Le procédé de placement robotisé de fibres sèches permet de réaliser des préformes fibreuses par juxtaposition et stratification de fils, destinées à la fabrication de pièces composites structurelles optimisées. Un pilote de laboratoire a été développé afin d’étudier le comportement des fils au cours du processus de fabrication et d’établir des relations entre les caractéristiques physiques de la préforme et des fils utilisés pour la fabriquer. Une étude est réalisée par analyse mécanique dynamique (DMA) sur le fil sec issu directement d’une bobine et sur le même fil après dépose afin de mettre en évidence l’influence du moyen de dépose sur l’orientation des fibres constituant le fil et sur la dispersion des propriétés mécaniques mesurées. Trois types de préforme quasi-isotropiques sont produites présentant chacune une architecture particulière représentative de configurations observables à l’échelle industrielle : nominale, avec des espacements entre fils et avec des recouvrements de fils. L’analyse du comportement en compression transverse des préformes montre qu’elles ont un comportement distinct. En revanche le paramètre de perméabilité hydraulique ne permet pas de singulariser l’architecture des préformes. Dans le but de relier les caractéristiques des fils à celles des préformes et de prédire la perméabilité hydraulique des préformes, leurs propriétés en compaction et les caractéristiques élastiques des composites finaux obtenus, un modèle unifié basé sur un calcul microporomécanique est proposé. Il est basé sur la connaissance des fractions de pores, leur taille et leur forme. Une corrélation satisfaisante est obtenue entre les déterminations expérimentales et les valeurs issues du modèle, limitée toutefois par la précision de définition géométrique des pores. Ces travaux ont permis de définir une méthodologie globale de caractérisation en ligne de préforme basée sur le comportement mécanique en compression du milieu fibreux / Robotized dry fiber placement process allows producing fibrous preforms by successive placement of fibres designed for optimized structural composites manufacturing. A placement tool was developed at the laboratory scale in order to study the fibers behaviour along the manufacturing process and to establish relations between their physical characteristics and those of the obtained preform. A Dynamic Mechanical Analysis (DMA) study is conducted on the dry fiber drawn directly from the coil and after laying on the mold surface in order to qualify the influence of the placement tool on the filaments orientation in the fiber and on the dispersion of the mechanical properties measured. Three quasi-isotropic preforms are produced with different architectures representative of configurations that could be found in the industry: nominal preform, with overlapping fibers and with openings between fibers. A distinct behaviour during transverse compressive loading is obtained for the three plates. On the contrary, no significant influence of the fibrous architecture on hydraulic permeability was obtained. A microporomechanical model is also proposed to link the fibers characteristics to those of the preforms in order to predict the preforms hydraulic permeability and compaction properties and the final composite elastic properties. This unified model is based on the pores volume fraction, size and shape. A satisfying correlation is obtained between experimental characterization and values retrieved from the model, but limited by the geometrical pore definition precision. The engaged work finally helps defining a global methodology for on-line preform characterization based on the compressive mechanical behaviour of the fibrous preform.

Electrospinning, un procédé original de mise en forme de polymère par application d'un champ électrique élevé, est largement utilisé pour la synthèse de membranes non tissées nanofibreuses. Les membranes électrospinnées ont une forte porosité et un rapport surface / volume élevé. En effet, ces matériaux ont suscité beaucoup d'intérêt et d'études au cours des dernières décennies, ce qui ouvre la voie à de nombreuses applications telles que la détection, l'ingénierie tissulaire ou la livraison de médicaments. La recherche actuelle vise à avoir des membranes fibreuses avec une architecture contrôlée utilisant différents types de collecteurs.Le développement de nanofibres à base de biopolymères et une stratégie thérapeutique pour la régénération des tissus mous.Le premier objectif de cette thèse était de développer de nouveaux matériaux biocompatibles et bio résorbables à l'aide de fibres à l'échelle nanométrique obtenues par électrospinning. En outre, cette étude a examiné l'influence de la viscosité, de la concentration et de la tension superficielle des solutions de polymère sur les fibres obtenues. En outre, le débit, la tension appliquée et les paramètres environnementaux (température et humidité) ont également été optimisés au cours de la production de nanofibres.Les fibres ont été obtenues à partir de PEO, polymère biocompatible. C'est un polymère linéaire qui se compose de segments éthylène et éther [-CH2CH2O-]n. L'oxyde d'éther peut être utilisé pour interagir avec des espèces hydrophiles. En raison de sa solubilité dans l'eau, sa non-toxicité et sa capacité à être électrospinné, le PEO a été utilisé comme additif dans des solutions de biopolymères pour permettre la formation d'électrodes fibreuses. La résistance mécanique du PEO dépend de la masse moléculaire, de la conformation des chaînes polymères et de la taille des fibres ainsi que la structure du réseau.Le deuxième effort majeur de cette thèse s'est concentré sur le contrôle des mailles fibreuses. Une telle activité de recherche est justifiée par l'influence attendue de la morphologie du réseau de fibres sur les propriétés mécaniques des membranes et leur caractère biomimétique qui favorise la colonisation et la croissance des cellules du tissu hôte. Le contrôle de cette structure a été réalisé grâce au développement de collecteurs.L'objectif de la thèse est de fabriquer des structures fibreuses non tissées aléatoires et structurées par electrospinning. Ces structures fibreuses sont obtenues à partir de Poly (oxyde d'éthylène), PEO, en solutions à différentes concentrations et masses moléculaires.Le dépôt de fibres est réalisé sur deux types de collecteurs: a) Feuille d'aluminium, b) Collecteur micro-structuré (dimension 3 × 3 cm). Les analyses morphologiques des membranes ont été menées à l'aide d'une microscopie électronique à balayage (MEB) et leurs propriétés mécaniques sous traction ont été réalisées à l'aide du rhéomètre ARESG2.La morphologie des matériaux electrospinnées passe graduellement d'une structure de type perles à des fibres uniformes lorsque la concentration et la masse moléculaire augmentent. Une étude comparative des propriétés morphologiques et mécaniques (essai de traction) des deux structures fibreuses a été réalisée. Cette étude a montré qu'il est possible d'avoir une distribution de fibres formant une cellule primitive très uniforme dans un réseau de dimension 3 × 3 cm. Ce réseau structuré a une contrainte à la rupture plus importante que celle du réseau fibreux aléatoire obtenu conventionnellement avec une feuille d'aluminium. / Electrospinning, an original polymer process under high electric fields to produce a network of thin fiber having a micrometer diameter, is widely used for the synthesis of nanofibrous non-woven membranes. The fabricated electrospun membranes have a high porosity and a high surface to volume ratio. Indeed, they reveal much interest and have been much developed in the last decades, which paves the way for numerous applications such as sensing, tissue engineering or drug delivery. Current research aims to have fibrous membranes with a controlled architecture using various types of collectors.This thesis is part of a global and emerging project that focuses on the production of structured scaffolds nanofibers based on biopolymers and dedicated to the therapeutic strategy for the regeneration of soft tissues.In the present work, the first focus was to develop new biocompatible and bioresorbable materials composed of nanoscale fibers obtained by electrospinning. In addition, this study examined the influence of viscosity, concentration, and surface tension of PEO solutions on the obtained fibers. Further, the flow rate, applied voltage and environmental parameters (temperature and humidity) were also optimized in the course of nanofibers production.Biocompatible fibers have been obtained by using PEO. It is a linear polymer that consists of ethylene and ether segments [-CH2CH2O-]n. The ether oxygen allows this polymer to interact with other hydrophilic species, while the ethylene part participates in hydrophobic interactions. Due to its water solubility, non-toxicity and electrospinn ability, PEO has been used as an additive in biopolymer solutions to enable the formation of electrospun fibers. The mechanical strength of the PEO depended on the molecular weight, the conformation of the polymer chains and the fiber scale, the structure of the network.The second major effort of this thesis focused on the control of the mesh fibers. Such research activity is justified by the expected influence of the morphology of the fiber network on the mechanical properties of scaffolds and their biomimetic character that could favor the colonization and growth of the cells of the host tissue. The control of this structure has been achieved through the development of collectors.The objective of this project is making non-woven fibrous structures in uncontrolled architecture as well as non-woven with controlled architecture by using the electrospinning process. These fibrous structures are obtained from Poly(ethylene oxide), PEO, solutions with different concentration and molecular weight. The deposit of fibers is made on two types of collectors: a) Aluminum foil, b) micro-structured collector (dimension 3×3 cm). The morphological analyses of the membranes were investigated using scanning electron microscopy (SEM) and their mechanical properties were characterized by tensile test using the ARESG2 rheometer. The morphology of the electrospun polymer gradually changes from beads to uniform fibers with increasing polymer concentration and molecular weight. A comparative study of the morphological and mechanical (tensile test) properties, of both fibrous structures is performed. This study showed that it is possible to have a distribution of fiber forming a very uniform primitive cell in a network of dimension 3×3 cm. This structured network has a strain at the break more important than that for the network fibers, which are collected on Aluminum foil.

Cette thèse "Tractographie cardiaque optimale utilisant l'IRM du tenseur de diffusion" à pour but de proposer et d'étudier une nouvelle formulation globale de la tractographie cardiaque à partir d'images de tenseur de diffusion synthétisant les données pondérées en diffusion. Les raisons sous-jacentes ayant conduits à une nouvelle formulation sont multiples. Les méthodes existantes sont pour la plupart locales comme les algorithmes de « streamline » (ligne de champ) et sont sujettes à de nombreuses imperfections, en particulier, leur faible robustesse par rapport au bruit dans les données. Un autre problème de ce type d'approches basé sur la résolution d'équations différentielles est leur dépendances quant à l'initialisation, ce dont notre méthode s'est totalement affranchit. L'autre but de cette thèse est de déterminer un ou plusieurs critères numériques pour comparer et qualifier les objets fibres. En effet, même s'il semble facile de caractériser qualitativement les fibres de façon visuelle, la création de mesures pour caractériser les fibres soit dans l'absolue, soit en comparaison aux données ou à d'autres fibre relève d'une toute autre approche. / This thesis "Optimal cardiac tractography using DT-MRI" offers and studies a new formulation of cardiac tractography based on the use of diffusion tensor images that synthetize the information of the diffusion weighted images. The underlying reasons that led to a new formulation are manifold. Existing methods are mostly based on local data, such as the streamlining algorithms, and thus are subject to many imperfections, especially they are not robust to noise in the data. Another problem with this type of approach based on solving differential equations is their dependency on initialization, unlike the method under study. The other aim of this thesis is to determine one or more numerical criteria to compare and qualify fibers. Even though it seems easy to qualitatively characterize fibers based on the visualization, creating measures to characterize the fibers, either in absolute or in comparison to the data or other fibers, is actually challenging.

L’histologie virtuelle est un domaine qui suscite un intérêt de recherche croissant. Nous nous intéressons à une de ces techniques en particulier via l’imagerie de contraste de phase par rayonnement synchrotron. Cette imagerie nous permet d’observer des cerveaux de souris intacts avec une résolution spatiale de 8µm isotropique, soit une résolution similaire à celle d’une histologie optique classique mais sans endommager les tissus par des colorations ou des marquages spécifiques. Ces travaux de thèse sont organisés autour de trois grands axes. Un premier axe présente l’instrumentation photonique qui permet l’obtention du contraste de phase et le paramétrage original qui est proposé pour l’acquisition d’échantillons biologiques de composition hétérogène. Un second axe présente différents traitements d’images développés pour des tâches informationnelles précises telles que l’optimisation de la visualisation, la détection d’agrégats cellulaires et la tractographie de structures fibreuses. Enfin, une application biomédicale de ces traitements est proposée via la détection et la quantification de nanoparticules d’oxyde de fer dans un modèle expérimental d’accident vasculaire cérébral. / Virtual histology is a field of investigation with growing interest in the commmunity of bioimage analysis. We focus on one of these techniques with the phase contrast tomography using synchrotron radiation. This technique allows us to visualize mice brains with no impact and with a spatial resolution of 8µm isotropically, which is a resolution similar to the one obtained with classic optical histology but without damaging samples with specific dyeing. This thesis is organized along three main axes. The first one presents photonic instrumentation which gives us access to the phase information and the original setting of a reconstruction parameter for the acquisition of biological heterogeneous samples. A second axis shows several image processing developed in order to address different informational tasks such as visual optimization, cellular aggregates detection or fiber tractography. Eventually, a biomedical application of these process is proposed by adressing detection and quantification of iron oxide nanoparticles in an experimental model of stroke.