats obtenus étaient en faveur d’une absence d’association avec le risque de petit poids de naissance pour l’âge gestationnel. Une association modeste pour le risque de prématurité spontanée a été rapportée chez les mères dont l’exposition cumulée jusqu’à 28 semaines d’aménorrhée était la plus élevée. Les travaux menés en réponse au second objectif reposent sur une collaboration internationale. A partir des calendriers professionnels recueillis dans le cadre d’une étude cas-témoins internationale et de mesures d’exposition extraites de la littérature, ces travaux ont permis la création d’une première matrice emploi exposition quantitative spécifique aux hautes fréquences et applicable dans les études épidémiologiques. / Electromagnetic fields in the environment - whether extremely low frequency or radiofrequency - are responsible for continuous population exposure. However, the potential impact of exposure to electromagnetic fields on neonatal health during pregnancy is still not well known, in particular due to the difficulties for epidemiological studies to assess in sufficient detail and precision the exposure to electromagnetic fields, which is ubiquitous. The first objective of this thesis was to study the relationship between maternal exposure to extremely low frequency electromagnetic fields and two indicators of neonatal health: prematurity and small for gestational age. The second objective was to build a tool for quantitative estimation of occupational exposure to radiofrequencies. The work carried out in response to the first objective is based on data from two French birth cohorts. Cumulative exposure to extremely low frequency electromagnetic fields during pregnancy was assessed using a job-exposure matrix. The results were in favor of an absence of association with the risk of small for gestational age. However, for the risk of spontaneous prematurity, a modest association was reported among the most exposed mothers up to 28 weeks of gestation. The work carried out in response to the second objective is based on an international collaboration. On the basis of the job calendars collected in an international case-control study and exposure measurements extracted from the literature, a first quantitative job-exposure matrix to estimate occupational exposure to high frequency electromagnetic fields in epidemiological studies was created.