La réalisation de micro et nanomatériaux avec des propriétés contrôlées nécessite le développement de nouvelles voies d’élaboration dites ascendantes « ou Bottom-up ». Les travaux présentés dans ce manuscrit visent à maîtriser la formation d’agrégats de particules colloïdales et de cellules, avec des applications potentielles dans les domaines des biocapteurs, de la microélectronique, de l’optique et de l’ingénierie tissulaire. L’approche proposée pour assembler les particules en structures organisées se base sur l’emploi de la diélectrophorèse, reposant sur l’application d’un champ électrique non- uniforme. L’un des inconvénients de cette technique tient au caractère réversible des assemblages ainsi formés, l’annulation du champ électrique entrainant la redispersion des colloïdes. Afin d’apporter une solution à ce problème, il est possible de recourir à un couplage chimique pour maintenir la cohésion des structures formées dans le milieu liquide. Afin de mieux maîtriser le comportement diélectrophorétique et les réactions chimiques exploitées, des travaux de caractérisation électrique et chimique des particules manipulées ont été réalisés. D’autre part, différents types de microélectrodes ont été étudiées pour la génération du champ électrique nécessaire à l’assemblage. Une nouvelle filière technologique a été développée pour la réalisation de microélectrodes transparentes en ITO et leur intégration en système microfluidique, basée sur l’exploitation du pouvoir isolant d’une fine couche de PDMS micro-structurée. La méthode a été appliquée à la fabrication de microélectrodes « verticales » puis à la réalisation de matrices d’électrodes quadripolaires. Ces dernières ont permis d’obtenir des assemblages permanents de particules de polystyrène fluorescentes présentant des groupements carboxyliques en surface, en combinant l’emploi de la diélectrophorèse négative et l’utilisation d’un agent de couplage chimique (Jeffamine). Des agrégats de cellules HEK 293 ont également été réalisés par diélectrophorèse négative. Nous avons démontré qu’il était possible, sous certaines conditions, de préserver le caractère permanent des agrégats cellulaires après coupure du champ. / The design of micro and nanomaterials with controlled properties requires the development of new bottom- up assembly approaches. The work presented in this manuscript aims to control the formation of aggregates of colloidal particles and cells, with potential applications in the fields of biosensors, microelectronics, optics and tissue engineering. The proposed approach for assembling colloids into organized structures is based on the use of dielectrophoresis, a phenomenon observed when polarizable particles are placed in a non-uniform electric field. One of the drawbacks of this technique is the reversibility of the assemblies thus formed, the cancellation of the electric field causing the redispersion of the colloids. As a solution to this problem, we proposed to use a coupling agent to maintain the cohesion of the structures formed in the liquid medium. In order to better control the dielectrophoretic behavior and the chemical reactions exploited, electrical and chemical characterizations of the manipulated particles were carried out. Moreover, different types of microelectrodes have been studied for the generation of the electric field required for the assembly. A new approach has been developed for the fabrication of transparent micro patterned ITO microelectrodes and their integration in microfluidic systems, based on the exploitation of a thin micro-structured PDMS membrane used as an insulating layer. The method has been applied to the fabrication of "vertical" microelectrodes and of quadrupolar electrode arrays. The latter were used to obtain permanent assemblies of carboxylic acid functionalized, fluorescent, polystyrene particles, by combining negative dielectrophoresis with the use of a chemical coupling agent (Jeffamine). HEK 293 cell aggregates were also produced by negative dielectrophoresis. We have demonstrated that it was possible, under certain conditions, to preserve the permanent character of the cell aggregates after field removal.

La thérapie photodynamique (PDT) est une modalité de traitement des petites tumeurs accessibles à la lumière. Elle repose sur l'action combinée d'un photosensibilisateur qui, en présence d'oxygène et sous l'effet d'une irradiation lumineuse, induit la synthèse d'espèces réactives de l'oxygène cytotoxiques. L'effet tumoricide de la PDT se traduit par des dommages directs sur les cellules ainsi que des dommages indirects de la néovascularisation tumorale et une activation du système immunitaire. Dans cette étude, nous avons démontré dans une première partie l'intérêt de se baser sur la distribution intratumorale de la mTHPC et non pas sur les études de biodistribution pour l'optimisation des conditions de traitement par PDT et en particulier de l'intervalle drogue-lumière (IDL). Un co-ciblage des vaisseaux et du parenchyme tumoral via un fractionnement de l'administration de la mTHPC a permis d'obtenir un taux de guérisons de 100%. Cette efficacité a été corrélée à la potentialisation de la mort des cellules par apoptose et valorisée par son association à des dommages secondaires cutanés restreints. La stratégie de fractionnement de l'administration s'avère donc être très prometteuse dans un contexte clinique. Dans la seconde partie de cette étude, nous avons établi la redistribution de la mTHPC in vivo dans le modèle de la membrane chorioallantoïdienne de poulet (CAM) à partir de formulations liposomales (Foslip®, Fospeg®) et son impact sur les dommages vasculaires photoinduits par la PDT / Photodynamic therapy (PDT) is a therapeutic strategy for the treatment of small localized tumors accessible to the visible light irradiation. It is based on the combined action of photosensitizer (PS), light and molecular oxygen. Tumoricidal effect of PDT is triggered by direct damage of malignant cells and indirect vascular damage followed by an activation of the immune system. The present study investigates the relationship between photoinduced apoptosis in each compartment of interest (vascular versus neoplastic) and mTHPC-PDT treatment efficiency in function of the intratumoral distribution of mTHPC. The latter was defined by the drug-light intervals. In the first part, we demonstrated the importance of the intratumoral distribution of mTHPC to optimize photodynamic parameters. The fractionation of the PS administration permitted to obtain a tumor cure rate of 100% correlated to a massive apoptosis of pathological tissues. Moreover, this treatment strategy induced only limited skin damages and few inflammation which could be an advantage in clinical context. In the second part, we evidenced the mTHPC redistribution from liposomal formulations (Foslip®, Fospeg®) in vivo in the chick chorioallantoic membrane model (CAM) and its influence on photoinduced vascular damage

Les prévisions relatives trafic de données au sein des systèmes de communications sans-fil suggèrent une croissance exponentielle, principalement alimentée par l’essor de transferts vidéo mobiles. Etant donné la nature soudaine et fluctuante des demandes de transfert vidéo, il faut dès à présent réfléchir à de nouveaux algorithmes d’allocation de ressources performants. En effet, les algorithmes en couche physique traditionnels, qui réalisent de l’allocation de ressources sous l’hypothèse classique que les transmetteurs sont toujours saturés avec des bits d’information, risquent à l’avenir de s’avérer inefficients. Pour cette raison, les algorithmes de demain se doivent d’être dynamiques, dans le sens où ils seront capables de prendre en compte la nature stochastique des fluctuations du trafic de données et qu’ils intégreront des informations issus de processus de couches supérieures.L’idée centrale de cette thèse est de développer des algorithmes, travaillant avec des informations issues de la couche PHY et de la couche NET, dans un scénario Multi-cells et MIMO (Multiple Inputs, Multiple Outputs).Plus particulièrement, nous considérons un réseau de stations de base (BS) équipés avec plusieurs antennes, chargés de servir plusieurs terminaux mobiles équipés d’une seule antenne (UT) dans leurs cellules respectives. Ce qui nous différencie des travaux précédents, c’est que nous tenons compte de l’aléa avec lequel des demandes de transferts peuvent arriver et que, pour cette raison, nous modélisons la formation de queue de données au niveau des stations de base. Dans cette disposition, nous développons plusieurs algorithmes multicouches, réalisant de l’allocation de ressources décentralisée, et ce, dans une optique d’efficacité énergétique. En particulier, il s’agit ici de réaliser des algorithmes réalisant du beamforming de façon décentralisée et capables de contrôler des fluctuations de trafic, des algorithmes optimisant l’efficacité énergétique sous une contrainte de qualité de service moyenne, des algorithmes de planification décentralisés dans des scénarios multi-cellulaires. Dans cette perspective, nous choisissons de recourir non seulement à des outils d’optimisation de la théorie de Lyapunov, mais également à la théorie des matrices aléatoires et à la théorie du contrôle stochastique. / Future wireless communication systems are expected to see an explosion in the wireless traffic which is mainly fueled by mobile video traffic. Due to the time varying and bursty nature of video traffic, wireless systems will see a widerrange of fluctuations in their traffic patterns. Therefore, traditional physical layer based algorithms which perform resource allocation under the assumption that the transmitters are always saturated with information bits, might no longer be efficient. It is, thus, important to design dynamic resource allocation algorithms which can incorporate higher layer processes and account for the stochastic nature of the wireless traffic.The central idea of this thesis is to develop cross-layer design algorithmsbetween the physical and the network layer in a multiple input multiple output (MIMO) multi-cell setup. Specifically, we consider base stations (BSs) equipped with multiple antennas serving multiple single antenna user terminals (UTs) in their respective cells. In contrast to the previous works, we consider the randomness in the arrival of information bits and hence account for the queuing at the BSs. With this setup, we develop various cross-layer based resource allocation algorithms. We incorporate two important design considerations namely decentralized design and energy efficiency. In particular, we focus on developing decentralized beamforming and traffic flow controller design, energy efficient design under time average QoS constraints and decentralized scheduling strategy in a multi-cell scenario. To this end, we use tools from Lyapunov optimization, random matrix theory and stochastic control theory.

Le Mélanome Uvéal (MU) est la tumeur de l’œil la plus fréquente dans les adultes. Aucune thérapie pour la prévention ou le soins des métastases a donné preuve d’efficacité. Nous avons établi 7 lignées cellulaires de MU à partir soit de la tumeur du patient soit du matériel tumorale provenant de xénogreffes dérivées de patients (Patient-derived Xenografts, PDXs). Ces lignées cellulaires présentent les altérations cytogénétiques et les mutations « drivers » qui ont été jusqu’au présent identifiées dans la maladie; quatre d’entre elles présentent une déficience de la protéine BAP1 (BRCA1 associated protein-1), l’ altération qui caractérise la progression tumorale dans le MU. Cette collection de lignées a été utilisée pour identifier des nouvelles stratégies thérapeutiques. Une analyse in vitro avec une série d’inhibiteurs specifiques des vois de signalisation MEK/ERK, PKC, et PI3K/mTOR a montré l’efficacité de l’inhibiteur de mTOR Everolimus sur la prolifération cellulaire, effet qui a été confirmé dans 4 PDXs ou le composé a ralenti significativement la croissance cellulaire. Nous avons ensuite effectué une analyse systématique de la synergie en combinant les inhibiteurs. La synergie la plus importante est produite par l’association d’ Everolimus et de l’inhibiteur de PI3K GDC0941, résultat confirmé par une forte augmentation de l’apoptose quand les 2 drogues sont utilisées en combinaison. Pour conclure nous avons établi un instrument utile pour l’étude préclinique du MU . Nos résultats montrent que Everolimus est efficace dans l’inhibition de la croissance de MU in vitro et in vivo et que la combinaison d’un inhibiteur de mTOR et d’un inhibiteur de PI3K est très efficace dans l’induction de l’apoptose des cellules de MU. Enfin, des dérivées de la vitamine D pourraient exercer un effet antiprolifératif spécifique sur les MU avec mutation de BAP1. / Uveal melanoma (UM) is the most common primary tumor of the eye in adults. There is no standard adjuvant treatment to prevent metastasis and no effective therapy in the metastatic setting. We have established a unique panel of 7 UM cell lines from either patient’s tumors or patient-derived tumor xenografts (PDXs). These cell lines bear the cytogenetic alterations and driver mutations associated with UM so far. Importantly four of them display BAP1 (BRCA1 associated protein-1) deficiency, the hallmark of tumor progression in UM. We used this panel of cell lines to identify novel therapeutic strategies for UM patients. In vitro analysis of a series of specific inhibitors of the MEK/ERK, PKC and PI3K/mTOR pathways showed the efficacy of mTOR inhibitor Everolimus in reducing the viability of UM cell lines, a finding confirmed by significantly delayed tumor growth in 4 PDXs. We then preformed a systematic analysis of drug synergy examining the effect of combinations of the selected inhibitors. The best synergy was found with PI3K inhibitor GDC0941 and Everolimus. This was confirmed by a strong increase in apoptosis with this drug combination. In conclusion we have established an useful tool for performing preclinical studies in UM . Our results show that Everolimus efficiently inhbits UM growth in vitro and in vivo, and that mTOR inhibition coupled with PI3K inhibition is a highly effective in inducing apoptosis in UM cells. Finally Vitamin D derivatives might possibly exert a specific anti proliferative effect on BAP1 mutated UM cell lines.

Le cortex cérébral primate a subi des modifications majeures pendant l'évolution qui ont permis le développement de fonctions cognitives supérieures. Un accroissement massif a eu lieu avec l'extension spécifique des couches supragranulaires et une forte expansion tangentielle. Le cortex primate ne possède pas uniquement davantage de neurones, comparé au rongeur, mais aussi des différences qualitatives. Ceci suggère des différences qualitatives pendant le développement du cortex.Une zone proliférative corticale supplémentaire a été identifiée chez le singe macaque: la zone subventriculaire externe (OSVZ) supposée être impliquée dans l'expansion du cortex primate. Mais les propriétés des précurseurs de l'OSVZ restent mal connues. Des techniques de microscopie en temps réel et d'immunofluorescence ont permis de réaliser une description exhaustive des précurseurs de l'OSVZ et de leurs propriétés chez le singe macaque.Nos résultats mettent en évidence des différences primates/rongeurs majeures. Les observations en temps réel révèlent des capacités prolifératives bien plus importantes des précurseurs. Les précurseurs primates de l'OSVZ présentent des taux de prolifération variables pendant la corticogenèse liés à la cinétique du cycle cellulaire. Nos enregistrements ont permis la génération d'une grande base de données de propriétés et lignages de précurseurs et la mise en évidence d’une diversité morphologique inattendue. 5 types ont été identifiés. Impliqués dans des lignages complexes, chaque type a la capacité de s'auto-renouveler et de générer directement des neurones. Parallèlement, nous avons développé une méthode de classification non supervisée des précurseurs corticaux. Cette technique a identifié les mêmes 5 types de précurseurs.Les résultats de cette thèse apportent de nouveaux éléments dans la compréhension des spécificités de la corticogenèse primate qui contribuent à l'expansion corticale et au développement de capacités cognitives supérieures. / The primate cerebral cortex underwent major modifications during evolution that enabled the development of high cognitive functions. A massive enlargement occurred with the specific expansion of the supra granular layers and the apparition of new frontal areas. Not only quantitative differences are found compared to the rodent but also qualitative differences. This points to potential qualitative differences in primate cortical development. An extra proliferating zone had already been identified during macaque corticogenesis: the outer subventricular zone (OSVZ). This zone is assumed to play a key role in the expansion of the primate cortex but the cellular and functional properties of OSVZ precursors remain elusive. We used quantitative long-term time-lapse video-microscopy (TLV) and immunofluorescence in and ex vivo to perform a detailed and exhaustive description of OSVZ precursor types and proliferative abilities at different stages of macaque cortical development. Our results highlight major rodent/primate differences. TLV observations revealed a much higher proliferative potential of OSVZ compared to the rodent SVZ. We report variable rates of proliferation linked to cell-cycle duration in a stage-specific manner. TLV recordings allowed the formation of a large database of primate precursor properties and lineages. This dataset unravelled an unexpectedly high diversity of OSVZ precursor morphologies. Five precursor types were identified. Involved in complex lineages, each precursor type can self-renew and directly generate neurons. In a parallel approach, we developed an unbiased clustering tool to automatically classify cortical precursors. This technique returned the same five precursor types as the morphological categorization. The results of this PhD thesis provide new insights into primate specificities during corticogenesis that contribute to cortical expansion and to the development of higher cognitive abilities.

La présente thèse vise à caractériser le comportement mécanique à la ruine de poutres métalliques avec ouvertures, de formes et de tailles variables, renforcées ou non par raidisseurs. L’étude s’intéresse à des poutres de dimensions réalistes et s’appuie sur une combinaison de différentes approches : essais, modèles éléments finis et modèles analytiques. Les raidisseurs sont généralement utilisés pour corriger certaines faiblesses au niveau du comportement mécanique autour des ouvertures. Autour des ouvertures rectangulaires, ces raidisseurs, disposés verticalement ou horizontalement, ont fait l’objet de peu d’études scientifiques publiées. Généralement, le comportement des poutres à ouvertures d’âmes est considéré comme étant similaire à celui d’une poutre échelle (ou poutre Vierendeel) chargée aux noeuds. Cette hypothèse permet de considérer que les membrures de l’ouverture sont soumises à un moment fléchissant local bi-triangulaire sur la longueur de l’ouverture. Cependant, la distribution du moment fléchissant, et de ses contraintes axiales, le long d’une membrure peut s’avérer être plus complexe et dépend de la forme de l’ouverture (rectangulaire, hexagonale, circulaire, sinusoïdale ou quelconque), de la position de l’ouverture le long de la poutre et enfin, du type de chargement (concentré ou uniformément réparti). Plusieurs études numériques et expérimentales ont déjà été menées sur les poutres à ouvertures d’âmes et ont permis de développer différentes approches analytiques en vue de décrire leurs comportements. Cependant, ces modèles montrent certaines imprécisions ou insuffisances pour différents types et dimensions d’ouvertures notamment les ouvertures rectangulaires. Les travaux présentés dans cette thèse font le point sur les principaux modèles existants de calcul de résistance des poutres avec ouvertures d’âmes. Ils présentent notamment leurs avantages et limites. Pour conforter les descriptions basées sur les analyses bibliographiques, une campagne expérimentale est réalisée pour valider un modèle éléments finis développé dans le cadre de l’étude. Les essais s’appuient sur des tronçons de poutres de dimensions réalistes avec différentes configurations d’ouvertures isolées renforcées ou non par des raidisseurs. Les mesures autour de l’ouverture utilisent des jauges de déformation pour analyser le profil des contraintes et son évolution, au cours du chargement, dans différentes sections critiques. Les essais sont menés jusqu’à la ruine qui s’est développée généralement par une combinaison de comportement élasto-plastique et d’instabilité locale autour des ouvertures. Certaines ruines se sont produites par rupture en traction-cisaillement de l’acier dans des zones critiques. Les analyses numériques et expérimentales ont permis d’étudier l’influence de différentes conditions sur la distribution des contraintes, notamment axiales, au sein d’une membrure d’ouverture, en vue d’évaluer son potentiel de voilement local qui reste un phénomène complexe à appréhender. Elles ont permis aussi de comprendre le fonctionnement mécanique des ouvertures renforcées par des raidisseurs de différentes dimensions et positions. L’étude paramétrique menée, en utilisant le modèle éléments finis validé par essai, a permis d’évaluer la pertinence des hypothèses retenues dans les approches analytiques existantes. Ces analyses ont permis aussi de proposer un modèle analytique tenant compte du comportement d’ouvertures isolées avec ou sans raidisseurs. / The present thesis aims to characterize the mechanical behavior to failure of steel beams with openings, with variable shapes and sizes, reinforced or not by stiffeners. The study considers beams of realistic dimensions and combines different approaches: tests, finite element models and analytical models. The stiffeners are generally used to improve some weaknesses in the mechanical behavior around the openings. Around rectangular openings, these stiffeners, in vertical or horizontal arrangements, have been the subject of limited number of scientific publications. In general, the behavior of beams with web openings is considered similar to that of Vierendeel beams with loads applied at the nodes. This hypothesis allows to consider that each frame around the opening is characterized by a bi-triangular local bending moment along the frame elements. In fact, the bending moment distribution, and their resultant axial stresses, along a frame can be more complex and depends on the shape of the opening (rectangular, hexagonal, circular, sinusoidal or any), the position of the opening along the beam and finally, the type of loading (concentrated or uniformly distributed). Several numerical and experimental studies have been conducted on the beams with web openings and different analytical approaches have been developed to describe and predict the behavior of these beams. However, these models show some inaccuracies or inadequacies depending on the types and dimensions of openings including rectangular openings. The work presented in this thesis examines the main existing models predicting the resistance for beams with web openings. It shows their advantages and limits based on the existing but limited results. To obtain additional and specific results to be used in the comparisons and to validate a finite element model developed within the framework of the study, an experimental campaign is carried out. The tests are focused on beams of real dimensions with different configurations of isolated openings reinforced or not by stiffeners. The measurements around the opening use strain gauges to analyze the stress profile and its evolution, during loading, in different critical sections. The tests are carried out until failure generally characterized by a combination of elastic-plastic behavior and local instability around openings. Some final failures occurred by tensile-shear fracture of steel in some critical zones. Numerical and experimental analyzes are performed to study the influence of various conditions on the stresses distributions, in particular axial stresses, within the frames around the openings. The stress distribution is mainly observed to evaluate the local buckling potential that remains a complex phenomenon difficult to predict. The results are also analyzed to understand the mechanical behavior of the openings reinforced by stiffeners of different dimensions and positions. The parametric study conducted using the validated finite element model allows evaluating the relevance of the assumptions considered in the existing analytical approaches. These analyzes made it possible to propose an analytical model taking into-account the behavior of isolated openings with or without stiffeners.

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l’élaboration de couches minces des biomatériaux biomimétiques nanostructurées par des techniques lasers pulsés et leur évaluation de point de vue physico-chimique et biologique (biocompatibilité, prolifération et différentiation cellulaires avec des biomatériaux). Le but vise à développer une nouvelle méthode de recouvrement d’implants osseux par des techniques laser pulsé avancées (PLD – Pulsed Laser Deposition et MAPLE - Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation). Ces techniques sont utilisées pour la synthèse d’un système biphasique composé de nanoparticules d’hydroxyapatite (HA) associées à des protéines d’adhérence type fibronectine (FN) et vitronectine (VN) déposées sur un substrat type titane. Le support métallique permettra de maintenir la rigidité mécanique, l’hydroxyapatite favorisera la bio-intégration dans le tissu osseux et les protéines accélèreront l’adhérence cellulaire. L’objectif principal est d’accélérer l’adhérence des cellules et formation des tissus sur les implants. Les études de prolifération et différentiation cellulaire suggèrent une prédisposition des cellules à la prolifération induite par les revêtements VN et à la différentiation stimulée par les revêtements FN. Les effets significatifs sur l’attachement, l’adhésion et la prolifération observés dans nos études sont très importants pour la première phase de stabilité mécanique d’un implant. Les couches HA/protéines déposées par laser pourraient permettre de réduire cette phase. / The work presented within the thesis concern the fabrication of biomimetic nanostructured biomaterial thin films by pulsed laser techniques and their evaluation from the physico-chemical and biological (cellular biocompatibility, proliferation and differentiation) points of view. The aim is to develop a new method for coating the osseous implants by advanced pulsed laser techniques (PLD – pulsed laser deposition and MAPLE – matrix assisted pulsed laser evaporation). These techniques are used for the fabrication of a biphasic system composed of hydroxyapatite (HA) nanoparticules associated with large adhesion proteins as e.g. fibronectin (FN) and vitronectin (VN) deposited on a titanium substrate. The metallic substrate will allow keeping the mechanical rigidity; the hydroxyapatite will favor the bio-integration in the osseous tissue while the proteins will accelerate the cellular adhesion. The main objective is to speed up the cellular adhesion and the formation of new tissue around the implant. The cellular proliferation and differentiation studies demonstrated a predisposal to cell proliferation induced by the VN coatings and to cell differentiation by FN. The significant effects on the cell adhesion, proliferation and differentiation observed in our studies are of great importance for the mechanical stability phase of the implant. The layers HA/proteins deposited by laser could reduce the time of this phase.

Les agrégats cellulaires constituent un modèle intermédiaire entre les cellules uniques et les tissues cellulaires et sont utilisés dans de nombreux domaines tels que l’ingénierie tissulaire et le criblage de médicaments in vitro. La création de tels agrégats cellulaires dont les propriétés et la taille seraient contrôlées nécessite cependant le développement de nouvelles approches ascendantes. Le travail présenté dans ce manuscrit vise à développer des microsystèmes pour la formation contrôlée d’agrégats de cellules sous flux via des champs électriques. Cette approche se base sur la diélectrophorèse (DEP), un phénomène induisant le déplacement des particules diélectriques lorsqu’elles sont placées dans un champ électrique non-uniforme. Un outil de calcul, MyDEP, a tout d’abord été développé afin d’être en mesure de prédire le comportement des cellules en suspension dans un certain milieu. Cet outil permet d’étudier la réponse diélectrique des particules et des cellules en fonction de la fréquence du champ. Il contient une base de données regroupant les propriétés diélectriques des cellules publiées dans la littérature afin d’aider tant les spécialistes que les utilisateurs néophytes à comprendre le comportement diélectrophorétique des particules et des cellules ainsi qu’à choisir les paramètres expérimentaux tels que la conductivité électrique du milieu et la fréquence du champ préalablement aux manipulations expérimentales en laboratoire. Différents designs pour le piégeage de cellules sont proposés avec les simulations, par la méthode des éléments finis en utilisant COMSOL Multiphysics, associées. Leur fabrication a nécessité le développement d’une méthode d’alignement reproductible, précise au micromètre, des microcanaux d’un polymère appelé le polydiméthylsiloxane (PDMS) avec des électrodes coplanaires en titane/platine déposées sur du verre via l’utilisation d’une aligneuse de masques conventionnelle. La méthode est basée sur l’utilisation d’un moule en silicium associé à un sarcophage en Poly(methyl methacrylate) (PMMA) afin de garantir le contrôle du parallélisme entre les parties supérieure et inférieure du PDMS moulé. Les puces contenant les différents designs de piégeage ainsi fabriquées ont été testées avec succès sur des cellules rénales embryonnaires humaines (HEK) à l’aide d’une installation expérimentale démontrant par la même la capacité des puces à créer des agrégats constitués d’un nombre contrôlé de cellules par diélectrophorèse. Les agrégats ainsi formés se sont avérés stables après 5 minutes de contact cellule à cellule sans qu’une séparation des cellules n’ait été observée. Le design d’un capteur par impédance a par ailleurs été proposé pour caractériser tant les cellules uniques que les agrégats cellulaires avant et après la chambre de piégeage. Celui-ci, associé au design de piégeage par DEP, a été testé expérimentalement avec succès pour détecter leur passage. / Cell aggregates are an intermediary model between single cells and cell tissues used in many applications such as tissue engineering and in vitro drug screening. The creation of cells aggregates of controlled size and properties requires the development of new bottom-up strategies. The work developed in this manuscript aims at presenting the development of microsystems for the electric force-driven controlled formation of cell aggregates under flow conditions. This approach is based on dielectrophoresis, a phenomenon that causes induced motion on dielectric particles placed in a non-uniform electric field. A computational tool, MyDEP, was first developed in order to predict the behavior of cells in a specific medium. It allows to study the dielectric response of particles and cells as a function of frequency. The software also includes a database gathering cell dielectric models available in the literature to help experienced users as well as neophytes to understand the dielectrophoretic behavior of particles and cells and to choose parameters such as electric conductivity of the medium and frequency before performing laboratory experiments. Different designs for cell trapping are proposed and simulated in 2D with FEM using COMSOL Multiphysics. Their fabrication implied the development of a reproducible method for μm precision alignment of microchannels in a polymer called polydimethylsiloxane (PDMS) with coplanar titanium/platinum electrodes deposited on glass, using a conventional mask aligner. It is based on the use of a silicon mold in combination with a Poly(methyl methacrylate) (PMMA) sarcophagus for precise control of the parallelism between top and bottom surfaces of molded PDMS. The trapping design based on coplanar electrodes was successfully tested experimentally on human embryonic kidney cells (HEK) with an automated setup. It proves its capability to create aggregates of a controlled number of cells with DEP. The cell aggregates proved to be stable (no disruption) after only 5 minutes of cell-cell contact. An impedance-based sensor design was proposed for characterizing single cells and cells aggregates before and after the trapping chamber. This sensor was successfully tested experimentally to detect particle passage in combination with the dielectrophoretic trapping design.

De nos jours, il est crucial pour les industries de réduire leur consommation énergétique. Pour les industries du transport, cela peut se faire par le biais de l’allègement des pièces de structure. Dans ce contexte, les structures cellulaires représentent une des solutions les plus prometteuses. Grâce au développement de la fabrication additive, l’élaboration de telles géométries complexes n’est plus un frein à leur utilisation. Néanmoins, cette dernière restera limitée tant que les propriétés mécaniques – et plus particulièrement la résistance en fatigue pour les pièces aéronautiques – ne seront pas maîtrisées. Ce travail de thèse a pour objectif de déterminer les mécanismes qui gouvernent le comportement en fatigue de ces structures cellulaires. Pour cela, le travail s’est focalisé sur l’élement unitaire les constituant : la poutre. Des éprouvettes minces représentatives de la poutre ont été élaborées par Electron Beam Melting puis caractérisées à l’état brut de fabrication à l’aide de différentes techniques (tomographie aux rayons X, microscopie optique et électronique, …). Leurs propriétés statique et cyclique en traction ont ensuite été évaluées. L’état de surface et en particulier les défauts d’entaille ont été identifiés comme responsable de la perte de résistance. L’impact de ces défauts sur la résistance en fatigue a été prédit avec succès par le biais de diagrammes de Kitagawa. L’impact de l’orientation de fabrication a également été observé et prédit. Différents post-traitements ont ensuite été utilisés afin d’améliorer ces propriétés. Le polissage chimique et le grenaillage ultrasonique ont réduit de manière significative la criticité des défauts de surface ce qui a grandement amélioré les propriétés mécaniques des éprouvettes, jusqu’à se rapprocher de celles obtenues après usinage. Par ailleurs, la compression isostatique à chaud a provoqué la fermeture de l’entièreté des défauts internes ainsi qu’un grossissement de la microstructure. Ce dernier point permet une amélioration supplémentaire de la performance en fatigue une fois combiné avec un traitement de surface. Enfin, une méthode permettant de détecter automatiquement tous les défauts d’entailles et de déterminer leur criticité et leur influence sur la résistance en fatigue a été proposée et discutée. Elle a ensuite été appliquée avec succès aux échantillons attaqués chimiquement mais des modifications demeurent nécessaire pour l’appliquer à d’autres états de surface. / Nowadays, reducing the energy consumption is crucial for most of the industries. For transportation industries, it can be achieved through weight reduction. In this context, cellular structures turn out to be one of the most efficient solution. Thanks to the development of additive manufacturing, producing such complex geometries is no longer an issue. However, their use will remain limited as long as their fatigue performances are not known. This PhD work aimed at understanding the mechanisms that govern the fatigue behaviour of such cellular structures. It was first decided to focus on their unitary element, i.e. a single strut. Single struts samples were manufactured by Electron Beam Melting and then characterized in as-built conditions using different experimental techniques (X-ray tomography, optical and electron microscopy, etc.). Their static and cyclic tensile properties were then evaluated. The rough surface and in particular notch-like defects were found to be responsible for the knockdown of the mechanical properties. Regarding the fatigue resistance, their detrimental impact was predicted using Kitagawa diagrams. It also enabled to explain the impact of the build orientation. Different post-treatments were used in order to improve these mechanical properties. Chemical etching and ultrasonic shot peening (USP) significantly reduced the severity of surface defects of as-built thin struts and thus increased their mechanical properties. After USP, the fatigue properties of machined samples were almost matched. Hot Isostatic Pressing lead to the closure of all internal defects and to the coarsening of the microstructure. When combined with one of the surface treatments, the fatigue properties were further improved. Finally, a method enabling to systematically and automatically extract from the surface the most critical defects and quantitatively analyze their influence on fatigue life was proposed and discussed. It was successfully applied to chemical etched samples but improvements are mandatory for other surface conditions.

La tomographie de cohérence optique plein champ est une technique de microscopie permettant d’imager un plan d’intérêt en profondeur dans un milieu diffusant. Cette technique a été utilisée pour l’examen de pièces opératoires dans un but de diagnostic en cancérologie. L’utilisation de cette technique permettrait en effet de fournir un outil de diagnostic peropératoire rapide et fiable, évitant ainsi de nombreuses procédures de réopération. Ces réopérations peuvent survenir lorsque – lors du diagnostic final par analyse de coupes histologiques – le pathologiste décèle la présence de tissus cancéreux restant, non retirés au cours de l’opération.L’OCT plein champ a montré de bons résultats pour cette application. Néanmoins, cette technique ne fournit qu’un contraste morphologique des tissus, ne permettant pas d’utiliser des critères de qualification des pièces opératoires basées – par exemple – sur la morphologie ou la densité cellulaire.Nous avons développé une nouvelle modalité d’imagerie basée sur l’OCT plein champ permettant de révéler un contraste métabolique dans le tissu à une échelle subcellulaire. Ce contraste permet de révéler les cellules précédemment non distinguées en OCT plein champ. Nous avons également utilisé la mesure quantitative de cette modalité pour réaliser des outils d’aide au diagnostic utilisant des approches d’apprentissage par ordinateur. / Full filed optical coherence tomography is a microscopy imaging technique allowing to image a specific slice in a scattering medium, in depth. This technique has been used for the diagnosis of biopsy in cancerology. This technique could be an efficient and fast way to diagnose excised tissues during surgery. This would avoid numerous reoperations procedures. These reoperations are necessary when a pathologist suspects cancerous tissue to still be present in the patient, based on histological slide examination.FFOCT has shown promising results for that purpose. Nevertheless, this technique only gives a morphological contrast of tissues, which is not enough for applying some diagnostic criteria such as cell morphology or cell density.We developed a new imaging modality based on FFOCT allowing to reveal metabolic contrast in tissues at the subcellular scale. This contrast reveals cells previously indistinguishable with FFOCT. We also used this quantitative metric to propose tools to facilitate diagnosis, using machine learning approaches.