La conception et la fabrication « à façon » de dispositifs microfluidiques requiert très souvent l’utilisation de multiples équipements coûteux en temps et en argent (lithographie notamment). Par ailleurs, l’achat auprès de fournisseurs industriels ne permet pas toujours l’obtention de structures pleinement adaptées aux besoins de l’utilisateur final, notamment dans le contexte médical, où un niveau minimal de biocompatibilité est souhaitable. La première partie de notre étude porte donc sur le développement d’une technique de création personnalisée, rapide et à moindre frais de réseaux microfluidiques à section circulaire, en polydimethylsiloxane. Par suite, la thématique « Lab On Chip » est naturellement liée au développement de techniques de détection. L’imagerie médicale par agents de contraste est l’une de ces voies de détection. Les agents de contraste les plus utilisés sont les produits iodés, qui ne permettent pas toujours l’obtention d’un contraste optimal sur les clichés scanner. L’injection de ces produits peut engendrer de graves complications chez des patients potentiellement allergiques, d’autant plus qu’ils se dispersent dans la totalité de l’organisme. Ainsi le développement de nouveaux produits de contraste plus efficients, et qui pourraient permettre un ciblage biologique plus localisé est un challenge d’actualité. Dans ce but, la synthèse de particules d’or de formes et de tailles variées a été réalisée. Ces particules ont été analysées par imagerie micro-scanner pour petit animal, afin d’optimiser d’une part les protocoles sur équipement réel, et d’autre part vérifier les possibilités de discrimination des différents types d’échantillons, ainsi que le bénéfice engendré comparativement à des échantillons d’agents de contraste iodés. / Conception and fabrication of microfluidic devices is frequently money and time consuming. Furthermore, sophisticated equipments and techniques are required (eg. lithography). Moreover, industrial manufacturers do not provide perfectly adapted devices. Their structures do not completely match with final needs of their users, especially in medicine context, where a minimal level of biocompatibility is desirable. The first part of this study is dedicated to the development of a customizable technique. This method will enable quick and low cost creation of microfluidic networks made of polydimethylsiloxane, with circular channel section. Then, this Lab-On-Chip thematic can be linked to the development of detection techniques. Medical imaging is one of those ways of detection. The most used contrast agents are the iodinated ones, but they do not always give a good enough contrast on the scanner images. Moreover, injection of those iodinated products can produce medical complications as a deadly allergy for some sensitive patients, as they disperse everywhere in the body. Thus, development of new and more efficient contrast agents, able to target more precisely specific zones in the human body is a challenge. To reach this aim, the synthesis of gold micro and nanoparticles with different sizes and shapes have been realised. These particles have been analyzed using a micro-scanner equipment. Those analyses have enabled on the one hand the protocols optimization onto real medical equipment, and on the other hand, they have permitted to verify the possibilities of discrimination of the samples between themselves and the benefit given by the gold particles onto the iodinated samples.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 janvier 2024) / La spectroscopie est largement utilisée en chimie analytique pour analyser différents échantillons. Quant à elles, la microfluidique et la microfabrication servent à exploiter les propriétés des fluides agissant à de très basses valeurs de Reynolds. L'intégration de la spectroscopie et de la microfluidique est un domaine relativement nouveau et peu exploré, mais une intégration fiable et de qualité montre énormément de potentiel pour la recherche comme les avantages de chaque méthode peuvent être combinés. Dans un premier temps, un accessoire de mesure spectroscopique conçu par un autre étudiant à la maitrise a été adapté et amélioré dans le but de le rendre plus fiable, plus précis et plus facilement fabricable à grande échelle. Contrairement aux outils disponibles sur le marché présentement, cet outil permet d'analyser plusieurs échantillons à la fois grâce à un système de déplacement dans deux axes. L'appareil s'adapte à différents spectromètres infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et se sert d'un cristal à réflectance totale atténuée (ATR) afin d'analyser différents échantillons. La version conçue dans le cadre de ce projet de maîtrise s'adapte à différentes cartouches microfluidiques également conçues dans le cadre de ce projet. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, l'appareil conçu a été testé, adapté et modifié afin de mieux répondre aux besoins des utilisateurs. Ces besoins ont été définis de façon précise afin de bien pouvoir cibler quelles fonctions sont essentielles. Les cartouches microfluidiques ont été conçues et simulées à l'aide de logiciels d'analyse par éléments finis. Une fois fabriquées, elles ont été testées sur différents spectromètres afin de valider les performances ainsi que la qualité de l'intégration des cartouches dans l'accessoire. / Spectroscopy is widely used in analytical chemistry to analyze different samples. Microfluidics and microfabrication are used to exploit the properties of fluids acting at very low Reynolds. The integration of spectroscopy and microfluidics is a relatively new and unexplored area, but a reliable and high-quality integration shows great potential for research as the advantages of each method can be combined. First, a spectroscopic measurement accessory designed by another master's student is adapted and improved to make it more reliable, more accurate and more easily manufacturable on a large scale. Contrary to the tools available on the market today, this tool allows to analyze several samples at the same time thanks to a system of displacement in two axes. The instrument is adaptable to different Fourier transform infrared spectrometers (FTIR) and uses an attenuated total reflectance crystal (ATR) to analyze different samples. The version designed in this master's project is adaptable to different microfluidic cartridges also designed in this project. Within the framework of this master's project, the designed apparatus is tested, adapted and modified in order to better meet the needs. These needs have been precisely defined in order to target which functions are essential. The microfluidic cartridges were designed and simulated using finite element analysis software. Once manufactured, they were tested on different spectrometers to validate the performance as well as the quality of the integration of the cartridges in the device.

Les systèmes bioélectrochimiques (BES) combinent la biologie et l'électrochimie pour produire de l'électricité ou synthétiser des produits chimiques. Les piles à combustible microbiennes (MFC), un type clé de BES, oxydent la matière organique des eaux usées pour générer de l'électricité, en utilisant des bactéries électrogènes comme biocatalyseurs pour le transfert d'électrons vers des électrodes solides. Leurs principales applications incluent le traitement des eaux usées et la production d'électricité. Cette thèse présente plusieurs MFC nouvellement conçues, en mettant l'accent sur leur rendement énergétique élevé et leur efficacité de conversion des substrats. Le chapitre 1 aborde les besoins énergétiques mondiaux, les BES et les principales techniques utilisées dans la recherche sur les BES, notamment les méthodes électrochimiques, la microfluidique, la spectroélectrochimie et la microscopie électronique à balayage (SEM). Le chapitre 2 détaille la fabrication de dispositifs microfluidiques, incluant des microcanaux en PDMS et des électrodes, ainsi que les protocoles biologiques, les méthodes spectroscopiques, les configurations électrochimiques et les mesures SEM utilisées dans nos projets. Les chapitres 3 à 6 couvrent quatre projets majeurs réalisés durant mon doctorat. Le chapitre 3 utilise la spectroélectrochimie (SEC) pour étudier un dispositif microfluidique à flux laminaire transportant une solution réactive depuis des électrodes en amont jusqu'à une zone de détection spectrale en aval. Cette technique permet de suivre avec succès l'oxydation de l'acide ascorbique (vitamine C) en présence d'interférences biomoléculaires d'une molécule présentant un potentiel redox similaire. Le chapitre 4 explore des expériences à long terme avec un design innovant de MFC à quatre électrodes empilées verticalement, permettant la culture de biofilms de *Geobacter sulfurreducens* sur des électrodes orientées vers le haut et vers le bas. À notre connaissance, il s'agit de la première étude comparant la croissance de biofilms électroactifs (EAB) sous l'influence de champs gravitationnels opposés, démontrant que la production d'énergie et la consommation d'acétate doublent lorsque les quatre électrodes fonctionnent en parallèle. Le chapitre 5 décrit la fabrication de MFC à microcanaux électrodes à l'aide d'une fraiseuse CNC, atteignant une production énergétique élevée et une grande efficacité de conversion d'acétate, notamment dans une MFC à micro-piliers. Le chapitre 6 présente trois MFC à micro-piliers empilées en configurations parallèle et série, fournissant une puissance élevée. L'empilement en série alimente un multisenseur environnemental (température, humidité) ainsi qu'une montre analogique. La thèse se conclut par un résumé des projets et propose des perspectives pour les travaux futurs. / Bioelectrochemical systems (BESs) integrate biology and electrochemistry to generate electricity or synthesize chemicals. Microbial fuel cells (MFCs), a key type of BES, oxidize organic matter in wastewater to produce electricity, with electrogenic bacteria acting as biocatalysts for electron transfer to solid electrodes. Their primary applications are wastewater treatment and electricity production. This thesis presents several newly designed MFCs, focusing on their high-power output and substrate conversion efficiency. Chapter 1 discusses global energy needs, BESs, and the key techniques used in BES research, including electrochemical methods, microfluidics, spectroelectrochemistry, and scanning electron microscopy (SEM). Chapter 2 details the fabrication of microfluidic devices, including PDMS and electrode-based microchannels, as well as biological protocols, spectroscopy, electrochemical setups, and SEM measurements used in our projects. Chapters 3 to 6 cover four major projects conducted during my PhD. Chapter 3 uses spectroelectrochemistry (SEC) to study a laminar flow microfluidic device that transports a reacted solution from upstream electrodes to a downstream spectral detection region. This technique successfully monitors the oxidation of ascorbic acid (vitamin C) in the presence of biomolecular interference from a molecule with overlapping redox potential. Chapter 4 explores long-term experiments with a vertically stacked, four-electrode microfluidic MFC design, which cultivates *Geobacter sulfurreducens* biofilms on upward- and downward-facing electrodes. To our knowledge, this is the first study comparing electroactive biofilm (EAB) growth under opposing gravitational fields, demonstrating that power output and acetate consumption double when four electrodes operate in parallel. Chapter 5 describes the fabrication of electrode-based microchannel MFCs using a CNC milling machine, achieving high-power output and acetate conversion efficiency, particularly in a micro-pillar MFC. Chapter 6 presents three micro-pillar MFCs stacked in parallel and series configurations to provide high-power output. The series stack powers an environmental multisensor (temperature, humidity) and an analog watch. The thesis concludes by summarizing the projects and offering perspectives on future work.

Le stress de cisaillement, une force mécanique générée par l'écoulement des fluides, est un modulateur critique des processus cellulaires tels que la prolifération, la signalisation et l'adhésion. L'étude du stress de cisaillement est essentielle dans les sciences biomédicales et naturelles, offrant des perspectives sur les mécanismes sous-jacents de l'adaptation cellulaire aux environnements mécaniques. Cette recherche utilise la technologie microfluidiques pour étudier systématiquement les effets du stress de cisaillement sur le comportement cellulaire à travers différents modèles biologiques. Dans la première phase, l'étude examine l'influence du stress de cisaillement sur le système reproducteur masculin. En appliquant un stress de cisaillement contrôlé au sein de dispositifs microfluidiques, cette recherche élucide le rôle des forces mécaniques dans la régulation des fonctions cellulaires. La deuxième phase de l'étude s'étend aux cellules amibe unicellulaires, en se concentrant sur l'impact du stress de cisaillement sur leur adhésion et leur motilité, qui sont essentielles à leurs réponses adaptatives dans des environnements dynamiques. Ce travail intègre des approches issues des sciences biomédicales et naturelles, faisant progresser notre compréhension de la mécanotransduction cellulaire sous l'effet du stress de cisaillement. Les résultats soulignent la polyvalence et la puissance des plateformes microfluidiques dans l'exploration des dynamiques cellulaires et contribuent à une compréhension plus approfondie de l'influence des forces mécaniques sur la fonction cellulaire à travers différents systèmes biologiques. / Shear stress, a mechanical force arising from fluid flow, is a critical modulator of cellular processes such as proliferation, signaling, and adhesion. The investigation of shear stress is critical within both biomedical and natural sciences, offering insights into the underlying mechanisms of cellular adaptation to mechanical environments. This research utilizes microfluidic technology to systematically investigate the effects of shear stress on cellular behavior across different biological models. In the first phase, the study examines the influence of shear stress on male reproductive system. By applying controlled shear stress within microfluidic devices, this research elucidates the role of mechanical forces in regulating cellular functions. The second phase of the study extends to the unicellular amoeba cells, focusing on the impact of shear stress on its adhesion and motility, which are vital for its adaptive responses in dynamic environments. This work integrates approaches from both biomedical and natural sciences, advancing our understanding of cellular mechanotransduction under shear stress. The findings underscore the versatility and power of microfluidic platforms in exploring cellular dynamics and contribute to a deeper comprehension of how mechanical forces influence cellular function across different biological systems.

L'étude approfondie des échanges moléculaires dans le cerveau, notamment à travers les neurotransmetteurs, est cruciale pour comprendre les mécanismes sous-jacents des maladies neurodégénératives telles que l'Alzheimer (AD), le Parkinson (PD) et la maladie de Huntington (HD). Ces molécules de signalisation neuronale jouent un rôle essentiel dans la transmission des informations dans le cerveau et elles sont impliquées dans divers processus physiologiques et comportementaux. La compréhension de leur fonctionnement normal et altéré offre des perspectives importantes pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à améliorer la qualité de vie des patients affectés par ces maladies invalidantes. Pour contribuer à cette compréhension, nous avons développé, dans le cadre de cette thèse, un instrument d'analyse colorimétrique de haute précision, compact et autonome. Cet instrument est conçu pour potentiellement remplacer ou améliorer les dispositifs d'analyse spectrale actuellement utilisés. Il présente plusieurs avantages, notamment en termes de facilité d'utilisation, de résolution et d'applicabilité dans le domaine de l'analyse spectrale d'échantillons liquides. En outre, en combinant cet instrument avec un vecteur de détection tel que des nanoparticules d'or ultrastables fonctionnalisées par des aptamères, il serait possible de développer une méthode d'analyse sélective et de haute précision pour la détection des neurotransmetteurs en solution, tout en restant facile d'utilisation. Cette approche intégrée permettrait ainsi offrir un outil précieux pour la recherche, l'analyse et le diagnostic dans le domaine des neurosciences. Le système de détection colorimétrique avancé conçu dans le cadre de ce projet de recherche est doté de caractéristiques novatrices telles qu'un système optique polychromatique basé sur un grism (composant optique formé par la combinaison d'un réseau diffractif et d'un prism ; grating-prism), un système microfluidique modulaire et un système électronique embarqué pour le contrôle et l'analyse des données, le tout dans un format compact, portable, semi-autonome et modulaire. L'instrument ainsi développé offre la possibilité d'analyser le spectre de transmission des échantillons, offrant ainsi deux types d'analyses distinctes pour une meilleure compréhension des interactions moléculaires dans des contextes de laboratoire et in situ, selon l'application visée. Cependant, malgré les progrès réalisés dans le développement de l'instrument, des défis persistent dans l'optimisation de la détection de dopamine avec des nanoparticules. Les protocoles actuels de fonctionnarisation doivent encore être optimisés afin d'atteindre la sensibilité et la sélectivité souhaitées. En conclusion, l'instrument développé présente des caractéristiques innovantes et prometteuses pour la détection de neurotransmetteurs et d'autres composés dans les échantillons aqueux par la méthode de colorimétrie. Malgré les défis persistants, une fois optimisé, cet instrument pourrait trouver une large application dans le domaine de la chimie analytique, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives de recherche dans le domaine de la neurologie et pouvant offrir de nouveaux espoirs aux patients atteints de maladies neurodégénératives. / The in-depth study of molecular exchanges in the brain, particularly through neurotransmitters, is crucial for understanding the underlying mechanisms of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's (AD), Parkinson's (PD), and Huntington's disease (HD). These neuronal signalling molecules play a crucial role in transmitting information in the brain and are involved in various physiological and behavioral processes. Understanding their normal and altered functioning offers important perspectives for the development of new therapeutic strategies aimed at improving the quality of life of patients affected by these debilitating diseases. To contribute to this understanding, we have developed, as part of this thesis, a high-precision, compact, and autonomous colorimetric analysis instrument. This instrument is designed to potentially replace or improve the spectral analysis devices currently in use. It offers several advantages, particularly in terms of ease of use, resolution, and applicability in the spectral analysis of liquid samples. Furthermore, by combining this instrument with a detection vector such as ultra-stable gold nanoparticles functionalized with aptamers, it would be possible to develop a selective and high-precision analysis method for the detection of neurotransmitters in solution, while remaining easy to use. This integrated approach would thus provide a valuable tool for research, analysis, and diagnosis in the field of neuroscience. The advanced colorimetric detection system designed in this research project features innovative characteristics such as a polychromatic optical system based on a grism (optical component combining a diffractive grating and a prism; grating-prism), a modular microfluidic system, and an embedded electronic system for control and data analysis, all in a compact, portable, semi-autonomous, and modular format. The instrument developed thus offers the possibility of analyzing the transmission spectrum of samples, thus providing two distinct types of analyses for a better understanding of molecular interactions in laboratory and in situ contexts, depending on the application. However, despite the progress made in instrument development, challenges persist in optimizing the detection of dopamine with nanoparticles. Current functionalization protocols still need to be optimized in order to achieve the desired sensitivity and selectivity. In conclusion, the developed instrument presents innovative and promising features for the detection of neurotransmitters and other compounds in aqueous samples by the colorimetric method. Despite persistent challenges, once optimized, this instrument could find wide applications in the field of analytical chemistry, thus opening new research perspectives in the field of neurology and could offer new hope to patients with neurodegenerative diseases.

Les biofilms microbiens soit des communautés multicellulaires formées de bactéries, adhérant à une surface, entourés d'une couche de polymère extracellulaire (EPS). Parce qu'ils sont naturels, les biofilms bactériens sont de plus en plus étudiés et utilisés pour des applications en biocatalyse, en autoréparation et en tant que systèmes pouvant fonctionner efficacement dans des conditions ambiantes. La structure du biofilm est également importante, car elle peut protéger les bactéries sous les contraintes physiques, chimiques et biologiques rencontrées lors de l'opération du bioréacteur. Parmi les principaux facteurs entrant dans la régulation du développement du biofilm et de ses propriétés à maturité, on trouve les conditions hydrodynamiques et les concentrations d'éléments nutritifs appliquées. La microfluidique connait une popularité croissante parmi la communauté de recherche sur les biofilms en raison de sa capacité à mieux contrôler ces paramètres en fonction de d'autres propriétés physicochimiques importantes et même le taux de croissance. Dans ce travail, nous nous appuyons sur les travaux antérieurs de notre groupe pour résoudre deux principales limites. Tout d'abord, la tendance des biofilms à contaminer les canaux et les tubes en amont peut éroder les spécifications précises des conditions expérimentales dans les positions en aval d'où des mesures analytiques sont réalisées. La premiere partie ce travail, nous présentons un dispositif microfluidique qui varie la vitesse d'écoulement en amont pour arrêter la croissance vers l'arrière et la contamination de l'entrée pour les expériences de longue durée. Le deuxième point d'intérêt est lié à des facteurs qui provoquent une hétérogénéité dans les modèles de croissance du biofilm. On a noté que les bulles formées pendant et après l'inoculation augmentaient la croissance locale du biofilm et réduisaient l'uniformité et l'homogénéité globale. Ce mémoire étudie également les effets des bulles sur le taux de croissance et le développement secondaire du biofilm.

L'usage de gouttes comme microréacteurs movite le développement rapide de la microfluidique de gouttes. En effet, une goutte peut être utilisée pour collecter, transporter et analyser du matériel chimique, biologique ou génétique. Ainsi, la microfluidique de goutte porte la promesse d'une miniaturisation et d'une automatisation sur puce des process actuellement mis oeuvre sur microplaques. Toutefois, l'architecture des dispositifs reste essentiellement sérielle et en opposition avec le format intrinsèquement 2D des microplaques. Ce travail de thèse fournit une nouvelle stratégie de gestion de gouttes sur puce qui permet d'implémenter des procédés de microfluidiques de goutte au sein de chambres bidimensionnelles. Les méthodes mises au point emploient des gradients de confinement pour agir sur les gouttes.

Les gouttes, les vésicules et les globules rouges sont des objets mous et déformables, structurés et de taille micrométrique (de 1 à 100 microns de diamètre). L'objectif de ce travail est de déterminer la participation de chaque paramètre mécanique des objets étudiés (tension de surface, élasticité, viscosité...) à partir de leur comportement sous écoulement. Nous avons choisi de nous intéresser tout particulierement à la réponse de ces objets sous écoulement confiné (ou semi-confiné) en utilisant une approche de type « microfluidique ». <br />La production de tensio-actif à la surface d'une goutte en mouvement influence sa forme et sa dynamique. L'étude détaille notamment les effets de la concentration et de la géométrie.<br />La mise au point de vésicules aux propriétés complexes modulables par l'action de la température est exposée. Nous avons aussi étudié l'impact de la transition sol/gel de la membrane lipidique de vésicules DMPC sur leur comportement sous champs externes (pression osmotique, écoulement...). <br />Dans le cas des globules rouges soumis à un cisaillement, deux types de mouvements sont connus : un mouvement de bascule et un mouvement de chenille de char. Nous avons mis en évidence l'existence d'un nouveau régime d'oscillations superposé au mouvement de chenille de char. Notre étude a également porté sur le comportement de globules rouges s'écoulant dans des canaux de dimension comparable a leur taille. Un diagramme de forme a été établi en fonction de la vitesse de l'objet, de la viscosité externe et de la section du capillaire. Nous avons développé un système mesurant la chute de pression associée au passage d'une cellule unique dans un canal de même dimension. Cette mesure permet notament de corréler le signal obtenu avec les propriétés physiques et mécaniques des objets étudiés. Nous avons illustré cette approche avec des globules blancs et des globules rouges. Nous nous sommes enfin intéressés au cas d'une suspension concentrée de cellules sanguines dans un écoulement pathologique: la thrombose.

Ce travail a pour but de développer des nouveaux substrats d’étude en culture cellulaire. Nous avons d'abord fabriqué des réseaux de micro-piliers en élastomère et en polymères thermoplastiques. En particulier, nous avons réalisé des réseaux de micro-piliers adjacents et de différentes hauteurs, qui dépend de la rigidité de la surface de culture. Nos résultats ont montré que les cellules étaient sensibles à la hauteur des piliers lorsque la rigidité effective du substrat était similaire à celle de la cellule et que les cellules se déplacent préférentiellement vers la partie plus rigide. Nous avons également développé une méthode pour fabriquer des nanofibres sur les piliers élastomère pour créer un substrat qui reproduit la matrice extracellulaire in vivo. Nos résultats ont montré que les neurones primaires de l'hippocampe sur un tel substrat étaient plus actifs que sur des substrats plats. En outre, nous avons analysé le confinement et la déformation des noyaux cellulaires dans les espaces inter-piliers pour les études de cellules tumorales et de cellules souches. Enfin, nous avons intégré les réseaux de micro-piliers dans un dispositif microfluidique afin de montrer que la migration cellulaire soumise à un gradient de concentration était influencée par la rigidité du substrat. En conclusion, les micropiliers ainsi fabriqués peuvent être utilisés pour réguler la rigidité d’un substrat afin d’étudier divers mécanismes en culture cellulaire. / This work aimed to provide new substrates for cell culture studies. We first developed a method to fabricate micropillars in both elastomer and thermoplastic polymer. In particular, we produced adjacent micropillar arrays with different heights to evaluate the surface stiffness dependent migration of cells. Our results showed that cells were sensitive to the height of the pillars when the effective stiffness of the substrate is compatible to that of the cell and that the cells were preferentially localized on the stiffer surface area. We also developed a method to fabricate nanofibers on the elastomer pillars to create in-vivo like extracellular matrix. Our results showed that primary hippocampal neurons on such a substrate were more active than on flat substrates. Furthermore, we analyzed the confinement and deformation of cell nuclei in the inter-pillar areas for both cancer and stem cell studies. Finally, we integrated the micro-pillar arrays into a microfluidic device and showed that the cell migration under concentration gradient was influenced by the substrate stiffness. Altogether, the fabricated pillar arrays can be used to regulate the stiffness of the substrate for cell culture studies.

Le développement de méthodes alternatives à la culture in vivo pour l’évaluation de la toxicité des molécules chimiques s’est accéléré ces dernières années, l’objectif étant de limiter l’utilisation d’animaux. Préconisés par l’OCDE (Organisation de coopération et de développement économiques), ces modèles alternatifs visent à mimer les conditions physiologiques en employant des systèmes in vitro ou in silico. Parmi les différents systèmes développés, les biopuces microfluidiques ont prouvé leur contribution à l’amélioration des fonctions cellulaires, ce qui permet des études toxicologiques pertinentes. Les travaux de ce doctorat sont basés sur l’emploi de ces biopuces pour cultiver des hépatocytes (cellules du foie) et portent sur la mise au point d’une méthode d’analyse d’images issues de ces cultures sous microscope au cours du temps. L’acquisition d’images tout au long de l’expérience permet de suivre, après traitement, l’évolution et le comportement des cellules au contact de molécules chimiques et d’évaluer les réponses toxicologiques. Les premiers résultats de ces travaux ont permis l’amélioration du procédé de culture microfluidique adaptée au matériel d’acquisition d’images, la sélection de sondes fluorescentes, et le choix d’un algorithme de traitement des images sur CellProfiler. Cela nous a permis de quantifier et caractériser certaines fonctions biologiques au sein de la biopuce comme l’activité mitochondriale. Le potentiel de cet outil pour évaluer la toxicité de molécule a été testé grâce à l’emploi d’un toxique connu : la staurosporine. Les résultats obtenus ont révélé l’impact de la mise en culture en dynamique sur le comportement des hépatocytes, et la toxicité de la staurosporine visible en biopuce. / The development of alternative methods of in vivo cultures for the toxicological evaluation of chemical molecules has accelerated this last years, in order to limit the use of animals. Recommended by the OECD (Organisation for Economic Cooperation and Development), these alternative models are designed to mimic the physiological conditions using in vitro or in silico systems. Among the developed systems, microfluidic biochips have proven their contribution to the improvement of cellular functions, which allows relevant toxicological studies. This PhD thesis is based on the use of these biochips for hepatocytes culture and focus on the development of an analysis method for study these cultures under microscope over time using imaging. Image acquisition throughout the experiment enables to analyze, after image processing, the evolution and the behavior of cells in contact with chemical molecules and to evaluate toxicological responses. The first results of this work led to the optimization of the microfluidic cultures under the microscope used to get the image sequences, the selection of fluorescent probes and the development of an image processing system with CellProfiler. These works allowed the quantification and the characterization of some biological functions within the biochip such as the mitochondrial activity. Staurosporine, a well-known toxic, has been used to test the potential of this tool to evaluate the toxicity of molecules. The results showed the impact of dynamic culture on the hepatocytes behavior, and the staurosporine toxicity, in biochip cultures.