Le travail présenté dans ce mémoire se place dans le cadre du développement actuel de l'optique laser pour l'établissement de diagnostics médicaux. Dans ce but, l'étude du champ de speckle peut se révéler être une voie pertinente d'analyse. Le speckle, ou granularité lumineuse, formé par des milieux diffusants éclairés par une source de lumière cohérente, peut potentiellement apporter une quantité importante d'informations sur ces milieux. En effet, lorsque aucun système imageant n'est employé, les caractéristiques du speckle comme la taille des grains, le contraste, la polarisation ou encore la dynamique du speckle, sont fonctions des propriétés de diffusion et de la dynamique du milieu. Après une présentation des aspects statistiques associés au speckle et une description des conditions expérimentales employées, nous avons donc étudié l'effet de la diffusion de milieux liquides sur la taille des grains de speckle ainsi que sur le contraste de speckle. En transmission, cette étude nous a permis de caractériser des échantillons selon la dimension des particules diffusantes. Une étude théorique a permis de voir que l'évolution de la taille des grains en fonction de la diffusion et de la dimension des particules du milieu diffusant peut être prévue par la simulation de profils de diffusion par la méthode de Monte Carlo. Actuellement, beaucoup de recherches sont menées pour déterminer des méthodes de mesures non invasive et in vivo de la glycémie pour les diabétiques. Dans ce contexte, nous avons mesuré l'effet de l'addition de glucose dans un milieu diffusant sur la taille des grains de speckle observés dans une configuration de réflexion diffuse. L'analyse de la dynamique des grains de speckle permet d'accéder au contrôle de l'agitation des particules dans le milieu diffusant. Cet aspect a été appliqué, dans le domaine de l'hématologie, au suivi de réactions de coagulation plasmatique. C'est ainsi que plusieurs échantillons de plasma ont pu être caractérisés selon leur temps et dynamiques de coagulations.

Le vieillissement est un facteur de risque des maladies cardiovasculaires. Il est associé à des altérations fonctionnelles et structurelles du système vasculaire.Une étude approfondie du processus de vieillissement et le développement de systèmes d’imagerie et des traitements de données associés deviennent donc une priorité. Par l’analyse d’images de contraste par speckle laser (LSCI), l’objectif de cette thèse est d’étudier l’influence de l’âge sur la micro circulation.Pour ce faire, des données de LSCI ont été acquises sur l’avant-bras de sujets sains jeunes et âgés. A partir de modèles mathématiques, nous avons déterminé la vitesse des érythrocytes de la micro circulation chez les deux groupes de sujets. Par ailleurs, nous avons également mené une étude de la complexité de séries temporelles d’ LSCI s’appuyant sur des mesures d’entropie multi échelle. Nos résultats montrent que : 1) le groupe de sujets plus âgés présente des valeurs de vitesse des globules rouges significativement plus élevées que celles des sujets jeunes à l’hyperémie réactive post-occlusive; 2) les fluctuations des séries temporelles de LSCI dans le groupe des sujets jeunes ont une complexité supérieure à celles du groupe de sujets âgés. Ces modifications observées sur la micro circulation pourraient être attribuées à des modifications du système vasculaire dans son ensemble. La compréhension de ces altérations pourrait conduire à de nouvelles perspectives en matière de prévention et de traitement des pathologies liées à l’âge. / Aging is a primary risk factor for cardiovascular diseases. It is associated with functional and structural alterations in the vascular system. Therefore, a deep study of the aging process and the development of imaging systems and associated processing become of the utmost importance. By processing laser speckle contrast images (LSCI), this PhD work aims at studying the influence of age on microcirculation. In our work, LSCI data were acquired from the skin forearm of healthy subjects, subdivided into two age groups (younger and older). From mathematical models, we determined red blood cells velocity in microcirculation in the two groups of subjects. Moreover, we applied multiscale entropy-based algorithms to LSCI time series in order to study the complexity of microvascular signals. Our main findings are: 1) the older group has significantly higher velocity values than the younger group at post-occlusive reactive hyperaemia; 2) LSCI fluctuations in the younger group have significantly higher complexity than those of the older group. Age-related changes in skin microcirculation can be attributed to alterations in the vascular system as a whole. Understanding these changes in the microcirculatory system may give new insights for prevention and treatment of age-related diseases

Lors de la diffusion d’une onde électromagnétique sur une surface de rugosité aléatoire ou dans un volume, un champ de speckle, dont les caractéristiques dépendent du diffuseur considéré, se forme. Les diffusions au sein de matériaux impactent l’état de polarisation d’une lumière incidente. Ainsi, la polarisation est un paramètre sensible pour la caractérisation et l’étude de matériaux. Une technique de polarimétrie résolue spatialement, permettant une mesure de précision en champs de speckle, est proposée. Cette technique est utilisée pour étudier l’impact de différents paramètres d’imagerie sur la mesure polarimétrique, notamment les phénomènes de dépolarisation des champs dus au mode d’observation. Un modèle de simulation de champs de speckle polarisés, validé par comparaison avec l'expérimentation pour différents régimes de diffusions, est développé. Par ailleurs, les propriétés dynamiques de l’échantillon peuvent être mesurées par une analyse de contraste du speckle qu’il diffuse. Un dispositif d’imagerie de micro-vascularisation par mesure de contraste de speckle dynamique polarisé est optimisé, puis appliqué à l’étude in-vivo de l’angiogenèse tumorale du mélanome murin, ainsi que l’évolution de la vascularisation après traitement des tumeurs par électrochimiothérapie. Le potentiel de la technique pour la détection et l'étude du mélanome murin, sans contact ni marqueur, est démontré, avec comme perspective la détection et l'étude du mélanome humain, dont l'efficacité reste à être caractérisée pour une utilisation en imagerie biomédicale. / When an electromagnetic wave is scattered by a rough surface or in a volume, a speckle field is observed, with characterlstlcs depending on the consldered scatterer. Multiple scattering in samples immpact the State of polarizatlon of an incident light. Thus, polarization Is a sensitive parameter for material characterization and study. A spatially resolved polarlmetry method, allowing accurate measurements in speckle fields is proposed. That method is used to study the Impact of various parameters on polarimétrie measurements, especially the depolarization phenomenon due to the observation setup. A polarlzed speskle simulation model is proposed, validated by comparison with expérimentation for various scattering régime. Besides, dynamlc properties of samples can be measured by an analysis of the scattered speckle contrast. A method allowing microvascularization imaging based on dynamic polarized light scattering imaging is optlmlzed, then applied to in-vivo study of the tumor angiogenesis occuring on murine melanoma, as well as the vascularization évolution after a treatment called electrochemotherapy. Potentlal of the method for non invasive détection and study of the murine melanoma is demonstrated, its efflciency on human melanoma for biomédical applications remaning to be characterized.