Les laboratoires sur puce visent à intégrer sur un substrat miniaturisé une ou plusieurs fonctions de laboratoire. Cette miniaturisation d’opérations élémentaires présente des avantages indéniables en termes de portabilité, de vitesse et de rendement des analyses chimiques ou biologiques. Il est ainsi nécessaire de pouvoir contrôler avec précision des petites quantités de liquide sous forme de gouttes. Les actionneurs à ondes acoustiques de surfaces permettent de réaliser la plupart des opérations requises en exploitant les interactions non linéaires entre une onde acoustique et un liquide. Toutefois la physique sous-jacente à ces microsystèmes n’est encore que partiellement comprise, limitant le développement de telles plateformes d’analyse. Nous nous proposons, dans ce travail, d’étudier de manière théorique et expérimentale l’oscillation et le déplacement d’une goutte soumise à des ondes acoustiques de surface. La réaction d’une goutte à une telle excitation ainsi que les transferts non linéaires d’énergie sont abordés dans une première partie. La deuxième partie est consacrée à la modélisation faiblement non linéaire de l’oscillation d’une goutte afin de prédire les résonances paramétriques d’une goutte soumise à une excitation périodique. Dans une troisième partie, la comparaison de la dynamique de gouttes pendantes et de gouttes posées sur des plans horizontaux et inclinés met en exergue l’influence de la gravité sur la dynamique de la goutte, et permet d’observer de nouvelles dynamiques complexes. Enfin dans la dernière partie, les dynamiques décrites dans les précédents chapitres sont utilisées pour trier des cellules en fonction de leur pouvoir d’adhésion. / A lab-on-a-chip aims at integrating on a miniaturized substrate one or several laboratory functions. This miniaturization of elementary functions has major advantages to design portable systems, to control precisely the experimental conditions or to reduce the environmental impact of industrial activities. In most of these microsystems, it is necessary to actuate a small amount of chemical or biological fluid under the form of droplets. In particular, it is often necessary to move, divide atomize or mix these small quantities of fluids. Surface Acoustic Wave actuators allow to perform all these elementary operations. They rely on the nonlinear interaction of a surface wave and a liquid. However a precise understanding of the underlying physics is still missing, hence restraining a widespread use of these microsystems. We present, in this thesis, a theorical and experimental study of the oscillation and the displacement of a droplet under a surface acoustic wave excitation. In the first part, we describe the droplet dynamics and nonlinear energy transfers that occur during actuation. The second part of the manuscript is dedicated to the development of a weakly nonlinear model to study parametric response of a droplet to periodic excitation. In a third part, the influence of the gravity is shown through the comparison of pendant and sessile droplet dynamics. A competition beetwen acoustic forces and gravity appears when tilting the experimental device and allow us to observe new droplet dynamics. In the last part of the manuscript, the free surface drop deformations generated by surface acoustic waves, are used to viably sort cells based on their adhesion properties.

Les microsystèmes intégrant des techniques microfluidiques offrent la possibilité de réaliser des analyses biologiques directement sur le site de prélèvement de l’échantillon. Ils ont pour objectifs notamment d’augmenter l’efficacité, la rapidité et l’accessibilité de ces tests. Pour développer efficacement un tel dispositif, un ensemble de critères doit être fixé tels que la limitation du coût, la portabilité, la simplicité d’utilisation et la précision des résultats. Un objectif de cette thèse est également de proposer un nouveau système portable permettant de répondre à un maximum d’applications. Pour cela, il convient d’intégrer et d’automatiser des protocoles biologiques complexes c’est-à-dire nécessitant l’ajout de plusieurs réactifs et des réactions en parallèle. A titre d’exemple, les tests ELISA sont abordés.Pour répondre à cette problématique, une technique innovante utilisant un matériau hyperélastique est combinée à une architecture X-Y. Des chambres étirables, permettant de calibrer et de mélanger des volumes compris entre 1 µL et une centaine de µL, sont ainsi réalisées. Différents protocoles sont intégrés et validés par ordre de complexité croissante dans des cartes microfluidiques en commençant par une gamme de dilution qui est la première étape pour la calibration des protocoles biologiques, puis un test enzymatique et un test ELISA homogène, avant d’aborder le test ELISA hétérogène qui est le protocole visé.Un démonstrateur permettant de piloter les cartes microfluidiques est ensuite présenté. Cette plateforme est générique et compatible avec les cartes microfluidiques développées. Enfin, pour automatiser complétement la mise en œuvre des protocoles, une nouvelle technique d’embarquement de réactifs liquide est proposée. / Microsystems utilizing microfluidic techniques offer the possibility to perform point-of-need biological analysis. An objective of these systems is to increase the efficiency, speed and accessibility of these analyses. In order to effectively develop this kind of device, a set of criteria must be established and adhered to. This set should address cost limitations, portability, user-friendliness, and accuracy of the results. Another objective is to propose a new portable system that has the capability to address as many applications as possible. To this end, complex biological assays with multiple steps and multiple reagents must be integrated and automated. ELISA is one such assay being considered.To deal with this issue, an innovative technique employs a hyper-elastic material joined to an X-Y architecture. The resulting chambers are flexible, thus allowing for calibration and mixing on the range of 1 µL to hundreds of µL. Several protocols are integrated and validated in microfluidic chips in order of increasing complexity. To start, a range of dilutions is performed, which is then used to calibrate biological assay. Next, an enzymatic assay and a homogeneous ELISA are integrated. Finally, heterogeneous ELISA, which is the aimed assay, is achieved.We present here a prototype to demonstrate the handling of the microfluidic chip. This platform is versatile and compatible with those that have been previously developed. Additionally, the introduction and integration of liquid reagents is proposed in order to completely automate the protocol.

Ce manuscrit pr´esente l'´etude de latex magn´etiques auto-organis´es. Dans un premier temps, l'obtention de filaments magn´etiques, compos´es d'assemblages lin´eaires et permanents de particules magn´etiques, est pr´esent´ee. Ces objets nouveaux introduisent une m´ethode originale pour sonder la flexibilit´e `a l'´echelle mol´eculaire. Sous champ, ils adoptent une configuration m´etastable : ils se plient en forme d'´epingle`a cheveux. A partir de la mesure macroscopique de leur rayon de courbure, corr´el´ee `a la mesure par diusion de la lumi`ere de la longueur du lien, la rigidit´e de flexion de ce dernier peut ˆetre d´eduite. La mod´elisation de ce ph´enom`ene est aussi d´ecrite. Enfin, l'organisation de ces filaments, dans des microcanaux, constitue une nouvelle matrice de s´eparation que l'on a cherch´e `a appliquer, ici, au tri cellulaire. L'obtention d'un r´eseau de pas contrˆol´e, l'accrochage des filaments `a la paroi, leur d´ecoration par des anticorps sp´ecifiques sont d´etaill´es. Enfin la possibilit´e de proc´eder `a une chromatographie des cellules est introduite. Ces nouveaux objets ouvrent un champ d'applications dans le domaine des laboratoires sur puce.