Au cours du développement du cancer, la migration des cellules cancéreuse en 3D joue un rôle essentiel dans le processus de dissémination des métastases. L’étude de la migration cellulaire dans des matrices 3D ainsi que les conséquences induites sur cette matrice sont actuellement étudiées par plusieurs équipes de recherche. Notamment, la réorganisation de la matrice extracellulaire et plus précisément les déplacements des fibres de la matrice induits par les forces que la cellule exerce sont des études en plein essor. Nous avons étudié comment les cellules cancéreuses migrent dans des gels 3D en utilisant du collagène et de la fibronectine pour mimer la matrice extracellulaire des tissus. Nous avons utilisé un microscope confocal afin de visualiser le cytosquelette d’actine des cellules en fluorescence et les fibres de collagène en réflexion. Dans ce travail,nous avons utilisé différentes concentrations de collagène et des lignées cellulaires d’invasivités différentes. A partir des films 3D obtenus en microscopie, nous avons déterminé la vitesse et la persistance des cellules cancéreuses en fonction de leur invasivité et de la concentration de collagène. La vitesse augmente avec l’invasivité cellulaire et diminue avec l’augmentation de la concentration en collagène. La persistance ne dépend que de la concentration en collagène et décroit avec celle-ci. Nous avons également calculé les champs de déplacement des fibres de collagène à l’aide d’un programme de corrélation de volume. Nous avons pu étudier ces champs de déplacement en fonction du type de migration de la cellule, de l’invasivité cellulaire et de la concentration en collagène des gels. Nous avons montré que les normes de vecteurs de déplacement augmentent avec l’invasivité cellulaire et diminuent avec l’augmentation de concentration en collagène. Enfin, ces champs de déplacement nous ont permis de déterminer les étapes des migrations mésenchymateuse et amiboïde en 3D. Nous avons découvert 5 étapes pour la migration mésenchymateuse correspondant au repos de la cellule, à la création d’une extension membranaire, à l’adhésion de la cellule aux fibres, au détachement de l’arrière du corps cellulaire afin de permettre à la cellule de migrer et à la dissolution de l’adhésion cellule/fibre. 4 étapes ont été déterminées pour la migration amiboïde et correspondent au repos de la cellule, à la création d’une extension membranaire, au déplacement de la cellule en poussant sur son environnement et à la rotation de la cellule. Ces étapes associées à des champs de déplacement sont en accord avec la littérature et nous avons pu mettre en évidence de nouvelles étapes comme la rotation de la cellule dans la migration amiboïde.Ces résultats permettent de mieux comprendre comment se déroule la migration des cellules cancéreuses dans une matrice extracellulaire. / 3D migration of cancer cells plays an essential role in the dissemination of cells during metastasisin cancer. The behavior of cancer cells migrating in a 3D extracellular matrix and its consequences on themicroenvironment are still currently under investigation. The study of the reorganization of the extracellular matrixfibers and more precisely how the fibers move due to the forces that the cell exerts just start to be investigating.We studied how cancer cells migrate in 3D gels using collagen and fibronectin to mimic the extracellularmatrix. We used confocal microscopy to image the actin cytoskeleton of cells in fluorescence and fibers in reflectionover time. In our studies, we used different collagen concentrations and cell lines with different invasivities. Fromthese 3D movies, we determined cancer cell velocities and persistence as a function of collagen gel concentration aswell as cell invasiveness. The cells velocities increase with invasiveness and decrease with collagen concentration.As for persistence, it decreases with collagen concentration but it do not change with cells invasiveness. We alsocalculated the displacement field of the collagen using a volume correlation program. Using this information, westudied the fibers displacement induced by the cell depending on its migration type, its invasivity and the collagenconcentration. We showed norms of fibers deplacement vectors increase with cell invasiveness and decrease withcollagen concentration. Finally, the displacement fields enabled us to determine the migration steps of mesenchymaland amiboid migrations. We discovered 5 steps in mesenchymal migration : cell rest, creation of extension, adhesionof the cell to the fibers, detachment of the cell rear and dissolution of cell/fibers adhesions. 4 steps have beencharacterized in amiboid migration : cell rest, creation of extension, displacement of the cell by pushing on fibersand rotation of the cell. These steps associated with displacement fields are in agreement with litterature and wehighlighted new steps as the rotation of the cell in amiboid migration.Taken together these results enable us to better understand how the migration of cancer cells takes place in a3D matrix.

Le travail présenté dans ce mémoire consiste à adapter la méthode de corrélation d'images numériques (CIN) pour la gestion des discontinuités du milieu et de la transformation. Le cadre d'utilisation des méthodes optiques de mesure i.e. celui de la mécanique des milieux continus, impose une continuité matérielle : i) du domaine et ii) de la transformation. Pour traiter les discontinuités en question, on peut reconsidérer la continuité (milieu et transformation) par morceaux. Dans le cadre de la CIN, cela se traduit par la possibilité d'adapter localement la forme et la taille des fenêtres de corrélation à la zone d'intérêt et à sa cinématique. Pour ce faire, il est possible d'utiliser des masques : un masque-objet pour traiter les discontinuités du milieu et un masque-discontinuité pour traiter les discontinuités de la transformation. Cependant, avant l'implémentation des masques dans la procédure de corrélation, plusieurs essais expérimentaux de déplacement sur des modèles comportant les deux types de discontinuité, ont été conduits. Ces essais ont permis de prouver l'influence des discontinuités sur la dégradation de la précision de mesure par CIN. Ensuite, des essais de traction ont été menés sur une éprouvette en polycarbonate conduisant à un mode I d'ouverture ou de fermeture de fissure. Après l'implémentation des masques dans le logiciel de corrélation Correla, le calcul des champs de déplacement et de déformation a été opéré avec succès à la surface de cette éprouvette, démontrant ainsi l'efficacité de la CIN adaptée. / The development of the digital image correlation method (DIC) for the management of discontinuities of the material and the transformation is discussed in this thesis. As we know, the framework for the use of the optical measurement methods i.e. of continuum mechanics requires a continuity of: i) domain and ii) transformation. To treat those discontinuities, we can consider a piecewise continuity (material and transformation). In the case of DIC method, this can be done by adapting locally the shape and size of the correlation subsets to the zone of interest and its kinematics. A novel way to do it, is by using masks: an object mask to process material discontinuities and a discontinuity mask to process transformation discontinuities. However before the implementation of masks in the correlation process, several experimental displacement tests on models reproducing the two types of discontinuity at small scale were performed. Those tests proved the influence of discontinuities on the degradation of the measurement accuracy by DIC. Then, tensile tests were conducted on a polycarbonate made specimen knowing a mode I opening or closing crack. After implementing masks in the correlation software Correla, the calculation of displacement and deformation fields was successfully performed on the surface of this specimen for all its edges, demonstrating the effectiveness of the adapted DIC.

Les structures géologiques sont le plus souvent dessinées par interpolations de données dispersées. Un problème est de pouvoir contraindre ces interpolations par des règles géométriques et cinématiques. La méthode dite de l'équilibrage des structures en coupe illustre ce principe. Pour tester la compatibilité de structures à déformation hétérogène, on peut les diviser en éléments dont on considère la déformation comme homogène, mais cette technique est limitée. Une autre méthode, pour s'assurer de la compatibilité géométrique de zones plissées-faillées, consiste à tester la possibilité de restaurer de telles surfaces à leur état initial. Le principe de la méthode est de décrire ces surfaces par des éléments rigides plans et de les rabattre dans le plan horizontal par un programme de calcul (minimisation automatique de vides et de recouvrements). En dépliant différents blocs et en ajustant ces blocs le long de failles, il est possible de retrouver l'état antérieur à la déformation (continue et discontinue). Le programme (UNIX, FORTRAN, station de travail), a été initialement testé sur des exemples théoriques et expérimentaux, puis appliqué à des structures naturelles (gisements pétroliers) avec les applications suivantes: (1) en zone pétrolifère (ou minéralisée), le but est de dessiner au mieux les structures associées aux failles qui peuvent faire office de piège, ce qui permet de mieux contraindre les capacités du gisement et sa géométrie; (2) en l'utilisation plus géodynamique, le champ de déplacement fini associé à la déformation, traduite par les plis et les failles, peut être étudié.