La récupération de l’énergie ambiante pour alimenter les systèmes électroniques devient de plus en plus une réalité grâce à la miniaturisation et la diminution importante de leur consommation. Dans ce but, nous avons développé une nouvelle famille de microgénérateurs thermoélectriques capables de produire quelques microwatts dès lors qu’une différence de température de quelques degrés est accessible. Ces microgénérateurs ont été réalisés avec des matériaux non polluants afin de tenir compte des contraintes environnementales qui apparaitront certainement dans un futur proche. Le principe de fonctionnement, classique, est basé sur l’effet Seebeck qui permet de convertir une différence de température en force électromotrice à l’aide d’une thermopile planaire réalisée en couches minces. Pour obtenir de bons résultats, il est nécessaire de concevoir puis de dimensionner précisément une structure tridimensionnelle permettant de transformer un flux de chaleur en une multitude de différences de température au niveau des thermocouples constituant la thermopile. La centrale de technologie silicium de l’IEMN nous a permis de fabriquer plusieurs familles des microgénérateurs correspondant à ces concepts en utilisant les procédés standards de micro-usinage du silicium. Bien sur, avant d’entreprendre une telle réalisation, un modèle analytique approché ainsi qu’un modèle numérique 3D ont été établis afin que le microgénérateur puisse délivrer le maximum de puissance électrique. Les dispositifs réalisés en centrale de technologie ont été caractérisés sur des bancs de mesure développés à cette fin et les résultats obtenus sont proches de ceux attendus. / Energy harvesting for the power supply of electronic systems becomes more and more a reality thanks to the miniaturization and the major reduction in their consumption. In this aim, we developed a new family of thermoelectric microgenerators able to produce a few microwatts when a temperature difference of a few degrees is accessible. These micro generators were carried out with non-polluting materials in order to take into account the environmental requirements which will certainly appear in a near future. The principle of operation is based on the Seebeck effect which makes it possible to convert a temperature difference into electromotive force using a planar thermopile fabricated with thin layers process. To obtain good performances it is necessary to design a three-dimensional structure to transform a heat flux into a multitude of temperature differences onto the thermocouples’ junctions of the thermopile. The silicon technology platform of IEMN enabled us to manufacture several families of micro generators corresponding to these concepts by using the standard processes of silicon micromachining. Of course, before undertaking such a realization, an approximate analytical model as well as a 3D numerical model was established in order to obtain the maximum of electrical power output that the microgenerator can deliver. The devices fabricated in our technology platform were characterized on specific set-up specially developed and experimental results are close to those expected.

Dans cette thèse, nous présentons trois problèmes concernant les graphes planaires.Nous travaillons tout d'abord sur les dessins planaires non-alignés, c'est-à-dire des dessins planaires de graphes sur une grille sans que deux sommets se trouvent sur la même ligne ou la même colonne.Nous caractérisons les graphes planaires possédant un tel dessin sur une grille de taille $n times n$, et nous présentons deux algorithmes générant un dessin planaire non-aligné avec arêtes brisées sur cette grille pour tout graphe planaire, avec $n-3$ ou $min(frac{2n-3}{5},$ $#{text{triangles s{'e}parateurs}}+1)$ brisures au total.Nous proposons également deux algorithmes dessinant un dessin planaire non-aligné sur des grilles d'aire $O(n^4)$. Nous donnons des résultats spécifiques concernant les graphes 4-connexes et de type triangle-emboîté.Le second sujet de cette thèse est la domination de puissance dans les graphes planaires. Nous exhibons une famille de graphes ayant un nombre de domination de puissance $gamma_P$ au moins égal à $frac{n}{6}$. Nous montrons aussi que pour tout graphe planaire maximal $G$ à $n geq 6$ sommets, $gamma_P(G) leq frac{n-2}{4}$. Enfin, nous étudions les grilles triangulaires $T_k$ à bord hexagonal de dimension $k$ et nous montrons que $frac{k}{3} - frac{1}{6} leq gamma_P(T_k) leq lceil frac{k}{3} rceil$.Nous étudions également l'énumération des orientations planaires Eulériennes. Nous proposons une nouvelle décomposition de ces cartes. En considérant les orientations des dernières $2k-1$ arêtes autour de la racine, nous définissons des sous- et sur-ensembles des orientations planaires Eulériennes paramétrés par $k$.Pour chaque classe, nous proposons un système d'équations fonctionnelles définissant leur série génératrice, et nous prouvons que celle-ci est toujours algébrique. Nous montrons ainsi que la constance de croissance des orientations planaires Eulériennes est entre 11.56 et 13.005. / In this thesis, we present results on three different problems concerning planar graphs.We first give some new results on planar non-aligned drawings, i.e. planar grid drawings where vertices are all on different rows and columns.We show that not every planar graph has a non-aligned drawing on an $n times n$-grid, but we present two algorithms generating a non-aligned polyline drawings on such a grid requiring either $n-3$ or $min(frac{2n-3}{5},$ $#{text{separating triangles}}+1)$ bends in total.Concerning non-minimal grids, we give two algorithms drawing a planar non-aligned drawing on grids with area of order $n^4$. We also give specific results for 4-connected graphs and nested-triangle graphs.The second topic is power domination in planar graphs. We present a family of graphs with power dominating number $gamma_P$ at least $frac{n}{6}$. We then prove that for every maximal planar graph $G$ of order $n$, $gamma_P(G) leq frac{n-2}{4}$, and we give a constructive algorithm.We also prove that for triangular grids $T_k$ of dimension $k$ with hexagonal-shape border, $frac{k}{3} - frac{1}{6} leq gamma_P(T_k) leq lceil frac{k}{3} rceil$.Finally, we focus on the enumeration of planar Eulerian orientations. After proposing a new decomposition for these maps, we define subsets and supersets of planar Eulerian orientations with parameter $k$, generated by looking at the orientations of the last $2k-1$ edges around the root vertex.For each set, we give a system of functional equations defining its generating function, and we prove that it is always algebraic.This way, we show that the growth rate of planar Eulerian orientations is between 11.56 and 13.005.

Les actionneurs numériques sont composés d'une partie mobile pouvant se déplacer entre des positions discrètes précisément connues et répétables. Contrairement aux actionneurs analogiques classiques, le pilotage d'actionneurs numériques est réalisé très simplement à l'aide d'une commande impulsionnelle et en boucle ouverte. De ce fait, aucun capteur n'est nécessaire ce qui facilite leur intégration dans des systèmes hôtes. La qualité de fabrication de ces actionneurs est cependant primordiale car une éventuelle erreur ne peut pas être corrigée par la commande. Les travaux présentés porteront sur un réseau composé de 25 actionneurs numériques disposant chacun de quatre positions discrètes avec un plateau glissant. L'application visée est la réalisation d'un système de convoyage planaire dans laquelle les actionneurs permettent de déplacer un plateau selon les deux directions du plan. Les résultats de la simulation sont comparés avec les résultats expérimentaux. En suite, un réseau composé de quatre actionneurs numériques avec un plateau structuré est étudié. La conception du réseau d'actionneurs puis la stratégie de pilotage permettant de réaliser le déplacement du plateau structuré seront tout d'abord présentées. Un prototype de réseau d'actionneurs et des résultats expérimentaux de convoyage selon une direction sera ensuite détaillé et l'influence d'erreurs de fabrication sur le fonctionnement du réseau sera mise en évidence. / The open loop control is widely used by the digital systems to facilitate the integration in complex systems because no sensor is needed. The research is based on digital actuator which is composed of a mobile part and a fixed part. The actuator moves between the discrete positions. The discrete displacement consumes low energy, which is controlled by impulse only needed to switch the actuator between the discrete positions. However, the stroke of digital actuator is fixed at the manufacturing. So the digital actuators array is used to obtain variable strokes. A digital actuators array used here with a structured plate is applied as a 2D planar conveyance. Firstly, an actuators array composed of 25 elementary actuators with a flat plate is studied. The simulated results are compared with the experimental results. Then another actuators array composed of four elementary actuators with a structured plate is designed. The design and the plate displacement are firstly presented. Then the prototype of the conveyance is fabricated with laser cutting machine and 3D printer. The experiment is then tested in one direction to study the plate displacement. The open loop control is simple by using current impulse. The operation can be well functioned which is observed during the experiment. The experimental results are compared with the theoretical results.

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La polarité planaire ou PCP est un processus dans lequel les cellules et des structures apicales sedéveloppent et s’orientent dans le plan de l’épithélium. Cette polarité est régulée par un ensemble deprotéines incluant Vangl2. Un mutant murin de Vangl2 nommé looptail présente une forme sévèred’absence de fermeture du tube neural. Des pertes de fonctions de Vangl2 sont également retrouvées chezdes enfants atteints de défaut de fermeture du tube neural. Vangl2 possède un motif d’interaction pour desdomaines PDZ et s’organise en protéine à quatre domaines transmembranaires. Malgré de nombreusesdonnées génétiques disponibles concernant la perte de fonction de Vangl2, beaucoup reste à faire pourélucider les mécanismes moléculaires impliqués. Le locus du gène vangl2 humain est localisé dans unerégion fréquemment réarrangée dans différents cancers incluant les cancers du sein. Nous nous sommesintéressés à l’expression de Vangl2 dans les cancers du sein. Nous montrons que Vangl2 est surexprimédans des cancers du sein de sous-type basal (cancers du sein agressifs et de mauvais pronostic) danslesquels le locus génétique de Vangl2 est significativement amplifié et où le niveau d’expression del’ARNm et de la protéine est également élevé. De plus, par des études in vitro et in vivo, nous démontronsle rôle de Vangl2 dans la croissance tumorale et dans les processus de migration cellulaire. Ces effets sontdépendants de son motif d’interaction aux domaines PDZ et sont dépendants de Scrib, une autre protéinede la PCP, étudiée dans l’équipe et impliquée dans les processus de migration cellulaire. Par desexpériences de gain et de perte de fonction dans des cellules de cancers du sein, nous démontrons quel’expression de Vangl2 régule la signalisation JNK via l’activité des GTPases Rac1 et Cdc42 importantespour les processus de réorganisation du cytosquelette d’actine. L’ensemble de nos données indique un rôlerégulateur de Vangl2 dans les processus de tumorigenèse l’impliquant dans la croissance tumorale, laprolifération et migration cellulaires. / Planar cell polarity (PCP) is a process by which cells and apical structures grow in a uniformorientation within the plane of the epithelium. This type of polarity is regulated by a set of “core” proteinsincluding Vangl2. A vangl2 mutant, known as looptail exhibits a severe form of neural tube defect.Mutations of vangl2 associated to neural tube defects were also described in human. Vangl2 possesses aPDZ binding motif and is potentially organized in a four transmembrane domain structure. While geneticdata has very well described the importance of Vangl2 in embryonic development, its molecular functionsare still unknown. The human vangl2 gene is localized in a region with frequent rearrangements involvedin multiple cancers, including breast cancer. We decided to explore the expression of Vangl2 in breastcancer and defined Vangl2 as a PCP “core” protein associated with a signature of poor prognosis basaltypebreast cancer. The Vangl2 genetic locus is amplified in breast cancers, and this amplificationcorrelates with high mRNA and protein levels. Moreover, in in vitro and in vivo studies, we demonstratethe role of Vangl2 in tumor growth and cell migration. These functions are dependent on its PDZ bindingmotif and implicates Scrib, a PCP protein containing PDZ domains and involved in cell migration. Finally,using gain-of-function and loss-of-function approaches in breast cancer cell lines, we demonstrate thatVangl2 modulates the JNK pathway activation via the Rac1 and Cdc42 GTPases which are important forcytoskeleton reorganization. Together, our data reveal that Vangl2 has a role in tumor growth, cellproliferation and cell migration.

Cette thèse se compose de deux parties qui peuvent être considérées comme deux aspects différents de l'électronique moléculaire avec pour point commun les moyens de nanofabrication mis en jeu pour réaliser des dispositifs de mesures électriques à bas courant. La première partie de la thèse concerne l'assemblage de nano-aimants entre électrodes à nanogap. Le besoin croissant de processeurs toujours plus performants et celui d’une densité de stockage toujours plus grande ont poussé la technologie CMOS couramment utilisée dans l'industrie à ses limites physiques vis-à-vis de sa miniaturisation. L'électronique moléculaire et la spintronique moléculaire se révèlent être des alternatives prometteuses à cette technologie pour les futurs dispositifs nanoélectroniques. Mes principaux travaux dans ce domaine ont porté sur l'assemblage entre des électrodes à nanogap, de nano-aimants moléculaires à base de bleu de Prusse ou de son analogue Cs–Co–Cr. Le but était ainsi de faire les premiers pas vers la construction de dispositifs en spintronique moléculaire. Des nanogaps de ~ 7 à 50 nm ont été fabriqués en palladium ou en or sur un substrat Si/SiO₂ par lithographie électronique et lift-off. Les nano-aimants ont été placés dans le gap par diélectrophorèse à courant alternatif (AC DEP). À température ambiante, un courant négligeable a été mesuré sur les jonctions utilisant des nanoparticules de Cs–Co–Cr alors qu’un courant de ~ 30 pA a été mesuré sur celles avec les nanoparticules en bleu de Prusse pour une tension de ~ 1 V. J’ai montré qu‘en fait, l’eau piégée dans les nanogaps altérait sérieusement les mesures de courants et nécessitait un recuit préalable. Pour optimiser la localisation des nanoparticules entre les électrodes, j’ai proposé un programme de simulation de la DEP ne tenant pas compte du mouvement brownien et de la dynamique des fluides. La deuxième partie de la thèse concerne la fabrication de dispositifs de type nanopatch-clamp planaire pour l'enregistrement de courants ioniques à travers les canaux ioniques des protéines membranaires. Les canaux de ces protéines incorporées dans les membranes cellulaires sont des composantes essentielles de toutes les cellules vivantes et sont à la base de divers processus physiologiques tels que ceux dans la communication nerveuse, la contraction musculaire, la sensation tactile, etc. Les mesures de transport d'ions sont maintenant utilisées dans diverses applications telles que le criblage de médicaments dans l'industrie pharmaceutique et les biocapteurs médicaux. La méthode classique pour effectuer des mesures de transport d'ions consiste à utiliser un système patch-clamp. Cependant, cette méthode nécessite d’importantes compétences, des équipements lourds et coûteux et présente une faible efficacité de mesure. Pour pallier ces inconvénients, une solution est de développer des patch-clamps planaires, qui sont modulables, automatisés et faciles d’utilisation. La fabrication du dispositif a consisté en la réalisation d’une piste conductrice constituée d’un empilement de couches Au/Ag sur un substrat de silicium oxydé. Cette piste a été passivée et isolée électriquement par une couche de Si₃N₄/SiO₂ dans laquelle j’ai gravé des micro-trous et j’ai ensuite converti la couche d’Ag en AgCl pour les mesures électriques. Afin de valider le fonctionnement du dispositif sans la membrane, j’ai procédé à des mesures de courant en fonction du temps pour diverses tensions, ce qui m’a ensuite permis de proposer un schéma équivalent électrique. / This thesis consists of two parts. The two parts correspond to two different subjects but with a common feature which is the fabrication of nanometer scale devices for low current measurements. The first part investigated the assembly of Prussian blue and Cs–Co–Cr Prussian blue analogue molecular nanomagnets into nano-patterned electrodes. The ever growing need for higher performance processors and higher storage densities has pushed the CMOS technology commonly used in industry to its physical limitations toward its miniaturization. Molecular electronics and molecular spintronics prove to be promising alternatives for the CMOS in future nanoelectronic devices. Pd or Au gaps with ~ 7–50 nm width were fabricated on a Si/SiO₂ substrate using standard electron beam lithography, metal deposition and lift-off. Nanomagnets were positioned between the gaps via AC dielectrophoresis (DEP). At room temperature, the Cs–Co–Cr Prussian blue analogue nanoparticles exhibited negligible current whereas junction with Prussian blue nanoparticles exhibited ~ 30 pA at ~ 1 V. Water trapped in nanogaps was found to seriously alter current measurements. This problem was solved by heating samples prior to measurements. A simplified DEP simulation program using Delphi was developed, which neglected Brownian motion and fluid dynamics but allowed us to better understand the DEP process. The second part of the thesis investigated the fabrication of devices for measuring electrical currents through membrane protein channels. Membrane-embedded protein channels are the basis of various physiological processes like nervous communication, muscular contraction, tactile sensation, and so on. Electrical measurements are used in different applications such as drug screening in pharmaceutical industry and biosensors. The standard method to perform such measurements is the use of patch-clamp. However, this method requires intense skill and heavy equipment while it exhibits low measurement efficiency. A solution to these drawbacks is the development of planar patch clamps, which are scalable, automated and easier to use. The first device fabrication step was the patterning of Au/Ag electrodes on thermally oxidized Si substrate by optical lithography, metallization and lift-off. Secondly, a passivation layer of Si₃N₄/SiO₂ was deposited on top of electrodes by PECVD. Then micro-holes were formed inside the Si₃N₄/SiO₂ passivation layer stack using Raith-150 e-beam lithography and reactive ion etching. Finally, Ag layer was converted to AgCl using bleach. The test of electrical current was done using Axopatch patch-clamp amplifier. Current versus time measurements for different voltages were recorded without membrane covering the holes, and an electrical model has been developed for the fabricated devices.

Depuis de nombreuses annees, l'optique guidée monomode est utilisée en interférométrie stellaire pour assurer la recombinaison des faisceaux. La solution de l'optique integree planaire monomode permet, de plus, d'obtenir une importante stabilité instrumentale pour un volume compact. Le filtrage modal combiné a ces avantages augmente nettement la précision de mesure des visibilité interférométriques. L'utilisation de l'optique intégrée offre des avantages décisifs pour les futures missions spatiales DARWIN et TPF "Terrestrial Planet Finder" fonctionnant en IR thermique (de 4 a 20 micromètres de longueurs d'onde). Les technologies d'optique intégrée basées sur la silice, gravure de couches minces et échange d'ions, développées pour l'infrarouge proche, sont utilisées avec succes dans la bande de transmission de l'atmosphere H [1470-1780 nm]. Dans ce travail de thèse, nous avons débuté le développement de l'optique intégrée pour étendre le domaine de longueurs d'onde entre 2 et 20 micromètres. Pour cela, les technologies basées sur la silice ont été validées dans la bande de l'atmosphère K [2000-2400 nm]. Une analyse de différentes technologies d'optique intégrée existantes a permis d'en sélectionner plusieurs qui sont compatibles avec les contraintes instrumentales et technologiques. Au travers de différentes réalisations et mesures, nous avons défini les développements technologiques à mener et les étapes de caractérisation nécessaires. Nous avons également mène des mesures pour déterminer le domaine de longueurs d'onde sur lequel il y a effectivement un guidage du mode fondamental.

L'interferometrie astronomique est une technique instrumentale en plein essor actuellement, developpee dans le but d'accroitre significativement la resolution angulaire pour les observations astrophysiques. Cependant, la mise en place de cette technique presente encore quelques points durs, notamment la recombinaison d'un grand nombre de telescopes dans le cas des grands reseaux developpes actuellement. Le travail presente dans cette these concerne une nouvelle methode instrumentale de recombinaison des faisceaux, basee sur l'optique integree. Je montre que cette technologie, developpee a l'origine dans le domaine des telecommunications, est egalement adaptee aux besoins instrumentaux astronomiques, notamment en matiere de fonctionnement sur de large bandes de longueurs d'onde. En particulier, l'optique integree donne acces facilement au filtrage spatial et a la calibration photometrique dont l'usage pour ameliorer la qualite des mesures est maintenant reconnu. Apres une presentation de la technique d'interferometrie astronomique et de ses besoins instrumentaux specifiques, je decris les principes generaux de l'optique integree planaire et les possibilites qu'elle offre. Les resultats des etudes en laboratoire de differents composants de recombinaison ont permis de comprendre les points cles sur lesquels l'attention doit etre portee lors de la realisation d'un instrument base sur cette technologie. Les premiers resultats obtenus sur le ciel avec deux telescopes sur l'interferometre IOTA (Arizona, USA) sont egalement presentes, donnant des mesures astrophysiques tout a fait en accords avec des resultats publies. Grace a l'experience acquise, un second instrument permettant cette fois la recombinaison simultanee de trois faisceaux a ete developpe, et est en cours de tests. Il permettra ainsi d'avoir acces a la phase de l'objet et non plus uniquement au contraste des franges, ouvrant de ce fait la voie a l'imagerie sur les objets observes. La maturite acquise pour l'utilisation de cette technologie en astronomie a permis de demarrer des projets instrumentaux complexes. Ainsi, l'optique integree est utilisee dans des etudes de validation technologique pour le futur interferometre spatial IRSI-DARWIN.

L'organisation structurée (graphe avec hiérarchies et propriétés sémantiques) d'objets du plan implique plusieurs opérations complexes qui doivent être effectuées en toute sécurité de cohérence topologique. La précision inhérente d'une machine étant nécessairement limitée, il faut souvent recourir à une arithmétique exacte couteuse. Cette thèse présente, à partir de travaux liés à la réalisation du module de facettisation d'un simulateur de vol industriel, une solution permettant l'utilisation d'une arithmétique mixte, de précision arbitraire et de coût très inférieur statistiquement a la solution exacte. On y trouve aussi l'unification des méthodes de construction d'un diagramme de Voronoi, d'une triangulation de Delaunay pour un nuage de points dans le plan et de la triangulation contrainte de Delaunay de la représentation par segments d'un graphe planaire, autour d'une technique incrémentale optimale, fondamentalement plus simple que la méthode diviser-pour-résoudre classique. La technique incrémentale permet, par ailleurs, de donner un algorithme linéaire et très simple de construction du diagramme de Voronoi et de la triangulation de Delaunay d'un nuage de points situes sur la frontière d'un polygone monotone ou convexe.

L'objet de cette thèse est la construction d'un outil graphique dans le cadre du projet mmi2 (a multi-mode intervade for man-machine interaction with knowledge based systems). Mmi2 est un projet esprit ii qui a pour objectif principal de construire une interface homme-machine intelligent intégrant plusieurs modes de communication: langue naturelle (anglais, français, espagnol), langage de commande, graphique et gestuel. Ce travail est le résultat d'une approche expérimentale de développement d'un outil de manipulation directe, baptisé outil de dessin, dans un environnement multi-mode. Dans ce contexte, notre démarche a consisté à utiliser des techniques de construction géométrique dans la conception d'une interface. Nous proposons pour cela un modèle fonde sur le concept de carte planaire. Il conduit à des structures de données de type représentation par frontières dont la notion de base est le brin, qui est une arête topologique orientée. Ce modèle permet de proposer un algorithme de saisie et de modification de cartes planaires qui, tout en contrôlant à chaque instant la planéité de la carte, est capable de détecter automatiquement la fermeture des contours. Par ailleurs, nous nous sommes intéressés à l'étude de la sémantique graphique, pour permettre l'intégration des différents modes de communication pour assurer un dialogue multi-mode entre l'utilisateur et l'ordinateur.