Les besoins actuels en produits de fertilisation et notamment pour le traitement des carences chez le végétal sont en constante augmentation. Cependant, de plus en plus soucieuse de l’environnement, les industries productrices de ces compléments alimentaires souhaitent proposées des solutions de traitements plus durables tant au niveau de leur production que de leur devenir une fois épandue dans la parcelle. Par ailleurs, il a été établi que les cellules végétales peuvent être considérées comme de vraies usines à molécules. Les hydroxyacides en C3 fabriqués par la machinerie cellulaire présentent par exemple de nombreuses propriétés de chélation et de transport. La présence de fonction hydroxyles et carboxyliques leur confèrent en effet la capacité de pouvoir enserrer des métaux et de permettre leur déplacement entre tous les compartiments des cellules, mais aussi entre les différents organes de la plante. Par ailleurs, la présence de ces mêmes molécules au sein des réactions biologiques (respiration, photosynthèse) font d’elles des métabolites assimilables et donc potentiellement dégradables. Les travaux de cette thèse ont donc eu pour objectif de mettre en place une catalyse chimio-enzymatique afin de produire les molécules les plus semblables aux hydroxyacides en C3 végétaux. Dans cette démarche de biomimétisme, nous avons mis au point un protocole de fabrication d’hydroxyacides à partir de glycérol et de carbonate de glycérol dans des conditions similaires au milieu vivant : dans l’eau, à des températures faibles et à pression atmosphérique. Nous avons ainsi réussi à synthétiser des hydroxyacides tel que l’acide glycérique, le 2-oxo1,3-dioxolan-4-carboxylique et l’hémiacétal du carbonate de glycérol. Les travaux de thèse ont également permis de mettre au point une méthode analytique complète pour la visualisation et la quantification de la majorité des hydroxyacides en C3 élaborés selon ce protocole opératoire. Cette méthode regroupe des techniques de caractérisations globales telles que l’Infra-rouge, l’HPLC, l’HPIC, et des analyses plus fines comme la LCMS de haute résolution et la RMN 1D et 2D. Nous avons par ailleurs optimisé la synthèse des hydroxyacides en C3 à partir du glycérol et du carbonate de glycérol grâce à la mise en place d’un plan d’expérience. Les molécules fabriquées présenteraient des propriétés de complexants susceptibles d’être utilisés en agronomie dans le but de remplacer les chélatants actuels issues de réactions plus polluantes de la pétrochimie et générant des substances nocives pour la santé des sols agricoles une fois appliqués.

L’observation des productions actuelles fait apparaitre une tendance à l’hybridation des disciplines. Ce constat touche en particulier un type de pratique design, qui s’oriente de plus en plus vers la conception d’objets en petites séries ou en pièces uniques, interrogeant le rapport de l’usager aux espaces familiers et plus spécifiquement à la sphère intime. Bien que la plupart des designers refusent le rapprochement de leur travail avec les Arts Plastiques, il n’en demeure pas moins que certains d’entre eux adoptent des démarches analogues à celles des plasticiens. La formulation de cette hypothèse interroge la validité des catégories en vigueur et la légitimité des lois qui président à leur constitution. Par ailleurs, la production des designers qui intègrent une démarche similaire à celles des artistes se construit sur un mode évolutif, faisant croître l’objet vers l’installation, une forme de pénétrable que peut expérimenter le spectateur/usager. Il suffit d’examiner les variations d’échelles et la répétition modulaire créant une architecture mouvante chez Ronan et Erwan Bouroullec pour comprendre les glissements opérés entre l’unité et l’environnement qu’elle construit. La manipulation des échelles questionne, au cœur de l’espace même (qu’il s’agisse du cadre institutionnel de l’exposition ou de la sphère personnelle de chaque individu), la classification des objets, ainsi que leur hiérarchisation. Ces problématiques sont propres à un type de pratique, dont la poïétique use du détournement des produits de la nature et, notamment, des trois règnes animal, végétal et minéral. La transposition de pratiques naturalistes visant à établir un dépaysement par l’objet (au sens d’un déplacement hors d’un contexte habituel) découle d’une réflexion autour des modalités de l’hybridation. Ainsi, lorsqu’on se penche sur les textes jalonnant l’histoire naturelle et, en particulier sur ceux traitant des problématiques de classification, d’Aristote à Pline l’Ancien, en passant par la nomenclature de Carl von Linné, on remarque la récurrence (ou « survivance » pour reprendre la formule initiée par Georges Didi-Huberman), d’éléments situés dans l’entre-deux. Ces « types », que nous pouvons qualifier d’« aléatoires » révèlent un déplacement constant de la norme et questionnent la détermination du monstre. À partir de quel moment pouvons-nous juger du caractère anormal de tel élément ? N’existe-t’il pas des objets, qui, tout en présentant tous les « symptômes » du monstre coïncident malgré tout avec les modèles établis ? L’analyse des pratiques actuelles convoquant des démarches de création à la croisée des Arts Plastiques et du design révèle une influence profonde de ce type de fabrique pour un imaginaire scientifique, qui prend sa source dans le theatrum mundi des cabinets de curiosités. D’ailleurs, on observe, depuis le début des années 1990 (et surtout suite à la constitution de la collection d’art contemporain Curios & Mirabilia par Jean-Hubert Martin en 1993, visant à confronter un lieu chargé d’histoire, le château d’Oiron à la production d’artistes divers) une recrudescence des expositions empruntant la forme des cabinets de curiosités, afin de susciter un intérêt renouvelé pour l’objet d’art et en particulier les échos foisonnants entre les artefacts (œuvres et objets d’art, même s’ils prennent l’apparence d’installation) et l’univers poétique de la nature, manifestation viscérale d’un retour aux origines. Ainsi, l’emprunt symbolique de la figure des « zoophytes » ou plantes-animaux, mentionnés dans les traités d’histoire naturelle les plus anciens nous permet d’interroger la transversalité des pratiques artistiques qui cherchent à provoquer un décloisonnement des disciplines, en faisant de l’objet une entité située à la croisée des démarches de création. / The observation of the actual artistic productions shows a trend towards a hybridization of disciplines. This statement concerns particularly a type of design practices which is increasingly shifting towards objects manufactured in small quantity, even in unique pieces questioning the relations between the users and their familiar spaces and more specifically their intimate sphere. Even though most designers reject the comparison of their production with plastic arts, we can see that some of them have adopted approaches similar to those of plasticians. The formulation of this hypothesis brings up the questions of the validity of classifications and the legitimacy of the laws presiding to their constitution. Furthermore, the production of designers who integrate similar approaches to those of artists is built on an evolutive mode, the object being developed towards art installation, a form of penetrability a spectator/user can experience. By examining the scales variations and the modular repetition creating a fluid architecture in Ronan and Erwan Bouroullec design, we can understand the shifts operated between the piece and the environment it builds. Scales manipulation questions at the heart of the space itself the established objects classifications as well as their hierarchization (in domestic space and in exhibitions too).These issues are specific to a type of practice, which the poetic uses, of diverted natural products and especially the three systems : vegetal, animal and mineral. The transposition of naturalistic practices aiming at bringing a change through the object ( in the sense of placing it out of the usual context ) derives from considerations around the processes of hybridization. Thus, when one looks at natural history writings, and, in particular, those of Aristotle, Pliny the Elder or the nomenclature of Carl von Linné, we notice the recurrence ( or” survivance” to use the expression initiated by Georges Didi- Huberman) of elements located in an in-between space. Those types that we can describe as “random practices” reveal a constant displacement of the norms and question the determination of the monster. At which moment, can we designate an element as being abnormal? Aren’t there objects which, while presenting all the characteristics of the monster, coincide nonetheless with established models ? The analysis of actual practices standing at a crossroad between plastic arts and design reveals a profound influence from this type of process for a scientific imaginary inspired by the theatrum mundi of the curiosities cabinets. Moreover, we can observe since the beginning of the 1990ies (in particular, following the constitution of the contemporary art collection “Curios & Mirabilia” by Hubert Martin, aiming at confronting a place charged with history , Oiron Castle, to the production of various artists) a resurgence of exhibitions using curio cabinets forms. The aim is to renew the interest in artifacts and especially the relations of those manufactured objects and the poetic universe of nature, a manifestation of visceral attachment to primitive origins. Thus, the symbolic use of the figure of “zoophytes” or animal-plants, mentioned in the most ancient natural history treaties helps to show the transversality of artistic practices trying to dismantle the partitions between disciplines by placing the object as an entity at the crossroad between the creation processes. Through artists, designers and actors of institutions interviews, we can identify too major types of practices inscribed in a fertile prolongation of nature : a type of art which uses the formal aspects of flora and fauna to create a common vocabulary for art and design, alongside with a type of production transposing natural mechanisms which become creation protocols applied to the conception of objects.

L'influence d'un revêtement de type RGD sur du Ticp sur l'adhésion, l'étalement et la minéralisation des ostéoblastes a été étudié. Ce revêtement accélérait la vitesse de minéralisation et augmentait la surface des zones de minéralisation. Des CNTs fonctionnalisés ont été utilisés pour induire la calcification dans le but de mimer in vitro la minéralisation des fibres de collagène dans le tissu osseux. Après 14 jours d'incubation dans un liquide biosynthétique, les CNTs fonctionnalisés ont induit la formation de calcosphérites, similaires à ceux formés dans le woven bone. Ce modèle de calcification in vitro biomimétique, mis au point sur des polymères dans notre laboratoire, a permis d'étudier l'incorporation du Sr2+ dans le minéral osseux et sa désorption. Sr2+ a été incorporé dans le minéral lors de la calcification sans induire de changement des paramètres du cristal ou de la cristallinité quelque soit la concentration initiale en Sr2+. La désorption du Sr2+ a été rapide initialement avec libération de 20 à 25 % en 16 jours, puis plus lente pour atteindre 30 % après 61 jours. Enfin, les observations en cytodynamique ont permis de voir les premières étapes d'adhésion cellulaire et de colonisation du β-TCP. Les séquences vidéo réalisées sur 8 jours de culture, ont permis d'observer la prolifération des ostéoblastes (SaOs-2) qui sembla se produire en direction des particules de β-TCP pour venir en contact direct avec les particules. Les macrophages (J774-2 et macrophages péritonéaux de souris) ne proliféraient pas mais venaient au contact direct des particules pour les dégrader. Les observations MEB ont permis de constater que les cellules émettaient des prolongements cytoplasmiques et s'étiraient pour venir se fixer et ensuite s'étaler à la surface du biomatériau. Les données obtenues grâce aux observations faites avec la vidéomicroscopie sur long terme nous ont permis de confirmer la cytocompatibilité et la biodégradabilité du β-TCP.

La possibilité de reproduire une activité enzymatique de manière artificielle est l’un des objectifs de la chimie moderne mais reste un grand défi, même dans le cas de l’activation de petites molécules. Dans le cas du dihydrogène, certaines bactéries s’en servent comme vecteur d’énergie par l’intermédiaire d’enzymes appelées hydrogénases qui peuvent former ou consommer le dihydrogène grâce à des complexes à base de métaux non nobles. Le dihydrogène pouvant être également utilisé comme vecteur d’énergie dans nos sociétés, les hydrogénases font l’objet de nombreuses recherches. Jusqu’à présent, la plupart des complexes modèles d’hydrogénases se sont employés à modifier la première sphère de coordination pour reproduire au mieux ses propriétés électroniques. Néanmoins, l’étude de mutations ciblées des hydrogénases indique que plusieurs résidus d’acides aminés présents dans le site actif sont indispensables à la stabilité du complexe et à son efficacité catalytique, montrant ainsi comment le mime d’une deuxième sphère de coordination pourrait améliorer les propriétés des catalyseurs artificiels. Notre approche a consisté en l’utilisation de foldamères de type oligoamide aromatique, formant un cône autour d’un complexe modèle d’hydrogénase. La synthèse convergente du composé final, son étude structurale à l’état solide (diffraction des rayons X), en solution (RMN, IR) ainsi que sa dynamique ont été étudiées. La modification de la première sphère de coordination du complexe modèle en présence du foldamère est également décrite et montrant notamment leur interaction. / The ability to replicate enzymatic activity with a synthetic molecule is a highly sought after goal in modern chemistry. However, it remains a big challenge even in case of activation of small molecules. In the case of hydrogen, some bacteria can use it as energy carrier by means of enzymes called hydrogenases that can reversely make or break the bond of hydrogen molecules and are made of earth abundant metals. As hydrogen could be used for the same purpose of energy storage in our society, hydrogenases caught interest of scientific community. To date, most biomimetic hydrogenase models mainly focus on first coordination sphere modifications to fine-tune structure and physical properties. However, point mutation studies indicate that several of the amino acid residues surrounding the enzyme active site are required for structural stability or high turnover frequencies. It shows how mimicking second coordination sphere could improve the capabilities of synthetic catalysts. Our approach used aromatic oligoamide foldamers as helical scaffolds around an inspired 2Fe2S4cluster. Convergent synthesis of the final molecule and structural studies in the solid state (x-ray) and in solution (NMR, IR) as well as the dynamic behaviour are reported. Modifications of the first coordination sphere of the model complex in presence of the foldamer are also described, showing interactions between them.

Le mouvement cellulaire est organisé par des processus moléculaires qui couplent la dynamique de la membrane plasmique à celle du cytosquelette d'actine, pour engendrer des protrusions cellulaires. Pour analyser le lien fonctionnel entre ces processus et le comportement motile qui en résulte, j'ai utilisé une approche biomimétique. J'ai mis au point une méthode rapide d'électrogonflement de liposomes géants unilamellaires, que j'ai fonctionnalisés avec la protéine N-WASP. Cette protéine catalyse la formation d'un réseau de filaments branchés par le complexe Arp2/3 au bord avant des cellules motiles. Les liposomes, placés dans un milieu reconstitué contenant l'actine, Arp2/3 et les protéines de régulation du treadmilling, sont déformés par la polymérisation insertionnelle de l'actine et se propulsent in vitro. J'ai montré que les liposomes adoptent un régime de propulsion soit continu, soit saltatoire périodique, la transition entre les deux régimes étant contrôlée par la concentration de Arp2/3. Les résultats établissent que le complexe Arp2/3 est le partenaire de N-WASP responsable de l'interaction entre la membrane et les filaments au cours de la réaction de branchement. Cette interaction est transitoire et détermine l'équilibre ségrégation-diffusion de N-WASP dans la bicouche lipidique et la formation d'un réseau cohésif de filaments branchés. Le modèle physique que nous proposons selon lequel l'équilibre ségrégation-diffusion de NWASP est contrôlé par les paramètres cinétiques du cycle catalytique de branchement, reproduit quantitativement les profils de densité de surface de NWASP observés expérimentalement.

Le cytosquelette des cellules est une structure composite et versatile qui leur confère des propriétés mécaniques extrêmement complexes. En particulier, le cortex d'actine qui s'assemble de manière dynamique sous la membrane cellulaire fournit la force nécessaire aux déformations et au mouvement de la cellule : la polymérisation de l'actine permet aux filaments en formation de pousser la membrane et les moteurs moléculaires génèrent des forces contractiles. L'utilisation de systèmes biomimétiques permet d'isoler des modules particuliers du cytosquelette pour les étudier indépendamment de façon simplifiée. Une expérience de reconstitution du cortex d'actine in vitro a été mise au point dans ce but. Les protéines et métabolites nécessaires pour la polymérisation de l'actine sont ainsi introduits dans un liposome et la réaction est localisée à la membrane, en y greffant l'activateur de la polymérisation de l'actine, sur le modèle du cortex cellulaire. Une fois la polymérisation déclenchée, nous sommes arrivés à reproduire un gel d'actine à la membrane, formant une coque. Les propriétés mécaniques de ce système simplifié sont alors étudiées par des expériences qui caractérisent leur dynamique d'étalement sur des surfaces. Les résultats sont comparés à ceux obtenus sur des cellules, et reproduisent une bonne partie des comportements cellulaires. On utilise également ces liposomes dans une situation physiologique: l'internalisation de la toxine de Shiga dans les cellules et nous montrons que la toxine est internalisée dans un système aussi épuré que des liposomes comportant un cortex reconstitué, prouvant le rôle important de l'actine dans ce processus.

Les rongeurs utilisent leurs vibrisses pour sonder tactilement leur environnement. Tout contact induit des contraintes mécaniques lentes quasi-statiques et rapides vibratoires, qui se propagent jusqu'en base de vibrisse où des mécanorécepteurs dédiés les détectent. C'est cette étape de transduction mécanique de l'information tactile opérée par les vibrisses, avant tout codage neuronal,que nous avons étudiée.En combinant expériences biomimétiques et modélisations, nous avons cherché à isoler les contributions relatives des composantes lentes et rapides pour la détection etlocalisation d'objets, et la perception de textures. Un des enjeuxétait de comprendre ce qui d'un point de vue mécanique confère aux rongeurs leur rapidité et acuité remarquables. Pour cela, nous avons d’abord étudié la dynamique de choc vibrisse-objet, et montré que la position radiale de l’objet pouvait être encodée à la fois dans le taux de variation de la composante quasi-statique du moment en base et dans l’amplitude et la fréquence des vibrations induites. En mimant le mouvement de whisking, nous avons de plus montré qu’utiliser la composante vibratoire permet aux rongeurs une détection des contacts plus rapide et plus robuste. Nous avons ensuite étudié la perception de textures élémentaires, et montré que la variation maximale du moment en base dépendait de manière univoque de leur taille. Des expériences sur rats anesthésiés combinant suivi des vibrisses et mesures d’activité neuronale dans le cortex nous ont enfin permis de proposer un mécanisme d’encodage des textures où la topographie de la surface est modulée par les propriétés de vibrations de la vibrisse et démodulée au niveau neuronal. / Rodents use their facial whiskers to probe their environment by touch. Any contact induces both slow quasi-static and fast vibratory mechanical stresses that propagate down to the base of vibrissae where dedicated mechanoreceptors detect them. It is this phase of mechanical transduction of the tactile information operated by the whiskers, prior to any neural coding, that we have studied here. By combining biomimetic experiments and theoretical modeling, we have sought to separate the relative contributions of both slow and fast components, for the detection and localization of objects, as well as the perception of textures. One of the challenges of this work was to understand what determines from a mechanical point of view, rodents remarkable temporal and spatial precision.For this, we have first studied the shock dynamic between a whisker and an object and shown that the radial position of the object could be encoded both in the rate of change of the quasi-static component of the base torque as well as in the amplitude and frequency of the induced vibrations. In addition, by mimicking the whisking mode adopted by rodents, we have shown that using the vibratory component allows rodents to detect contacts faster and more robustly.We then studied the perception of elementary textures and showed that the maximum variation of the base torque depends univocally on their size. Experiments on anesthetized rats, combining whisker optical tracking and cortical neural activity measurements, led us to propose an encoding mechanism of texture perception where the surface topography is modulated by the vibration properties of the whiskers and demodulation occurs at a neuronal level.

L’éolien est un secteur industriel en pleine expansion, qui joue un rôle fondamental dans le développement des énergies renouvelables. Cependant ces machines sont performantes sur une plage de fonctionnement étroite. Afin d’adapter l’éolienne aux changements de vent, une solution actuellement mise en place sur certaines éoliennes commerciales consiste à faire varier l’angle de calage (ie l’inclinaison) des pales au cours de son fonctionnement. Cette méthode de contrôle actif élargit la plage de hauts rendements ainsi que la plage de fonctionnement global, et améliore le démarrage de l’éolienne, mais elle n’augmente pas le rendement maximal atteint par une éolienne à angle de calage optimal fixé. Cependant la complexité́ de cette méthode ainsi que ses coûts de conception, de construction et de maintenance la rende inaccessible pour beaucoup d’éoliennes, en particulier celles de petite taille. Récemment des recherches se sont orientées vers un contrôle passif de l’angle de calage. Dans cette thèse nous examinons expérimentalement et théoriquement l’intérêt d’utiliser des pales flexibles suivant la corde sur une éolienne à axe horizontal. L’étude se concentre sur deux questions : - comprendre le mécanisme de reconfiguration de la pale flexible bio-inspirée : la déformation de la pale est due à la compétition entre les forces aérodynamiques, qui augmentent l’angle de calage moyen, et la force centrifuge qui le diminue. Ces effets sont gouvernés par deux nombres adimensionnés, respectivement le nombre de Cauchy et le nombre centrifuge. - qualifier et quantifier le gain en performances de l’éolienne : une flexibilité́ de pale modérée élargit la plage de fonctionnement, et augmente significativement le rendement de l’éolienne, expérimentalement jusqu’à 35% sur la plage de hauts rendements. Une procédure d’optimisation visant à déterminer le matériau optimal de la pale flexible est présentée. Ces gains obtenus en régime stationnaire sont conservés expérimentalement en moyenne en régime instationnaire. Deux temps caractéristiques sont identifiés : le temps de reconfiguration de la pale flexible et le temps de variation de la fréquence de rotation de l’éolienne / Wind energy is a rapidly growing branch of industry, playing a significant role in the development of renewable energies. However these machines are efficient only on a narrow working range. In order to adapt wind turbines to wind changes, some commercial machines are pitch controlled during rotation. This active control method extends the high-efficiency range and the total working range, and improves the starting phase, but it does not increase the maximum efficiency reached by a wind turbine with the fixed optimal pitch angle. However this method is complex and costly (design, construction, maintenance). Thus it becomes cost-effective only for large wind turbines. Research recently focused on passive pitch control. In this thesis, the contribution of chord wise flexible blades is studied both experimentally and theoretically. The thesis concentrates on: - the reconfiguration mechanism of the bio-inspired flexible blade : the deformation is the result of the competition between aerodynamic forces, which increase the pitch angle, and the centrifugal force, which reduces it. These two effects are governed by two dimensionless numbers, respectively the Cauchy number and the centrifugal number. - how to qualify and quantify the efficiency gains : a moderate flexibility extends the working range, and significantly increases wind turbine efficiency, up to 35% on the high-efficiency working range. An optimization procedure is presented, which aims at determining the optimal material to construct the blade. These improvements measured in steady regime are maintained on average when rotational speed is unsteady. Two characteristic times are identified: the reconfiguration time of the flexible blade and the time of variation of the rotational speed of the wind turbine

Cette recherche dans le domaine des nano-drones a pour ambition de concevoir un objet volant de taille réduite s’inspirant directement de la nature.Dans ce but, un état de l’art a été fait sur les mécanismes de vol des insectes ainsi que sur l’ensemble des solutions à ailes battantes artificielles développées à ce jour. Il ressort de cette analyse d’une part, que les insectes ont une cinématique des ailes singulière reposant sur un mouvement de battement et de torsion en quadrature de phase et d’autre part, que les nano-drones actuels ne s’appuient pas ou très peu sur le comportement dynamique de leurs ailes artificielles pour générer de la portance. Le concept proposé dans le cadre de ce travail se veut en rupture avec ces approches. Il consiste en un couplage vibratoire en quadrature de phase de modes de battement et de torsion appliqué sur des ailes artificielles flexibles afin de reproduire une cinématique proche de celles des insectes avec un unique actionneur. La méthodologie employée s’est traduite par l’élaboration d’un modèle analytique négligeant les efforts aérodynamiques afin de calculer le comportement dynamique et de dimensionner la structure du nano-drone. Les simulations ont mis en évidence l’existence de modes propres de la structure des ailes dont les déformées correspondent aux mouvements de battement et de torsion recherchés. Fait remarquable, une optimisation a permis de rapprocher les fréquences de ces modes tout en conservant une amplitude suffisante de façon à réaliser leur couplage et donc à reproduire la cinématique souhaitée. La portance produite a été ensuite estimée à l’aide d’un modèle aéroélastique qui a montré que le maximum de portance était obtenu pour deux fréquences coïncidant avec une quadrature de phase entre les deux modes. Ces résultats ont par la suite été confirmés à l’aide de mesures expérimentales effectuées sur un banc de mesure spécifique répondant aux contraintes imposées par les prototypes en termes de sensibilité et de comportement dynamique. Les différentes générations de prototypes testées ont été fabriquées au moyen des procédés de microfabrication, ce qui a permis l’intégration d’une membrane d’aile en parylène d’une épaisseur tout à fait comparable à celle existant chez les insectes. La conclusion de cette étude est que nous disposons dorénavant d’un prototype capable de compenser son poids. / This work in the Nano-Air Vehicle field aims to design a small flying object directly inspired by the nature. For this purpose, a state of the art has been performed on insects flight mecanisms and has reviewed the overall artificial flapping wings solutions developped until today. The result of this analysis is on one hand, that insects use a specific wing kinematics which relies on a flapping motion and a twisting motion coupled in a quadrature phase shift and on the other hand, that the existing Nano-Air Vehicles do not exploit the dynamic behavior of their artificial wings to produce lift. The proposed concept in this research is a departure from those other works. It consists of a vibratory coupling in a quadrature phase shift of a flapping and a twisting mode applied on flexible artificial wings in order to reproduce a kinematics close to the insects ones with a single actuator. The used methodology resulted in the development of an analytic modeling which neglects the aerodynamic forces to calculate the dynamic behavior and dimension the prototype structure. Simulations highlighted the existence of eigen modes of the wings structure whose modal shapes match with the wanted flapping and twisting motion. Noteworthy fact, an optimization allowed to get those modes close in frequency while keeping a non-neglectible amplitude in such a way as to couple them and obtain the expected kinematics. The produced lift force is then estimated with an aeroelastic modeling which has shown that the maximum lift is obtained for two frequencies which provide a quadrature phase shift between the two modes. Those results are then validated by experimental measurements performed on a specific bench made according to the constraints due to the prototype in terms of sensitivity and dynamic behavior. The different generations of prototypes tested are produced with microfabrication process, allowing to integrate a wing membrane in parylene with a thickness comparable to the one existing in insects. The conclusion of this study is that we now have a prototype able to compensate its weight.

Les matériaux inorganiques ont des propriétés uniques à l'échelle nanométrique. Ces propriétés ont généré beaucoup d'intérêt pour fabriquer des nouveaux matériaux utilisant des nano-objets comme unité de construction. Nous avons suivi une approche biomimétique pour la fabrication de dispositifs à base de nanoparticules afin d'améliorer les méthodes actuelles de fabrication top-down et bottom-up. Certaines protéines naturelles se lient en effet spécifiquement à des matériaux inorganiques, et déclenchent notamment la croissance de cristaux inorganiques. Une première étape dans cette approche biomimétique est de comprendre comment des protéines se lient spécifiquement à des nanomatériaux inorganiques. Nous avons exploré ce mécanisme de reconnaissance en sélectionnant des anticorps (les protéines de notre système immunitaire spécialisées dans les interactions avec de nombreuses cibles) contre des matériaux inorganiques par la méthode combinatoire biotechnologique appelée "phage display". Cette technique permet d'obtenir la séquence génétique codante des anticorps sélectionnés se liant à leur cible à partir d'une banque aléatoire d'anticorps. L'analyse statistique des séquences des anticorps sélectionnés fournit de nouvelles informations sur les interactions protéines/matériaux inorganiques. Notre principale conclusion est l'identification de l'acide aminé arginine en tant que contributeur majeur dans les interactions protéine/or. L'ingénierie génétique des anticorps permet de fonctionnaliser ces nouvelles sondes de matériaux inorganiques en vue de leur utilisation pour des applications dans le domaine des nanomatériaux. Les anticorps recombinants sélectionnés et leurs dérivés fonctionnalisés peuvent être exprimés par sécrétion à l'aide d'un hôte eucaryote (Dictyostelium discoideum) mis au point au cours de cette thèse. / Inorganic materials have unique properties at the nanometer scale. These properties have generated a lot of interest among researchers to fabricate novel materials using nano objects as building units. In this PhD thesis, we have attempted to mimick nature in the fabrication of nanoparticle based devices in order to improve upon current top-down and bottom-up nanomaterial fabrication methods. Proteins can specifically bind inorganic materials and trigger crystal growth and thus are considered as the main building units for a biomimetic approach of fabrication. The first step towards mimicking nature is to explore how proteins bind specifically to nanomaterials. We have explored this recognition mechanism by selecting antibodies (the protein binders of our immune system) against inorganic nanomaterials using the combinatorial biotechnology method of phage display. This technique provides us with the genetic sequence of selected antibodies from a random antibody library exposed against a target. Statistical analysis of selected antibody sequences provides new information on proteins/inorganics interactions. Our main finding in this regard is the identification of the amino acid arginine as a major contributor to protein/gold interactions. Additional functionality to these new binders of inorganic materials is obtained by antibody engineering, allowing for their value added use in nanomaterial science applications. Selected recombinant antibodies and their engineered derivatives along with other recombinant protein can be expressed and secreted using a eukaryotic expression platform (Dictyostelium discoideum) developed during this thesis.