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Il existe un réel besoin de développer des matériaux et des technologies avancés pour améliorer l’interface avec le cerveau humain. De tels enregistrements électrophysiologiques sont nécessaires pour des fins diagnostiques ou dans des domaines innovants tels que l’interface homme/machine. Les dispositifs issus de l’électronique organique représentent des alternatives prometteuses grâce à leurs propriétés mécaniques et leur biocompatibilité. L’utilisation de polymères conducteurs ouvre la voie vers une nouvelle interface avec le milieu biologique. Ce travail présente un procédé de fabrication innovant permettant d’intégrer le polymère conducteur PEDOT:PSS sur des électrodes sèches pour une application à l’électroencéphalographie (EEG). L’étape suivante consiste en l’utilisation d’un dispositif actif tel que le transistor organique électrochimique (OECT) afin de profiter de l’amplification locale qu’il permet. Cette dernière est extrêmement importante dans le cas de la neurophysiologie, domaine dans lequel l’amplitude des signaux enregistrés est très basse. En ce sens, l’intégration d’OECTs à des dispositifs d’enregistrement de signaux neuronaux a montré un bien supérieur rapport signal / bruit (SNR) en comparaison à des électrodes conventionnelles. La bioélectronique est un domaine innovant à applications variées. Cette thèse présente la conception et la validation par l’application de dispositifs organiques dans le domaine des neurosciences. D’autres progrès dans les domaines du diagnostic, des biocapteurs, ou de la distribution de médicaments pavent la voie pour de nouvelles applications dans l’agroalimentaire ou encore la qualité de l’eau ou de l’air. / There is a tremendous need for developing advanced materials technologies for interfacing with brain and record neural activity. Such electrophysiological recordings are necessary for diagnostic purposes and brain/machine interfaces. Among the existing technologies, organic electronic devices constitute a promising candidate because of their mechanical flexibility and biocompatibility. The use of conducting polymers, which allow both ionic and electronic transport, allows new modes for interfacing with the biological milieu. This work presents an innovative process to incorporate the conducting polymer poly(3,4-Ethylenedioxythiophene: poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) onto electrodes for applications in electroencephalography (EEG). A step beyond conducting polymer electrodes is provided by the Organic Electrochemical Transistor (OECT). The primary advantage of using active devices is the local amplification they provide. This local amplification becomes extremely important in the case of electrophysiological signals, for which the amplitude is very low. The use of the OECT for various electrophysiological measurements is presented, done for clinical purposes like ECG or EEG, for new marketing studies like EOG, and for more fundamental neurological applications, like the recording in vitro of neuronal unitary activity. Bioelectronics is an inspiring field with broad scope. This thesis deals with applications of organic electronic devices in neuroscience. Other applications in diagnostics, biosensing, or drug delivery will offer huge opportunities for food safety, pollution control or even environmental applications.

A brain-computer interface is a device that uses signals recorded from the brain to directly control a computer. In the last few years, P300-based brain-computer interfaces (BCIs) have proven an effective and reliable means of communication for people with severe motor disabilities such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Despite this fact, relatively few individuals have benefited from currently available BCI technology. Independent BCI use requires easily acquired, good-quality electroencephalographic (EEG) signals maintained over long periods in less-than-ideal electrical environments. Conventional, wet-sensor, electrodes require careful application. Faulty or inadequate preparation, noisy environments, or gel evaporation can result in poor signal quality. Poor signal quality produces poor user performance, system downtime, and user and caregiver frustration. This study demonstrates that a hybrid dry electrode sensor array (HESA) performs as well as traditional wet electrodes and may help propel BCI technology to a widely accepted alternative mode of communication.

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