Reproduction de : Thèse de doctorat : Acoustique : Le Mans : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie électrique : Toulouse, INPT : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 114 réf.

Reproduction : Thèse de doctorat : Génie Physique : Metz : 1991. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques. Index.

Reproduction de : Mémoire du DES : Pharmacie hospitalière et des collectivités : Nantes : 2009. Reproduction de : Thèse d'exercice : Pharmacie : Nantes : 2009. / Bibliogr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie électrique : Toulouse, INPT : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 127 réf.

Th. doct.--Electronique et communications--Paris--ENST, 1996. / Bibliogr. p. 8-21. Notes bibliogr.

Th. doct.-ing.--Toulouse, I.N.P., 1978. N°: 18.

Titre de l'écran-titre (visionné le 19 juin 2023) / Une approche neurochirurgicale impliquant la stimulation intracérébrale profonde peut être utilisée afin d'atténuer les symptômes moteurs de la maladie de Parkinson lorsque l'efficacité des traitements pharmacologiques diminuent. La précision dans le placement des électrodes de stimulation à l'intérieur du cerveau est critique et les bienfaits cliniques qui découlent de cette chirurgie dépendent directement du positionnement des électrodes. Par conséquent, il est essentiel de mettre en œuvre des méthodes qui pourraient conduire à une meilleure précision du placement des électrodes lors de la chirurgie. Certaines méthodes, telles que l'enregistrement par microélectrode (MER) combiné à l'imagerie par résonnance magnétique (IRM), sont actuellement utilisées par les neurochirurgiens afin d'améliorer la précision du placement des électrodes. Le MER permet d'enregistrer les patrons de décharges d'un seul neurone afin d'identifier la cible et de confirmer l'emplacement des électrodes dans le cerveau. Même si le MER améliore le positionnement des électrodes, il a été démontré que cette méthode augmente le risque de saignement, la durée de l'opération ainsi que la quantité d'anesthésie administrée. Des électrodes contenant une sonde optique guidées grâce à la lumière pourraient être grandement utiles afin d'augmenter la précision durant la chirurgie. La spectroscopie de réflectance diffuse (DRS) est l'une des méthodes qui peut être efficace à cet égard. Cependant, un inconvénient possible de cette méthode est l'endommagement potentiel des tissus qui pourrait être causé par le transfert d'énergie et donc de chaleur vers les tissus. L'objectif général de cette étude est d'évaluer si l'utilisation de techniques de guidage optique utilisant la lumière serait sécuritaire afin d'améliorer la précision des chirurgies DBS. Brièvement, le logiciel PyTissueoptics a été utilisé afin de simuler le transport de la lumière dans le tissu cérébral et de trouver le volume quadratique moyen (RMS) d'absorption d'énergie. Avec ces informations en main, le tissu cérébral a été modélisé dans COMSOL afin de simuler la diffusion de la chaleur et de trouver la fraction de dommage. Dans l'ensemble, nos données suggèrent que l'augmentation de la température induite par l'utilisation de la lumière nécessaire au guidage optique est négligeable et ne serait pas suffisante afin d'induire un dommage significatif au parenchyme cérébral. / Deep brain stimulation surgery is commonly used to alleviate motor symptoms of Parkinson's disease (PD) in its late stages when pharmaceutical treatments become less effective. Precision in accurate placement of electrodes in deep brain structures is extremely important in the clinical outcome of the surgery. Therefore, it is essential to implement methods that can provide better accuracy for electrode placement during surgery. Some methods, such as microelectrode recording (MER), following pre-operative MRI trajectory planning, are currently used by neurosurgeons to gain precision during the surgery. MER records single neuron firing patterns in order to identify the target structure and confirm the location of the electrodes in the brain. Even though MER contributes to improved precision in electrode placement, it has been shown to increase bleeding risk, operation time, and either local or general anesthesia. Light-guided probes could be used to gain more precision during surgery. Diffuse reflectance spectroscopy (DRS) is one of the light-guided methods that can be effective in this regard. However, one possible drawback of this method is the potential tissue damage that could be caused by heat transferred to the tissue. The overarching goal of this study is to assess the safety of using light-guided techniques such as DRS, during DBS surgery. To reach this goal, computer simulations have been done with PyTissueoptics to simulate light transport in the brain tissue and find the root mean square (RMS) volume of energy absorbance and heat-up temperature. This information has then been used into COMSOL to simulate heat diffusion in brain tissue. By doing so, we were able to assess the temperature rise, in conjunction with possible fraction of damage that could occur in brain tissue. Using these simulations, we show that light needed for DRS guided surgery induces minimal temperature rise and non-significant damage to brain tissue.

Le stress de cisaillement, une force mécanique générée par l'écoulement des fluides, est un modulateur critique des processus cellulaires tels que la prolifération, la signalisation et l'adhésion. L'étude du stress de cisaillement est essentielle dans les sciences biomédicales et naturelles, offrant des perspectives sur les mécanismes sous-jacents de l'adaptation cellulaire aux environnements mécaniques. Cette recherche utilise la technologie microfluidiques pour étudier systématiquement les effets du stress de cisaillement sur le comportement cellulaire à travers différents modèles biologiques. Dans la première phase, l'étude examine l'influence du stress de cisaillement sur le système reproducteur masculin. En appliquant un stress de cisaillement contrôlé au sein de dispositifs microfluidiques, cette recherche élucide le rôle des forces mécaniques dans la régulation des fonctions cellulaires. La deuxième phase de l'étude s'étend aux cellules amibe unicellulaires, en se concentrant sur l'impact du stress de cisaillement sur leur adhésion et leur motilité, qui sont essentielles à leurs réponses adaptatives dans des environnements dynamiques. Ce travail intègre des approches issues des sciences biomédicales et naturelles, faisant progresser notre compréhension de la mécanotransduction cellulaire sous l'effet du stress de cisaillement. Les résultats soulignent la polyvalence et la puissance des plateformes microfluidiques dans l'exploration des dynamiques cellulaires et contribuent à une compréhension plus approfondie de l'influence des forces mécaniques sur la fonction cellulaire à travers différents systèmes biologiques. / Shear stress, a mechanical force arising from fluid flow, is a critical modulator of cellular processes such as proliferation, signaling, and adhesion. The investigation of shear stress is critical within both biomedical and natural sciences, offering insights into the underlying mechanisms of cellular adaptation to mechanical environments. This research utilizes microfluidic technology to systematically investigate the effects of shear stress on cellular behavior across different biological models. In the first phase, the study examines the influence of shear stress on male reproductive system. By applying controlled shear stress within microfluidic devices, this research elucidates the role of mechanical forces in regulating cellular functions. The second phase of the study extends to the unicellular amoeba cells, focusing on the impact of shear stress on its adhesion and motility, which are vital for its adaptive responses in dynamic environments. This work integrates approaches from both biomedical and natural sciences, advancing our understanding of cellular mechanotransduction under shear stress. The findings underscore the versatility and power of microfluidic platforms in exploring cellular dynamics and contribute to a deeper comprehension of how mechanical forces influence cellular function across different biological systems.

Les systèmes bioélectrochimiques (BES) combinent la biologie et l'électrochimie pour produire de l'électricité ou synthétiser des produits chimiques. Les piles à combustible microbiennes (MFC), un type clé de BES, oxydent la matière organique des eaux usées pour générer de l'électricité, en utilisant des bactéries électrogènes comme biocatalyseurs pour le transfert d'électrons vers des électrodes solides. Leurs principales applications incluent le traitement des eaux usées et la production d'électricité. Cette thèse présente plusieurs MFC nouvellement conçues, en mettant l'accent sur leur rendement énergétique élevé et leur efficacité de conversion des substrats. Le chapitre 1 aborde les besoins énergétiques mondiaux, les BES et les principales techniques utilisées dans la recherche sur les BES, notamment les méthodes électrochimiques, la microfluidique, la spectroélectrochimie et la microscopie électronique à balayage (SEM). Le chapitre 2 détaille la fabrication de dispositifs microfluidiques, incluant des microcanaux en PDMS et des électrodes, ainsi que les protocoles biologiques, les méthodes spectroscopiques, les configurations électrochimiques et les mesures SEM utilisées dans nos projets. Les chapitres 3 à 6 couvrent quatre projets majeurs réalisés durant mon doctorat. Le chapitre 3 utilise la spectroélectrochimie (SEC) pour étudier un dispositif microfluidique à flux laminaire transportant une solution réactive depuis des électrodes en amont jusqu'à une zone de détection spectrale en aval. Cette technique permet de suivre avec succès l'oxydation de l'acide ascorbique (vitamine C) en présence d'interférences biomoléculaires d'une molécule présentant un potentiel redox similaire. Le chapitre 4 explore des expériences à long terme avec un design innovant de MFC à quatre électrodes empilées verticalement, permettant la culture de biofilms de *Geobacter sulfurreducens* sur des électrodes orientées vers le haut et vers le bas. À notre connaissance, il s'agit de la première étude comparant la croissance de biofilms électroactifs (EAB) sous l'influence de champs gravitationnels opposés, démontrant que la production d'énergie et la consommation d'acétate doublent lorsque les quatre électrodes fonctionnent en parallèle. Le chapitre 5 décrit la fabrication de MFC à microcanaux électrodes à l'aide d'une fraiseuse CNC, atteignant une production énergétique élevée et une grande efficacité de conversion d'acétate, notamment dans une MFC à micro-piliers. Le chapitre 6 présente trois MFC à micro-piliers empilées en configurations parallèle et série, fournissant une puissance élevée. L'empilement en série alimente un multisenseur environnemental (température, humidité) ainsi qu'une montre analogique. La thèse se conclut par un résumé des projets et propose des perspectives pour les travaux futurs. / Bioelectrochemical systems (BESs) integrate biology and electrochemistry to generate electricity or synthesize chemicals. Microbial fuel cells (MFCs), a key type of BES, oxidize organic matter in wastewater to produce electricity, with electrogenic bacteria acting as biocatalysts for electron transfer to solid electrodes. Their primary applications are wastewater treatment and electricity production. This thesis presents several newly designed MFCs, focusing on their high-power output and substrate conversion efficiency. Chapter 1 discusses global energy needs, BESs, and the key techniques used in BES research, including electrochemical methods, microfluidics, spectroelectrochemistry, and scanning electron microscopy (SEM). Chapter 2 details the fabrication of microfluidic devices, including PDMS and electrode-based microchannels, as well as biological protocols, spectroscopy, electrochemical setups, and SEM measurements used in our projects. Chapters 3 to 6 cover four major projects conducted during my PhD. Chapter 3 uses spectroelectrochemistry (SEC) to study a laminar flow microfluidic device that transports a reacted solution from upstream electrodes to a downstream spectral detection region. This technique successfully monitors the oxidation of ascorbic acid (vitamin C) in the presence of biomolecular interference from a molecule with overlapping redox potential. Chapter 4 explores long-term experiments with a vertically stacked, four-electrode microfluidic MFC design, which cultivates *Geobacter sulfurreducens* biofilms on upward- and downward-facing electrodes. To our knowledge, this is the first study comparing electroactive biofilm (EAB) growth under opposing gravitational fields, demonstrating that power output and acetate consumption double when four electrodes operate in parallel. Chapter 5 describes the fabrication of electrode-based microchannel MFCs using a CNC milling machine, achieving high-power output and acetate conversion efficiency, particularly in a micro-pillar MFC. Chapter 6 presents three micro-pillar MFCs stacked in parallel and series configurations to provide high-power output. The series stack powers an environmental multisensor (temperature, humidity) and an analog watch. The thesis concludes by summarizing the projects and offering perspectives on future work.