La nature fournit une source d'inspiration intarissable pour les ingénieurs, soit en exhibant de nouvelles solutions à des problèmes d'ingénierie existants ou en les mettant au défi de développer des systèmes possédant de nouvelles fonctionnalités. Les progrès récents dans la caractérisation et la modélisation des systèmes naturels révèlent de nouveaux principes de conception, qui peuvent être de plus en plus imité par les ingénieurs grâce aux progrès dans la production et la modélisation de matériaux synthétiques. Dans cette thèse, nous sommes inspirés par des actuateurs biologiques (par exemple la pomme de pin) qui changent de forme en présence d'un stimulus externe variable en raison de leur architecture matérielle. Notre objectif est d'explorer l'espace de conception du morphing d'objets solides contrôlées par une distribution imposée des déformations inélastiques (eigenstrain). Nous nous concentrons sur des objets allongés ou minces pour lesquels une dimension est soit prédominante ou négligeable devant les deux autres (tiges et feuilles) et nous nous limitons au cadre de l'élasticité linéaire. Les motifs de changement de forme correspondent généralement à de grandes transformations, ce qui requiert de considérer une dépendance non-linéaire entre les déformations et les déplacements. L'utilisation de méthodes numériques permet de prédire ces motifs de morphing. Nous avons examiné la relaxation de ressorts, la minimisation d'énergie et les éléments finis. Ces motifs ont également été illustrés à l'aide des méthodes expérimentales telles que la pré-déformation, la dilatation thermique et le gonflement. Dans le contexte des tiges, deux morphers fondamentaux sont étudiés qui démontre la flexion et la torsion: flexeurs et torseurs. L'architecture d'eigenstrain standard du bilame à symétrie miroir peut être lissée afin de réduire la contrainte interfaciale d'un flexeur et modifiée afin de produire des flexeurs à gradient longitudinal ou hélicoïdaux. En assemblant des flexeurs en forme de nid d'abeille, la déflection relativement petite est amplifiée géométriquement et produit de relativement grands déplacements. Des simulations aux éléments finis démontre que l'architecture d'eigenstrain à symétrie de révolution proposée pour les torseurs induit une instabilité extension-torsion, laquelle est analysée en utilisant une approche énergétique. De même que pour les flexeurs, la torsion peut être variée longitudinalement en introduisant un gradient de propriétés le long du torseur. En combinant flexeurs et torseurs, une configuration arbitraire d'une tige peut être obtenue. Dans le contexte de feuilles, nous nous concentrons sur le morphing contrôlé par la diffusion, où l'eigenstrain est appliquée progressivement au lieu de instantanément, motivé par des résultats expérimentaux sur de bi-couches en polymères qui gonflent différemment en fonction de la température. Cela démontre l'enroulement selon le long côté de formes rectangulaires (au lieu de roulement côté court des flexeurs) et révèle un processus de morphing complexe en plusieurs étapes dans le cas de formes étoilés, où les bords rides et s'enroulent et l'étoile initialement plate prend un configuration trois-dimensionnelle (par exemple pyramidale). Grâce aux progrès récents dans la conception de nouveaux matériaux, les morphers présentés dans cette thèse peuvent être utilisés dans une pluralité de domaines, y compris la conception de structures macroscopiques en Architecture. / Nature provides an unlimited source of inspiration for engineers, either by exhibiting new solutions to existing problems or by challenging them to develop systems displaying new functionalities. Recent advances in the characterization and modeling of natural systems reveal new design principles, which can be increasingly mimicked by engineers thanks to the progress in the production and modeling of man-made materials. In this thesis, we are inspired by biological actuators (for example the pine cone) which change their shape under an external fluctuating stimulus as a result of their material architecture. Our goal is to explore the design space of the morphing of solid objects controlled by an imposed distribution of inelastic strain (eigenstrain). We focus on elongated and thin objects where one dimension is either much bigger or much smaller than the other two (rods and sheets) and restrict ourselves to the framework of linear elasticity. Patterns of shape change are usually induced by large transformations, which requires considering a nonlinear dependency between strain and displacements. This requires the use of numerical methods in order to predict the morphing patterns. We looked at relaxation of springs, energy minimization and finite-elements. These patterns were also illustrated using experimental methods such as pre-straining, thermal expansion and swelling. In the context of rod-like objects, two fundamental morphers are studied displaying bending and twisting respectively: benders and twisters. The standard mirror-symmetric bilayer eigenstrain architecture of benders can be smoothened in order to lower interfacial stress and modified in order to produce longitudinally graded or helical benders. By stacking benders in a honey-comb like manner, the relatively small mid-deflection of benders is geometrically amplified and produces relatively large displacements. According to finite-element simulations, the proposed rotationally-symmetric eigenstrain architecture of twisters displays a stretching-twisting instability, which is analyzed using energetical arguments. Similarly to benders, twisting can be varied along the longitudinal direction by grading the material properties along the twister. By combining benders and twisters, an arbitrary configuration of a rod can be obtained. In the context of sheets, we focus on diffusion-driven morphing, where the eigenstrain is applied progressively instead of instantaneously as motivated by experiments on thermo-responsive polymer bilayers. This leads to long-side rolling of rectangular shapes (instead of the standard short-side rolling of benders) and reveals a complex multi-step morphing process in the case of star shapes, where the edges wrinkle and bend and the initially flat star eventually folds into a three-dimensional structure (for example a pyramid). With the progress in designing new materials, the morphers presented in this thesis could be used in different fields, including the design of macroscopic structures for Architecture.

Dans le but de déterminer le rôle des Rho GTPases et de leurs régulateurs dans les cellules hématopoïétiques, une analyse des niveaux d’expressions de 300 gènes codant pour des protéines impliquées dans les voies de signalisation dépendantes de Rho a été faite à partir d’échantillons de patients atteints de leucémies de type T-ALL. Il a ainsi pu être mis en évidence qu’un groupe de gènes incluant notamment RacGAP1, Ect2, Citron et ARHGAP19 variaient parallèlement. A l’exception de ARHGAP19, ces gènes avaient une fonction connue au cours de la mitose. Il a donc été entrepris de caractériser ARHGAP19 qui, d’après les banques de données, est spécifique du système hématopoïétique, et pour laquelle aucune fonction n’avait encore été déterminée.Afin de déterminer la fonction biologique de GAP19, un anticorps a été généré. Cet outil nous a permis de montrer que l’expression de la protéine est régulée au cours du cycle cellulaire et que sa localisation varie au cours de la mitose. Par ailleurs, nous avons montré que GAP19, joue un rôle essentiel dans le changement de forme des lymphocytes en mitose, la ségrégation des chromatides sœurs et le recrutement membranaire des effecteurs de RhoA au cours de la mitose. Nous avons aussi mis en évidence le mécanisme par lequel GAP19 permet le changement de forme dans les lymphocytes.Nous avons aussi montré que GAP19 est phosphorylée par CDK1 sur deux résidus présents dans la partie C-Terminale. Afin de mettre en évidence le rôle de ces phosphorylations, nous avons généré des cellules Kit225 transfectées avec des plasmides pour les formes non-phosphorylables de la protéine. Ceci nous a permis de mettre en évidence que la phosphorylation des résidus T404 et T476 permet la localisation cytoplasmique de GAP19 en début de mitose. Nous avons aussi pu observer lors de l’anaphase la formation de ponts de chromatines, ainsi qu’une augmentation significative de cellules multinucléées. Par ailleurs, nous avons procédé à des expériences de cytogénétique et d’immunofluorescence afin de déterminer, si les ponts de chromatines avaient pour origine soit des défauts de condensation de la chromatine, soit un stress réplicatif.Enfin, un possible modèle de la protéine ARHGAP19 a été généré et des simulations de dynamiques moléculaires réalisées afin de comprendre le rôle des phosphorylations par CDK1 a un niveau structurel. / In an attempt to understand the role of Rho GTPases and their regulators in hematopoietic cell lines, expression levels of 300 genes were analyzed for proteins involved in Rho dependent signaling pathways from patients with T-ALL leukemia.It was shown that a group of genes consisting of RacGAP1, Ect2 and Citron varied concomitantly. With the exception of ARHGAP19, all already had a known function during mitosis. Consequently, it was decided to characterize ARHGAP19, which according to databases is specific of hematopoietic cell lines, and whose function was unknown. In order to determine the biological function of ARHGAP19, a specific antibody has been generated. This allowed us to demonstrate that the level of expression of the protein vary during the cell cycle and its localization varies during mitosis. In addition, we have shown that ARHGAP19 plays a central role in regulating cell shapes changes, sister chromatids segregation and RhoA effectors membrane recruitment during mitosis. We have also shown that this occurs by a previously undescribed pathway involving RhoA-ROCK-Vimentin.Finally, we have demonstrated that ARHGAP19 is a substrate of CDK1. It is phosphorylated on two residues located in the C-Terminal region of the protein. For investigating the role of these phosphorylations, we have generated Kit225 cell lines transfected with plasmids coding for the non-phosphorylable forms of the protein. This allowed us to show that phosphorylation of residue T404 and T476 are involved preventing GAP19 recruitment at the equatorial cell cortex during mitosis.In addition, we have observed the formation of chromatin bridges, as well as an increase in multinucleated cells. Thus, we have performed cytogenetic experiments for determining if chromatin bridges are due to chromosome condensation defects, or replicative stress. Finally, a possible tertiary structure of ARHGAP19 has been created de novo, and molecular dynamics simulations were generated in order to understand the role of these phosphorylations by CDK1 at a structural level.

L’IRM de diffusion (IRMd) est une modalité d’imagerie médicale in vivo qui suscite un intérêt croissant dans la communauté de neuro-imagerie. L’information sur l’intra-structure des tissus cérébraux est apportée en complément des informations de structure issues de l’IRM structurelle (IRMs). Ces modalités d’imagerie ouvrent ainsi une nouvelle voie pour l’analyse de population et notamment pour l’étude de la maturation cérébrale humaine normale in utero. La modélisation et la caractérisation des changements rapides intervenant au cours de la maturation cérébrale est un défi actuel. Dans ce but, ce mémoire de thèse présente une chaîne de traitement complète de la modélisation spatio-temporelle de la population à l’analyse des changements de forme au cours du temps. Les contributions se répartissent sur trois points. Tout d’abord, l’utilisation de filtre à particules étendus aux modèles d’ordre supérieurs pour la tractographie a permis d’extraire des descripteurs plus pertinents chez le foetus, utilisés ensuite pour estimer les transformations géométriques entre images. Ensuite, l’emploi d’une technique de régression non-paramétrique a permis de modéliser l’évolution temporelle moyenne du cerveau foetal sans imposer d’à priori. Enfin, les changements de forme sont mis en évidence au moyen de méthodes d’extraction et de sélection de caractéristiques. / Diffusion weighted MRI (dMRI) is an in vivo imaging modality which raises a great interest in the neuro-imaging community. The intra-structural information of cerebral tissues is provided in addition to the morphological information from structural MRI (sMRI). These imaging modalities bring a new path for population studies, especially for the study in utero of the normal humanbrain maturation. The modeling and the characterization of rapid changes in the brain maturation is an actual challenge. For these purposes, this thesis memoir present a complete processing pipeline from the spatio-temporal modeling of the population to the changes analyze against the time. The contributions are about three points. First, the use of high order diffusion models within a particle filtering framework allows to extract more relevant descriptors of the fetal brain, which are then used for image registration. Then, a non-parametric regression technique was used to model the temporal mean evolution of the fetal brain without enforce a prior knowledge. Finally, the shape changes are highlighted using features extraction and selection methods.