Les mégacaryocytes sont des cellules de la moelle osseuse, à l’origine de la production des plaquettes sanguines. Quand elles arrivent à maturité, elles grossissent et émettent des prolongements de cytoplasme à travers la paroi des vaisseaux irriguant la moelle. Dans la circulation sanguine, ces prolongements, soumis aux forces de l’écoulement, s’allongent et se rompent pour former des plaquettes. Des techniques microfluidiques capables de produire des plaquettes in vitro existent et sont une alternative prometteuse au don. Mais le rendement reste à améliorer. Pour cela, il est nécessaire de mieux comprendre la fragmentation des mégacaryocytes en plaquettes. Ce travail de doctorat s’inscrit dans ce contexte et sera développé en deux axes principaux dans ce manuscrit. Dans une première partie nous développons une méthode pour trier des cellules en fonction de leur déformabilité, afin de savoir si les propriétés mécaniques d’un mégacaryocyte sont liées à leur stade de maturité. La méthode a d’abord été mise au point avec des microcapsules. Leurs propriétés mécaniques sont déterminées par analyse inverse à partir de la mesure de leur forme en écoulement dans des constrictions droites. Puis le dispositif utilisé a été miniaturisé pour s’adapter à la taille des cellules. Pour la caractérisation de leurs propriétés mécaniques, deux outils ont été utilisés: l’analyse inverse et la microscopie à force atomique sans pointe. Une deuxième partie porte sur l’étude de l’élongation et de la rupture de mégacaryocytes soumis écoulement. Nous avons quantifié les variations spatiotemporelles du taux d’élongation et développé un protocole d’ablation laser pour étudier les mécanismes de rupture de cellules en élongation. / When they mature in the bone marrow, the precursors of platelets, called megakaryocytes, grow and extend protrusions able to join blood circulation. There these protrusions elongate and break into platelets. Microfluidic techniques for in vitro platelet production represent a promising alternative to donation. In order to enhance platelet production and match the needs of clinical applications such as transfusion, we need to better understand the fragmentation of megakaryocytes into platelets. Our contribution will be described in this manuscript in two main axes. First, in order to know if mechanical properties of megakaryocytes can indicate their maturity stage, we develop a cell sorting method based on deformability. The method is first validated with microcapsules. Their mechanical properties are determined by inverse analysis from their shape under flow in straight microchannels. Then the device is downscaled. The characterization of cell mechanical properties are performed using inverse analysis and tipless atomic force microscopy. Second, we study megakaryocyte elongation and rupture in a microfluidic device. We quantify the spatial and temporal variations of the elongation rate and develop a laser ablation protocol to trigger and study the rupture of elongating cells.

La réfrigération magnétique est une alternative verte et théoriquement plus efficace que les systèmes de refroidissement classiques utilisant des cycles de détente/compression de gaz nocifs pour l'environnement comme les CFC et les HCFC. Malheureusement, les meilleurs matériaux utilisés actuellement dans les prototypes de réfrigération magnétique sont très dispendieux (5000$/kg pour le Gd) ce qui limite leur utilisation. La découverte de l'effet magnétocalorique géant en 1997 près de la température ambiante a fait exploser le nombre de publications dans le domaine. La recherche du matériau idéal était lancée. Les principales caractéristiques recherchées sont un grand effet magnétocalorique et une grande capacité réfrigérante. L'effet magnétocalorique correspond au changement d'entropie lors de l'application d'un champ magnétique. Elle est importante près des transitions magnétiques. Parmi les familles de matériaux étudiées pour leur effet magnétocalorique, on retrouve les manganites. Avec des structures cristallines apparentées, le La[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6 (LNMO) et le Pr[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6 (PNMO), des doubles pérovskites, possèdent des transitions magnétiques légèrement sous la température ambiante, soit 280 K et 212 K. De plus, le caractère isolant, la stabilité et le faible coût de ces matériaux leur procurent un net avantage pour leur intégration dans des systèmes de réfrigération magnétique. Dans ce mémoire, la croissance par ablation laser pulsé de couches minces de doubles pérovskites (La[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6, Pr[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6) et d'hétérostructures de ces composés a été effectuée. Une caractérisation de la structure des échantillons à l'aide de la diffraction des rayons X a permis d'analyser les variations des paramètres de réseau en plan et hors plan en fonction de la température et de la pression d'oxygène lors de la croissance. La texture des couches a également été mesurée. La structure des échantillons a pu être mise en relation avec les propriétés magnétiques des matériaux. La variation de pression d'oxygène lors de la croissance permet de contrôler la proportion des phases ordonnée et désordonnée magnétiquement dans les échantillons de La[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6. L'aimantation à saturation ainsi que les températures de transition des phases ordonnée et désordonnée du LNMO sont obtenues à l'aide de mesures d'aimantation en fonction du champ magnétique et en fonction de la température respectivement. L'effet magnétocalorique a été mesuré sur tous les échantillons pour des gammes de températures allant de 10 K à 320 K. La variation d'entropie maximale de 2,1 J/kgK pour un champ magnétique de 0-7T est obtenue pour l'échantillon à 300 mTorr. Par contre, la présence de la phase désordonnée dans certains échantillons élargit le pic de variation d'entropie en fonction de la température augmentant ainsi la capacité réfrigérante de l'échantillon. La capacité réfrigérante est alors comparable à celle du Gd[indice inférieur]5Ge[indice inférieur]2Si[indice inférieur]2. De plus, une variation d'entropie en forme de plateau sur une très large gamme de température (55 K à 298 K) maximise l'efficacité des cycles thermodynamiques. Un plateau s'étalant sur une aussi grande gamme de température n'avait jamais encore été observé. Une autre technique pour élargir le pic de variation d'entropie est de combiner deux matériaux possédant des transitions magnétiques rapprochées en température. Une bicouche de LNMO/PNMO et une tricouche de LNMO/LPNMO(LaPrNiMnO[indice inférieur]6)/PNMO ont donc été déposées. Un plateau de variation d'entropie a été obtenue sur une gamme de température allant de 152 K à 298 K. Par contre, des problèmes dans la croissance du LPNMO ont nui au magnétisme et réduit grandement l'effet magnétocalorique. La faible aimantation rémanente, le faible champ coercitif et la nature isolante des échantillons leurs procurent également un avantage pour une application dans un système de réfrigération magnétique.

Le contrôle de qualité de produits pharmaceutiques implique souvent la détermination de la teneur en minéraux. Que ce soit pour détecter la présence de métaux lourds ou déterminer la concentration des additifs minéraux, la spectrométrie d’émission atomique à plasma à couplage inductif (ICP-AES) est fré- quemment appliquée comme méthode de contrôle de la qualité. Il s’agit d’une méthode reconnue et fiable, mais qui requiert une préparation laborieuse des échantillons, ce qui occasionne des coûts élevés et des délais considérables. L’objectif principal du projet est de proposer une alternative à l’analyse ICP-AES qui permettrait de ra- pidement détecter, et si possible quantifier, la teneur en minéraux traces sans préparation des échantillons. Ceci permettrait d’économiser sur des consommables dispendieux et dangereux, d’économiser du temps de laboratoire et du temps de quarantaine pour les produits finis. Afin d’effectuer ceci, deux technologies d’ana- lyse de procédé sont proposées : la spectrométrie sur plasma induit par laser (LIBS) et la spectrométrie par fluorescence de rayon-X (XRF). Ce projet fait suite à une étude visant à quantifier la composition de comprimés pharmaceutiques multi- vitaminés. Ayant conclu que ces 2 technologies permettent de déterminer la teneur en minéraux dans une gamme de concentrations relativement élevée (1000 – 10 000 ppm), l’objectif présent est de déterminer si ces technologies sont aussi capables de déterminer la teneur d’éléments traces (moins de 50 ppm). Les éléments traces retenus pour cette preuve de concept sont le plomb, le nickel et le cadmium. Le cadre de ce projet s’étend de la fabrication des échantillons jusqu’à l’optimisation des paramètres d’échan- tillonnage ainsi que les paramètres d’acquisition des données spectroscopiques déterminés, l’objectif ultime du projet étant de produire des courbes de calibration pour les trois (3) éléments traces qui sont utilisés pour faire la preuve de concept.

La technique de la double impulsion laser a été développée pour améliorer les performances analytiques de l'Ablation Laser couplée à la Spectrométrie d'Emission Optique (AL/SEO). Cette approche repose sur l'ajout d'une deuxième impulsion laser résolue temporellement au système AL/SEO classique. Elle a été étudiée sur des alliages d'aluminium selon différentes géométries des deux faisceaux laser (géométrie orthogonale et géométrie colinéaire) avant d'être appliquée sur différents matériaux (verre synthétique, roche, acier, chlorure de sodium). Le gain d'intensité mesuré en double impulsion dépend des paramètres temporels, du niveau d'énergie de départ de la raie d'émission, de la concentration de l'élément étudié et de la matrice analysée. La technique de la double impulsion laser en AL/SEO peut s'avérer particulièrement intéressante afin d'améliorer la sensibilité analytique vis-à-vis de matrices vitreuses contenant des éléments émettant des raies à partir de hauts niveaux d'énergie de départ.

La composition élémentaire des coquilles de bivalves pourrait, selon la communauté scientifique internationale, être modulée par les variations spatiales ou temporelles du milieu ambiant tel la température, la salinité, la productivité primaire.... Toutefois, un ensemble de travaux ont mis en évidence que la présence des éléments mineurs et en traces dans les coquilles sont souvent spécifiques aux espèces considérées ou dépendent de plusieurs paramètres environnementaux. En conséquence, des recherches supplémentaires s'avèrent nécessaires afin de mieux comprendre la modalité d'incorporation de ces potentiels traceurs dans la matrice carbonatée. L'objectif de ce travail de thèse était de développer des méthodologies analytiques sur un spectromètre de masse haute-résolution couplée à une source plasma (HR-ICP-MS Element 2 de Finigan) pour déterminer quantitativement un nombre important d'éléments en traces dans des matrices de carbonate de calcium (CaCO3). Deux méthodes (le couplage LA-ICP-MS et l'analyse en mode liquide) ont été développées afin de placer sur une échelle calendaire (± 3 jours) les variations ontogéniques des teneurs élémentaires dans les valves de P. maximus. Les résultats d'analyses obtenus sur une même valve gauche par les deux méthodes, montrent que les profils élémentaires demeurent reproductibles quels que soient les concentrations rencontrées et le transect choisi sur la valve. Les teneurs élémentaires dans les valves de P. maximus mesurées sur l'ICP-MS Element 2 sont en accord avec les valeurs obtenues précédemment sur la même population et la même année de croissance lorsque l'on se réfère aux résultats pionniers acquis par le laboratoire de Pau (LA-ICP-MS quadripolaire) L'analyse en mode liquide de trois transects de croissance d'une même valve démontre que la distribution élémentaire est homogène dans la matrice carbonatée de la coquille Saint-Jacques. Les résultats d'analyses de deux éléments en traces (Mo et Li) dans les valves de P. maximus ont été détaillés. Les variations de la concentration valvaire en molybdène sont reproductibles entre plusieurs individus issus d'une même population pendant différentes années et lorsque différents écosystèmes côtiers bretons sont étudiés (Rade de Brest, baie de Saint-Brieuc et Belle-Ile en mer). Chaque profil varie à un niveau voisin des limites de détection de l'appareil de mesure, mais est ponctué par un voire deux enrichissements épisodiques printaniers (mai). Parmi toutes les hypothèses discutées pour expliquer ces événements (pics en Mo), l'ingestion de cellules phytoplanctoniques ayant utilisées les nitrates comme source d'azote apparait la plus vraisemblable (ces cellules présenteraient une concentration forte en Mo suite au rôle de Mo lors de l'activité enzymatique de la nitrate réductase) La faible variabilité inter-individuelle des concentrations valvaires en Li d'une même population suggère l'influence d'un paramètre environnemental ou physiologique pour expliquer l'incorporation du lithium au sein des valves. Toutefois, les variations ontogéniques de la teneur coquillière en lithium chez P. maximus diffèrent selon l'année étudiée. Certaines populations de P. maximus présentent de brusques augmentations transitoires de la teneur en Li pendant leur période de croissance. Notre étude n'a pas pu mettre en évidence un lien généralisable entre ces pics en Li et un paramètre environnemental. Cependant, ces enrichissements en Li semblent apparaître quelques jours après des floraisons phytoplanctoniques de diatomées. En outre, nous constatons que le bruit de fond de la teneur en Li serait majoritairement lié à la vitesse de croissance de l'animal.

Le sujet de cette thèse est l'étude de nanofils de cobalt dans une matrice d'oxyde de cérium (CeO2) épitaxiée sur SrTiO3(001). L'auto-assemblage de nanofils a été mis en évidence lors de la croissance de couches minces de CeO2 fortement dopées au cobalt par ablation laser pulsée. Le caractère métallique du cobalt a été vérifié par des mesures d'absorption X au seuil K du cobalt réalisées au synchrotron. La formation de nanofils a été mise en évidence par des études de microscopie électronique en transmission en mode haute résolution et en mode d'énergie filtrée. Ces études combinées montrent la formation de fils métalliques de Co dans la matrice, orientés le long de la direction de croissance, de longueur limitée par l'épaisseur de la couche et de diamètre dans la gamme 3-7 nm. Ces nanofils constituent des systèmes modèles en nanomagnétisme. Deux assemblées de fils (diamètre 3 nm et 5 nm) ont été étudiées en détail. La structure interne des fils a été déterminée par microscopie électronique et le renversement de l'aimantation au moyen de mesures magnétiques statiques et dynamiques. L'anisotropie magnétique de ces systèmes a été sondée par résonance ferromagnétique. Ces mesures et leurs interprétations ont permis de mettre en évidence la localisation du renversement de l'aimantation dans les fils. Ce phénomène de localisation a été corrélé à la structure interne des fils, plus précisément à l'existence de grains hexagonaux au sein desquels l'anisotropie magnétocristalline est en compétition avec l'anisotropie de forme. L'ensemble de ces résultats a permis de corréler le comportement magnétique à la structure interne réelle de ces objets.

Dans l'industrie nucléaire, les peintures murales doivent être décontaminées à la fin de vie des installations ou lors d'opération de maintenance. L'ablation par laser de la peinture permet de réduire considérablement le volume de déchets engendrés lors de l'opération, par rapport aux techniques actuelles. <br />Les peintures sont constituées d'une base polymérique dans laquelle des charges et des pigments sont inclus. Le dépôt d'énergie du faisceau laser dans ce milieu diffusant est étudié à l'aide d'un modèle de diffusion multiple, et de mesures de réflexion / transmission de faisceau à travers des couches minces.<br />L'ablation des peintures est analysée avec plusieurs lasers Nd : YAG et un laser TEA-CO2, permettant de faire varier la fluence, la longueur d'onde, la durée de l'impulsion, la cadence de tir et le nombre de tirs appliqué. Des bancs optiques ont été réalisés, et des tests paramétriques permettent de définir les paramètres optimaux de l'ablation, en terme d'efficacité de l'ablation.<br />L'ablation à haute cadence de tir est étudiée à l'aide d'un pyromètre optique et d'un modèle thermique spécifiquement développé. Les mesures et la modélisation permettent de mettre en évidence l'accumulation de chaleur qui apparaît lors de l'utilisation de laser à haute cadence. Cette accumulation permet de réduire les fluences seuils d'ablation et d'augmenter les efficacités d'ablation. <br />Une analyse de l'interaction et des régimes d'ablation est proposée sur la base des résultats expérimentaux et des modèles, et permet l'optimisation du procédé de décontamination.

Les déchets solides générés par notre société sont nombreux. Les cendres volantes sont des déchets solides produits lors de la combustion de déchets domestiques ou industriels dans des incinérateurs. Les cendres volantes sont également produites par la combustion du charbon dans les centrales à charbon. Les cendres volantes sont des résultats de ces combustions et représentent importante quantité de déchets produits chaque année par notre société. Les possibilités de recyclage de ces déchets sont nombreuses : dans la construction, l'industrie routière. Elles sont également stockées pour une utilisation ultérieure. Les origines différentes des charbons et déchets incinérés conduisent à une minéralogie et une composition élémentaire complexe. En tant que sous-produit le devenir des cendres volantes est important à déterminer, aussi la détermination de la composition élémentaire de ces cendres volantes est-elle indispensable.Les méthodes classiques de préparation des échantillons solides sont la minéralisation acide ou la fusion alcaline. Ces procédures prennent du temps et supposent l'utilisation de réactif, de plus la digestion complète n'est pas toujours assurée. Le risque de contamination par les réactifs employés est important au cours de ces méthodes classiques de préparation. Au cours de la dernière décennie, le développement d'analyse directe d'échantillons solides en utilisant des méthodes d'ablation laser a été important en raison de la nécessité de réduire le temps d'analyse et de réduire aussi la consommation de réactifs. Dans ce travail, deux méthodes basées sur l'ablation par laser seront étudiées pour l'analyse des cendres: Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) et Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS). La spectrométrie LIBS sera étudiée pour la détermination quantitative des éléments majeurs dans les échantillons de cendres alors que le couplage ablation laser ICP / MS sera employé pour détermination des éléments traces. L'optimisation de la sensibilité et les stratégies d'étalonnage sont les principaux problèmes traités dans ce travail. La préparation des échantillons et l'optimisation ont été effectuées pour déterminer les éléments tels que Al, As, Ba, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Pb, Sr, V et Zn par les deux méthodes.Les performances analytiques telles que les limites de détection, justesse ont été obtenus à la suite d'optimisations appropriées des liants et de la sélection de l'étalon interne approprié. En conclusion, l'analyse directe de solides en utilisant les techniques basées sur l'ablation laser développées dans ce travail conduisent à une justesse acceptable pour la détermination des éléments majeurs et traces dans les cendres volantes

L'ablation laser dans l'air à la pression atmosphérique est souvent appliquée dans l'industrie, l'analyse chimique, la chirurgie, ... Pour un développement plus approfondi des technologies laser basées sur l'effet d'ablation, il est nécessaire de mieux comprendre les phénomènes à l'origine de l'interaction laser-matière. Lors d'un impact du faisceau laser sur la surface d'un matériau, une plume plasma se forme au dessus de la cible. Ce plasma contient des électrons, des atomes et des ions du matériau évaporé, ainsi que du gaz ambiant, s'il est présent. Lors de l'impulsion laser, cette plume absorbe une grande partie d'énergie du faisceau laser, réduisant ainsi la quantité du rayonnement laser qui arrive à la surface de la cible. Les dimensions, ainsi que les paramètres de cette plume plasma évoluent très rapidement avec le temps. L'étude de la dynamique et des paramètres de cette plume est très importante, parce qu'ils influent sur tous les processus physiques ayant lieu à la surface du matériau traité. Nous avons étudié l'expansion de la plume plasma formée lors de l'ablation des échantillons métalliques (Al, Ti, Fe) par faisceau laser Nd :YAG nanoseconde (durée d'impulsion : 5.1 ns, longueur d'onde : 1064 nm, irradiance de l'ordre de grandeur de GW/cm2) dans l'air à la pression atmosphérique en utilisant la technique d'imagerie rapide. Cette technique nous a permis d'observer l'évolution spatio-temporelle de la plume au début de son expansion. Les résultats obtenus indiquent que la plume d'ablation laser a une structure : deux régions ont été distinguées - le cœur et la périphérie de la plume. La dynamique de ces deux régions de la plume a été étudiée et les vitesses de leur expansion ont été déterminées. En plus, nous avons examiné l'influence de l'irradiance laser, ainsi que l'influence de la composition de la cible sur la dynamique de la plume. D'autre part, nous avons développé des modèles numériques sous COMSOL Multiphysics pour simuler le processus d'ablation laser. Un modèle thermique a été utilisé pour simuler l'interaction laser - cible. Les résultats de ce modèle ont été employés comme conditions à la limite du modèle hydrodynamique, utilisé pour simuler l'expansion de la plume du plasma dans l'air ambiant. Deux approches ont été proposées : approche microscopique et macroscopique. Les résultats de simulation basée sur l'approche macroscopique donnent l'évolution temporelle et distribution spatiale (1D) des paramètres de la plume : masse volumique, vitesse, pression.

No description available.