Depuis que l’optofluidique a été introduite au début des années 2000, beaucoup de dispositifs combinant à la fois l’optique et la microfluidique ont été développés. Ces travaux ont proposé de nombreuses voies originales pour l’analyse biologique et le diagnostique médical. Parmi ceux-ci, citons par exemple, les guides d’ondes liquide-liquide (également appelés guides d’ondes L2), les lentilles liquides adaptatives, les lasers multicolores à microgouttes, ou encore les microscopes optofluidiques sans lentilles.Ces systèmes offrent de nombreux avantages liés à la microfluidique comme leurs flexibilités et leurs accordabilités. Néanmoins, la plupart de ces systèmes reposent sur l’utilisation d’une source de pompage optique externe devant être couplée aux puces microfluidiques avec le plus grand soin.Le but de ces travaux de thèse est d’augmenter l’autonomie et la portabilité des systèmes optofluidiques en intégrant directement la source lumineuse sur les puces. Nous proposons donc ici d’exploiter la voie électrochimiluminescente comme méthode de pompage électrique. L’annihilation du luminophore 9,10-Diphenylanthracene permet ainsi d’obtenir une faible longueur d’onde d’émission dans le domaine du visible.Ainsi nous montrons dans ces travaux la mise en œuvre d’une nouvelle technologie de fabrication pour réaliser un circuit optofluidique d’une source lumineuse intégrée. La fabrication de cette puce a permis d’obtenir des résultats d’électrochimiluminescence sur puce montrant ainsi la compatibilité de cette approche. Les expériences effectuées pendant ces travaux ouvrent ainsi la voie au pompage électrique sur dispositifs optofluidiques. / Since optofluidics was introduced in the early 2000s, a lot of devices combining microfluidic and optic have been developed such as L2 waveguides, adaptive liquid lenses, microdroplet multicolour dye laser, or lensless optofluidics microscopes.These systems offer many advantages allowed by microfluidic like flexibility and accordability. However most of them generally need an external optical source carefully coupled to the microfluidic device.The purpose of this PhD thesis is to improve autonomy and portability of microfluidics systems integrating light source on the chip. Hence, we suggest here to use the electrochemiluminescence way to reach electrical pumping. 9,10-Diphenylanthracene annihilation allowed us to obtain a low wavelength in the visible domain.Therefore, we show here the implementation of a new fabrication technology to make an integrated on chip optical source. The chip fabrication allowed us to obtain on chip electrochemiluminescence results showing the compatibility of this approach. The experiments realised during these works open the way to electrical pumping way on optofluidic chips.

Dans cette thèse, des systèmes nano-opto-mécaniques (NOMS) sont explorés et deux composants nano-opto-mécaniques sont conçus, simulés, fabriqués et analysés. Premièrement, un générateur de moment angulaire composé d'un résonateur en anneau, un guide d'onde et un ensemble de nano-plots est conçu, analysé théoriquement et simulé. L'analyse théorique et les résultats numériques montrent qu'une série de champs tournants optiques (ROFs) sont générés lorsque différentes longueurs d'onde de résonance sont couplées dans le générateur. Par la suite, la force optique, le potentiel optique et le couple optique du ROF généré sont analysés théoriquement, simulés numériquement et discutés. Les distributions de forces optiques sont affectées par le ROF en fonction des ordres angulaires et des différents nano objets considérés. Les couples optiques sont analysés et discutés pour des objets différents, àsavoir les nano-particules sphériques, des nano-fils et un nano-rotor. Enfin, un système accordable de transparence induite par résonateurs couplés (Coupled-Resonator-Induced Transparency –CRIT), qui est entraîné par la force optique exercée entre le résonateur en anneau et le substrat, est conçu, analysé théoriquement, simulé,fabriqué et mesuré expérimentalement. Le système CRIT accordable est constitué d'un guide d'onde et de deux résonateurs en anneau couplés, dans lequel un anneau est fixe et l’autre libre de se mouvoir. Différentes puissances d'entrée produisent différentes forces optiques sur l'anneau libéré, qui produisent différentes déformations et changements de l'accumulation du champ optique, et ainsi différents décalages du spectre de transmission optique et une variation du retard de groupe / In this PhD thesis, the nano-opto-mechanical system (NOMS) is explored and two nano-opto-mechanical devices are designed, analyzed, simulated and fabricated. Firstly, an angular momentum generator consisting of a ring resonator, a wave guide and a group of nano-rods is designed, theoretically analyzed and simulated. The theoretic alanalysis and numerical results show that a series of rotating optical field (ROF) are generated when different resonant wave lengths are coupled into the generator. Subsequently, the optical force, the optical potential and the optical torque of the generated ROF are theoretically analyzed, numerically simulated and discussed. The optical force distributions are affected by the ROF with different angular orders and different objects. The optical torques are analyzed and discussed for different objects, i.e. spherical nano-particle, nano-wire and nano-rotor. Finally, a tunable coupled-resonator-induced transparency (CRIT) system, which is driven by the optical force between the ring resonator and the substrate, is designed, theoretically analyzed, simulated, fabricated and experimented. The tunable CRIT system consists of a bus wave guide and two coupled ring resonators, in which one is the released ring and the other is the fixed ring. Different input powers produce different optical forces on the released ring, which produce different final deformations, change the optical field buildup, shift the transmission spectrum and vary the group delay

L'indice de réfraction est l'un des paramètres physiques les plus importants qui régissent les comportements à la lumière de cellules et d'autres micro-organismes. Son importance réside dans le fait qu'il peut être utilisé pour déterminer ou mettre en corrélation avec d'autres paramètres biophysiques importants de la cellule tels que la masse sèche, la masse humide, l'élasticité et est utilisé pour étudier les activités dynamiques cellulaires. L'objectif principal de cette recherche est d'étudier et de mesurer les indices de réfraction de bactérie et de cellules unitaires ainsi que leur réponse à des stimulations micro-environnementales.Notre étude expérimentale comprend deux approches. La première consiste en une plate-forme microfluidique intégrée de réfractomètrie par immersion pour mesurer les paramètres biophysiques (taille, forme et indice de réfraction) de trois espèces de bactéries, à savoir Escherichia coli, Shigella flexneri et Vibrio cholerae. Ces paramètres peuvent fournir des signatures biophysiques des bactéries ciblées. L'importance de ce travail de recherche réside dans l'établissement d'un système rapide, sans label fluorescent et à bas coût pour la détection d'une quantité infime de bactéries nocives dans l'eau potable.L'autre approche consiste à obtenir la distribution de l'indice de réfraction au sein d'une seule cellule avec l'accent mis sur l'étude des gouttelettes lipidiques intracellulaires ainsi que leur réponse à une stimulation micro-environnementale. A cet effet, nous avons recouru à un système de diffraction tomographique optique intégré avec imagerie par fluorescence. Ce type d'étude sur l'indice de réfraction de gouttelettes lipidiques cellulaires initie une nouvelle approche pour une meilleure compréhension des gouttelettes lipidiques et leurs rôles essentiels dans le métabolisme cellulaire / Refractive index is one of the most important physical parameters in governing the light-reaction behaviors of cells and other microorganisms. Its significance lies in the fact that it can be used to determine or correlate with other important biophysical parameters such as dry mass, wet mass, elasticity and used to study dynamic cell activities. The main objective of this research is to study and measure refractive indices of single bacterium and cell as well as cell’s response to microenvironment stimulations.The experimental study includes two approaches. One approach is the development of an integrated microfluidic immersion refractometer platform to measure the biophysical parameters (the size, shape and refractive index) of three bacteria species, namely Echerichia coli, Shigella flexneri and Vibrio cholera. These parameters could provide biophysical signatures of the targeted bacteria. The significance of this research work lies in establishing a rapid, label-free and low-cost system for detection of minute amount of harmful waterborne bacteria in drinking water.The other experimental approach is to obtain the refractive index distribution of a single cell with the focus on studying the intracellular lipid droplets and their response towards microenvironmental stimulation using an optical diffraction tomographic system integrated with fluorescence imaging. The investigation of the refractive index of cellular lipid droplets initiates a novel approach for deeper understanding of the lipid droplets and their critical roles in metabolism

Pour les limnologistes étudiant les écosystèmes nordiques, les premiers indicateurs des changements climatiques apparaissent au bas de la chaine trophique : notamment dans les populations phytoplanctoniques. Une des techniques fréquemment utilisées pour caractériser cette frange du microbiome aquatique est la cytométrie en flux, une approche qui permet de caractériser individuellement la réponse optique, en fluorescence ou en diffusion, des cellules dans un échantillon. Malheureusement, ces instruments sont généralement très mal adaptés aux conditions que l'on peut retrouver en régions éloignées, notamment en raison de leur volume, leur poids et la sensibilité de leur alignement optique. De ce fait, les échantillons doivent généralement être préservés à −80°C puis être analysés au retour dans les laboratoires dans le sud. Ainsi, nous avons proposé de développer un cytomètre en flux portable optimisé pour la mesure optique de la fluorescence des pigments photosynthétiques des phytoplanctons et des cyanobactéries dans la gamme de taille de 0,2 à 2,0 µm (pico). Pour ce faire, un dispositif miniaturisé incorporant les structures microfluidiques nécessaires à la focalisation hydrodynamique des cellules ainsi que des fibres optiques permettant d'acheminer la lumière d'excitation et d'extraire la fluorescence avec un alignement robuste a été développé. Avec ce dispositif, un coefficient de variation de 9,5 % a été obtenu pour des particules de 2,0 µm de diamètre. Ensuite, un système intégrant ce dispositif dans un format portable a été développé. Ce système permet pour l'instant la mesure en laboratoire sur trois canaux, soit en diffusion à 633 nm et en fluorescence de la phycocyanine et de la chlorophylle-a, respectivement à 648±5 et 685±10 nm. Finalement, le dispositif microfluidique et le système ont été utilisés conjointement pour caractériser des échantillons de cultures de picophytoplanctons. Il a été possible de distinguer deux souches, une culture de picoeucaryotes (prasinophyceae RCC2335 ) et de picocyanobactéries CASES 2002 ) avec une efficacité de 91,3 %.

Le piégeage optique se présente maintenant, depuis quelques décennies, comme une thématique majeure à l'intersection de diverses disciplines. Depuis les résultats d'Ashkin, de nombreux travaux ont été effectués dans le piégeage et le guidage d'objets physiques (particules, molécules, bactéries, etc.) de toutes tailles. Ces derniers caractériseront alors, devant la longueur d'onde, le domaine optique dans lequel nous nous placerons (Rayleigh, Mie, Optique géométrique).Notre travail porte donc sur l'étude des propriétés de chaînes linéaires périodiques de gouttelettes (huile), placées dans l'eau, et soumises à deux faisceaux laser horizontaux contra-propageants de profil gaussien. Nous démontrons qu'il est possible d'établir un ordre spatial sur un ensemble de grosses gouttes (devant la longueur d'onde) suivant une structure périodique. L'originalité d'un tel système réside dans le fait que la lumière peut alors être refocalisée par l'ensemble des gouttes espacées périodiquement. Cette périodicité peut ainsi, dans certains cas, conférer au faisceau une refocalisation périodique au sein du réseau. Cette première étude, en limite statique, nous permet ainsi de mettre en évidence les conditions de couplage des modes liés aux chaînes de gouttes. En particulier, nous caractérisons la présence de modes de Bloch où le faisceau se propage avec une périodicité équivalente à celle du réseau. Cela nous amène à remarquer que ces conditions modales sont soumises au paramètre de phase gaussien "Thêta" (phase de Gouy). Ainsi, bien que structuré à une échelle largement supérieure, nous mettons en évidence théoriquement des propriétés analogues à celle des cristaux photoniques, conférées par la périodicité des chaînes de gouttes. Ce qui nous permet, en conséquence, de démontrer l'existence de bandes interdites, nous amenant à définir un ensemble de modes guidants/nonguidants de cette chaîne. Cette étude statique est, par la suite, étendue d'un point de vue dynamique en considérant l'effet des forces optiques sur les gouttes. Nous démontrons ainsi qu'il est possible de piéger optiquement de telles gouttes sur des états d'équilibres stables. Au-delà desquels nous mettons en évidence, à travers une étude paramétrique, l'existence de modes oscillants périodiques ou pseudo-périodiques. Enfin, nous prenons en compte les phénomènes de collisions par coalescence, entraînant une réorganisation des répartitions de champs optiques qui peuvent se traduire par de nouvelles configurations de piégeage / Optical trapping appears now, since a few decades, as a major theme at the intersection of variousdisciplines. Since the results of Ashkin, many works were made in the trapping and the guidance of physical objects (particles, molecules, bacteria, etc.) of any sizes. The latter will characterize then, in front of the wavelength, the optical domain in which we shall take place (Rayleigh, Mie, Geometrical Optics).Our work thus concerns the study of the properties of periodic linear chains of droplets (oil), placed in water, and submitted to two counter-propagating horizontal laser beams of gaussian profile. We show that it is possible to establish a spatial order of a set of large drops (in front of the wavelength) in a periodic structure. The originality of such a system lies in the fact that the light can then be refocused by the set of periodically spaced drops. This periodicity may thus, in some cases, confer on the beam a periodic refocusing within the network. This first study, in static limit, allows us to identify the conditions of coupling modes associated with drop channels. In particular, we characterize the presence of Bloch modes where the beam propagates with similar frequency to that of the network. This leads us to note that these modal conditions are submitt to the gaussian phase parameter "Thêta" (Gouy phase). Thus, although structured at a widely higher scale, we highlight theoretically similar properties to that of the photonic crystals, conferred by the periodicity of the chains of drops. This allows us, consequently, to demonstrate the existence of bandgaps, leading us to define a set of guiding/not-guiding modes of this chain. This static study, thereafter, is extended from a dynamic point of view by taking into account the effect of the optical forces on the drops. We show that it is possible to optically trap such drops on stable equilibrium states. Beyond of which we highlight, through a parametric study, the existence of periodic or pseudo-periodic oscillating modes.Finally, we take into account the phenomena of collisions by coalescence, involving a reorganization of the distributions of optical fields which can result in new configurations of trapping.

La microfluidique est un domaine très vaste qui étudie les comportements de fluides à l'échelle micrométrique. Grâce aux progrès de la microfabrication, elle suscite un nombre croissant d'applications en biologie ou chimie, et même très récemment en optique. En effet, son utilisation pour réaliser des cristaux photoniques est attractive par rapport aux technologies standards : elle permet une fabrication collective avec des interfaces très lisses. Dans cette perspective, cette thèse propose d'utiliser la microfluidique diphasique pour la fabrication de réseaux stables de microbulles, et pour intégrer de façon simple des fonctionnalités optiques réelles. Nous présentons d'abord la formation de réseaux hexagonaux de microbulles monodisperses de période dans la gamme 5-100 µm, contrôlée par la géométrie et les conditions d'écoulement. La qualité de ces cristaux a été révélée par imagerie de diffraction. Un photopolymère, utilisé comme liquide porteur, a permis l'obtention de structures stables sur plusieurs mois. Nous avons développé une technologie verre-verre qui permet la fabrication de canaux adaptés aux applications optiques : transparents, rigides et chimiquement résistants. Pour démontrer les potentialités de nos systèmes, nous avons réalisé des cristaux de bulles incluant des défauts contrôlés (lacune d'une bulle ou d'une ligne de bulles), éléments clés pour la conception de guides d'ondes ou de résonateurs. Nous utilisons des plots qui excluent les bulles de zones choisies, par compétition entre tension interfaciale et forces hydrodynamiques. Nous avons développé et validé expérimentalement un modèle qui prédit l'efficacité de cette méthode. La génération des microbulles sur puce est prometteuse pour la photonique : elle permet l'auto-organisation des structures avec une rugosité extrêmement faible. L'obtention de périodes comparables à la longueur d'onde est encore nécessaire pour la réalisation de fonctions basées sur les cristaux photoniques. Notre app roche doit permettre cette réduction de taille, car les limites de diffraction inhérentes à la photolithographie interviennent seulement pour la fabrication des canaux et non lors de la formation des bulles. Ce travail constitue donc une nouvelle approche, optofluidique, à la réalisation d'un guide d'onde, un filtre ou un résonateur optique.

Cette thèse porte sur le développement de matière molle programmable, de nature synthétique ou biologique, afin d'obtenir des systèmes physico-chimiques (ADN, protéines, petits volumes de liquides...) permettant de nouvelles propriétés contrôlables par la lumière. Dans un premier temps, nous développons une nouvelle famille d'agents de compaction, les polyamines photosensibles. Ces dernières permettent de mettre en place un photocontrôle dynamique de l'état de compaction de l'ADN avec une efficacité 100 fois plus grande que celles décrites précédemment dans la littérature. Ensuite nous appliquons le photocontrôle de la compaction de l'ADN à la régulation de fonctions protéiques. L'enzyme cible, la beta-lactamase, est tout d'abord placée dans un édifice hybride protéine-ADN géant. La présence des ADN géants augmente l'activité enzymatique, qui peut être modulée par la modification de l'état de compaction de l'ADN. Une seconde stratégie repose sur le photocontrôle de la compaction d'un ADN codant pour la beta-lactamase, qui, utilisé avec un milieu d'expression reconstitué, permet de réguler par la lumière la production de protéines, et donc leurs fonctions, avec une bonne résolution spatiale et temporelle.Finalement, l'introduction d'un tensioactif photosensible dans des systèmes microfluidiques conduit au photocontrôle par un éclairement simple (une diode) d'une gamme très vaste d'opérations microfluidiques impliquant aussi bien des gouttes individuelles (optofluidique digitale pour la synthèse organique) que des écoulements au sein de canaux microfluidiques (mélange photo-induit). / The aim of the thesis is to develop optically programmable soft matter systems (DNA, proteins, small volumes of fluids) in order to achieve new and drastic property changes upon illumination. We first focus on photosensitive polyamines, a new class of compaction agents, and on their exceptional performances including photoreversible control of DNA compaction at a high efficiency (up to 100 times more efficient than agents reported in literature).The photocontrol of DNA compaction is then exploited as a light-based trigger for protein functions. The activity of an enzyme of interest, beta-lactamase, is first enhanced by creating a hybrid protein-DNA conjugate. We go on to show how the regulation of DNA compaction impacts the protein function. Another DNA compaction-based strategy uses the genetic information contained in the DNA and a commercially available, cell-free, reconstituted expression system to produce a functional enzyme under optical control. The conversion of non-photosensitive substrates is therefore photoregulated without any chemical modification of the target enzyme.The introduction a photosensitive surfactant in microfluidic systems allows a straightforward illumination (diode) to give rise to a wide array of operations, from the optical manipulation of individual floating droplets (digital optofluidics for organic synthesis) to the photoactivation of flowing liquids in microfluidic channels (photogenerated droplets, photoinduced mixing).

L’exploitation de l’énergie nucléaire pour la production d’électricité présente un défi de gestion des e˜uents radiotoxiques pour les générations présentes et futures. Face à ce constat, la communauté des chimistes recherche continument à améliorer les solutions de traitement et de recyclage du combustible usé. Dans le contrôle de ces procédés, les opérations d’analyse jouent un rôle primordial. La miniaturisation des procédés est un des enjeux principaux de la recherche en sûreté nucléaire, dans un e˙ort de réduction des risques, des délais et des coûts des activités de laboratoire. Dans ce contexte, les travaux présentés ici sont issus d’une collaboration entre le CEA de Marcoule et l’IMEP-LAHC et traitent de la mise au point d’un microsystème optofluidique sur verre, adapté à la mesure de concentration de plutonium (VI) en acide nitrique. Une source de lumière sonde est confinée dans un guide d’onde obtenu par échange d’ions et interagit par onde évanescente avec un canal microfluidique. La raie d’absorption à 832 nm du Pu(VI) dans la solution à analyser devient donc observable dans le spectre de la lumière après une certaine longueur d’interaction. Un des enjeux principaux est de fabriquer un capteur très robuste, fonctionnel en boîte à gants. L’assemblage du dispositif est e˙ectué par collage moléculaire avec un procédé permettant d’atteindre une énergie de surface > 2, 5 J·m2 suÿsante à garantir la tenue du dispositifs à des pressions testées jusqu’à 2 bars dans les canaux. Les fonctions optiques et fluidiques du dispositif sont complètement interfacées avec des fibres optiques et des capillaires fluidiques. Des mesures spectrales d’une solution de plutonium (VI) en acide nitrique ont permis de vérifier la compatibilité de la solution technologique abordée pour la manipulation d’acides forts et la résistance à l’irradiation. Le système présente une limite de détection de 1,6·10−2 mol·L−1 Pu(VI) pour un volume sondé inférieur à 1 nano-litre, au sein d’un microcanal de 21 micro-litres. Une structure permettant d’optimiser la sensibilité du capteur ainsi que le volume du canal est étudiée en perspective du travail de thèse, afin d’atteindre les performances équivalentes à des outils commerciaux pour des volumes sondés de l’ordre de quelques nano-litres. / .The use of nuclear energy for electricity production presents an important concern with radiotoxic waste management for present and future generations. In view of this fact, the chemists’ community has been searching for solutions to treat and recycle nu-clear fuel. The miniaturization of chemical processes is extensively sought out nowerdays, in an attempt to reduce laboratory acivity risks, delays and costs. The researched ana-lytical innovation requires subsequent development of appropriate analysis tools. In this respect, the work presented here addresses the development of co-integrated optofluidic micro-systems on borosilicate glass, compatible with nuclear e˜uent analysis constraints. A spectrometric sensor is designed, fabricated, interfaced and characterized in a nuclear environement. An optical waveguide and a microfluidic channel are designed adjacent to one another in order to obtain wide-spectrum absorption spectroscopy measurements by light/fluid evanescent interaction. Both ion-exchange technology and wet-etching tech-nologies were used to create the optical and fluidic planar functions. The device is assem-bled by direct molecular bonding with an optimized protocole which withstands surface energies > 2, 5 J·m2. Sensor optical and fluidic functions are interfaced with fiber optics and fluid capillaries in order for the chip to be used within a plug-and-play detection chain. Spectral measurements of a plutonium(VI) in nitric acid solution have allowed to verify the technological solution’s compatibility with harsh acid manipulation and irra-diation resistance. The system put together for the detection of plutonium(VI) displays a detection limit of 1.6×10−2 mol·L−1 for a probed volume below 1 nano-liter, inside a 21 micro-liter channel. A new sensor design is studied in the thesis work perspectives in order to optimize sensor detection limit and channel volume and reach industrial tools analytical performances with nano-liter sample volumes.

Les champs électromagnétiques évanescents sont à l'origine de forces optiques de champ proche, comme par exemple à la surface de guides d'onde ou de nanocavités photoniques où la lumière se trouve très fortement confinée. Ces forces sans-contact peuvent être avantageusement utilisées pour piéger et manipuler des micro- et nano-objets en solution. Cette thèse a pour but l'étude de ces interactions et de leurs potentielles applications. Le premier chapitre consiste en une brève introduction aux domaines des systèmes colloïdaux et du piégeage optique, notamment en champ proche. Le deuxième chapitre présente les moyens instrumentaux utilisés, ainsi que le procédé mis au point pour la fabrication de puces optofluidiques dotées d'un canal microfluidique. Le troisième chapitre est dédié à l'étude du potentiel de piégeage perçu par des microbilles de 2 $µm$, 1 $µm$ et 500 $nm$ à la surface d'une nanocavité photonique, et aboutit à la notion de microscopie optofluidique en champ proche optique. Dans le quatrième chapitre, nous étudions le comportement dynamique et la manipulation d'agrégats de microbilles piégés en présence d'écoulements. Le dernier chapitre est consacré à l'étude du piégeage et de la manipulation de microbilles à la surface de guides d'onde sous l'action de modes copropagatifs. / Near-field optical forces arise from evanescent electromagnetic fields, such as in the near-field of photonic waveguides and nanocavities where light is highly confined. These contactless forces can be advantageously used to trap and manipulate micro- and nano-objects in solution. This thesis aims at studying these intriguing interactions and investigating their potential applications. The first chapter is an introduction to the fields of colloidal systems and optical trapping, more especially using near-field optical forces. The second chapter presents the experimental setup and the process used to fabricate optofluidic chips with microfluidic channels. The trapping potential experienced by 2 $µm$, 1 $µm$, and 500 $nm$ microbeads at the surface of a photonic nanocavity is studied in the third chapter. Our results lead to the concept of optofluidic near-field optical microscopy. In the fourth chapter, we study the dynamics and the manipulation of trapped microbeads clusters in fluidic flows. The last chapter focuses on the trapping and the manipulation of microbeads at the surface of waveguides using copropagating modes.

La détection d'espèces (bio)chimiques à de très faibles concentrations représente un enjeu croissant dans les domaines de la santé, de l’environnement et de la défense. Un microrésonateur optique en polymère, sans marqueurs fluorescents, associé à un canal microfluidique, forme un capteur optofluidique, ce qui permet la détection d'analytes par interaction entre un champ évanescent à la surface du microrésonateur et la solution contenant l’espèce à étudier. Cette thèse présente la conception et la réalisation de capteurs optofluidiques à base de microrésonateurs optiques et de circuits microfluidiques en polymères, pour une très faible limite de détection et un temps de réponse rapide. De très bons résultats ont été obtenus en termes de limite de détection de polluants de type ions lourds dans l'eau, en abordant le problème sous différents angles : conception et réalisation de circuits optiques et microfluidiques, optimisation de l’interrogation optique du capteur par l’élaboration d’une méthodologie de mesure rapide et précise et un traitement du signal adéquat, étude des propriétés physico-chimiques des surfaces polymères, mise au point d’une instrumentation adaptée. Le capteur a permis la détection d'ions cadmium, ions hautement toxiques, jusqu'à une décision limite de détection de 50 pmol/L dans l'eau déionisée et 500 pmol/L dans l'eau du robinet grâce à un greffage sur la surface du microrésonateur de 2,2’- ((4-Amino-1,2-Phénylène) Bis (Carboxylatoazanédyil)) Diacétate. Une étude de régénération de la surface fonctionnalisée des microrésonateurs pour la détection d’ions cadmium a été réalisée et ce capteur a pu être régénéré pour plus de soixante mesures consécutives. D’autre part, l'analyse simultanée de deux polarisations orthogonales entre elles TE et TM de la réponse optique du capteur permet d’optimiser la sensibilité de mesure. Une étude de mesure différentielle consistant à comparer simultanément les mesures sur deux microrésonateurs identiques placés dans les même conditions physiques, l’un jouant le rôle de référence et l’autre étant un capteur spécifique, a permis de s’affranchir des différentes perturbations externes (pression, température, attachements non spécifiques). Ces instruments « multi-capteurs » sont également essentiels pour une compréhension détaillée des mécanismes de réactions de surface, une évaluation de l'efficacité d'accrochage de différents protocoles de fonctionnalisation et des mesures en multiplexage. / High sensitivity biochemical sensing is a concern for health, environment and defense. Thanks to the interaction between an analyte and an evanescent field at their surface, label-free polymer microring resonators, in association with a microfluidic channel, form an optofluidic sensor that can be used for biosensing. This thesis shows the realization of versatile optofluidic sensors based on polymer microring resonators combining a high detection limit with a short response time. High limit of detection of heavy ions in tap water was obtained after a careful optimization of the optical and microfluidic designs, signal processing, methodology of detection, surface chemistry and instrumentation. By functionalizing the resonator surface with 2,2’-((4Amino-1,2- Phenylene)Bis(Carboxylatoazanedyil))Diacetate, we obtained a limit of detection of 50 pmol/L in deionized water and 500 pmol/L in tap water. It should be stressed that the functionalized surface of the resonator was regenerated more than 60 times, enabling several sensing experiments with the same resonator. Besides, we were able to optimize the measurement sensitivity by an analysis of the orthogonal polarizations TE and TM from the sensor optical response. The simultaneous use of at least two microresonators in parallel (providing a reference signal and allowing multiplexing) enabled us to improve measurement accuracy and to compensate the signal from various external perturbations such as pressure, temperature and non-specific bindings. These “multi-sensors” are essential for (i) an in-depth understanding of surface reaction mechanism, (ii) an evaluation of the binding efficiency of different functionalization protocols and (iii) a high throughput characterization tool for multiple detections of pollutants.