Les films polyélectrolytes ont émergé comme un outil polyvalent dans le domaine desbiomatériaux et de l’ingénierie tissulaire. Dans cette étude, nous avons conçu des films à base debiopolymère, dont la rigidité peut être modulée par photo-réticulation. L’adhésion de bactéries etde cellules mammifères sur ces films a été étudiée. Une telle manipulation de rigidité superficielleconduit à une réponse différentielle des bactéries et des cellules mammifères. Les bactéries àGram négatif présentent une meilleure croissance sur des films nous alors que les cellulesmammifères préféraient les films plus rigides. Ces films ont été spatialement structurés à l’aided’un photomasque, permettant de créer des zones adjacentes de rigidité variable et de formecontrôlée. Les motifs photostructurés ont conduit les cellules à s’organiser préférentiellement surles zones les plus rigides. Une étude comparative a été réalisée avec des micropatronsbiochimiques. Les résultats ont montré des réponses similaires pour trois types cellulairesdifférents. Ces films offrent des perspectives intéressantes pour l’ingénierie tissulaire et pour letest de médicaments. / Polyelectrolyte multilayers have emerged as a versatile tool in the field of biomaterials and tissueengineering. In this study, photocrosslinkable polyelectrolyte films based on biopolymers whosestiffness can be easily tuned by UV irradiation were prepared. Then, they were tested againstbacteria and mammalian cells to address the influence of the film stiffness on cell behavior. Suchsuperficial stiffness manipulation resulted in differential response of bacteria and mammaliancells. Gram negative bacteria evidenced better growth on softer films while various mammaliancells preferred stiffer films. Stiffness patterns of various geometries and sizes were generated byexposing the films to the UV light through a photomask incorporated in transparent substrates.The patterned films composed of stiff motifs distributed in a soft background induced apreferential spatial organization, which depended on pattern shape and size. A comparative studywith commercial biochemical patterns revealed similar pattern fidelity for three differentmammalian cell types. Such mechanical patterns on a 2D film appear promising for futureapplications in tissue engineering or for drug screening.

Cette thèse se place dans le cadre d’un projet ANR qui vise à remplacer des dépôts électrolytiques sacrificiels par des dépôts PVD à base d’aluminium, moins néfastes pour l’environnement. Trois critères ont été définis :un comportement sacrificiel avec de faibles cinétiques de dissolution, une bonne résistance au grippage et la possibilité d’élaboration du dépôt avant emboutissage du substrat acier. Des revêtements monocouches ont été élaborés pour étudier l’effet d’un élément d’alliage dans l’aluminium. Certains éléments (Mo, Mn) améliorent les propriétés mécaniques et d’autres (Mg, Zn) les propriétés sacrificielles des revêtements. Cette étude a permis de mettre en évidence qu’il est difficile de combiner de bonnes propriétés mécaniques et sacrificielles. Pour pallier à ce problème, deux voies peuvent être explorées. L’élaboration d’alliages ternaires et celle d’architectures multicouches.Ce travail s’est focalisé de manière plus approfondie sur la deuxième voie. Des architectures multicouches ont été élaborées avec deux types de couches, chaque type de couche possédant l’une des deux propriétés souhaitées pour le revêtement. Les configurations étudiées sont les suivantes : Al-Mo/Al-Zn, Al-Mo/Al-Mg et Al-Mn/Al-Mg, avec différentes périodes. Cette étude a permis de trouver une architecture multicouche qui répond tout à fait aux deux premiers critères :Al-Mn/Al-Mg 15 nm.Une étude préliminaire en corrosion après déformation a été réalisée sur cette dernière. Elle perd son caractère sacrificiel en immersions salines de 48h à partir de 1% de déformation. L’optimisation des paramètres de dépôt pour améliorer la tenue mécanique de cette architecture est une prochaine étape. / This work is part of an ANR project which purpose is to find an alternative to sacrificial electrolytic coatingsusing aluminium-based PVD coatings, which are more environmental friendly. Three main parameters weredefined : a sacrificial behavior, good tribological properties and the possibility to elaborate the coatings before shaping the steel substrate. Monolayer coatings were elaborated to study the impact of an alloying element on aluminium properties. Some alloying elements increase mechanical properties (Mo, Mn) while others enhance the electrochemical behavior (Mg, Zn). To combine both properties, two methods can be used. Either the elaboration ofternary alloys or the elaboration of multilayer coatings. This work is focused on the second way. Some multilayercoatings were proposed with two types of layers, each type presenting one interesting property. This study permitted to find a multilayer architecture fitting very well two parameters required for the project.A preliminary study on this architecture was lead with electrochemical characterization after strain. The architecture loses its sacrificial behavior after 1% strain in 48h immersion. Two of the three requested criteria are found.The next step of this work would be the optimization of the process parameters to enhance the adhesion of the coating so the third parameter is achieved.

Dans cette thèse, nous montrons que nous avons réussi à observer des skyrmions isolés sub-100nm dans des échantillons Ir|Co|Pt. Ces observations ont été faites via deux techniques différentes : le STXM (technique synchrotron qui permet d’imager l’aimantation hors du plan de l’échantillon) et le MFM (technique de laboratoire qui permet d’imager le gradient de l’aimantation). Nous avons également montré que nous les avions observés à la fois dans les films étendus ainsi que dans des nanostructures (nanodisques de diamètre entre 200 nm et 1 μm, ainsi que les bandes dont la largeur varie de 400 nm à 1 μm). Nous avons également développé deux approches différentes pour estimer l’amplitude DMI dans les échantillons. La première est basée sur la périodicité des domaines dans les échantillons après désaimantation. La deuxième technique est basée sur l’évolution de la taille des skyrmions avec un champ magnétique appliqué hors-plan. Pour la nécessité des simulations micromagnétiques, nous avons également essayé de déterminer l’échange de nos échantillons. Avec cette valeur, le DMI trouvé dans nos échantillons est d’environ 2 mJ/m². Nous avons effectué une étude systématique sur des échantillons avec variation de différents paramètres: nombre de répétitions de la tricouche principale, épaisseur du Co, épaisseur du Pt, épaisseur de l’Ir, composition des couches d’Ir avec W ou AlOx. Nous avons montré que pour tous les systèmes, nous avons pu observer des skyrmions stabilisés à température ambiante grâce au MFM. Nous avons également observé que la densité des skyrmions diminue avec l’augmentation de l’anisotropie effective. / We have been able to successfully observe isolated sub-100nm skyrmions in Ir|Co|Pt samples. Moreover, we have been able to observe them with two different techniques: STXM - a synchrotron technique that maps the out-of-plane magnetization of a sample, and MFM - a laboratory technique that images the gradient of the magnetization. We have also shown that we have stabilized them in extended films as well as in nanostructures (nanodisks with diameter from 200 nm to 1 μm, as well as stripes with width from 400 nm to 1 μm). Secondly, we have developed two different approaches to estimate the DMI amplitude in samples. The first one is based on the mean domain periodicity in samples after demagnetization. The second technique is based on the size evolution of skyrmions with applied out-of-plane magnetic field. For the need of the micromagnetic simulations, we have also tried to determine the exchange stiffness of our samples. With this value, the DMI aplitude found in our samples is about 2 mJ/m². We have performed a systematic study on samples with variation of different parameters : number of repetitions of the main trilayers, Co thickness, Pt thickness, Ir thickness, composition of the buffer layers, and switching Ir with W or AlOx. We also observed that the density of skyrmions is decreasing with increasing effective anisotropy.

Les bandes magnétiques sont des assemblages multicouches utilisant des réseaux polyuréthanes. Ces matériaux organiques sont utilisés en tant que revêtement protecteur contenant des pigments ou en tant que liant assurant la cohésion des charges magnétiques utilisées pour le codage d’informations. Parmi les défauts, dont l’apparition nécessite une meilleure compréhension des réactions chimiques mises en jeu lors de l’élaboration de ces assemblages, le développement d’une adhésion excessive entre les bandes et des plaques de PVC pouvant conduire à une dégradation par arrachement a été ciblé pour cette étude.L’influence des conditions de réactions (atmosphère, température et rapports molaires alcool/isocyanate) sur la cinétique de réticulation de systèmes polyuréthanes modèles a permis de quantifier les espèces réactives résiduelles à l’issue de la formation du réseau et de mettre en évidence l’implication des fonctions isocyanate dans des réactions secondaires, et une inhibition de leur réactivité lorsque les réactions ne sont pas conduites en conditions inertes. La présence d’eau dans le milieu réactionnel a été reliée l’implication des fonctions isocyanate dans la formation de liaisons urée. Enfin, la réalisation d’assemblages modèles n’a pas permis de reproduire les arrachements mais l’étude d’assemblages fournis par l’industriel suggère que le procédé utilisé pour la mise en forme de la couche de protection soit la cause de ce défaut. / Magnetic tapes are multilayer assemblies using polyurethane networks. These organic materials are used as a protective coating containing pigments or as a binder ensuring the cohesion of the magnetic charges used for the information coding. Among the defects, the appearance of which requires a better chemical reactions involved in these assemblies development understanding, an excessive adhesion development between the strips and PVC plates which can lead to degradation by tearing been targeted for this study.The reaction conditions influence (atmosphere, temperature and alcohol / isocyanate molar ratios) on the crosslinking kinetics of model polyurethane systems made it possible to quantify the residual reactive species at the network formation end and to prove the isocyanate functions involvement in side reactions, and their reactivity inhibition when the reactions are not conducted under inert conditions. The water presence in the reaction environment was related to the isocyanate functions involvement in the urea bonds formation. Finally, the model assemblies realization did not make it possible to reproduce the stripping but the assemblies provided by the industrialist study suggests that the process used for the protective layer shaping is the defect cause.

La thèse décrit la caractérisation physico-chimique et les applications électroanalytiques de nouveaux matériaux nanocomposites, déposés sur des surfaces d'électrode par autoassemblage électrostatique de polyélectrolytes (PE), d'enzymes et de nanoparticules d'or (NP).<br />La croissance de ces films multicouches fut suivie in situ par spectroscopie et microgravimétrie. L'électrochimie a permis de quantifier le processus de transfert d'électron, la perméabilité des films et la cinétique électroenzymatique. Des relations structure-propriétés furent établies par modélisation cinétique et structurale.<br />La glucose oxydase et la polyphénol oxydase furent assemblées sur des électrodes d'or et de carbone vitreux avec le polydiallyldimethylammonium et le chitosane. L'assemblage de NP et de PE redox, à base de complexe d'osmium ou de viologène, conduit à des films nanocomposites dont les propriétés de conduction électronique furent caractérisées et appliquées au développement de transducteurs.

Du fait de leurs excellentes propriétés mécaniques et de leurs faibles masses spécifiques, l'utilisation des matériaux composites, au sein des structures mécaniques, est en plein essor. Cependant, leur usinage entraine une usure prématurée et aléatoire des outils de coupes en cermet WC-Co. L'origine de cette étude provient de la nécessité de protéger leur surface par un revêtement dur et résistant comme, par exemple, le diamant NCD. Toutefois, le cobalt présent dans le carbure cémenté favorise la formation de graphite au niveau de l'interface avec le film de diamant, ce qui nuit à son adhérence. La méthode retenue afin d'isoler ce métal de la surface a été de réaliser des systèmes interfaciaux multicouches. Ces derniers sont composés d'une barrière de diffusion au cobalt en nitrure de tantale et/ou en nitrure de zirconium et d'une couche favorisant la germination du diamant en acier inoxydable ou en molybdène. Les protocoles de dépôt élaborés au cours de ce travail ont la particularité d'utiliser une polarisation négative et séquencée du substrat durant l'étape de croissance. Cela induit une morphologie originale au revêtement de diamant breveté sous le nom de PyrNCD (Brevet N° :FR0807181). Les objectifs de cette étude sont la compréhension de l'ensemble des mécanismes (influence de la solubilité du carbone sur la germination du diamant, l'effet de la polarisation sur le substrat revêtu et sur la croissance du diamant,...) intervenant durant le dépôt de diamant et l'optimisation du procédé.

Ce travail de thèse concerne l’étude de différents revêtements type « Diamond-Like Carbon » élaborés par un procédé CVD assisté par un plasma basse fréquence (40 kHz). Deux revêtements de référence sont d’abord étudiés : des couches de carbone amorphe hydrogéné (a-C:H) et des couches de carbure de silicium amorphe hydrogéné (a-SiC:H). L’évolution de leurs propriétés mécaniques (dureté, module d’Young) et tribologiques (frottement, usure) est décrite en fonction des paramètres du procédé et corrélée à leur microstructure. Les résultats obtenus pour ces deux couches de référence sont ensuite exploités pour proposer deux systèmes complémentaires : des revêtements a-C:H dopées et des systèmes multicouche a-C:H/a-SiC:H. Ces deux solutions présentent des contraintes résiduelles réduites par rapport à un revêtement a-C:H monocouche ce qui permet d’envisager une augmentation importante des épaisseurs de dépôt tout en conservant des propriétés mécaniques et tribologiques intéressantes. Enfin, en vue d’une application industrielle de ces revêtements sur des pièces de moteur par exemple, l’optimisation de leur adhérence par insertion de sous-couches adaptées ainsi que de leurs performances tribologiques en conditions lubrifiées par l’intermédiaire de texturation de surface est alors envisagée / Hydrogenated amorphous carbon films (a-C:H) and hydrogenated silicon carbide films (a-SiC:H) are deposited by low frequency (40 kHz) plasma enhanced chemical vapour deposition (LF PECVD). Structural, mechanical and tribological properties of those single layers have been first studied in relation with process parameters. Then those results have been used to study two other systems. The first one corresponds to silicon doped a-C:H thin films and the second one to multilayered coatings consisting in a stack of a-C:H and a-SiC:H layers. Those coatings offer potential advantages such as lower residual stress level comparing to that of a-C:H stress level which gives the opportunity to deposit thicker films, and also attractive mechanical and tribological properties. Moreover, in case of applications like car engine parts for example, adhesion and tribological properties under lubrication have to be improved. Solutions as incorporating underlayer or texturing surface are thus also investigated in this study

L’incidence des maladies cardiovasculaires d’origine athéromateuse demeure un problème majeur en santé publique et malgré le développement de techniques curatives endovasculaires, la chirurgie demeure nécessaire chez de nombreux patients. Le remplacement vasculaire se fait par une veine autologue qui reste le « gold standard » ou, lorsque les patients n’ont pas le capital vasculaire suffisant, par une prothèse. Actuellement, si les techniques utilisant des prothèses synthétiques sont satisfaisantes pour le remplacement d’artères de gros calibre, celui des artères de petit calibre demeure toujours un défi du fait du caractère thrombogène des biomatériaux utilisés et de leurs mauvaises propriétés mécaniques. Depuis quelques années, le concept d’ingénierie tissulaire a émergé et évolué. Il pourrait permettre de proposer de nouveaux types de substituts vasculaires hybrides et/ou biologiques, grâce en particulier à l’utilisation de cellules souches et de leurs progéniteurs, ouvrant d’intéressantes perspectives dans le domaine de l’ingénierie vasculaire. Le but de ce travail a été d’obtenir de manière fiable et reproductible des cellules à phénotype endothélial mature à partir de progéniteurs endothéliaux issus de moelle osseuse et sang périphérique humains et de définir leurs réponses dans des conditions proches de celles observées dans un vaisseau natif. Des cellules (PDECs : Progenitor Derived Endothelial Cells) ont pu être amplifiées à partir de progéniteurs, elles présentent les marqueurs membranaires classiquement utilisés pour définir des cellules endothéliales matures. Elles sont capables, sur différents revêtements utilisés cliniquement tels le collagène de type I et la colle de fibrine ainsi que sur un revêtement plus expérimental (Multicouches de PolyElectrolytes), de former une monocouche confluente. Ces PDECs résistent à des contraintes mécaniques de cisaillement de type artériel et l’analyse de gènes et protéines impliqués dans la biologie de l’endothélium a montré qu’elles répondent à ces stimulations par l’expression d’un phénotype en lien avec une activité antithrombogène. De plus, les travaux préliminaires réalisés sur ces PDECs cocultivés avec des progéniteurs ostéoblastiques, ouvrent d’intéressantes perspectives concernant leur utilisation dans le cadre de l’ingénierie du tissu osseux vascularisé. / The incidence of atherosclerotic arterial disease is still a major public health problem and despite endovascular surgery therapies, surgical treatment is necessary for many patients. Vascular bypass is performed with an autologous vein which remains the gold standard, or when patients do not have appropriate blood vessels to be used as replacement, with a synthetic prosthesis. Nowadays, synthetic vascular grafts have been successfully used in the treatment of the pathology of large arteries, but the replacement of the smaller sized arteries is still a challenge because synthetic vascular grafts are known to be highly thrombogenic and have poor mechanical properties. Recently, the tissue engineering concept has emerged and advances. It can allow to propose development of new hybrid or biologic vascular substitutes, using stem cells and progenitor cells, holding great promise for vascular tissue engineering. The aim of the present study was to obtain reliably and reproducibly, cells with mature endothelial phenotype from endothelial progenitor cells isolated from human bone marrow and peripheral blood and investigate cell response in conditions similar to those observed in a native vessel. We were able to expand cells (PDECs: Progenitor Derived Endothelial Cells) from progenitors which exhibit markers conventionally used to define mature endothelial cells. They were able, on scaffolds currently used in clinic like collagen type I and fibrin glue or on more experimental scaffold (Polyelectrolytes multilayers films), to form a confluent monolayer. These PDECs are able to withstand arterial shear stress and analysis of genes and proteins implicated in endothelium biology shows that these cells respond to shear stress stimulation with a phenotype connected to an anti-thrombogenic activity. Moreover, preliminary studies using co-cultures of PDECs and osteoblastic progenitors, open interesting perspectives concerning PDECs to be used in the field of vascularized bone tissue engineering.

L'analyse de données de plus en plus complexes, volumineuses et issues de différentes sources (e.g. internet, médias sociaux, etc.) est une tâche difficile. Elle reste cependant cruciale dans de très nombreux domaines d'application. Elle implique, pour pouvoir en extraire des connaissances, de mieux comprendre la nature des données, leur évolution ou les nombreuses relations complexes qu'elles peuvent contenir. La visualisation d'informations s'intéresse aux méthodes de représentations visuelles et interactives permettant d'aider un utilisateur à extraire des connaissances. C'est dans ce contexte que se situe le travail présenté dans ce mémoire. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la visualisation de longues séries temporelles hiérarchiques. Après avoir analysé les différentes approches existantes, nous présentons le système MultiStream permettant de visualiser, explorer et comparer l'évolution de séries organisées dans une structure hiérarchique. Nous illustrons son utilisation par deux exemples d'utilisation : émotions exprimées dans des médias sociaux et évolution des genres musicaux. Dans un second temps nous abordons la problématique de données complexes modélisées sous la forme de graphes multicouches (différentes types d'arêtes peuvent relier les n÷uds). Plus particulièrement nous nous intéressons au requêtage visuel de graphes volumineux en présentant VERTIGo un système qui permet de construire des requêtes, d'interroger un moteur spécifique, de visualiser/explorer les résultats à différentes niveaux de détail et de suggérer de nouvelles extensions de requêtes. Nous illustrons son utilisation à l'aide d'un graphe d'auteurs provenant de différentes communautés. / The analysis of data that is increasingly complex, large and from different sources (e.g. internet, social medias, etc.) is a dificult task. However, it remains crucial for many fields of application. It implies, in order to extract knowledge, to better understand the nature of the data, its evolution or the many complex relationships it may contain. Information visualization is about visual and interactive representation methods to help a user to extract knowledge. The work presented in this document takes place in this context. At first, we are interested in the visualization of large hierarchical time series. After analyzing the different existing approaches, we present the MultiStream system for visualizing, exploring and comparing the evolution of the series organized into a hierarchical structure. We illustrate its use by two examples: emotions expressed in social media and the evolution of musical genres. In a second time, we tackle the problem of complex data modeled in the form of multilayer graphs (different types of edges can connect the nodes). More specifically, we are interested in the visual querying of large graphs and we present VERTIGo, a system which makes it possible to build queries, to launch them on a specific engine, to visualize/explore the results at different levels of details and to suggest new query extensions. We illustrate its use with a graph of co-authors from different communities.

La situation énergétique actuelle impose le développement de technologies qui utilisent des énergies renouvelables pour limiter la dépendance aux ressources fossiles et diminuer l’impact de l’activité humaine sur le changement climatique. Parmi ces technologies, le solaire thermodynamique utilise l’énergie solaire pour chauffer un absorbeur, l’énergie de cet absorbeur étant alors convertie en électricité à travers un cycle thermodynamique classique. L’amélioration des performances de cette technologie passe par la conception d’absorbeurs capables de fonctionner efficacement à haute température. Dans ce travail de thèse, nous explorons deux voies différentes dans ce but.La première est basée sur la conception de structures multicouches optimisées par algorithme génétique. Nous montrons que ces structures permettent d’obtenir un rendement supérieur à 80 %, valeur très proche des limites fondamentales, démontrant ainsi leur fort potentiel pour le solaire thermodynamique.La seconde voie est basée sur l’optimisation des interactions électromagnétiques dans des structures plasmoniques à base de nanoparticules métalliques. Ces structures sont le siège d’effets coopératifs qui peuvent exalter très fortement les pertes dans la structure. Ces mécanismes sont mis à profit pour concevoir des absorbeurs à base de réseaux binaires de nanoparticules d’or et d’argent dispersées dans une matrice transparente. / The current energy situation requires the development of technologies that use renewable energy sources to reduce the dependence on fossil fuels and the impact of human activity on climate change. Among these technologies, thermodynamic solar power uses solar energy to heat an absorber, whose heat is then converted into electricity through a classical thermodynamic cycle. The improvement of the performances of this technology requires the design of absorbers able to operate strongly at high temperature. In this thesis, we explore two different ways for this purpose.The first is based on the design of multilayer structures optimized by a genetic algorithm.We will see that these structures lead to an efficiency higher than 80 %, very close to the fundamental limits, demonstrating so their strong potential for thermodynamic solar technology. The second way is based on the optimization of electromagnetic interactions inside plasmonic nanostructures composed of metal nanoparticles. These structures are the site of cooperative effects between nanoparticles that can exalt strongly losses inside the structure. These mechanisms are exploited to design absorbers based on binary networks made with nanoparticles of gold and silver dispersed in a transparent matrix.