L’objectif de ce travail est de proposer une étude de divers comportements non linéaires pour un système de deux équations de Schrödinger cubiques couplées. Selon le choix de l’espace des positions, nous mettons en évidence différents exemples de comportements non linéaires. Dans le premier chapitre, nous introduisons les notions et outils nécessaires à la compréhension de l’enjeu. En particulier, nous justifions ce choix de modèle par des résultats récents sur l’équation de Schrödinger non linéaire. Le second chapitre est dédié à l’étude de ce système sur le tore (une coordonnée périodique). Nous mettons en évidence un échange d’énergie en temps long (mais fini) entre différents modes de Fourier des solutions : c’est l’effet de battement (éventuellement décalé). Le troisième chapitre porte sur l’étude du système sur la droite réelle (une coordonnée euclidienne). Nous mettons en place un résultat de scattering modifié pour obtenir un comportement non linéaire en temps infini. Enfin, dans le quatrième chapitre, nous nous plaçons dans un espace produit (une coordonnée euclidienne et une coordonnée périodique). Nous exhibons alors le résultat principal de cette thèse : un échange d’énergie en temps infini via un résultat de scattering modifié. / The aim of this work is to propose a study of various nonlinear behaviors for a system of two coupled cubic Schrödinger equations. Depending on the choice of the spatial domain, we highlight different examples of nonlinear behaviors. In the first chapter, we introduce the notions and tools needed to understand the issue. In particular, we justify this choice of model by recent results on the nonlinear Schrödinger equation. The second chapter is dedicated to the study of this system on the torus (one periodic coordinate). Here, we exhibit an energy exchange for long (but finite) times between different Fourier modes of the solutions: this is the (possibly shifted) beating effect. The third chapter deals with the study of the system on the real line (one Euclidean coordinate). We set up a modified scattering result to get a nonlinear behavior in infinite time. Finally, in the fourth chapter, we consider a product space (one Euclidean coordinate and one periodic coordinate). We obtain the main result of this thesis: an energy exchange in infinite time thanks to a modified scattering result.

Les cils sont des organites très conservés au cours de l’évolution des eucaryotes et présents à la surface de presque tous les types cellulaires. Ils sont constitués d’une structure microtubulaire, l’axonème, entourée d’une membrane en continuité avec la membrane plasmique. Ils sont nucléés par un corps basal, centriole ancré à la surface cellulaire. Grâce aux nombreux récepteurs qu’ils concentrent à leur membrane, tous les cils sont des senseurs de leur environnement. Ils peuvent aussi être motiles et assurer, par leur battement coordonné, le déplacement relatif de la cellule et du fluide environnant. Tandis que cil et structure centriolaire, hérités du premier eucaryote, ont été perdus par certains champignons et par les plantes supérieures, certains gènes codant des protéines ciliaires et centriolaires sont pourtant retrouvés dans le génome de ces espèces. Cette conservation de protéines sans l’organite suggère soit que ces protéines interviennent dans un même processus moléculaire utilisé dans plusieurs organites, soit qu’elles jouent des rôles dans des processus moléculaires distincts via leur interaction avec différents types de partenaires.J’ai choisi d’étudier l’une de ces protéines ciliaires et centriolaires, Bug22p, hautement conservée en séquence protéique entre l'homme et la paramécie, mais également présente chez les plantes supérieures. J’ai mené cette étude principalement sur la paramécie, système modèle pour la biogénèse des corps basaux et des cils, mais aussi sur des cellules de mammifère et de végétaux supérieurs. Si Bug22p est impliquée dans la détermination du battement ciliaire chez la paramécie, elle se localise également dans des cils immotiles de cellules de mammifère suggérant que son activité ciliaire n’est pas réduite à cette seule fonction. Des expériences d’inactivation génique suggèrent par ailleurs un lien entre l’activité de Bug22p et la polyglycylation. Sa surexpression dans les cellules de mammifère en culture entraîne l’apparition d’extensions cellulaires et une augmentation des réseaux de tubulines acétylées probablement associées à une stabilisation des microtubules. L'ensemble de mes résultats suggère donc un rôle de Bug22p dans la régulation de modifications post-traductionnelles. En plus d’être présente dans les structures ciliaires, Bug22p se localise aussi bien dans les noyaux de la paramécie que dans ceux des cellules humaines et des plantes supérieures Arabidopsis et Nicotiana. Ces observations ouvrent un nouveau champ d’études. En effet, si l’on sait que les tubulines ciliaires sont soumises à différentes modifications post-traductionnelles telles que polyglycylation ou acétylation, ce type de modifications touchent également des protéines nucléaires régulant ainsi le trafic de protéines nucléaires ou l’expression génique. Nous pouvons donc avancer l’hypothèse selon laquelle Bug22p agirait sur la régulation de ces modifications dans le cil et dans le noyau. Il serait donc intéressant de caractériser les modifications post-traductionnelles chez les plantes supérieures afin de vérifier une possible implication de Bug22p dans leur régulation et donc comprendre les raisons de sa conservation chez les végétaux. / Cilia, organelles that have been conserved throughout the evolution of eukaryotes, are found at the surface of most cell types. They are composed of a microtubular structure, the axoneme, surrounded by a membrane continuous to the plasma membrane. Cilia are nucleated by basal body, which is a centriole anchored to the cell surface. Cilia are environmental sensors concentrated in the ciliary membrane. Cilia can be motile and ensure the relative movement of the cell with respect to the surrounding fluid by their coordinated beating. While cilia and centriolar structures inherited from the first eukaryote have been lost by certain fungi and higher plants, certain genes encoding ciliary and centriolar proteins are found in the genomes of organisms lacking these structures. The conservation of these proteins without organelle suggests that these proteins are involved in the same molecular process into different organelles or proteins are involved into different processes through some interactions with different partners.I chose to study the ciliary and centriolar protein, Bug22p, highly conserved between human and Paramecium proteins sequences, and also present in higher plants. My work addressed this study primarily on Paramecium, a model system for biogenesis of basal bodies and cilia, and I also pursued investigation of mammalian cells and higher plants. I was able to show that Bug22p is necessary for efficient Paramecium ciliary beating, but I also localized in the immotile cilia of mammalian cells suggesting that Bug22p is not only restricted to the motile ciliary function. By knockdown experiments in Paramecium, I obtained evidence that Bug22p is involved in polyglycylation. Bug22p overexpression in mammalian cells led to the appearance of cell extensions and increased acetylated tubulin networks consistent with microtubule stabilization. My results suggest that Bug22p may regulate post-translational proteins modifications.Bug22p is also localized in the nuclei of Paramecium, human and higher plants such as Arabidopsis and Nicotiana. These observations open a new field of study. The axoneme microtubules are highly modified by post-translational modifications such as acetylation and polyglycylation; we know that in the nucleus, theses modifications are involved in the control of nuclear trafficking of some proteins and the regulation of gene expression. We can therefore speculate that Bug22p acts on the regulation of these changes in the cilium and in the nucleus. Finally, it would be interesting to characterize the post-translational modifications in higher plants to verify the possible involvement of Bug22p in their regulation and thus understand the meaning of its conservation in higher plants lacking cilia.

Le domaine térahertz est une région du spectre électromagnétique comprise entre 300 GHz et 30 THz. Elle représente un fort intérêt pour la communauté scientifique pour plusieurs raisons : la radiation térahertz possède en effet un potentiel de télécommunication à très haut débit important, elle constitue un moyen d'investigation efficace et non destructif pour différents types d'éléments et composés, minéraux ou organiques et elle représente une importance cruciale pour les astronomes qui estime que 98 % des photons émis par le Big Bang se trouvent dans ce domaine de fréquences. Malheureusement, à l'heure actuelle, le manque de sources et détecteurs facilement exploitables, intégrables et fonctionnant à température ambiante ne permet pas l'utilisation du domaine térahertz à grande échelle. Un nouveau phénomène physique exploitable tel que les oscillations d'ondes de plasma dans les nanotransistors représente une piste prometteuse pour combler ce manque. Ce phénomène étudié de manière analytique dans le milieu des années 1990, a donné lieu à un modèle qui reste très loin de la réalité physique et des conditions expérimentales. Des expériences récentes effectuées à température ambiante ont permis de montrer la possibilité d'exciter des oscillations d'ondes de plasma à l'intérieur d'un canal de HEMT par une radiation THz directe. Ce travail se propose de réaliser une étude systématique des transistors sous excitation effectuée par battement optique térahertz. Ceci afin de mieux comprendre et exploiter les ondes de plasma dans les nanotransistors à effet de champ. Cela nous a conduit à étudier l'effet des paramètres géométriques et physiques du transistor comme les longueurs de grille, les longueurs des cap-layers, la tension de drain et la tension de grille. En parallèle à ce travail expérimental un modèle hydrodynamique pseudo-2D était utilisé pour confronter l'ensemble des résultats pour une meilleure compréhension des phénomènes physiques. Ce travail a permis d'accéder à une compréhension et une description fines du phénomène d'excitation des ondes de plasma. ceci a permis d'initier l'étude de nouveaux dispositifs tel que un émetteur à base d'un transistor HEMT assisté par battement optique et la réalisation d'un mélangeur hétérodyne d'une radiation térahertz transposé par un battement optique en une fréquence intermédiaire plus basse et facilement exploitable. / The terahertz range covers the electromagnetic spectrum for frequencies between 300 GHz and 30 THz. It presents a strong interest in the scientific community for several reasons: Terahertz carriers allow for high-speed free-space telecommunications; Terahertz radiations can be used for efficient and non-destructive characterization of various components and materials (minerals or organic); Terahertz detection is of major interest for astronomers as 98 % of photons emitted since the Big Bang are in this frequency domain. Unfortunately, the lack of adequate sources and detectors, i.e. room-temperature-operating, low-cost and integrated, strongly limits the use of terahertz radiations for the above-mentioned applications. A new physical phenomenon called plasma waves in nanotransistors is very promising for the realization of terahertz sources and detectors. This new phenomenon was proposed in the mid-1990s on the basis of analytical calculations, although the model was rather simplified and it did not take into account the actual experimental conditions. Recent experiments performed at low and room temperature demonstrated the feasibility to excite plasma waves in the channel of a high-electron-mobility transistor (HEMT), using a THz-radiation excitation.This work presents a different way to excite this plasma wave by using an optical beating excitation. A systematic study of nanometric transistors under optical excitation to better understand and exploit plasma waves is carried on. The effects of geometrical parameters such as transistor gate length or cap-layer length are investigated. The dependence of the plasma waves on different electrical parameters such as drain voltage and gate voltage is also presented. Along with this experimental work, a pseudo-two-dimensional hydrodynamic simulator was developed to analyze the physical processes in the transistors on a more rigorous theoretical basis than the simplified analytical model. As a result of this joint experimental and theoretical investigation, we achieved a better understanding and an accurate description of the complex mechanism of plasma waves excited in field-effect transistors. Finally, we propose new structures to be used, from one hand, as a monochromatic terahertz source based on a HEMT excited by an optical beating, and,from the other hand, a spectrally-resolved heterodyne detector based on the mixing between the terahertz radiation to be analyzed and an optical beating used as a tunable local oscillator.

Ce travail de recherche porte sur le développement et la mise au point d'un récupérateur d'énergie vibratoire MEMS à transduction capacitive dédié aux applications biomédicales et plus particulièrement aux stimulateurs cardiaques sans sondes autonomes. Cette application impose une miniaturisation poussée (volume inférieur à 1 cm³), une puissance de sortie dans la gamme allant de 1 à 10 µW et une compatibilité vis-à-vis des systèmes d'Imagerie à Résonance Magnétique (IRM). Ces contraintes ainsi que l'effet de la gravité ont été pris en compte sur tout le flot de conception afin d'obtenir un dispositif innovant en technologie MEMS silicium capable de fournir une puissance de sortie suffisante quelle que soit son orientation une fois implanté. Afin de convertir efficacement les battements cardiaques ayant un spectre étendu (de 1 à 50 Hz) pour une amplitude d'accélération faible (inférieure à 1 g), le système emploie des bras de suspension ayant une raideur non-linéaire ce qui permet d'étendre notablement la bande passante effective du système. Cette non-linéarité est ici induite de manière originale en faisant en sorte que la forme initiale des bras de suspension soit une combinaison linéaire des modes de déformée propre d'une poutre doublement encastrée. Un soin particulier a été apporté afin de modéliser ceci dans le but de prédire la réponse mécanique du système quels que soient les stimuli imposés. Afin de réaliser les différents dispositifs de test, une technologie MEMS de type SOG (Silicon-On-Glass) a été développée. Cette technologie permet d'obtenir des structures en silicium monocristallin avec un fort rapport d'aspect tout en limitant le budget thermique et se montre donc compatible avec une éventuelle industrialisation. Ceci a été prouvé via la réalisation de multiples véhicules de test qui se sont montrés totalement fonctionnels. Ainsi la pertinence des modèles théoriques permettant de prédire le comportement non-linéaire des ressorts employés a été prouvée de manière expérimentale. De même, les récupérateurs d'énergie réalisés ont été testés en régime harmonique mais également via des stimuli cardiaques et ont montré une large bande passante avec une puissance de sortie équivalente à celle donnée dans l'état de l'art et ce, quelle que soit leur orientation par rapport à la gravité. / Present work addresses question of MEMS capacitive vibrational energy harvesting for biomedical applications, and notably for powering an autonomous leadless pacemaker system. Such an application imposes several critical requirements upon the energy harvesting system, notably the sufficient miniaturization (<1cm³), power output in range of 1-10 µW, compatibility with Magnetic Resonant Imaging (MRI). This work addresses a problematic of MEMS energy harvester design, simulation, fabrication and characterization fulfilling such a requirement. Moreover, a gravity effect is studied and taken into account in the conception of the device to ensure the power output at various orientations of the harvester. To attain a heartbeat frequencies (1-50 Hz) and acceleration amplitudes (<1g), the use of nonlinear springs is proposed. A nonlinear stiffness is implemented in original way of introducing a natural bending mode shapes in the initial beam form. A mechanical description of bending mode coupling along with its impact on a reaction force of the suspension springs is presented. An innovative clean room technology based on silicon-on-glass (SOG) wafers is developed for the fabrication of the innovative energy harvesters with high width-to-depth aspect ratio. A straightforward and rapid low-temperature process with the possibility of future industrialization is validated by multiple experimental realizations of miniaturized MEMS energy harvesters. Fabricated microsystems are tested mechanically and electrically. Proposed theoretical model of the curved beam is validated with reactive force measurements of the MEMS springs. Energy harvesting experiments are performed for both harmonic and heartbeat mechanical excitations, which demonstrate the large bandwidth in low frequencies domain and a sufficiently large state-of-the-art power output for envisaged application under different orientations with respect to the gravity.

Les charges dynamiques transmises par le rotor au fuselage, par les vibrations qu’elles génèrent,dégradent la durée de vie des composants et le confort des passagers. Une méthode prometteusemais encore non exploitée par les hélicoptéristes consiste à introduire des couplagesflexion-torsion au sein des pales de façon à modifier les efforts aérodynamiques instationnairesqui les sollicitent.Cette thèse étudie l’apport des couplages aéroélastiques sur les charges dynamiques. Pour cela, unmodèle aéroélastique de rotor isolé est développé. Le modèle élastique est basé sur l’association dela formulation par repère flottant à la méthode des modes prescrits. La base de déformation considéréeest issue de modèles éléments-finis hautes précisions. Le comportement aérodynamique durotor est décrit à partir d’un modèle de vitesse induite multi-harmonique ainsi qu’un modèle deportance basé sur la théorie de l’élément de pale.Le modèle aéroélastique est validé par comparaison avec un logiciel de calcul aéromécanique(HOST) ainsi que par comparaison avec des résultats expérimentaux issus d’essais en vol. Dansun second temps, une étude de l’influence des paramètres de définition du rotor sur les chargesdynamiques est réalisée.Pour finir, des couplages flexion-torsion sont introduits sur la pale à partir de l’anisotropie despales composites ou encore de masses non structurelles déportées par rapport au centre de torsiondes sections. Une étude analytique de ces couplages est réalisée, puis le modèle aéroélastiquecomplet est utilisé pour évaluer leur apport sur les charges dynamiques transmises par le rotor.Des réductions significatives sont observées, démontrant ainsi le potentiel de cette technique etouvrant la voie à des études expérimentales. / Vibrations generated by dynamic loads transmitted from rotor to fuselage degrade components’life and passenger comfort. A promising method not yet exploited in helicopters is introducingflexural-torsional couplings on the blade to correct unsteady aerodynamic forces.To assess this method, an isolated rotor aeroelastic model is elaborated. The elastic model combinesthe floating frame approach with the prescribed mode method. The modal basis stems fromhigh precision finite element models. The rotor’s aerodynamic behaviour is described using amulti-harmonic induced velocity model and the blade element method. The aeroelastic modelis validated first through comparison with software aeromechanics calculation (HOST) and experimentalresults from flight tests and second through a study of the influence of aerodynamicparameters on rotor dynamic loads.Finally, bending-torsion couplings are made on the blade by introducing anisotropy of the compositeblades or non-structural mass offset relative to the sections centre of torsion. An analyticalstudy of these couplings is performed, followed by a full aeroelastic modelling to evaluate theircontribution to dynamic loads transmitted by the rotor. Significant reductions are observed, demonstratingthe potential of this technique and paving the way for experimental studies.

L’analyse du mouvement, ou l’analyse d’une séquence d’images, est l’extension naturelle de l’analyse d’images à l’analyse de séries temporelles d’images. De nombreuses méthodes d’analyse de mouvement ont été développées dans le contexte de la vision par ordinateur, incluant le suivi de caractéristiques, le flot optique, l’analyse de points-clef, le recalage d’image, etc. Dans ce manuscrit, nous proposons une boite a outils de techniques d’analyse de mouvement adaptées à l’analyse de séquences biomédicales. Nous avons en particulier travaillé sur les cellules ciliées qui sont couvertes de cils qui battent. Elles sont présentes chez l’homme dans les zones nécessitant des mouvements de fluide. Dans les poumons et les voies respiratoires supérieures, les cils sont responsables de l’épuration muco-ciliaire, qui permet d’évacuer des poumons la poussière et autres impuretés inhalées. Les altérations de l’épuration mucociliaire peuvent être liées à des maladies touchant les cils, pouvant être génétiques ou acquises et peuvent être handicapantes. Ces maladies peuvent être caractérisées par l’analyse du mouvement des cils sous un microscope avec une résolution temporelle importante. Nous avons développé plusieurs outils et techniques pour réaliser ces analyses de manière automatiques et avec une haute précision, à la fois sur des biopsies et in-vivo. Nous avons aussi illustré nos techniques dans le contexte d’éco-toxicité en analysant le rythme cardiaque d’embryons de poissons / Motion analysis, or the analysis of image sequences, is a natural extension of image analysis to time series of images. Many methods for motion analysis have been developed in the context of computer vision, including feature tracking, optical flow, keypoint analysis, image registration, and so on. In this work, we propose a toolbox of motion analysis techniques suitable for biomedical image sequence analysis. We particularly study ciliated cells. These cells are covered with beating cilia. They are present in humans in areas where fluid motion is necessary. In the lungs and the upper respiratory tract, Cilia perform the clearance task, which means cleaning the lungs of dust and other airborne contaminants. Ciliated cells are subject to genetic or acquired diseases that can compromise clearance, and in turn cause problems in their hosts. These diseases can be characterized by studying the motion of cilia under a microscope and at high temporal resolution. We propose a number of novel tools and techniques to perform such analyses automatically and with high precision, both ex-vivo on biopsies, and in-vivo. We also illustrate our techniques in the context of eco-toxicity by analysing the beating pattern of the heart of fish embryo

Dans cette étude on présente les résultats de simulations numériques réalisées sur un écoulement de marche descendante. L'influence de la condition aux limites amont est examinée alors que les calculs sont menés au moyen de la méthode de Simulation des Grandes Echelles.<br />La première condition d'entrée considérée est constituée d'un profil de vitesse moyen turbulent perturbé par un bruit blanc. Les données de la seconde condition d'entrée sont quant à elles issues d'un calcul précurseur de couche limite turbulente.<br />Les visualisations de l'écoulement et l'examen des statistiques portant sur les vitesses et la pression montrent comment la couche cisaillée après la séparation est modifiée par la nature de la condition d'entrée.<br />Dans le cas de la simulation utilisant un calcul précurseur en entrée, l'étude révèle l'influence déterminante des structures de la couche limite incidente. Notamment, on montre de quelle manière les courants de basses et hautes vitesses ainsi que les tourbillons quasi-longitudinaux associés sont responsables de la déstabilisation précoce de la couche cisaillée, conduisant alors à la réduction de la taille de la bulle de recirculation.<br />Pourtant, malgré les différences de conditions initiales, les écoulements des deux simulations développent une structure relativement similaire à l'approche du rattachement, si bien que l'influence de la condition d'entrée est négligeable, dans cette zone et plus loin dans l'écoulement. Le contenu spectral des deux écoulements est aussi examiné, permettant ainsi de mettre en évidence les deux régimes d'oscillations basses fréquences caractéristiques de ce type de configuration : l'oscillation du rattachement moyen et le battement de la couche cisaillée. La modification de la nature du couplage entre la couche cisaillée et la recirculation principale est rendue responsable du décalage observé pour la fréquence de battement.

Les cils sont des organites très conservés au cours de l'évolution des eucaryotes et présents à la surface de presque tous les types cellulaires. Ils sont constitués d'une structure microtubulaire, l'axonème, entourée d'une membrane en continuité avec la membrane plasmique. Ils sont nucléés par un corps basal, centriole ancré à la surface cellulaire. Grâce aux nombreux récepteurs qu'ils concentrent à leur membrane, tous les cils sont des senseurs de leur environnement. Ils peuvent aussi être motiles et assurer, par leur battement coordonné, le déplacement relatif de la cellule et du fluide environnant. Tandis que cil et structure centriolaire, hérités du premier eucaryote, ont été perdus par certains champignons et par les plantes supérieures, certains gènes codant des protéines ciliaires et centriolaires sont pourtant retrouvés dans le génome de ces espèces. Cette conservation de protéines sans l'organite suggère soit que ces protéines interviennent dans un même processus moléculaire utilisé dans plusieurs organites, soit qu'elles jouent des rôles dans des processus moléculaires distincts via leur interaction avec différents types de partenaires.J'ai choisi d'étudier l'une de ces protéines ciliaires et centriolaires, Bug22p, hautement conservée en séquence protéique entre l'homme et la paramécie, mais également présente chez les plantes supérieures. J'ai mené cette étude principalement sur la paramécie, système modèle pour la biogénèse des corps basaux et des cils, mais aussi sur des cellules de mammifère et de végétaux supérieurs. Si Bug22p est impliquée dans la détermination du battement ciliaire chez la paramécie, elle se localise également dans des cils immotiles de cellules de mammifère suggérant que son activité ciliaire n'est pas réduite à cette seule fonction. Des expériences d'inactivation génique suggèrent par ailleurs un lien entre l'activité de Bug22p et la polyglycylation. Sa surexpression dans les cellules de mammifère en culture entraîne l'apparition d'extensions cellulaires et une augmentation des réseaux de tubulines acétylées probablement associées à une stabilisation des microtubules. L'ensemble de mes résultats suggère donc un rôle de Bug22p dans la régulation de modifications post-traductionnelles. En plus d'être présente dans les structures ciliaires, Bug22p se localise aussi bien dans les noyaux de la paramécie que dans ceux des cellules humaines et des plantes supérieures Arabidopsis et Nicotiana. Ces observations ouvrent un nouveau champ d'études. En effet, si l'on sait que les tubulines ciliaires sont soumises à différentes modifications post-traductionnelles telles que polyglycylation ou acétylation, ce type de modifications touchent également des protéines nucléaires régulant ainsi le trafic de protéines nucléaires ou l'expression génique. Nous pouvons donc avancer l'hypothèse selon laquelle Bug22p agirait sur la régulation de ces modifications dans le cil et dans le noyau. Il serait donc intéressant de caractériser les modifications post-traductionnelles chez les plantes supérieures afin de vérifier une possible implication de Bug22p dans leur régulation et donc comprendre les raisons de sa conservation chez les végétaux.

L'objectif des travaux présentés dans cette thèse est le développement d'un système d'imagerie ultrasonore fonctionnant dans l'air pour la mesure sans contact des mouvements vibratoires en surface du corps humain. L'étude des vibrations en surface de la peau ouvre plusieurs champs d'application. L'observation de la vitesse d'une onde de surface sur la peau à partir du film de propagation permet de caractériser l'élasticité de la couche superficielle ainsi que ses hétérogénéités. A partir de cette analyse, il est possible de détecter des objets cachés sur ou sous la peau, dans un objectif de sécurité. Une seconde application est l'observation des vibrations de surface engendrées par le battement cardiaque, la respiration et l'onde de pouls. La réalisation d'un premier dispositif monovoie a permis la mesure locale de vibrations de l'ordre de la dizaine de microns. A partir de ces premiers travaux, nous avons construit un imageur ultrasonore 2D dans l'air à haute cadence d'imagerie. Il est constitué d'un réseau carré de 256 microphones et de 12 émetteurs. La principale nouveauté de notre approche repose sur l'imagerie d'une surface spéculaire. En effet, la rugosité de la peau est négligeable comparée aux longueurs d'onde de travail, de l'ordre du centimètre pour limiter l'atténuation dans l'air. Pour répondre à cette contrainte, l'imagerie est réalisée à partir de la formation de voies émission/réception par synthèse d'ouverture en utilisant une émission séquentielle d'ondes sphériques. Après caractérisation du système, nous avons imagé la propagation d'une onde de surface sur un fantôme mimant le corps humain et l'interférence de cette onde avec un objet étranger. Une seconde version de l'imageur 2D, constituée de 36 émetteurs, a permis la mesure de la déformation du thorax lors du battement cardiaque ainsi que la propagation de l'onde de pouls au niveau de la carotide. / The aim of the work presented in this dissertation is to develop an airborne ultrasonic system for the contactless measurement of vibrations on the human body surface. The vibration study of the skin surface opens several application fields. The visualization of the surface wave velocity on the skin from the propagation movie allows to characterize the superficial layer elasticity as well as its heterogeneities. From this analysis, objects hidden on or under the skin can be detected for a security purpose. A second application is the observation of the surface vibrations generated by the heartbeat, respiration and pulse wave.The implementation of a first single-channel device allowed the local measurement of vibrations about ten microns order. From this initial work, we developed a 2D airborne ultrasonic imager with high frame rate. It is composed by a 256 microphones square array and by 12 piezoelectric transducers. The main innovation of our approach is the specular surface imaging. Indeed, the skin roughness is negligible compared to the working wavelength, of the centimeter order to limit the air attenuation. To resolve this issue, the imaging process is carried out with an emission/reception beamforming using synthetic aperture and achieved by a sequential emission of spherical waves.After the system characterization, we imaged the surface wave propagation on a phantom mimicking the human body and the interference between this wave and a foreign object. A second version of the 2D imager, composed by 36 emitters, was applied to measure the deformation of the thorax during the heartbeat as well as the pulse wave propagation in the carotid artery.

L'épuration mucociliaire est la première ligne de défense de l'appareil respiratoire. L'altération de l'épuration mucociliaire se traduit par une stagnation et/ou une accumulation de mucus, conduisant potentiellement à des obstructions plus ou moins partielles et à des infections chroniques des voies aériennes. On compte deux grands types d'altération de l'épuration mucociliaire. Le premier est lié aux caractéristiques du mucus, comme dans le cas de la mucoviscidose. Le deuxième est lié à des anomalies de l'ultrastructure du cil et /ou de son battement regroupées sous le terme de "ciliopathies"qui peuvent être soit innées soit acquises.Ce travail, qui s'inscrit dans le cadre clinique de la problématique des ciliopathies respiratoires et de leur prise en charge, a pour objectif de mieux caractériser, à partir des outils de la Biomécanique, les mécanismes du battement ciliaire (incluant une mesure de l'efficacité globale du battement des cils) et à transférer ces connaissances au profit de la clinique.Pour cela une méthodologie de caractérisation systématique de la mécanique ciliaire à partir de prélèvements biologiques issus de patients observés par vidéo-microscopie à haute vitesse a été développée parallèlement au développement d'un modèle numérique intégrant le couplage entre battement ciliaire et transport de fluide. Cette association entre expériences et modèle numérique a permis de proposer un nouvel index utilisable par les cliniciens pour caractériser l'efficacité du battement ciliaire. Cet index présente l'avantage de ne pas exiger de modification de la pratique clinique concernant la collecte de données biologiques / Mucociliary clearance is the first line of defense of the respiratory tract. Alteration of this clearance leads to a stagnation and/or accumulation of mucus, potentially resulting in more or less partially obstructions and in chronic infections of the airways. There are two main types of mucociliary clearance alterations. The first one is linked to the mucus characteristics, as in cystic fibrosis. The second one is connected to cilium ultrastructure abnormalities and/or ciliary beating defects encompassed by the term of "ciliopathies" which may be primary or acquired.This work, which takes place in the clinical issue of respiratory ciliopathies and their care, aims to better characterize, through biomechanics tools, the mechanisms of ciliary beating (including a measurement of the global efficiency of cilia) and to transfer these knowledges in favor of the clinical management.A methodology of systematic characterization of the ciliary mechanics, from biological samples derived from patients observed through high-speed video-microscopy analysis, has been developed as the same time as the development of a numerical model incorporating the coupling between ciliary beating and fluid motion. This association between experiments and numerical model allowed to propose a new index usable by the clinicians to characterize the ciliary beating efficiency. This index has the advantage of not requiring a modification of the clinical practice of biological data collection