Cette thèse est axée sur la fabrication et l’optimisation d’une nouvelle structure permettant théoriquement d’améliorer les performances des cellules à base de silicium cristallin. Cette nouvelle architecture de cellule utilise la technologie des hétérojonctions de silicium a-Si:H/ c-Si (Si-HJ) appliquée sur des structures à contacts interdigités en face arrière (IBC). Le potentiel de rendement des cellules IBC Si-HJ est supérieur à 25%, mais leur fabrication nécessite une localisation des couches de a-Si:H de dopage différent et de leurs métallisations. L’intégration de ces étapes dans un procédé simplifié utilisant des techniques industrielles (PECVD, pulvérisation, sérigraphie et laser) a été étudiée. De plus, une structure obtenue sans séparation entre le BSF et l’émetteur est présentée, permettant de réduire le nombre d’étapes de fabrication. Les avantages ainsi que les limites liés à cette architecture simplifiée ont été illustrés du point de vue expérimental et par simulation. Dans le cadre de ces travaux, le rendement maximum atteint sur les dispositifs IBC Si-HJ simplifiés de 25cm² est de 19% (substrats de type n), ce qui constitue le 3e meilleur résultat au niveau mondial. Les performances des cellules restent encore limitées par l’absorption des couches de a-Si:H utilisées pour la passivation de la face avant, et par la conductivité des couches dopées en face arrière. De nombreuses pistes d’amélioration sont explorées dans cette étude. Un procédé de métallisation innovant a également été élaboré pour le passage sur des substrats de grande taille (150cm²). Il permet de limiter les pertes résistives tout en offrant de la flexibilité au niveau de la géométrie des contacts. La mise en module de cellules ayant ce design de métallisation a ensuite été étudiée, et un module de 4 cellules IBC Si-HJ a pu être fabriqué. / This thesis studies the fabrication and the optimization of a new structure to enhance the efficiency of crystalline silicon based solar cells. This new cell design uses a-Si:H/c-Si heterojunction (Si-HJ) technology applied on interdigitated back contact structures (IBC). With IBC Si-HJ solar cells, the efficiency potential is theoretically higher than 25%. Their fabrication requires to pattern doped a-Si:H and the associated metallization on the same side. The implementation of those process steps has been carefully studied. All processes used in this study are potentially industrial (PECVD, sputtering, screen-printing, and laser) and the obtained structure without buffer layer between the BSF and the emitter allows to reduce fabrication steps. Issues linked to this design have been investigated. Within the frame of this work, the maximum efficiency reached on reduced size devices (25cm²) with n-type substrate and is 19% which is the 3rd best result worldwide. The cell performances are still limited by the absorption of front surface passivating layer (a-Si:H) and by the low doped layer conductivity. Several optimization ways are explored in this study. An innovative metallization process is then elaborated to allow large area solar cell fabrication while limiting resistive losses and offering more flexibility on metallized pattern. The interconnection and the encapsulation of cells with this metallization design have been illustrated and a module with 4 cells has been fabricated.

Chez les patients atteints d'athérosclérose, les calcifications vasculaires sont une caracteristique des plaques d'athérome. Elles résultent de la trans-différenciation des cellules musculaires lisses (CMLs) en cellules de type ostéoblastique et/ou chondrocytaire, notamment en réponse à des cytokines inflammatoires. Les CMLs forment alors des cristaux par l'activité de la phosphatase alcaline non-spécifique du tissu (TNAP). A la lumière de résultats récents, nous avons émis l'hypothèse que la TNAP module la trans-différenciation des CMLs. Nos objectifs étaient donc de déterminer l'effet de la TNAP dans la trans-différenciation des CMLs, et d'étudier les mécanismes impliqués dans son induction. Nous avons observé que l'ajout de phosphatase alcaline purifiée ou la surexpression de TNAP stimule l'expression de marqueurs chondrocytaires en culture de CMLs et de cellules souches mésenchymateuses. De plus, l'inhibition de la TNAP bloque la maturation de chondrocytes primaires. Nous avons observé un rôle des cristaux formés par la TNAP, puisque l'ajout de cristaux seuls ou associés à une matrice collagénique a reproduit les effets de la TNAP. Nous suspectons que la TNAP agit en hydrolysant le PPi et en générant des cristaux. Ces cristaux ensuite induisent l'expression du facteur ostéogénique BMP-2 et l'inhibition des effets de la BMP-2 annule les effets de la TNAP. De plus, nous étions intéressés par les la localisation et la fonction de marqueurs de minéralisation comme les annexines en parallèle de la TNAP. Nous avons observé que l'activité TNAP des CMLs induit la minéralisation en grande partie quand la TNAP est associée aux vésicules matricielles et au fibres de collagène / Vascular calcification (VC) is a hallmark of atherosclerosis plaques. Calcification (formation of apatite) of advanced lesions share common features with endochondral ossification of long bones and appears to stabilize plaques. This process is associated with trans-differentiation of vascular smooth muscle cells (VSMCs) into chondrocyte-like cells. On the other hand, microcalcification of early plaques, which is poorly understood, is thought to be harmful. The two proteins necessary for physiological mineralization are tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP) and collagen. Under pathological conditions, TNAP is activated by inflammatory cytokines in VSMCs, whereas collagen is produced constantly. The activation of TNAP appears to induce calcification of these cells. Therefore, the objective of this PhD thesis was to study the role of TNAP and generated apatite crystals in the VSMC trans-differentiation and determine underlying molecular mechanisms. Based on the obtained results, we propose that activation of BMP-2, a strong inducer of ectopic calcification, and formation of apatite crystals generated by TNAP represents a likely mechanism responsible for stimulation of VSMC trans-differentiation. Moreover, we were interested in localization and function of mineralization markers such as TNAP and annexins in mineralization process mediated by trans-differentiated VSMCs and VSMC-derived matrix vesicles (MVs). We observed that, similarly as in the case of typical mineralizing cells, increased TNAP activity in VSMC-derived MVs and association with collagen were important for their ability to mineralize

Les neurones pyramidaux sont constamment bombardés par une activité GABAergique spontanée qui régule le comportement de la décharge neuronale. Des résultats récents ont montré que cette activité spontanée GABAergique pouvait moduler l'excitabilité mais aussi la fidélité temporelle de décharge d'un neurone définie comme sa capacité à reproduire à l'identique un patron de décharge lors de la présentation répétée d'un même stimulus. D'autre part, de nombreuses études ont caractérisé l'existence d'une plasticité à court-terme de l'activité GABAergique médiée par les endocannabinoïdes. Ce phénomène, connu sous le nom de DSI (Depolarization-induced Suppression of Inhibition) a été décrit dans de nombreuses structures comme le cervelet, le cortex ou encore l'hippocampe.Au cours de ma thèse, j'ai étudié quelles pouvaient être les conséquences fonctionnelles de la production d'endocannabinoïdes sur l'activité neuronale et en particulier sur la fidélité temporelle de la décharge. Dans un premier temps nous avons montré que le profil de décharge in vivo des cellules de lieu de l'hippocampe pouvait induire, quand il était rejoué in vitro, le phénomène de DSI. Nous avons observé ensuite que cette diminution transitoire de la transmission GABAergique était associée à une amélioration de la fidélité temporelle de la décharge.En conclusion, nos travaux suggèrent que l'activité des cellules de lieu de la région CA1 de l'hippocampe peut provoquer, par la synthèse et la libération rétrograde d'endocannabinoïdes, une diminution à court-terme de l'activité GABAergique reçue par ces cellules avec pour conséquence des modifications de la précision temporelle de la décharge neuronale. / Pyramidal neurons are constantly bombarded by spontaneous GABAergic activity that regulates their firing behaviour. Recent results have shown that this spontaneous GABAergic activity can modulate both the excitability and the temporal fidelity of action potential discharge (Caillard, 2011). Many studies have characterized the existence of short-term plasticity of GABAergic activity mediated by endocannabinoids. This phenomenon, known as DSI (Depolarization-induced Suppression of Inhibition) has been described in many brain structures such as the cerebellum, cortex or hippocampus (for review see Freund et al., 2003; Kano et al. 2009).During my PhD thesis, I have evaluated the functional consequences of the endocannabinoid production on neuronal activity and in particular on the spike-time precision of the CA1 pyramidal neurons. As a first step we have shown that the in vivo firing pattern of place cells could induce, when replayed in vitro, a decrease in spontaneous GABA release by the endocannabinoid signalling pathway. We then observed that this transient depression of GABAergic transmission improved spike-time precision of CA1 pyramidal neurons.In conclusion, our work suggests that, in the hippocampus, CA1 place cell firing can induce, following the synthesis and retrograde release of endocannabinoids, a short-term decrease in the GABAergic activity received by these cells that consequently affects their spike-time precision.

Cette thèse est centrée sur l’analyse du rôle de l’adhésion cellule-substrat et des facteurs de détectionde Quorum sur la migration amibienne de Dictyostelium . Des outils pour automatiser les enregistrementsde vidéoomicroscopie et l’analyse d’image ont été développés afin de travailler avec de trèsgrands échantillons de cellules et de quantifier la migration cellulaire. Un dispositif microfluidique dedétachement cellulaire sous flux hydrodynamique combiné une platine motorisée a permis une étude statistique de l’adhésion mais aussi de la dynamique de détachement. L’analyse de la migration de Dictyostelium en milieu non nutritif met en évidence le rôle de la densité sur la différentiation des celluleset leur capacité de migration. Nous observons la présence d’une vitesse maximale de migrationaprès 6h de carence. Nous montrons que l’adhésion sur verre est deux fois plus faible en milieu carenc´equ’en milieu nutritif. Les exp´eriences de migration en milieu nutritif ont révélé la présence d’un facteur de détection de densité sécrété par les cellules et régulant leur migration aléatoire. Le coefficient de diffusion, la persistance du mouvement et la morphologie des cellules varient en fonction de la concentrationde ce facteur. Ce facteur ne modifie pas l’adhésion cellulaire mais uniquement la dynamique de d´etachement. Enfin, le protocole d’analyse développé nous a permis de faire une étude comparative de la migration en faisant varier d’autres paramètres tel que la surface ou la composition chimique du milieu expérimental. Ce travail se conclue en exposant le possible rôle de l’adhésion sur la migrationchez Dictyostelium en milieu nutritif. / This thesis focuses on the analysis of the role of adhesion between substrate and cell and factors of Quorum sensing on the migration of Dictyostelium amoeba. Tools to automate the recordings of videomicroscopy and image analysis have been developed to work with very large samples of cells and toquantify cell migration. A microfluidic device for cell detachment in hydrodynamic flow combined witha motorized stage has allowed a statistical study of adhesion but also the dynamics of detachment. The analysis of the migration of Dictyostelium in non nutritive medium highlights the role of density on celldifferentiation and migration capacity. We observe the presence of a maximum speed of migration after6 hours of starvation. We show that the adhesion to glass is twice as low in deprivation buffer as inthe nutrient medium. The experiences of migration in growth medium revealed the presence of a factorof detection of density secreted by the cells and regulating their random migration. The diffusion coefficient, the persistence of the movement and morphology of cells vary depending on the concentrationof this factor. This factor does not affect cell adhesion but only the dynamics of detachment. Finally, the testing protocol developed allowed us to make a comparative study of migration by varying otherparameters such as surface or the chemical composition of experimental medium. This work concludesby outlining the possible role of adhesion to the migration of Dictyostelium in nutrient medium.

Le système du complément est une cascade de défense immunitaire complexe et étroitement régulée, conduisant à des dommages tissulaires lorsqu’il est suractivé. L’hème, un motif moléculaire de danger dérivant de l’hémolyse, est capable d’activer le complément dans le sérum et à la surface des cellules endothéliales (CE) in vitro, suggérant un rationel pour examiner l’impact de l’activation du complément dans les maladies hémolytiques. L’objectif de ce projet était d’étudier si et comment l’hémolyse intravasculaire active le complément in vivo, et de comprendre les mécanismes sous-jacent conduisant à l’acquisition d’un phénotype activateur du complément par les CE afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Nous avons détecté des dépôts de complément, de C3 et de C5b-9, dans des reins de patients souffrants de nephropathie drépanocytaire ainsi que dans un modèle murin de drépanocytose. Nous avons mis en place un modèle murin d’hémolyse intravasculaire massive, déclenchée par la phénylhydrazine (PHZ), et caractérisé l’atteinte rénale. Nous avons détecté des dépôts de C3 au niveau des reins de ces souris. Cet effet a été inhibé par l’administration préventive du scavenger naturel de l’hème, l’hémopexine (Hx), et reproduit par des injections d’hème libre, démontrant une activation hème-dépendante in vivo. Les microvésicules d’érythrocytes (MVs) drépanocytaires représentent une source naturelle d’hème, de par leur concentration en hème trois fois supérieure à celle observée chez les donneurs sains. Nous avons démontré que les MVs drépanocytaires activent le complément dans le sérum et sur les CE, de manière en partie hème-dépendante. Ces résultats révèlent le rôle activateur de l’hème sur le complément dans les maladies hémolytiques. De plus, nous avons démontré que l’interaction de l’hème avec TLR4 peut en partie expliquer les dépôts de C3 sur l’endothélium in vivo et les CE in vitro. L’utilisation d’un inhibiteur de TLR4, le TAK-242, a réduit de 50% les dépôts de complément sur les CE, confirmé par une réduction des dépôts sur l’endothélium vasculaire chez des souris TLR4-/- traitées par PHZ ou hème. De plus, nous avons montré que ces dépôts hème/TLR4 dépendants sont liés à l’expression rapide de P-sélectine, qui recrute C3b et C3(H2O) à la membrane des CE, révélé par l’analyse des interactions protéiques en temps réel et l’utilisation d’un anticorps bloquant anti-P-sélectine. Ensemble, ce projet démontre que l’hème et les MVs sont les produits dérivés de l’hémolyse responsables de l’activation du complément. Au niveau cellulaire, l’induction par l’hème d’un phénotype activateur du complément des CE dépend de l’axe TLR4/P-sélectine, induisant des dépôts de C3 à la surface cellulaire. Ainsi, ces études soulignent les bénéfices potentiels de l’Hx et du TAK-242 contre l’activation du complément dans des pathologies associées à une hémolyse. / Complement system is a complex and tightly regulated innate immune defensive cascade, which can promote tissue damage, when overactivated. Hemolysis-derived danger associated molecular pattern heme is able to activate complement in serum and on endothelial cells (EC) in vitro, providing a rational for scrutinizing the impact of complement activation in hemolytic diseases. The objectives of this work were to study whether and how intravascular hemolysis induces complement activation in vivo, and to understand the underlying mechanism that leads to the acquisition of a complement activating phenotype of the endothelium in order to identify novel therapeutic strategies. We found complement deposits, including C3 activation fragments and C5b-9, within kidneys of patients with sickle cell disease (SCD) nephropathy (a prototypical hemolytic disease) as well as in a mouse model of SCD. We set up and characterized the renal injury of a mouse model of massive intravascular hemolysis, triggered by injection of phenylhydrazine (PHZ). We revealed C3 deposition within kidneys of the PHZ-treated animals. It was prevented by heme scavenging with hemopexin (Hx) and reproduced by injections of free heme, thus demonstrating the importance of heme for the complement activation in vivo. SCD erythrocytes microvesicles (MVs), are a pathologically relevant source of labile heme, since they carry three times more heme on their surface compare to MVs from healthy donors. We demonstrated that MVs, generated from SCD erythrocytes, activate complement in human serum and on EC surface, in part on a heme-dependent manner. These data highlight the importance of heme as a complement activator in hemolytic diseases. Further, we found that the C3 activation fragments deposits on endothelium in vivo and on EC in vitro can be in part explained by interaction of heme with TLR4. Indeed, the use of a specific inhibitor of TLR4, TAK-242, reduced about 50% the complement deposits on EC surface and such deposits on vascular endothelium in PHZ- or heme-injected mice were attenuated TLR4-/- mice. Moreover, we found that heme/TLR4-dependent complement deposition was mediated by the rapid expression of P-selectin, which in turn, recruited C3b and C3(H2O) on the EC surface, as evidenced by real time protein interaction analyses and using of blocking antibodies. Together our results demonstrated that heme and erythrocytes MVs are the hemolysis-derived products which promoted complement activation. At cellular level, heme induced complement-activating phenotype of EC by triggering TLR4/P-selectin axis and resulting in C3 activation fragments on cell surface. Together, these studies underline the potential benefits of Hx and TAK-242 against complement activation in pathologies related to hemolysis.

Cette thèse présente des mesures de spectroscopie optique sous conditions extrêmes de pression et champ magnétique intense à basse température. L'objectif premier de ce travail de thèse était de développer et mettre au point un dispositif expérimental original permettant d'atteindre ces conditions extrêmes inédites. Nous avons étendu le domaine de pression, champ magnétique et température accessibles conjointement jusqu'à 56 T, 10 GPa et 4 K et étudié les propriétés de deux types de système pour lesquels les spectroscopies sous haute pression et champ magnétique intense sont particulièrement adaptées: les ions de métaux de transition et les semiconducteurs. L'étude du rubis par magnéto-photoluminescence nous a permis de mettre en évidence dans un domaine de champ magnétique inexploré l'effet Zeeman, i.e la levée de dégénérescence de spin des états électroniques de l'ion chrome, et l'effet Paschen-Back dû à une compétition entre le champ cristallin anisotrope et le champ magnétique appliqué. Une augmentation significative du champ trigonal induite par la pression a été ainsi détectée et interprétée. Nous avons également étudié la structure de bandes du séléniure d'indium, un semiconducteur lamellaire aux propriétés excitoniques remarquables par des mesures de magnéto-absorption. Le phénomène de magnéto-absorption oscillatoire, signature de la quantification de Landau des électrons et des trous, nous a permis d'explorer la structure de bandes dans une large gamme d'énergie autour du gap et de valider le modèle $k.p$ spécifique proposé pour ce composé. Enfin, une étude par magnéto-photoluminescence des propriétés électroniques de boîtes quantiques auto-organisées de phosphure d'indium encapsulées dans une matrice de phosphure de gallium nous a permis d'élucider l'origine de la forte luminescence caractéristique de ce système en déterminant clairement le confinement des porteurs et les effets induits par les fortes contraintes biaxiales inhérentes à la croissance par auto-assemblage.

De récents progrès en biologie cellulaire ont montré que le noyau d'une cellule vivante est un ensemble bien organisé de différents domaines ayant chacun une fonction propre. Cette organisation est hautement dynamique. En effet, elle est la clé de l'adaptation de la cellule à son environnement. La dynamique du noyau est ainsi le reflet de l'état de la cellule. <br />Bien que l'étude de cette dynamique soit devenue l'un des enjeux majeurs de la recherche en biologie cellulaire, la dynamique globale du noyau est encore peu comprise. Pour étudier cette dynamique nous avons mis au point un montage expérimental original de diffusion dynamique de la lumière. Il est à noter que si la diffusion dynamique de la lumière est une technique « classique » pour l'étude des propriétés dynamiques des systèmes moléculaires organisés (i.e. systèmes colloïdaux, surfactants, polymères en solution, gels, cristaux liquides), elle n'avait, encore, jamais été utilisée pour étudier les propriétés dynamiques du noyau d'une cellule vivante. Grâce à ce montage, nous avons étudié la dynamique globale du noyau de cellules neuroblastomes de la lignée SHEP, au cours du cycle cellulaire. Nous avons ainsi pu observer que la dynamique interne du noyau est très riche et très complexe, avec un très grand nombre de temps caractéristiques s'étalant de quelques millisecondes à quelques dizaines de secondes. Par l'analyse des fonctions d'autocorrélation de l'intensité diffusée, < I(0)I(t) >, nous avons, plus particulièrement, sondé la dynamique interne du noyau entre la milliseconde et la seconde. Nous avons mis en évidence deux distributions indépendantes de temps caractéristiques. La première est une distribution de temps rapides compris entre 5 et 70 ms. La deuxième est une distribution de temps plus lent compris entre 0,5 et 2 s. Nous avons montré que ces distributions étaient dépendantes de la phase du cycle dans laquelle se trouvaient les cellules.<br />Le montage expérimental que nous avons construit nous a également permis de mettre en évidence et d'étudier un processus de transmission de la mort par apoptose d'une cellule vers ses plus proches voisines.

Ces travaux de recherche sont axés sur la modélisation et la simulation des tissus mous pour le vivant.<br />Nous avons proposé un nouveau modèle mécanique discret qui permet de simuler des interactions entre objets biologiques ou médicaux, et développé un environnement et des outils logiciels afin de fournir un cadre pour la comparaison et la validation de modèles physiques.<br />Cet environnement a ainsi permis de comparer mon modèle à d'autres approches.<br /><br />Le modèle développé a été utilisé dans différentes problématiques applicatives cliniques et de biologie.<br />En GMCAO il s'agit d'aider le chirurgien ou le praticien dans son diagnostic (étude et simulation des mouvements respiratoires) ou dans son geste (modélisation de la prostate et des gestes de biopsie et de curiethérapie). <br />En biologie cellulaire, il s'agit d'étudier des phénomènes au niveau cellulaire ou de reproduire des expériences de micro-manipulations dont les modèles classiquement utilisés dans ce contexte ne rendent pas bien compte.<br /><br />Ce mémoire peut se décomposer en trois parties : le chapitre 1 présente une introduction générale au sujet de la modélisation des tissus mous pour les GMCAO et la biologie cellulaire ; les chapitres 2 à 5 présentent mes travaux de modélisation et de validation et leurs applications ; enfin, le chapitre 6 présente mes perspectives de recherche.<br />On trouvera en annexe A une synthèse de mes activités dans un CV court.<br />Ces travaux ont donné lieu à des encadrements d'étudiants (annexe B) et à des collaborations scientifiques et cliniques (annexe C).<br />Un résumé de mes contributions ainsi que les publications scientifiques et cliniques les plus significatives sont présentés en annexes D et E.

Le fer est l'un des rares métaux qui ne soit pas produit industriellement par électrolyse. Pour aider au développement d'un tel procédé pour l'acier, l'électrolyse des oxydes de fer en milieu sodique est examinée, selon deux approches. La première démarche consiste en l'étude expérimentale du mécanisme réactionnel. L'électrochimie des ions indique qu'il est possible de produire du métal par électrodéposition en milieu alcalin. Parallèlement, l'étude de la réduction d'une particule d'oxyde hématite révèle qu'elle subit, lors de sa conversion en fer métallique, une transformation macroscopique en phase solide. Les analyses démontrent la formation de magnétite comme intermédiaire réactionnel. La seconde démarche est dédiée à la production du fer métallique, par électrolyse d'une suspension de particules d'oxyde dans diverses configurations de cellules. L'incidence des paramètres de procédé a été établie et permet de proposer des éléments de conception d'une cellule industrielle.

Ce travail est consacré à l'élaboration et à la caractérisation des trois éléments d'une cellule SOFC fonctionnant à température intermédiaire (650-750°C). <br />Une conductivité purement ionique de 9x10-3 S.cm-1 a été mesurée à 700°C sur l'électrolyte retenu de composition La9Sr1Si6O26,5. Cette céramique de structure apatite est stable chimiquement au contact du matériau de cathode conducteur mixte Nd1,95NiO4+Δ. L'étude de la réduction de l'oxygène a montré que l'étape limitante est le transfert des ions oxyde à l'interface cathode/électrolyte. Le cermet anodique Ni-apatite a été élaboré par imprégnation de la matrice poreuse d'apatite par un sel de nickel. Cette méthode permet une meilleure stabilisation du nickel dans la structure hôte. Ces travaux mettent en évidence l'intérêt d'une nouvelle cellule SOFC fonctionnant à température intermédiaire composée d'électrolyte de structure apatite.