Les plasmides sont des fragments d'ADN extrachromosomaux largement utilisés en tant qu'outil en biologie moléculaire. Un plasmide code pour sa propre fréquence de réplication et peut être à copies multiples au sein de son hôte (e.g. la bactérie). Il peut aussi apporter à son hôte un avantage sélectif tel que la résistance à un antibiotique, ce qui confère un caractère symbiotique au système hôte-plasmide. Nous voulons explorer : 1-les variations du nombre de copies de plasmides (PCN) afin de comprendre les interactions que le plasmide peut avoir avec son hôte 2- la manière dont se fait la régulation de ce nombre de copies. Nous nous sommes fixés quelques plasmides modèles dans lesquels nous avons inséré le gène d'une protéine fluorescente (mOrange). Ces plasmides ont été injectés dans une bactérie contenant le gène d'un autre rapporteur fluorescent (eGFP) sur son chromosome ce qui nous permet d'avoir une référence au sein de chaque bactérie. Nous avons ensuite observé ces bactéries transformées à l'aide d'un dispositif microfluidique développé au la- boratoire qui nous permet des observations de bas niveau de fluorescence sur des bactéries isolées. Pour chaque plasmide étudié, nous avons pu mesurer son PCN moyen par bactérie au sein de la population. Nous avons aussi évalué son PCN moyen à l'aide de techniques usuelles de biologie moléculaire, et avons obtenu approximativement les mêmes résultats. Nous avons constaté pour certains plasmides des variations d'expression de la mOrange plus grandes que pour la eGFP. Nous attribuons cette augmentation de la variabilité d'expression à la variabilité du PCN. Cette variabilité soit d'autant plus petite que le PCN moyen est grand. Ensuite, nous avons pu extraire des données la variation du PCN au sein de la population. Par ailleurs, nous donnons aussi à l'aide d'une méthode plus approximative la distribution du PCN par bactérie. Finalement, nous avons fait croître les bactéries dans un milieu contenant plus ou moins d'antibiotique dont la résistance est portée par le plasmide. Nous n'avons pas réussi à changer les caractéristiques des plasmides, mais avons pu regarder le phénomène de perte dans un de nos plasmides.

En lien avec des procédés de récupération assistée du pétrole, la mise en œuvre d'écoulements biphasiques immiscibles dans des géométries microfluidiques permet d'étudier comment des solutions aqueuses semi-diluées de polymères peuvent modifier la dynamique d'interface entre une phase aqueuse et une phase organique. Nous travaillons dans une géométrie commune en microfluidique (flow focusing), induisant des écoulements élongationnels, avec une phase externe aqueuse polymérique et une phase interne organique newtonienne. Nous observons des formes d'interfaces particulières liées au comportement non newtonien de la phase externe. Les propriétés élongationnelles du polymère favorisent la formation de pointes et de jets de taille micrométrique et les contraintes normales développées par le polymère stabilisent le jet sur de très grandes distances rendant possible la synthèse de microfibres, à partir de ces jets, dans le système. Par ailleurs, nous utilisons des géométries modélisant les configurations rencontrées dans les réservoirs dans l'industrie pétrolière, pour étudier de façon systématique les effets des polymères (viscosité/élasticité) sur le déplacement d'huile, à l'échelle du pore et du réseau. Nous caractérisons l'influence du rapport de viscosité entre les phases, du nombre capillaire et des conditions de mouillage, sur la forme du front polymères/huile et le taux de récupération d'huile. Enfin, nous employons une méthode de traitement de surface en phase sèche permettant d'améliorer l'hydrophilie d'un matériau compatible avec l'utilisation de pétrole pour fabriquer des systèmes aux propriétés de mouillage contrôlées et texturables, jusqu'à l'échelle micrométrique.

Dans la Maladie d'Alzheimer, les neurones meurent par un processus de mort cellulaire programmée, appelé apoptose. Des études in vivo, ont montré que cette étape de destruction somatique, tardive, est précédée de phénomènes précoces de dysfonctionnements synaptiques et de dégénérescences axonales. Néanmoins, en l'absence d'outils appropriés, leurs modalités et leurs mécanismes moléculaires demeurent encore mal connus. Nous nous proposons d'aborder cette problématique en utilisant un nouveau système de culture primaire de neurones appelé " microfluidique " permettant la compartimentalisation efficace des axones et des somas de neurones issus du système nerveux central. Grâce à cet outil nous mettons en évidence qu'un stress appliqué uniquement au niveau du corps cellulaire est suffisant pour induire une dégénérescence axonale. Il semble donc qu'un signal de dégénérescence se soit propagé dans l'axone depuis le soma. D'un point de vue moléculaire, la map kinase JNK impliquée dans les phases précoces de l'apoptose est ici le premier signal observé dans l'axone, contrôlant la fission des mitochondries et l'activation des caspases, qui sont les effecteurs moléculaires de la phase d'exécution de l'apoptose. De plus, nous avons démontré que le NAD+, un élément clef dans la bioénergétique du neurone, était lui aussi impliqué. Ainsi nos résultats suggèrent que le NAD+ et le programme apoptotique peuvent ensemble participer au devenir de l'axone. En conclusion, ce travail s'intègre dans la compréhension des mécanismes de la dégénérescence axonale observée dans les maladies neurodégénératives telle que la Maladie d'Alzheimer

Ce document est consacré à l'étude de quelques écoulements de fluides complexes appliquée à la micro-fluidique. Deux études indépendantes sont effectuées : d'une part l'étude des mélanges de fluides Newtoniens dans des micro-canaux fins, et d'autre part l'étude d'écoulements de Micelles géantes (fluides non-Newtoniens). Dans chaque étude on traite tout d'abord des modèles en détail, puis on effectue une étude numérique des modèles en question. Dans la première partie nous traitons de l'hydrodynamique de mélanges de fluides de différentes viscosités en régime de Stokes. Nous dériverons alors un modèle réduit de type Reynolds à partir modèle complet de Stokes. Cette réduction de modèle est particulièrement adaptée à des écoulements dans des micro-canaux dont le rapport d'aspect largeur/hauteur est important. Les modèles obtenus au final peuvent être 2D ou bien 2.5D (2D pour la pression 3D pour le mélange) selon que l'on souhaite ou non prendre en compte les variations de viscosité dans la direction "fine". De plus, les conditions aux limites en haut et au fond du canal pour le modèle complet (canal à reliefs, motifs de matériaux glissants) apparaissent dans le modèle réduit comme de simples coefficients de résistance à l'écoulement. Un résultat d'existence de solution est donné pour le modèle 2D. Une méthode numérique est alors donnée pour approcher ces modèles. Cette méthode numérique est basée sur une discrétisation des équations sur une grille cartésienne, ce qui permet une résolution rapide des systèmes linéaires obtenus après discrétisation. Deux études numériques sont alors menées, tout d'abord une étude de l'inter-diffusion de deux fluides dont les viscosités sont différentes dans des expériences dites de "co-flow", puis une autre étude sur des écoulements mono-fluides pour des canaux à reliefs et à surfaces glissantes utilisant des modèles 2.5D adaptés. La deuxième partie de ce document est consacrée à l'étude d'écoulements micro-fluidiques de micelles géantes en solution. Ce type particulier de fluide a tendance à former spontanément dans l'écoulement des phases dont les propriétés mécaniques peuvent être très différentes. Ces phases sont appelées communément "bandes de cisaillement", et l'origine de la formation de ces bandes de cisaillement tient dans les différentes conformations (conformation alignée, conformation enchevêtrée) possibles pour les micro-structures formant ces fluides. Un modèle particulier a été étudié pour décrire de tels écoulements : le modèle de Johnson-Segalman diffusif. Ce dernier permet de rendre compte de la transition entre phase alignée et phase enchevêtrée lorsque l'écoulement est cisaillé. Toutefois, ce modèle a un comportement instable dans un écoulement possédant un composante d'élongation suffisamment forte. Il est donc nécessaire de modifier le modèle par l'ajout d'une non-linéarité (quadratique) dans la loi de comportement. Une méthode numérique a ensuite été développée afin d'étudier le modèle dans diverses situations. Deux problèmes ont été mis en lumière dans l'analyse numérique des équations : un problème de stabilité lié au couplage nécessaire entre la loi de comportement du fluide et la loi de conservation de la quantité de mouvement, et un problème d'oscillations parasites sur la contrainte. Le premier problème peut être résolu par la détermination d'une nouvelle condition de stabilité sur le système, et le deuxième par l'ajout systématique d'un terme de diffusion dans les équations. Une première étude concernant la formation de bandes de cisaillement dans un canal droit a alors été menée. Cette étude a permis en particulier de déterminer le rôle exact de la diffusion dans le modèle. Une deuxième étude concernant des écoulements 3D dans des jonctions micro-fluidiques en T a permis de mieux comprendre les phénomènes étranges observés sur la répartition des débits dans les branches de sortie de ces jonctions.

Cette thèse présente la conception, la caractérisation et l'utilisation d'un microsystème intégrant des fonctions terahertz (THz) guidées. L'interprétation des mesures conduit à la définition d'une métrologie des liquides aux fréquences THz. Ceci est possible par le développement de systèmes robustes, versatiles et sensibles couplant circuits microfluidiques et guides d'ondes THz intégrés. La création d'un procédé technologique compatible avec les processus microélectroniques de fabrication en "salle blanche", et le choix d'une filière silicium/polymère/verre ont permis d'obtenir une résistance à des pressions de plus de 35bar dans des canaux de 50mm de large. De plus, l'assemblage des substrats en amont de la gravure des canaux permet une conception indépendante des circuits électromagnétique et fluidique avec une définition de motifs inégalée pour ce type de microsystèmes. Les mesures réalisées avec ce dispositif ont permis d'atteindre une sensibilité aux protéines de l'ordre de 5mg/mL, état de l'art des dispositifs THz conventionnels, améliorant notablement les performances des dispositifs microfluidiques THz. Cette sensibilité a permis la caractérisation de l'hydratation de protéines en solution. Les calibrations in-situ, assurant l'obtention de mesures quantitatives, permettent d'atteindre leur nombre d'hydratation. Le couplage des mesures avec des techniques de chimiométrie conduit à l'analyse plus fondamentale de la structure et la dynamique de la couche d'hydratation, confrontée avec succès à des modèles numériques. Nous aboutissons à la définition d'un laboratoire sur puce, couplant modélisation, mesures calibrées et interprétation statistique dans le spectre THz, qui par ses caractéristiques propres, contribue à la compréhension des phénomènes d'hydratation. Le véritable apport de cette technologie réside dans ses perspectives pour le suivi des interactions dynamiques nécessaire à une meilleure compréhension du vivant.

Avec l'avènement de la microélectronique et des techniques de miniaturisation, de nouveaux domaines transdisciplinaires sont nés au confluent des sciences de l'ingénieur, de la matière et du vivant. La technologie a désormais investi l'échelle du nanomètre ; elle parvient à sonder, mais aussi surtout à façonner les constituants élémentaires de la matière synthétique et organique, depuis les atomes jusqu'aux complexes macromoléculaires. La nécessité d'isoler des molécules et des assemblages supramoléculaires est motivée par leur découplage du milieu environnant avec lequel ils interagissent. Des stratégies de compartimentation se sont devéloppées pour répondre aux besoins grandissants d'isolement de ces entités, en particulier à travers deux approches classiques en nanotechnologie : top-down et bottom-up. L'approche top-down consiste à "sculpter" la matière pour lui conférer des dimensions compatibles avec les objets à confiner. La lithographie et les techniques de microfabrication en général rentrent typiquement dans cette catégorie. Des stratégies microfluidiques destinées à manipuler spécifiquement des assemblages supramoléculaires ont été ainsi développées soit en vu d'applications pour la microanalyse totale, soit pour des études biophysiques fondamentales. Dans l'approche bottom-up, des molécules de natures différentes sont agencées pour former l'entité qui va confiner les objets d'intérêt. La chimie et le vivant procèdent par cette approche pour synthétiser des assemblages supramoléculaires et des organismes. Dans cette optique, la compaction de polyélectrolytes par des agents lipidiques en particules nanométriques a été étudiée. Cette stratégie permet en particulier de transférer des gènes au sein des cellules. Enfin, toujours dans le cadre d'une approche bottom-up de la compartimentation, nous présentons une méthodologie résolument bio-inspirée qui exploite les propriétés naturelles d'auto-assemblage des virus. Cette autre statégie ouvre la voie à l'encapsulation d'une large variété de molécules et de nano-objets. Elle tire avantage de l'extraordinaire précision moléculaire de l'assemblage d'un virus et vise à tirer profit de ses propriétés circulatoires dans l'organisme. C'est dans cet esprit que se clôt ce mémoire avec une présentation succinte des perspectives à long terme orientées autour de l'assemblage de systèmes viro-inspirés. Les objectifs seront d'élucider les mécanismes moléculaires sur des systèmes de complexité croissante, et en parallèle de maîtriser ces mécanismes via le développement de méthodologies d'auto-assemblage dirigé.

Cette thèse se situe à la frontière de deux domaines : celui de la rhéologie des mousses et celui de la microfluidique. On présente comment créer une mousse dans un système microfluidique avec une taille minimale de bulle autour de 100 μm et on étudie son écoulement. Après un rappel de l'état de l'art en microfluidique biphasique et dans le domaine de l'écoulement de mousse 2D, on présente l'ensemble de techniques expérimentales qui permettent de produire le système microfluidique et d'imager l'écoulement résultant. Ensuite, on étudie la génération de mousse microfluidique avec la méthode du pincement liquide. On mesure la dépendance des propriétés de la mousse (fraction liquide, topologie) envers les paramètres de contrôle et la géométrie. Nous montrons que la rhéologie de l'écoulement est fortement non-linéaire. La relation pression-débit présente en effet un seuil, une loi de puissance et des discontinuités liés aux transitions de topologie. On met en évidence un effet rétroactif de l'écoulement dans le canal sur la formation de la mousse, qui entraîne un comportement dynamique très riche. On trouve notamment une oscillation entre différentes topologies reliée à une instabilité qui peut être de type advectif, stationnaire ou absolu. Finalement on étudie une méthode pour l'application de forces acoustiques sur un écoulement biphasique, afin de manipuler les bulles de la mousse depuis l'extérieur.

Nous avons développé un microlaboratoire pour étudier la diffusion et son couplage<br />avec la réaction chimique. Il est constitué d'une chambre d'analyse dans laquelle on peut<br />appliquer des champs électriques en deux dimensions pour obtenir des profils de concentration<br />stationnaires ou non-stationnaires. La simplicité spatiale du flux électrophorétique<br />utilisé permet d'appliquer systématiquement une analyse dans l'espace de Fourier. Ce traitement<br />fournit le coefficient de diffusion d'un analyte pur ainsi que la constante thermodynamique<br />et les constantes cinétiques d'un mélange réactif. Dans le but de développer des<br />techniques de séparation resposant sur la cinétique, nous avons étudié la réaction d'hybridation<br />entre deux brins d'ADN et constitué une banque d'oligonucléotides avec des<br />constantes cinétiques variées. Ces études nous ont mené à developper, en collaboration<br />avec le Museum National d'Histoire Naturelle, une sonde oligonucléotidique fluorescente à<br />motif quadruplex permettant une discrimination cinétique lorsqu'elle s'hybride avec une<br />séquence parfaitement complémentaire ou mésappariée.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique des fluides : Toulouse, INPT : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 114 réf.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Electronique : Villeneuve d'Ascq, Ecole centrale de Lille : 2006. / Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque partie.108 réf.