La fécondation est la rencontre de deux gamètes. Bien que centrale chez les espèces sexuées, les mécanismes membranaires et moléculaires ne sont pas encore établis. La communauté scientifique bute toujours sur la question centrale : Comment le spermatozoïde fusionne-t-il avec l’ovule ? Si des études ont identifié trois protéines essentielles : Izumo1, Juno et CD9, elles montrent aussi que ces acteurs ne sont pas suffisants. Notre étude a eu pour but d’identifier d’autres paramètres potentiels impliqués dans cette machinerie de fusion. Nous nous sommes donc focalisés sur la contribution des lipides spermatiques et sur celle du battement du flagelle. Nous avons développé deux méthodes expérimentales originales. Avec la première, qualifiée de « Bottom-up », nous avons tenté de déterminer la machinerie spermatique minimale pour induire la fusion avec l’ovocyte. L’idée a été de reconstituer pas à pas la membrane de la tête du spermatozoïde, d’abord avec les lipides identifiés lors d’analyses, puis en y incorporant Izumo1. Pour la seconde approche, appelée « Top-down », nous avons développé un outil microfluidique pour guider le spermatozoïde jusqu’à l’ovocyte afin de suivre la rencontre avec le « meilleur » point de vue, dans des conditions in-vitro aussi physiologiques que possible. Nous avons découvert que contrairement à ce que nous pensions, le battement du flagelle ne sert pas uniquement à atteindre l'ovocyte, mais aussi à déclencher la fécondation. En effet, les contraintes mécaniques induisent une réorganisation de la membrane ovocytaire incluant la protéine CD9. Ainsi, la chronologie des événements a pu être obtenue avec une résolution temporelle inégalée. / Fertilization is the encounter of two gametes. Although this process is crucial for sexual organisms, the timeline of the molecular events is not yet established. The researchers cannot explain: how the spermatozoon fuses with the oocyte? One of the reasons is the lack of experimental methods available. Indeed, the gametes need a specific environment to fertilize. Nevertheless, the scientific community identified three essential proteins: Izumo1 on the spermatozoon, Juno (its receptor) and CD9 on the oocyte membrane. For our part, we tried to determine if the none-proteins environment of Izumo1 and CD9 could influence the gametic interaction. To do so, we were focused on the role of the lipids composition of the sperm membranes and on the influence of the forces developed by the flagellum beating on the oocyte. We designed two original experimental methods to offer a better understanding of the mechanisms inside the gamete contact area. With the first one, we tried to identify the minimal machinery to induce fusion. We started to reconstitute step by step the membrane of the spermatozoon head. We tested first the identified lipids alone, and then we coupled these molecules with Izumo1. With the second one, we developed a microfluidic tool to observe the gametic encounter with the “best” viewpoint in the most physiological in-vitro conditions. We observed that the flagellum beating is not only involved in the crossing of the female genital tract but also in the initiation of the fusion step. Indeed, the mechanical constraints induce membrane reorganization with CD9 recruitment. So we succeed to establish the kinetic of the events with an unequaled resolution.

La formation de bouchon est un problème récurrent et presque inévitable lors de l'écoulement de solutions diluées dans des milieux poreux. Actuellement, on ne sait pas comment, à partir du processus initial de déposition de particules à la paroi, ces dernières s'accumulent dans le pore et finissent par le boucher. L'idée générale de ce travail est d'étudier la dynamique de formation de bouchon lors l'écoulement de particules colloïdales au sein de matériaux poreux modèles (canaux microfluidiques). Nous décrivons dans un premier temps, les différents phénomènes physiques impliqués dans la capture de particules et dans l'agrégation colloïdale. Nous faisons également une brève présentation des différentes techniques d'imagerie utilisées dans ce travail et des méthodes de préparation des solutions colloïdales ainsi que des dispositifs microfluidiques. Le troisième chapitre est consacré à l'étude du processus de colmatage en situation de fort confinement (2d). Nous avons identifié deux régimes de colmatage (régime de ''ligne'' et ''d'invasion''). Nous avons ensuite déterminé les processus de capture de particules à l'origine de ces deux régimes, à l'échelle de la particule. Nous avons montré que le processus de colmatage correspond à un phénomène d'auto-filtration. Alors que les premières particules sont capturées de manière « directe » par les parois du pore, la déposition de toutes les suivantes résulte systématiquement d'une interaction avec ces dernières. Finalement, nous avons abordé le colmatage de pore 3d, dont la hauteur est égale à la largeur du pore. Nous avons fourni une description détaillée de l'ensemble du processus de colmatage, à l'échelle du pore et de la particule. Nous avons déterminé les conditions d'adhésion des premières particules à la paroi du pore, les propriétés de croissance des agrégats, ainsi que la manière dont ils se connectent pour obstruer le pore. Nous avons montré que cette dynamique de formation conduit à une structure finale de bouchon très ténue. / Clog formation is a recurring and almost inevitable issue when dilute solution of particles flows in porous media. Currently, we do not know how, from the initial process of particle deposition on the pore wall, particles accumulate in the pore leading to its blocking. The main idea of this work is to study the dynamics of the clog formation, when colloidal particles flow through a single pore (microfluidics channels). In a first part, we describe the various physical phenomenon involved in the particle capture and the colloidal aggregation. We also describe briefly the imaging techniques used in this work as well as the colloidal solution and micro-fluidics chips preparation. The third chapter is devoted to the study of the clogging process in high confinement (2d). We identified two clogging regimes (“line” and “invasion”). We then studied the underlying capture mechanisms, at the particle scale, related to both clogging regimes. We showed that the blockage process corresponds to a self-filtration process. The first particles are captured “directly” by the pore walls, while the deposition of all the following ones systematically results from hydrodynamic interactions with those first still particles. Finally, we addressed the clogging of a 3d pore, in which the height of the pore is equal to its width. We gave a detailed description of the whole clogging process at the pore and at the particle scale. We provided the conditions for the adhesion of the first particles on the pore walls, the properties of subsequent aggregates growth, and how the aggregates eventually merge in order to block the pore. We showed that this dynamics of formation leads to a very loose clog structure.

La microfluidique en gouttes permet l’analyse de systèmes biochimiques à grand débit, en utilisant de faibles volumes réactionnels, à faible coût. Dans l’état de l’art, le volume des gouttes varie entre 2 pL et 4 nL, un millier à million de fois inférieur au volume d’un puit de microplaque. Miniaturiser d’avantage les volumes réactionnels permettrait d’augmenter encore les débits d’analyse, de d’avantage réduire les coûts et ouvre également l’accès à de nouvelles études, telles que les études sur molécule unique ou la délivrance de médicaments. La première partie de ce travail de thèse concerne la miniaturisation des opérations classiques de la microfluidique en gouttes à l’échelle femtolitrique: production, stabilité, biocompatibilité, mélange en gouttes, coalescence, tri, division de gouttes, production à la demande ont été démontrés avec succès sur des gouttelettes femtolitriques. Le tout a été permis en restant dans les limites de la technologie PDMS et des standards classiques de la lithographie. La seconde partie s’intéresse à certaines applications biologiques issues du couplage de gouttelettes picolitriques et femtolitriques. Une plateforme permettant l’encodage in situ de gouttes à l’aide de codes barres d’ADN lisibles par séquençage a été construite. Deux autres applications ont été envisagées: un projet concernant l’émergence des chromosomes dans un monde prébiotique qui nécessitait des facteurs de dilution de l’ordre de 1:1000 et un projet de cartographie génotype-phénotype sur une enzyme qui nécessitait deux dilutions par 10 ont bénéficié de la miniaturisation à l’échelle femtolitrique. / Droplet-based microfluidics has demonstrated its multiple advantage over standard microtiter plates technologies by increasing analysis throughputs, decreasing costs and enabling the encapsulation of single cells into individual reservoirs. In the state-of-the-art, droplet volumes usually range from 2 pL to 4nL, one thousand to one million times smaller than microtiter plate wells. This PhD work focuses on the miniaturization of biological reservoirs down to the femtoliter scale which would enable an increase of throughputs of analysis and open up access to new studies, such as single-molecule studies or drug delivery. The first part of this manuscript concentrates on the miniaturization of elementary operations of droplet-based microfluidics down to the femtoliter scale. Production, mixing, electrocoalescence, DEP sorting, splitting, drop-on-demand, stability, biocompatibility were successfully demonstrated on droplets of a few micrometers diameter. The second part of this manuscript focuses on some biological applications that were developed with the LBC. A platform for the in situ encoding of droplets with DNA barcodes readable per sequencing was developped. Two other applications were envisioned: a project studying the conditions that prevailed the apparition of chromosomes in an early RNA world and a genotype-phenotype mapping project benefited from downscaling to the femtoliter scale.

Cette thèse est consacrée à l’étude en microfluidique de la fabrication de fibres. Les deux étapes critiques sont : - la mise en forme du matériau : nous avons étudié des instabilités qui peuvent se déclencher dans des coécoulements coeur/écorce faisant intervenir des fluides complexes (polymères, suspensions concentrées), celles-ci peuvent empêcher un contrôle de cette étape ; - le figeage de cette forme : nous avons étudié la gélification de l’alginate (un biopolymère formant un gel par l’ajout d’ions calcium) sous écoulement. Nous avons étudié des phénomènes de diffusion-réaction sous écoulement pour comprendre les points de fonctionnement de nos dispositifs. Une fois ces étapes contrôlées, nous nous sommes intéressés à la fabrication des fibres d’alginates fortement chargées en cellules pour l’ingénierie tissulaire. / Abstract

Nous voulons mettre en évidence et analyser les réponses de systèmes biologiques à l’introduction de perturbations et de modulations spatio-temporelles. Plus précisément, afin de développer des stratégies innovantes pour l’étude des systèmes biologiques, nous proposons d’utiliser des outils microfluidiques. Nous concevons des microsystèmes adaptés qui peuvent influer localement sur les comportements biologiques, ceci afin qu’un experimentateur macroscopique puisse contrôler l’environnement externe des objects biologiques dont l’échelle est microscopique. Cette stratégie d’ingénierie est générique et multidisciplinaire. Au cours de cette thèse, elle a été mise en œuvre dans le cadre de deux projets collaboratifs, d’une part à l’échelle de la bactérie E.coli, et d’autre part à celle de l’embryon de souris à un stade post-implantation précoce. Les objets d’étude choisis sont caractéristiques à bien des égards des champs biologiques concernés : taille, représentativité, complexité.Nous avons mis nos compétences de spécialistes en conception et en fabrication de dispositifs fluidiques au service de la ligne DISCO du synchrotron SOLEIL et de l’équipe d’embryologie de la souris de l’IRIBHM. Le nœud de mon travail a été de concevoir et fabriquer les outils microfluidiques réutilisables pour des recherches génériques, qui permettent aux biologistes de se dispenser de l’utilisation d’une salle blanche.Plus précisément, le projet de microbiologie à SOLEIL avait pour object l’étude de l’influx et l’efflux de molécules antibiotiques dans des bactéries. Pour ce faire, nous avons developpé un dispositif réutilisable pour immobiliser les microorganisms et changer leur environnement chimique pendant l’imagerie en microscopie d’epifluorescence dans l’UV. Cette étude s’effectue en utilisant deux partenaires typiques : la bactérie Escherichia coli et un médicament de la famille des fluoroquinolones. Le projet d’embryologie a reposé sur l’électroporation localisée d’acides nucléiques au sein d’embryons de souris et le suivi des migrations cellulaires. Au cours de cette thèse, nous avons développé non seulement des microdispositifs réutilisables mais aussi des protocoles expérimentaux adaptés à l’utilisation de ces instruments miniaturisés.Plus précisément, le projet de microbiologie à SOLEIL avait pour object l’étude de l’influx et lantibiotiques dans des bactéries. Pour ce faire, nous avons developpé un dispositif réutilisable pour immobiliser lesmicroorganismes et changer leur environnement chimique pendant l’imagerie en microscopie d’épifluorescence dans l’UV.Cette étude s’effectue en utilisant deux partenaires typiques : la bactérie E. coli et un médicament de la famille desfluoroquinolones. Le projet d’embryologie a reposé sur l’électroporation localisée d’acides nucléiques des embryons desouris et le suivi des migrations cellulaires. / We want to analyze the responses of biological systems to the introduction of perturbations and spatio-temporal modulations. More specifically, in order to develop innovative strategies for the study of biological systems, we propose to use microfluidic tools. We design adapted microsystems that can locally influence biological behaviors, so that a macroscopic experimenter can control the external environment of biological objects whose scale is microscopic. This engineering strategy is generic and multidisciplinary. In this thesis, it has been implemented in two collaborative projects, on one hand, on the scale of the E.coli bacterium and on the other hand on that of the embryo of mouse at an early stage post-implantation. The selected study objects are characteristic in many respects of the biological fields concerned: size, representativeness, complexity.We extended our expertise in fluidic device design and manufacturing to the service of the DISCO beamline of the synchrotron SOLEIL and the IRIBHM mouse embryology team. The key point of my work has been to design and manufacture reusable microfluidic tools for generic research, which allow biologists to dispense with the use of a clean room.More precisely, the project of microbiology at SOLEIL had for object the study of the influx and the efflux of antibiotic molecules in bacteria. To do this, we have developed a reusable device for immobilizing microorganisms and changing their chemical environment during UV imaging on epifluorescence microscopy. This study is carried out using two typical partners: the Escherichia coli bacterium and a drug from the fluoroquinolone family. The embryology project relied on the localized electroporation of nucleic acids within mouse embryos and the monitoring of cellular migrations.In this thesis, we have developed not only reusable micro-devices but also experimental protocols adapted to the use of these miniaturized instruments.More precisely, the microbiology project at SOLEIL focused on the influx and the efflux of antibiWe have developed a reusable device for immobilizing those microorganisms and changing their chemical environmentduring UV imaging on an epifluorescence microscopy. This study was carried out using two typical partners: thebacterium and a drug from the fluoroquinolone family. The embryology project relied on the localized electroporation ofnucleic acids into mouse embryos and the monitoring of cell migrations.

Au cours de ma thèse, j'ai développé un procédé de fabrication spécifique capable de produire un biocapteur qui combine deux techniques de biodétection différentes, la réponse plasmonique basée sur la résonance de plasmon de surface localisée (LSPR) et la réponse électrochimique. Les méthodes et les résultats qui sont présentés dans ce manuscrit ont été définis pour converger vers un dispositif fluidique unique combinant ces deux approches de détection différentes. Afin de trouver la configuration permettant l'excitation des résonances plasmoniques, la géométrie des nanocavités MIM (métal/isolant/métal) en réseau de lignes interdigitées a été optimisée par des simulations électromagnétiques. La fabrication par nanoimpression douce assistée UV (SoftUV-NIL) a été optimisée et, finalement, la caractérisation optique de ces nanocavités a été comparée avec succès aux simulations théoriques. Parallèlement à la réalisation de ce dispositif nanostructuré, des dispositifs électrochimiques fluidiques plus simples qui intègrent des microélectrodes classiques ont également été développés. L'objectif était d'abord de développer une chimie innovante pour le couple « biotine/streptavidine » et de comprendre ensuite comment les paramètres fluidiques peuvent affecter l'efficacité de capture des biomolécules. Ce manuscrit se termine par une discussion sur le rôle des paramètres fluidiques concernant l’efficacité de la biodétection sur la base de la théorie de Squires. / During my thesis, I worked on the development of a specific fabrication process able to produce a device that combines two different biodetection techniques, plasmonic response based on Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) and electrochemical response. Methods and results that are presented in this manuscript were defined to converge towards a unique fluidic device combining these two different sensing approaches. This device integrates interdigitated array of MIM nanocavities. In order to find the easier working configuration allowing the excitation of plasmonic resonances, their geometry has been optimized through electromagnetic simulations. The fabrication of these dual devices has been optimized based on Soft-UV NIL and, finally, optical characterization of these nanocavities has been successfully compared with theoretical simulations. In parallel to this challenging goal, simpler fluidic electrochemical devices that integrate conventional microelectrodes have also been developed. The goal was first to develop an innovative chemistry for the couple biotin/streptavidin and secondly to learn how fluidic parameters can affect the capture efficiency of molecules. This manuscript ends with a discussion on the role of the fluidic parameters on the biodetection efficiency based on the theory of Squires.

Cette thèse porte sur l’étude de la variabilité de la croissance de bactéries en gouttes micro-fluidiques. Dans un premier temps, la puce micro-fluidique utilisée au cours de la thèse est présentée. Elle permet d’encapsuler des bactéries individuelles dans 1500 gouttes d’un nano litre, et de suivre leur croissance en parallèle grâce à la mesure de leur fluorescence par microscopie. La relation entre fluorescence mesurée et nombre de bactérie est discutée, et plusieurs questions techniques, comme la variabilité de taille des gouttes, l’hétérogénéité de fluorescence des bactéries, sont mesurées et leurs conséquences sur les mesures de croissance quantifiées. Dans un second temps, nous développons un modèle probabiliste qui permet, à partir de la variabilité des temps de divisions des bactéries, de prédire la variabilité de croissance entre les gouttes. Pour ce faire, nous adaptons le modèle classique de Bellman-Harris. La distribution aléatoire du nombre initial de bactérie par gouttes, ainsi que les temps de divisions différents des premières générations de bactéries sont ajoutées au modèle pour l’adapter à notre système expérimental. Les contributions de ces différentes sources de variabilité à la variabilité inter-gouttes de croissance des populations de bactéries sont quantifiées, et le modèle permet bien d’expliquer la variabilité de la croissance entre les gouttes. Dans un troisième temps, nous proposons un schéma d’inférence pour résoudre le problème inverse, qui est de retrouver, à partir des courbes de croissance, la variabilité des temps de division des bactéries individuelles. Le modèle précédent ne peut être utilisé à cause des sources externes de variabilité, nous proposons donc un schéma d’inférence basé sur le suivi dans le temps de chacune des trajectoires des gouttes. Grâce à des simulations reproduisant les conditions expérimentales, nous prouvons que l’inférence est possible. Elle ne peut être appliquée à nos expériences en raison de la précision insuffisante de notre mesure de fluorescence. Enfin, la même puce micro-fluidique est utilisée pour quantifier l’action d’antibiotiques sur des bactéries, notamment la réponse SOS qui est induite lorsque l’ADN de la bactérie est endommagé. La technologie d’encapsulation en goutte est utilisée pour mesurer l’hétérogénéité de réponse des bactéries et la relier à leur capacité à survivre au stress dû à l’antibiotique, et à reformer une colonie. / This thesis presents some results about the variability of the growth of bacteria in microfluidics droplets. In the first chapter, the microfluidic chip used throughout the PhD is presented. It allows to encapsulate bacteria in an array of 1.500 nano-liter sized droplets, and to follow their growth in each droplet in parallel through fluorescence microscopy. The link between the measured fluorescence and the number of bacteria in a droplet is discussed, and other technical questions are addressed, such as the variability in droplet size and the cell-to-cell fluorescence variability. Next, we develop a stochastic model to account for the observed variability of population size in the droplet during the exponential phase of growth. A well-known stochastic model, the Bellman-Harris model, is adapted to take into account the external sources of randomness due to our experimental system (initial distribution of bacteria per droplet, different division time of the first generations). They are taken into account, along with the effects of the cell-to-cell variability of division times in our model, which is successful to predict the variability observed in the microfluidics experiments. Then we tackle the inverse problem, which is to recover the cell-to-cell variability from the observation of the growth in droplets. We propose an inference scheme based on following each droplet in time. The deviation from pure exponential growth is linked back to the cell-to-cell variability, and this inference scheme is proven to be successful on simulations that mimic the experimental constrains. However, we cannot completely apply it to our experiments because of a lack of accuracy in our fluorescence measurements. Finally, we demonstrate how our chip can represent a gain of space and time to quantify the effect of antibiotics on a bacterial strain compared to classical susceptibility measurement methods. We also show how it can be used to study the variability of the SOS response of bacteria, which is a bacterial stress response induced when the DNA of the cell is damaged, and relate it to the ability to survive an antibiotic treatment.

Nous avons développé une biopuce de microfluidique qui est capable de surveiller continuellement la population de cellules dans les biofilms en conditions d'écoulement laminaire bien contrôlées. Ce dispositif microfluidique est capable de modeler la formation des biofilms linéaires en utilisant une approche de flux basé sur un modèle. Les considérations de conception et méthodologie de fabrication d'un micro-bioréacteur à deux niveaux, inclus le flux basé sur un modèle (FT-μBR) qui génère un flux de croissance du biofilm entouré par les 3 côtés par un flux de confinement et inhibiteur de croissance. Grâce à une combinaison d'expériences et de simulations, nous avons évalué et exploité exhaustivement les paramètres de contrôle pour manipuler les dimensions du modèle de flux de croissance du biofilm. Ce dispositif est ensuite utilisé pour développer des modèles linéaires du biofilm avec des dimensions contrôlables. Une étude de validation de principe utilisant le dispositif démontre son utilité dans la réalisation des mesures de taux de croissance du biofilms dans différents environnements de force de cisaillement. Cela ouvre la voie à des études quantitatives sur les effets de l'environnement des cisaillements locaux sur les propriétés des biofilms et pour la synthèse d'une nouvelle génération de biomatériaux fonctionnels ayant des propriétés contrôlables. / We have developed a microfluidic biochip that is capable of continuously monitoring cell population in biofilms under well-controlled laminar flow conditions. This microfluidic device capable of patterning linear biofilm formations using a flow-templating approach. The design considerations and fabrication methodology of a two level flow-templating micro-bioreactor (FT-μBR) generates a biofilm growth stream surrounded on 3 sides by a growth inhibiting confinement stream. Through a combination of experiments and simulations we comprehensively evaluate and exploit control parameters to manipulate the biofilm growth template stream dimensions. The FT-μBR is then used to grow biofilm patterns with controllable dimensions. A proof-of-principle study using the device demonstrates its utility in conducting biofilm growth rate measurements under different shear stress environments. This opens the way for quantitative studies into the effects of the local shear environment on biofilm properties and for the synthesis of a new generation of functional biomaterials with controllable properties.

Le domaine de la bioélectrochimie a actuellement un grand impact sur les nouvelles biotechnologies, notamment les dispositifs médicaux aux points de service et la détection bioélectrochimique. D'autre part, les systèmes émergents de bioénergie offrent de nouvelles opportunités pour se passer des produits pétroliers classiques grâce à des approches alternatives plus durables sur le plan environnemental. En tant que telle, la branche de la bioélectrochimie traitant des systèmes énergétiques est sur le point d’avoir un impact incontestable sur les concepts d’énergie verte et de bioénergie. Pour faciliter ces études et d'autres, les systèmes bioélectrochimiques (BES), qui utilisent des composants biologiques tels que des bactéries (souvent appelées biocatalyseurs), sont de plus en plus développés et miniaturisés pour une nouvelle série de biotechnologies. Cette thèse porte sur la fabrication et la fonctionnalité d’un « système microfluidique électrochimique à trois électrodes » pour l’étude de biofilms de différentes bactéries (électroactives et non-électroactives) à l’aide de différentes techniques électrochimiques. Ces biofilms ont été largement étudiés par des techniques électrochimiques et d’imagerie microscopique (microscopie optique et électronique). Cette thèse pourra potentiellement ouvrir la voie à une nouvelle vague de développements de biocapteurs électrochimiques, tout en offrant des avancées scientifiques spécifiques dans les études de biocapacité de biofilm, de biorésistance, de pH du biofilm, de dépendance nutritionnelle de l'activité du biofilm et de la cinétique de respiration bactérienne. / The area of bioelectrochemistry is currently making the greatest impact in new biotechnology, including point of care medical devices and bioelectrochemical sensing. On the other hand, emerging bioenergy systems offer new opportunities to move away from conventional petroleum products toward more environmentally sustainable alternative approaches. As such, the branch of bioelectrochemistry dealing with energy systems is poised to have an undoubtable impact on greenenergy and bioenergy concepts. To facilitate these and other areas of study, bioelectrochemical systems (BESs), which use biological components such as bacteria (often referred to as biocatalysts) are increasingly being developed and miniaturized for a new round of biotechnology. This PhD thesis focuses on fabrication and functionality of a “three-electrode electrochemical microfluidic system” for biofilm studies of different bacteria (electroactive and non-electroactive) using different electrochemical techniques. They were broadly studied by electrochemical and microscopic imaging (optical and electron microscopy) techniques. This thesis can potentially open the way for a new wave of electrochemical biosensor development, while offering specific scientific advances in studies of biofilm biocapacitance, bioresistance, biofilm pH, nutrient dependency of biofilm activity and bacterial respiration kinetics.

La microcirculation sanguine est un système constitué de réseaux complexesde vaisseaux sanguins de diamètres micrométriques. C’est le lieu privilégié deséchanges de gaz et de nutriments entre le sang et les tissus.Les écoulements dans ces réseaux sont gouvernés par les propriétés des constituantsdu sang c’est-à-dire des cellules en suspension dans du plasma et plus particulièrementdes globules rouges qui sont les cellules majoritaires dans le sang.Selon les conditions de l’écoulement, les globules rouges, qui sont des particulesdéformables, peuvent présenter différents types de formes et de dynamiques quiinfluencent la rhéologie de la suspension. Les interactions hydrodynamiques entreglobules rouges et avec les parois dans les vaisseaux confinés influencent égalementles écoulements à travers des phénomènes de diffusion mais aussi de structurationdes globules au sein de la suspension. Il a notamment été montré que des couchesde plasma dépourvues de globules rouges près des parois des vaisseaux sanguins induisentune diminution de la viscosité effective de la suspension lorsqu’on diminuele diamètre du vaisseau. Par ailleurs, des structurations en file ont également étéobservées dans la microcirculation sanguine avec des conséquences probables surla rhéologie. Au cours de ces travaux de thèse, nous avons investigué les propriétésrhéologiques de suspensions de globules rouges en micro-écoulement grâce à uneméthode de rhéométrie microfluidique. Nous avons focalisé notre attention sur larelation entre la rhéologie et la structuration de la suspension dans un canal, liéeau confinement ainsi qu’aux régimes dynamiques des globules en écoulement.Dans certains cas pathologiques comme la drépanocytose où les propriétés desglobules rouges peuvent être modifiées, les écoulements dans la microcirculationpeuvent être perturbés et conduire à des crises vaso-occlusives dont les mécanismesphysiques restent mal compris. Nous avons exploré la dynamique de formationd’occlusions et leurs évolutions dans des réseaux de canaux micrométriques modèlesavec des suspensions de globules rouges dont les propriétés ont été modifiées,révélant ainsi une dynamique complexe où l’adhésion et des effets d’obstructionsinterviennent. / Blood microcirculation consists in blood flowing in complex microvessel networks.Gas and nutrient exchanges between blood and tissues occur in these networks.Microcirculatory blood flows are governed by the properties of blood components,mainly red blood cells suspended in plasma. Red blood cells are deformableparticles which can exibit different shapes and motion dynamics that influence therheology. Hydrodynamic interactions between red blood cells and with walls of theconfined channels lead to diffusion and structuration in the suspension that alsoaffects the rheology. Plasma cell-free layers near walls observed in the microcirculationinduce a decrease of the effective viscosity with decreasing vessel diameter.Other types of structuration like layering of red blood cells have been observed inthe microcirculation with possible rheological consequences. In the present work,we investigated the rheology of confined red blood cell suspensions and focusedon the link between rheology and structuration of the suspension thanks to amicrofluidic viscosimeter.The sickle cell disease which modifies the properties of red blood cells leadsto flow disorders with the formation of occlusions in the narrow capillaries ofthe microcirculation. We explored the formation and the evolution of occlusionsin simplified networks of microchannels when properties of red blood cells aremodified, revealing complex dynamics where adhesion and jamming effect occur.