Cette thèse s’inscrit dans le cadre applicatif général de l'analyse de cellules uniques. Afin d’améliorer la sélectivité du tri de cellules uniques, les équipes de FEMTO-ST proposent de contrôler en boucle fermée les trajectoires des cellules entemps réel pendant leur trajet dans les puces dédiées au tri. Dans ce cadre, mes travaux de thèse portent sur une méthode novatrice de détection en temps-réel de la position des cellules, directement intégrée aux puces et basée sur le principephysique de la mesure d'impédance.Lors du passage d’une cellule dans un microcanal, celle-ci vient modifier l’impédance mesurable entre des électrodes placées sur les bords du canal.Une méthode générique permettant de formuler les variations d'impédance en fonction de la position de la particule été proposée (modèledirect).Une méthode d'estimation de la position d’une particule reposant sur les mesures d’impédance a également été proposée (modèle inverse). Celle-ci exploite un filtre de Kalman étendu, permettant la fusion de données en provenance de plusieurspaires d'électrodes, et exploitant les informations disponibles telles que la distribution du bruit de mesure et le modèle dynamique de la particule.La validation de la méthode a été effectuée sur un banc expérimental qui a été développé lors de cette thèse et sur des simulations numériques.Ces travaux montrent la pertinence d’exploiter l’impédancemétrie pour construire un capteur de position de particules immergées dans un microcanal. Cette méthode est une alternative à l’utilisation de microscopes optiques et présente l’avantage d’une grande compacité. / This thesis is part of the general application framework of single cell analysis. In order to improve the selectivity of single cell sorting, FEMTO-ST teams propose to control in closed loop the trajectories of the cells in real time during their journey in the chips dedicated to sorting. In this context, my thesis work focuses on an innovative method for real-time detection of cell position, directly integrated into chips and based on the physical principle of impedance measurement.When a cell passes through a microchannel, it changes the measurable impedance between electrodes placed on the edges of the channel.A generic method for formulating impedance variations as a function of particle position has been proposed (direct model). A method for estimating the position of a particle based on impedance measurements has also been proposed (inverse model). It uses an extended Kalman filter, allowing data from several pairs ofelectrodes to be merged, and exploiting available information such as measurement noise distribution and particle dynamic model. The validation of the method was carried out on an experimental bench that was developed during this thesis and on numerical simulations.This work shows the relevance of using impedance measurement to build a position sensor for particles immersed in a microchannel. This method is an alternative to the use of optical microscopes and has the advantage of being very compact.

Durant les quinze dernières années, une attention particulière a été portée aux effets potentiels sur le vivant des champs radiofréquence (RF) des communications sans fil. Malgré l’intensité des efforts de recherche sur les effets biologiques et sanitaires potentiels des RF, nos connaissances en bioélectromagnétisme n’ont pu suivre l’évolution rapide des technologies.[…] La capacité des RF à provoquer un échauffement des tissus est parfaitement caractérisée. Des recommandations et des normes ont été définies afin de protéger les populations des risques associés, sachant qu’aucun échauffement n’est provoqué par l’exposition aux dispositifs de communications sans fil en raison des très faibles niveaux correspondant. Il est donc capital de savoir si l’on peut totalement exclure que des effets non-thermiques des RF de faible niveau existent au niveau moléculaire au sein de la matière vivante. L’objectif de cette thèse est d’évaluer en temps réel et sur cellules vivantes, les effets de l'exposition aux champs radiofréquences (CW, GSM-1800, UMTS, Wi-Fi, WiMax, LTE), soit au niveau moléculaire en ciblant l’activité du canal ionique TRPV1 qui est l’un des thermorécepteurs de notre organisme, soit au niveau cellulaire en étudiant le comportement général de cellules exposées aux RF à l’aide d’une technique dite « sans marquage », l’impédancemétrie. Le suivi de l’activité du canal TRPV1 sous exposition RF a été réalisé à l’aide de la technique du transfert d’énergie en résonance de bioluminescence (BRET), une technique spectroscopique qui permet l’analyse des interactions protéines-protéines ou des changements de conformation des protéines en temps réel et sur cellules vivantes. La mise en place de cette technique a demandé la construction et la caractérisation de sondes BRET ciblant les canaux TRP ainsi que la mise au point d’un dispositif de mesure déporté des spectres de BRET à l’aide d’une fibre optique, afin de pouvoir exposer les échantillons aux champs RF. La conclusion de ce volet de la thèse est que les RF sont capables d’activer le canal TRPV1 en produisant un échauffement diélectrique, mais qu’en absence d’augmentation de la température il n’y a aucun effet des RF sur le niveau d’activité basal du canal TRPV1 ou sur l’efficacité de la Capsaïcine, un agoniste, à activer TRPV1. L’analyse du comportement global de cellules en culture sous exposition RF a été réalisée à l’aide d’un système xCELLigence modifié afin de pouvoir à la fois suivre le comportement cellulaire par impédancemétrie tout en utilisant le réseau d’électrodes des plaques de mesure pour exposer les cellules mises en culture aux RF. À l’aide de ce dispositif, nous avons pu réaliser des expositions de cellules SH-SY5Y avec un DAS de 24 W/Kg sans provoquer d’échauffement dans le milieu de culture ou dans les cellules. Aucun effet des RF sur le comportement de la lignée de neuroblastome SH-SY5Y n’a cependant pu être mis en évidence, que ce soit en absence ou en présence d’une co-stimulation par un agent chimique. La conclusion de cette étude est que dans des conditions où la température reste stable, nous n’avons pas pu mettre en évidence de modification du fonctionnement du vivant que ce soit au niveau moléculaire ou au niveau cellulaire. Les outils développés dans ce travail de thèse ouvrent, de plus, d’importantes perspectives tant dans le domaine du criblage de médicaments candidats à l’aide du BRET spectral, que pour de futures études en bioélectromagnétisme. / The biological and health effects of radiofrequency (RF) electromagnetic fields (EMF) exposure have been very actively studied in the past two decades, mainly triggered by concerns about potential health effects of wireless communication systems. This physical agent is among the most common, fastest-growing environmental factors, triggering concerns in the population, as even a minor effect of EMF exposure on health could have a major public health impact. While the effects of extremely low frequency electromagnetic fields (ELF EMF) on the excitation of nerve and muscle cells have been well-characterized, the only well-described effects of radiofrequency electromagnetic fields (RF EMF) on biological systems are caused by dielectric-relaxation heating. In contrast, “nonthermal” RF EMF effects refer to other potential biological effects that are not caused by temperature elevation of living tissue or cell culture medium. The investigation of such mechanisms has been hampered by the absence of robust, reliable and repeatable effects occurring as a consequence of low-level exposures, for which temperature elevation is minimal. Moreover, no plausible mechanistic hypotheses have been given concerning thermal or nonthermal effects of low-level RF EMF exposures, making difficult to draw conclusions on the basis of available experimental results. Nonetheless, in 2011, the International Agency for Research on Cancer (IARC) classified RF emitted by cell phones as “possibly carcinogenic to humans” (Class 2B). The characterization of nonthermal biological RF EMF effects is therefore of primary importance for setting safety limits since guidelines and standards have so far been set to protect from the known health risks associated only with the thermal effects of RF EMF exposures. The aim of this basic science thesis work is to characterize the effects of environmental RF EMF signals on living matter at the cellular and molecular level. In this work, we took advantage of modern and innovative methods to observe the behavior of living matter under RF EMF exposure in real time at various specific absorption rates (SAR). In particular, we have studied: (i) Specific RF EMF effects on the ionic channel TRPV1, a major thermoreceptor in our body. TRPV1 activation under RF EMF exposure was studied using the bioluminescence resonance energy transfer (BRET) technique. The implementation of this technique called for the construction and characterization of BRET probes targeting TRP channels as well as the development of a device for the remote measurement of BRET spectra, using an optical fiber. The conclusion of this part of the thesis is that RFs are able to activate the TRPV1 channel by producing a dielectric heating but in the absence of temperature increase there is no RF effect on the basal activation state of TRPV1 and no change of capsaicin maximal efficacy to activate TRPV1. (ii) The analysis of the global behavior of cells in culture under RF exposure was carried out using a modified xCELLigence system where the array of electrodes of the measuring plates were also used to expose the cells to RF EMF. Using this device, we were able to perform SH-SY5Y cell exposures with a SAR of 24 W/kg without causing heating in the culture medium or in the cell culture. No effect of RF EMF on the behavior of the neuroblastoma SH-SY5Y line could however be demonstrated, either in the absence or in the presence of a co-stimulation by a chemical agent. The conclusion of this study is that under conditions where the temperature remains stable, we have not been able to demonstrate any changes in the functioning of living cells, ether at the molecular level or at the cellular level. The tools developed in this thesis work offer important prospects both in the field of drug screening using spectral BRET, and pave the ways for future studies in bioelectromagnetics.

L’assemblage par collage est une technique de plus en plus utilisée dans les industries aéronautique, aérospatiale et médicale. L’étude des assemblages est d’une grande importance et nécessite le développement de techniques de contrôle des performances, autant au niveau mécanique, que physico-chimique. Dans cette étude nous abordons plusieurs problématiques liées au collage. La première approche est purement mécanique, avec la mise au point d’un essai à simple levier ou « Single Cantilever Beam adhesion test » (SCB), variante du « Wedge test » dans lequel une charge constante est appliquée a une extremité libre d’un adhérent causant un moment de flexion nécessaire à la rupture du joint. A travers cet essai, différents phénomènes (pré-fissuration, plasticité, …) on été observés et traités afin d’analyser les énergies de ruptures dans le joint de colle.L’une des préoccupations majeures, et seconde approche de ce projet sur l’étude des assemblages collés, est le vieillissement humide. Les effets du vieillissement sont analysés par SCB. La compréhension du vieillissement doit passer par une meilleure connaissance de la cinétique de diffusion, une technique d’impédancemétrie, dérivée de l’électrochimie, est donc proposée pour analyser la prise d’eau dans le joint collé. L’atout de cette dernière technique est de donner accès à la cinétique de diffusion in situ et dans des géométries proches des échantillons utilisés lors des essais mécaniques. / Structural adhesives are increasingly used in the aeronautics, aerospace and medical industrie, leading to the necessity to develop new tools for the assessment of adhesives, both mechanically and physico-chemically.This study deals with two types of technique to quantify the durability of adhesive joints. The first approach is purely mechanical. We adopt a Single Cantilever Beam adhesion test (SCB) in which a constant load is applied at the free end of a flexible beam, leading to a couple inducing fracture of the adhesive joint. From this test, different phenomena have been observed (pre-crack behaviour, plasticity, ...), analysed and quantified, to give a better appraisal of adhesive fracture.The second approach deals with adhesive ageing in water. The characterisation of water diffusion is of prime importance in many practical situations. A technique of impedancemetry, based on electrochemical techniques, is applied to the characterisation of diffusion and absorption properties of adhesives. A major asset of this technique is to be able to follow diffusion measurement in situ.

Ce mémoire est consacré à la modélisation des condensateurs électrolytiques aluminium dédiés à des applications à hautes températures ainsi qu’à la compréhension de leur vieillissement lors d’utilisations réalistes. En effet, dans le cas d’onduleur de traction de véhicule électrique, les sollicitations, notamment en température, peuvent être parfois très variables. Or, il se trouve que pour ce type d’applications, ces derniers sont la plupart du temps de type électrolytiques aluminium, technologie étant parmi les plus fragiles. Par conséquent, ce manuscrit propose tout d’abord une nouvelle modélisation électrique s’appuyant des phénomènes de diffusion permettant d’obtenir une représentation très précise de l’impédance de ces condensateurs. Compte-tenu de leur forte dépendance en température, la modélisation thermique couplée au modèle électrique est également traitée. Le but premier est de développer un outil permettant d’estimer précisément les pertes à chaque instant pour permettre au contrôleur d’ajuster la température de ce dernier par une modification de la stratégie MLI. Une méthode d’identification en ligne est alors proposée par l’utilisation de filtres de Kalman conjoints avec de très bons résultats obtenus en simulation. Le dimensionnement ainsi que la création d’un banc de cyclage accéléré est développé et une comparaison du vieillissement obtenu après 12 000 heures entre des composants cyclés thermiquement et d’autres non cyclés est donnée. Les résultats montrent une très bonne tenue dans le temps des condensateurs étudiés que ce soit au niveau de l’impédance ou bien visuellement avec néanmoins un impact du cyclage thermique non négligeable / This thesis is devoted to the modeling of aluminum electrolytic capacitors dedicatedto high temperatures. The purpose is also to understand their ageing while submitted to realistic use. Indeed, in the case of electric vehicle traction inverter, solicitations like temperature can vary a lot. This type of stress has already been studied for active components, but not yet on passive ones such as decoupling capacitors. However, it turns out that for this kind of application, they are most of the time aluminum electrolytic capacitors which is among the weakest technology. Consequently, this manuscript proposes at first a new electric model based on a diffusion phenomena which leads to a very accurate impedance description. It permits also a better understanding of the physical phenomena involved in these components. Because of their important temperature dependence, thermal modeling coupled to the electric model is also discussed. The very first purpose is to develop a tool that is able to estimate losses accurately at every moment. Thanks to it, the controller could so change the PWM strategy in order to act on the temperature. An online identification method is then proposed with the use of joint Kalman filters which led to very good results in simulation. The design and the creation of an accelerated cycling bench is developed and comparisons about the ageing obtained after 12 000 hours between thermally cycled components and others non-cycled are given. Results show a very good stability over time of the studied capacitors (PEG225MF470Q Kemet©) either on the impedance or visually. Nevertheless a significant impact can be observed on the cycled ones.