Le champ d'application des microsystèmes n'a cessé de s'élargir pendant les quinze dernières années en particulier vers la communication ou vers les biotechnologies. Pour augmenter les fonctionnalités des microsystèmes, l'utilisation de nano-objets semble devenir une voie incontournable, mais qui butte souvent sur des problèmes mes de manipulation spatiale visant à les intégrer dans une architecture fonctionnelle. Pour résoudre ces problèmes d'intégration, l'utilisation de phénomènes d'assemblage dirigé, c'est à dire des phénomènes physiques permettant de manipuler collectivement des nano-objets semble très prometteuse. Dans ce contexte, l'objectif de notre thèse a été de concevoir des outils fluidiques innovants capables de réaliser des opérations de manipulation spatiale ou conformationnelle de nano-objets ou de molécules. Il s'agit d'une recherche pluridisciplinaire à la frontière entre la micro- et nano-fabrication, la micro- et nano-fluidique, la biologie moléculaire, l'imagerie de molécules individuelles, et la biophysique. La thèse est composée de deux projets assez indépendants : une étude de nanofluidique pour le contrôle conformationnel de chromosomes issus de cellules vivantes, et un travail de microfluidique sur un phénomène d'assemblage spontané sur gel hydrophile. Dans un premier temps, nous décrivons un procédé de fabrication d'hydrogels structurés, et nous montrons que ces hydrogels constituent un support efficace pour organiser spatialement des nano-objets. Ce phénomène d'organisation est spontané, et il se produit lors du séchage du liquide. Nous avons donc voulu comprendre les mécanismes fluidiques ayant lieu au cours du séchage en utilisant des traceurs fluorescents. Nous identifions plusieurs phénomènes expliquant les phénomènes d'organisation spatiale de particules, et nous proposons des applications pour ce procédé innovant. Grâce aux dispositifs nanofluidiques que nous avons fabriqués, nous menons des expériences de manipula tion de molécules d'ADN individuelles en milieu confiné. Nous analysons le comportement de l'ADN - son élongation, sa mobilité, l'effet de la salinité, le rôle du matériau dans lesquels le nanocanaux sont inscrits - en utilisant deux modes d'actionnement, à savoir l'électrophorèse et l'hydrodynamique, et nous montrons, pour la première fois, l'intérêt de l'hydrodynamique pour la manipulation d'ADN dans des nanostructures. Nous proposons enfin quelques applications pour ce procédé de manipulation d'ADN innovant.

Les sciences de la vie et de la santé sont aujourd'hui au centre d'intérêts scientifiques et économiques. Les aspects économiques sont présidés par le développement de nouveaux outils de diagnostic fiables, reposant sur des mesures parallélisées d'interaction moléculaires au niveau de l'ADN ou des protéines. L'intérêt scientifique est très pluridisciplinaire, car les mécanismes de la vie impliquent des réactions physico-physiques multiples, que l'on aborde avec des technologies nouvelles et des approches de modélisation encore à développer. Dans ce panorama, les micro- et nano-technologies sont appelées à apporter de nouvelles solutions car elles permettent de manipuler des cellules ou des molécules avec une grande précision temporelle et spatiale. Elles sont en outre complémentaires avec les outils classiques de la biologie cellulaire et moléculaire, qui permettent des analyses sur des échantillons de grande dimension. Pourtant les exemples de succès scientifiques à l'interface des sciences de la vie et de la biologie restent plutôt rares. Dans ce manuscrit, nous faisons un tour d'horizon sur l'émergence de nouvelles technologies dédiées à l'analyse du génome. Nous présentons certaines de nos contributions, et proposons quelques pistes pour de futures recherches, principalement focalisées sur l'étude des mécanismes d'instabilité du génome réalisée dans des populations contenant seulement quelques cellules.