L’objectif du vaste projet de recherche dans lequel s’inscrit ce mémoire est de guérir le diabète de type 1 en fabriquant un pancréas bioartificiel vascularisé contenant des cellules bêta (i.e. les cellules sécrétant l’insuline). Ce dispositif permettrait de rendre aux personnes atteintes par le diabète de type 1 la capacité de sécréter par elles-mêmes de l’insuline et de réguler leur glycémie. La vascularisation est actuellement un enjeu de taille dans le domaine du génie tissulaire. La plupart des tissus incorporant des cellules générées par le génie tissulaire sont actuellement fortement limités en épaisseur faute d’être vascularisés adéquatement. Pour les tissus dont l’épaisseur dépasse 400 μm, la vascularisation est nécessaire à la survie de la plupart des cellules qui autrement souffriraient d’hypoxie, les empêchant ainsi d’accomplir leurs fonctions [1]. Ce mémoire présente le développement et la mise en service d’un dispositif d’extrusion tridimensionnelle de sucre vitrifié pour la vascularisation d’un pancréas bioartificiel. Ce dispositif a été développé au laboratoire de recherche sur les procédés d’impression 3D ainsi qu’au bureau de design du département de génie mécanique de l’Université Laval. Grâce à cette technique d’impression 3D novatrice et à la caractérisation du procédé, il est maintenant possible de produire rapidement et avec précision des structures temporaires en sucre vitrifié pour la fabrication de réseaux vasculaires tridimensionnels complexes. Les structures temporaires peuvent, après leur production, être utilisées pour réaliser le moulage rapide de constructions vascularisées avec des matériaux tels que du polydiméthylsiloxane (PDMS) ou des hydrogels chargés de cellules biologiques. De par la nature du matériel utilisé, les moules temporaires peuvent être facilement et rapidement dissous dans une solution aqueuse et laisser place à un réseau de canaux creux sans créer de rejets toxiques, ce qui représente un avantage majeur dans un contexte de bio-ingénierie. / The overall goal of this broad research project, within which this master project took place, is to cure type 1 diabetes. We aim to produce a vascularized bioartificial pancreas that would be made of beta cells embedded in a hydrogel (i.e. insulin secreting cells). This organ would restore to type 1 diabetics the self-capacity to secrete insulin, thus to control in real time their glycaemia. Vascularization is currently a major issue in the field of tissue engineering. Most tissues produced by TE are limited in thickness due to the lack of adequate vasculature. To engineer a tissue thicker than 400 μm, vascularization is mandatory for most of the cells to survive [1]. The lack of adequate vascularization leads to hypoxia and hinders cells to fulfill their functions. This thesis presents the development and the commissioning of a 3D sugar glass extrusion apparatus for the vascularization of a bioartificial pancreas. This apparatus was developed at the “laboratoire de recherche sur les procédés d’impression 3D” and at the “bureau de design” in the mechanical engineering department of Université Laval. With this pioneering 3D printing technology, it is now possible to rapidly and precisely produce temporary sugar glass template that can then be used to produce complex 3D vascular networks. After the printing process, the temporary template is used as a mold for the rapid casting of vascularized constructs made with materials such as polydimethylsiloxane (PDMS) or cellladen hydrogels. Due to the nature of the material used, the temporary lattices can be dissolved in an aqueous medium without releasing any cytotoxic byproducts and in a fast and easy fashion. This feature is a major advantage in the context of bioengineering.

La fabrication additive plus communément nommée l’impression 3D est une « innovation de rupture », car elle bouleverse les modèles économiques actuels et met en marche une troisième révolution industrielle. Désormais, tout est quasiment imprimable, peu importe la matière, le prix et le domaine concerné. Cette technologie aux potentiels incommensurables pour l’innovation et la production doit trouver son équilibre avec les droits de la propriété intellectuelle. De nombreuses doctrines se sont accordées sur le fait que le droit de la propriété intellectuelle français disposait des outils nécessaires pour appréhender ces technologies et donc que des interventions à court terme n’étaient pas nécessaires. Cependant, l’objectif de ce mémoire est de montrer que le droit de la propriété littéraire et artistique tend à être impacté par l’impression 3D. En effet, cette technique propice à la fabrication de contrefaçon met à mal l’exception de copie privée et le marché de l’art. Les conditions nécessaires pour caractériser l’exception de copie privée ne sont pas adaptées à l’impression 3D. De ce constat résultent des situations où les frontières entre la copie privée et la contrefaçon deviennent poreuses au détriment des particuliers, mais aussi des créateurs qui ne bénéficient pas de la compensation équitable de l’exception. D’autre part, le recours aux impressions 3D avec des techniques limitées porte atteinte à l’intégrité et au respect des œuvres. Alors qu’avec une technique sophistiquée elle permet de reproduire des œuvres quasi identiques sans moyen d’identifier la contrefaçon de l’original. De cette dernière situation découlent des risques d’introduction de faux dans le marché de l’art. La problématique principale de ce développement repose donc sur un meilleur contrôle de la contrefaçon pour la contrecarrer et rétablir la frontière entre l’exception de copie privée et la contrefaçon. Il est donc nécessaire d’anticiper le potentiel de cette technologie en proposant un encadrement plus protecteur des droits des auteurs, des intervenants du processus de création d’un objet imprimé et des consommateurs sans freiner son développement. L’interconnexion de modifications légales sur la responsabilité des intervenants et sur l’exception de copie privée, des interventions contractuelles avec la mise en place d’offre légale, le recours à des outils techniques en amont et en aval du processus de création d’un objet tridimensionnelle pour contrôler, identifier et tracer les objets ainsi qu’une sensibilisation des intervenants permettront de mettre en place un encadrement plus protecteur et efficace sur le long terme. / Additive manufacturing, more commonly known as 3D printing, is a "breakthrough innovation" because it disrupts current business models and sets in motion a third industrial revolution. From now on, almost everything is printable, regardless of the subject, the price and the field concerned. This technology with huge potential for innovation and production must strike a balance with intellectual property rights. Many doctrines have agreed that French intellectual property law has the necessary tools to apprehend these technologies and therefore that short-term legal interventions are not necessary. However, the purpose of this dissertation is to show that 3D printing does impact the law of literary and artistic. Indeed, this technique conducive to the manufacture of counterfeit undermines the exception of private copying and the art market. The conditions necessary to characterize the private copy exception are not suitable for 3D printing. This analysis results in situations where the boundaries between private copying and counterfeiting become porous to the detriment of individuals, but also creators who do not benefit from the fair compensation of the exception. Moreover, the use of 3D printing with limited techniques undermines the integrity and respect of works. While with a sophisticated technique allow a reproduction of almost identical works without any ways to identify the counterfeit from the original. From this last observation, arises the risks of introducing forgeries into the art market. The main problem of this development therefore lies in a better control of counterfeiting in order to counter it and restore the border between the private copying exception and counterfeiting. It is therefore necessary to anticipate the potential of this technology and prevent its negative effects by providing a more protective framework for the rights of authors, stakeholders in the process of creating a printed object and consumers without curbing its development. An interconnection of legal changes on the responsibility of the stakeholders and the exception of private copying, contractual interventions with the establishment of legal offer, the use of technical tools upstream and downstream of the process of creation of a three-dimensional object to control, identify and trace objects as well as stakeholder awareness will help set up a more protective and effective framework in the long term.

Titre de l'écran-titre (visionné le 6 novembre 2023) / Grâce à la disponibilité de programmes de dépistage et de prévention, la plupart des cas de cancer du col de l'utérus sont diagnostiqués à un stade local lorsque la tumeur est confinée au col de l'utérus. Cependant, la livraison localisée de médicaments n'est pas fréquente dans la pratique clinique pour le traitement du cancer du col de l'utérus. L'avantage majeur de ce type de livraison de médicaments est qu'elle peut être effectuée à l'aide de formes posologiques spécifiques à chaque patient. Par exemple, les systèmes de livraison d'hydrogel peuvent contenir divers médicaments et être personnalisés par impression 3D en fonction des besoins des patients. Ainsi, l'objectif principal de ce projet était de développer une formulation d'hydrogel imprimable en 3D qui puisse être utilisée comme système localisé pour la livraison de nanoparticules d'or (AuNPs) au col de l'utérus avant la curiethérapie. Les AuNPs ont été choisies pour leur potentiel thérapeutique en tant que radiosensibilisateurs en curiethérapie, une modalité de traitement couramment utilisée pour le traitement du cancer du col de l'utérus. Dans ce projet de recherche, la technologie d'impression 3D a été utilisée pour créer des systèmes de livraison d'hydrogel personnalisés, permettant de contrôler la forme, la taille et la dose thérapeutique. Une formulation d'hydrogel a été optimisée en fonction de ses composants (Pluronic F127 et alginate) et leurs rapports respectifs ont été étudiés pour obtenir une imprimabilité 3D, une mucoadhésivité et une dégradation optimales dans les fluides biologiques. La formulation obtenue a été caractérisée in vitro et in vivo. Les données obtenues lors de ces études ont démontré que ces hydrogels sont biocompatibles et peuvent libérer efficacement des AuNPs. Le système de libération d'AuNPs développé a été adapté aux tumeurs cervicales en utilisant un modèle de xénogreffe murine. Des implants radioactifs produits par fabrication additive, contenant des sources d'iode-125 et recouverts d'hydrogels libérant des AuNPs, ont été implantés chez des souris sur les tumeurs. Cette étude a révélé des informations précieuses sur la profondeur de diffusion des AuNPs dans les tumeurs et la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans les tissus irradiés. En résumé, ce projet de recherche décrit le premier exemple d'un système de livraison d'hydrogel imprimé en 3D pour la curiethérapie du cancer du col de l'utérus et fournit une base pour le développement de telles formulations pour les besoins cliniques. L'adaptation du système de livraison à l'anatomie spécifique d'un patient est un outil puissant pour augmenter l'efficacité du traitement et la conformité des patients. En outre, l'étude a démontré les effets synergiques entre la curiethérapie et les AuNPs radiosensibilisants dans le traitement du cancer du col de l'utérus. / Thanks to the availability of screening and prevention programs, most cervical cancer cases are diagnosed at an early stage when the tumor is confined to the cervix. However, the localized delivery of therapeutics is not frequent in clinical practice for the treatment of cervical cancer. The major benefit of this type of drug delivery is that it can be performed using patient-specific dosage forms. For instance, hydrogel delivery systems can contain various therapeutics and be personalized by 3D printing according to patients' needs. Therefore, the main objective of this project was to develop a 3D printable hydrogel formulation that can be used as a localized system for delivering gold nanoparticles (AuNPs) to the cervix prior to brachytherapy. AuNPs were chosen for their therapeutic potential as radiosensitizers in brachytherapy (BT), a treatment modality that is commonly used for cervical cancer therapy. In this research project, 3D printing technology was utilized to create customized hydrogel delivery systems, enabling control over the shape, size, and therapeutic dose. A hydrogel formulation was optimized based on its components (Pluronic F127 and alginate), and their respective ratios were studied to achieve optimal 3D printability, mucoadhesiveness, and degradation in biological fluids. The obtained formulation was characterized in vitro and in vivo. The data acquired during these studies demonstrated that these hydrogels are biocompatible and can efficiently release AuNPs. The developed AuNP-releasing system was fitted to cervical tumors using a murine xenograft model. Radioactive implants produced by additive manufacturing, containing iodine-125 sources, and lined with AuNPs-releasing hydrogels, were implanted in mice on top of the tumors. This study revealed valuable information on the diffusion depth of AuNPs in tumors and the production of reactive oxygen species (ROS) in irradiated tissues. Overall, this research project describes the first example of a 3D-printed hydrogel delivery system for cervical cancer BT and provides a basis for developing such formulations for clinical needs. Adapting the delivery system to a patient's specific anatomy is a powerful tool for increasing treatment efficiency and patient compliance. Moreover, the study demonstrated the synergistic effects between BT and radiosensitizing AuNPs in cervical cancer treatment.

Respond bias has always been a risk when it comes to interpreting personality data. For this reason two social desirability measures were created to combat this problem during research and workplace application. The first of these measures is the Marlowe-Crowne Social Desirability Scale created to measure a need for approval. The second of these measures is Balanced Inventory of Desirable Responding, which stems from a theory that describes social desirability as both a deception towards others and towards the self. For either of these measures to be usable, however, they need to be reliable and valid. This study then is intended to validate these two instruments in a diverse South African population sample and to look at the reliability of the items in these instruments and their factor structure. The objective of this study was to investigate both of these measures and to determine their psychometric properties and how they compare to the theory in literature. A convenient and purposive sample of N = 359 individuals from across South Africa was contacted via electronic means and asked to partake in this study. A questionnaire survey was forwarded to them with the intention of measuring social desirability. This included both the Marlowe-Crowne Social Desirability Scale (MCSDS) and Balanced Inventory of Desirable Responding (BIDR) measure. In addition a demographical questionnaire was included (gender, race, language group and age). The statistical analysis was done via the SPSS program during data examination: descriptive statistics, exploratory factor analysis (with Maximum Likelihood as extraction method), Cronbach’s alpha coefficients, and product-moment correlations were conducted. The results of this analysis indicated that although these measures are widely accepted and used internationally, the full version of both the measures is not valid and reliable within this South African sample. Although not all items from the scales could be validated, there were items that indicated very acceptable psychometric properties. Various recommendations were made for the context of using these measures to ascertain an individual’s response bias and for future research. A person attempting to use these measures should only focus on using the reliable items from this study. These items could be applied in developing a shortened version of these measures. It is recommended that further research into these measures could be done by using a traditional paper-and pencil format, a larger sample or by focusing on a specific population group within South Africa. / MCom (Industrial Psychology), North-West University, Potchefstroom Campus, 2015

Respond bias has always been a risk when it comes to interpreting personality data. For this reason two social desirability measures were created to combat this problem during research and workplace application. The first of these measures is the Marlowe-Crowne Social Desirability Scale created to measure a need for approval. The second of these measures is Balanced Inventory of Desirable Responding, which stems from a theory that describes social desirability as both a deception towards others and towards the self. For either of these measures to be usable, however, they need to be reliable and valid. This study then is intended to validate these two instruments in a diverse South African population sample and to look at the reliability of the items in these instruments and their factor structure. The objective of this study was to investigate both of these measures and to determine their psychometric properties and how they compare to the theory in literature. A convenient and purposive sample of N = 359 individuals from across South Africa was contacted via electronic means and asked to partake in this study. A questionnaire survey was forwarded to them with the intention of measuring social desirability. This included both the Marlowe-Crowne Social Desirability Scale (MCSDS) and Balanced Inventory of Desirable Responding (BIDR) measure. In addition a demographical questionnaire was included (gender, race, language group and age). The statistical analysis was done via the SPSS program during data examination: descriptive statistics, exploratory factor analysis (with Maximum Likelihood as extraction method), Cronbach’s alpha coefficients, and product-moment correlations were conducted. The results of this analysis indicated that although these measures are widely accepted and used internationally, the full version of both the measures is not valid and reliable within this South African sample. Although not all items from the scales could be validated, there were items that indicated very acceptable psychometric properties. Various recommendations were made for the context of using these measures to ascertain an individual’s response bias and for future research. A person attempting to use these measures should only focus on using the reliable items from this study. These items could be applied in developing a shortened version of these measures. It is recommended that further research into these measures could be done by using a traditional paper-and pencil format, a larger sample or by focusing on a specific population group within South Africa. / MCom (Industrial Psychology), North-West University, Potchefstroom Campus, 2015

本論文一冊，六章，二十四節，七萬字。 第一章：緒論：介紹本論文之研究背景、研究動機與目的、研究限制。 第二章：文獻探討：探討有關非計量多元尺度與聯合分析之文獻；並介紹國內相關論 文之研究。 第三章：研究方法：介紹問卷之設計與其分析之方法；說明抽樣之方法與實際抽樣之 過程；觀念架構。 第四章：結果分析（一）：解釋非計量多元尺度方法分析之結果，並以不同事前區隔 之群體來分析其聯合空間圖。由此資料可了解不同區隔之消費者在各屬性上，對各廠 牌冷氣機之印象。 第五章：結果分析（二）：解釋應用聯合分析方法分析資料之結果，並以不同之區隔 來分析冷氣機各屬性之成份效用值，企圖找出最佳化之產品設計。 第六章：結論與建議：由競爭分析與產品屬性分析之結果，歸納出消費者對各品牌冷 氣機之印象及各屬性之重視程度，進而建議各廠牌在行銷策略上應注意之事項。

Objectif: L'objectif primaire de cette étude était d'évaluer la validité, la fiabilité et la reproductibilité des mesures dentaires obtenues sur les modèles digitaux iTero (Align Technology, San Jose, Californie) et Unitek TMP Digital (3M, Monrovia, Californie) en comparaison avec celles obtenues sur les modèles de plâtre (gold standard). L'objectif secondaire était de comparer les deux différents matériaux à empreinte (l'alginate et le polyvinylsiloxane-PVS) afin de déterminer si le choix du matériau affectait la précision des mesures. Méthodes: Le premier volet de l'étude impliquait les modèles digitaux Unitek et iTero, obtenus à partir de 25 paires de modèles de plâtre choisis de façon randomisée et provenant de la pratique privée d'un des co-auteurs. Des empreintes d'alginate et de PVS ont été prises sur les modèles de plâtre et numérisées par le scanner Unitek. Les modèles ont ensuite été numérisés avec le scanner iTero. Le deuxième volet de l'étude cherchait à comparer les modèles digitaux iTero (numérisation intra-orale) avec les modèles de plâtre (empreintes d'alginate et de PVS) obtenus à partir de 25 patients de la clinique d'orthodontie de l'Université de Montréal ayant besoin d'un traitement orthodontique. Dans les deux volets de l'étude, deux auteurs ont pris les mesures suivantes sur les différents modèles: largeur mésio-distale de chaque dent de la première molaire à l'autre première molaire, le périmètre d'arcade, les distances intermolaire et intercanine, le surplomb vertical et le surplomb horizontal. Les ratios et excès Bolton 6 et 12, l'espace requis et les différentiels d'espace au maxillaire et à la mandibule, ont été calculés. Résultats: La fiabilité (ICC) entre les modèles digitaux (Unitek et iTero) et les modèles de plâtre était bonne à excellente pour toutes les mesures [ICC=0,762–0,998], et la fiabilité entre les deux matériaux à empreinte était excellente [ICC=0,947–0,996]. Dans les deux volets de l'étude, les mesures faites sur les modèles iTero étaient généralement plus grandes que celles faites sur les modèles de plâtre. Les plus grandes différences moyennes pour la comparaison iTero-plâtre étaient trouvées au niveau de l'espace disponible au maxillaire et à la mandibule (systématiquement plus grande pour cette variable), soit 2,24 mm et 2,02 mm respectivement dans le premier volet, et 1,17 mm et 1,39 mm respectivement dans le deuxième volet. Les différences étaient considérées cliniquement non significatives pour toutes les variables. La reproductibilité intra-examinateur était bonne à excellente pour les modèles de plâtre et les modèles digitaux, à l'exception du différentiel d'espace à la mandibule pour les modèles Unitek [ICC=0,690-0,692]. La reproductibilité inter-examinateur était bonne à excellente pour les modèles de plâtre et les modèles digitaux dans les deux volets de l'étude, mais acceptable à modérée pour les modèles Unitek au niveau des analyses Bolton 6 et 12, et des différentiels d'espace au maxillaire et à la mandibule [ICC=0,362-0,548]. Conclusions: La précision et la fiabilité des mesures dentaires faites sur les modèles digitaux Unitek et iTero étaient cliniquement acceptables et reproductibles en comparaison avec les celles faites sur les modèles de plâtre. Le choix de matériel à empreinte entre l'alginate et le PVS n'affectait pas la précision des mesures. Cette étude semble démontrer que les modèles digitaux Unitek et iTero, utilisés avec leur logiciel respectif, sont une alternative fiable et reproductible aux modèles de plâtre pour le diagnostic et l’analyse des modèles orthodontiques. / Objective: The primary objective of this study was to evaluate the validity, reliability and reproducibility of dental measurements obtained on digital models produced by iTero (Align Technology, San Jose, California) and by Unitek TMP Digital (3M, Monrovia, California) in comparison with those obtained on plaster models (gold standard). The secondary objective was to compare two different impression materials (alginate and polyvinylsiloxane-PVS) to determine whether the material used affects accuracy of the measurements. Methods: The first part of the study involved Unitek and iTero digital models, which were all obtained from 25 pairs of plaster models randomly selected from one of the co-author's private practice. Alginate and PVS impressions were taken on plaster models and were scanned by the Unitek scanner. The same models were then scanned with the iTero scanner. The second part of the study sought to compare iTero digital models (intraoral scans) with plaster models (alginate and PVS impressions) taken on 25 patients requiring treatment from the Orthodontic clinic of the University of Montreal. In both parts of the study, two authors took the following measurements on the different models: mesio-distal width of each tooth from first molar to the other first molar, intermolar and intercanine distances, overbite and overjet. Bolton 6 and 12 ratios and excesses, maxillary and mandibular space available and required were also calculated in order to determine space differentials. Results: A good to excellent reliability (ICC) was found for all measurements when comparing digital (Unitek and iTero) and plaster models [ICC=0.762–0.998], and excellent reliability when comparing both impression materials [ICC=0.947–0.996]. In the two parts of the study, measurements on iTero models were generally larger than on plaster models. Highest mean differences for iTero-plaster were found for maxillary space available and mandibular space available (systematically larger for that variable): 2.24 mm and 2.02 mm respectively in the first part of the study, 1.17 mm and 1.39 mm respectively in the second part. Differences were considered clinically insignificant for all variables. Intraexaminer reproducibility was good to excellent for plaster and digital models, except for mandibular space differential on Unitek models [ICC=0.690-0.692]. Interexaminer reproducibility was good to excellent for plaster and digital models in both parts of study, but fair to moderate for Unitek models regarding Bolton 6 and 12, and maxillary and mandibular space differentials [ICC=0.362-0.548]. Conclusions: The accuracy and reliability of dental measurements done on Unitek and iTero digital models were clinically acceptable and reproducible when compared with measurements done on traditional plaster models. The choice of impression material between alginate and PVS did not affect accuracy of the measurements. This study tends to indicate that Unitek and iTero digital models examined with their associated software can be reliably used for orthodontic cast analysis and diagnosis.

Le tatouage invisible d’images d’identité imprimées sur un support en plastique est un problème difficile qui intéresse le monde industriel. Dans cette étude, nous avons développé un algorithme de tatouage robuste aux diverses attaques présentes dans ce cas. Ces attaques sont liées aux processus d’impression/numérisation sur le support plastique ainsi qu’aux dégradations qu’une carte plastique peut rencontrer le long de sa durée de vie. La méthode de tatouage opère dans le domaine de Fourier car cette transformée présente des propriétés d’invariances aux attaques géométriques globales. Une méthode préventive consiste en un prétraitement de l’image originale avant le processus d’insertion qui réduit la variance du vecteur support de la marque. Une méthode corrective comporte deux contre-attaques corrigeant le flou et les variations colorimétriques. Pour une probabilité de fausse alarme de 10⁻⁴, nous avons obtenu une amélioration moyenne de 22% par rapport à la méthode de référence lorsque seule la méthode préventive est utilisée. La combinaison de la méthode préventive avec la méthode corrective correspond à un taux de détection supérieur à 99%. L’algorithme de détection prends moins de 1 seconde pour à une image de 512×512 pixels avec un ordinateur classique ce qui est compatible avec l’application industrielle visée. / Invisible watermarking for ID images printed on plastic card support is a challenging problem that interests the industrial world. In this study, we developed a watermarking algorithm robust to various attacks present in this case. These attacks are mainly related to the print/scan process on the plastic support and the degradations that an ID card can encounter along its lifetime. The watermarking scheme operates in the Fourier domain as this transform has invariance properties against global geometrical transformations. A preventive method consists of pre-processing the host image before the embedding process that reduces the variance of the embeddable vector. A curative method comprises two counterattacks dealing with blurring and color variations. For a false alarm probability of 10⁻⁴, we obtained an average improvement of 22% over the reference method when only preventative method is used. The combination of the preventive and curative methods leads to a detection rate greater than 99%. The detection algorithm takes less than 1 second for a 512×512 image with a conventional computer, which is compatible with the industrial application in question.

L’accroissement de l’espérance de vie s’accompagne d’une détérioration de l’état de santé général des seniors et d’une recrudescence des maladies chroniques. Parmi les manifestations de la sénescence, l’atteinte de l’appareil locomoteur est particulièrement invalidante et accélère considérablement l’entrée en dépendance. C’est également le cas chez les plus jeunes lors d’atteintes traumatiques ou pathologiques. Ainsi, au niveau mondial 2,2 millions de greffes osseuses sont pratiquées chaque année, mais le taux de complications post-opératoires demeure élevé et est estimé à 15 % des interventions. Ces faits dessinent les contours d’un enjeu sociétal majeur ; les matériaux d’origine animale posent des problèmes d’histocompatibilité, de pathogénicité et donc de rejet. C’est pourquoi les efforts de recherche ciblent prioritairement le développement de biomatériaux synthétiques aptes à promouvoir la régénération osseuse. Actuellement les principaux substituts osseux sur le marché sont les « céramiques » bioactives (phosphates de calcium, verres bioactifs) qui présentent comme caractéristiques d’être biocompatibles, de se lier spontanément aux tissus osseux, de promouvoir l’adhésion des cellules osseuses et enfin d’être biorésorbables. Cependant, malgré cet ensemble de caractéristiques très satisfaisantes, la fragilité de ces matériaux en limite les applications. Pour pallier ce défaut, une solution ingénieuse est de s’inspirer de la structure particulière du tissu osseux. Celle-ci mêle intimement une phase inorganique, le minéral osseux constitué de cristaux d’apatite (phosphate de calcium résorbable), à une phase organique qui est majoritairement du collagène. De manière remarquable, une telle structure associe la rigidité de la partie inorganique à la ténacité des fibres de collagène. Pour obtenir des implants aux propriétés mécaniques proches du tissu osseux, la stratégie consiste donc à combiner céramiques bioactives et matière organique. À cette fin, l’équipe Biomatériaux du Laboratoire de Physique de Clermont (LPC) a récemment mis au point un procédé innovant qui permet la synthèse de matrices tridimensionnelles d’hybrides organique-inorganique à base de verre bioactif et de polymère biocompatible aux caractéristiques variées. Dans la continuité des travaux, il était alors question d’exploiter ce procédé afin de développer un substitut osseux hybride aux propriétés optimisées. Il s’agissait tout d’abord de sélectionner le polymère le plus adéquat pour la régénération osseuse, qui s’est avéré être le polycaprolactone, puis d’optimiser la synthèse (notamment la source de calcium), la structure macroporeuse et la proportion organique-inorganique. Le matériau hybride résultant a ensuite été dopé en éléments thérapeutiques à faible dose (< 5 % de la masse totale) avec des ions strontium ou des nutriments tels que la fisétine et l’hydroxytyrosol qui possèdent un effet ostéogénique. Les mousses hybrides ainsi développées ont finalement été caractérisées in vitro afin de déterminer leurs propriétés physico-chimiques et biologiques, et in vivo afin d’évaluer leur performance. Après 3 mois d’implantation dans un défaut critique de la calvaria de souris, les résultats démontrent le potentiel de ce substitut osseux: comparé au matériau commercial de référence (os bovin traité) qui conduit à une reconstruction osseuse de 16% (± 5%), l’hybride permet une reconstruction allant de 32% (± 3%) lorsqu’il n’est pas dopé, jusqu’à 55% (± 7%) voire 58% (± 7%) lorsqu’il est dopé respectivement en fisétine ou en strontium. Ces travaux de thèse laissent entrevoir des perspectives prometteuses telles que l’association des dopants et l’impression 3D des mousses hybrides polycaprolactone-verre bioactif. / The increase in life expectancy results in the decline of seniors’ health conditions and the resurgence of chronic diseases. Among the expressions of senescence, disorders of the musculoskeletal system are particularly disabling and considerably accelerate the state of dependency. This is also the case for young people who suffer from traumatic injuries or pathologic conditions. Thus, about 2.2 million bone grafts are performed worldwide every year. Yet, the level of postoperative complications remains high and is estimated at 15% of surgical operations. These facts outline a major societal concern: animal-based materials present a risk of histocompatibility issues and pathogenicity that may lead to implant failure. This is the reason why research efforts focus on the development of synthetic biomaterials capable of promoting bone regeneration. Currently, commercialised bone substitutes are mainly made of bioactive “ceramics” (calcium phosphates, bioactive glass) that are known to be biocompatible, to spontaneously bond to bone tissues, to promote bone cell adhesion and finally to be bioresorbable. However, despite these remarkable properties, the brittleness of these materials limits their applications. An ingenious solution to this brittleness can be learned from the particular structure of bone tissue. Bone tissue intimately blends an inorganic phase, the bone mineral, which is made of apatite crystals (resorbable calcium phosphates), with an organic phase that is mainly collagen. Such a structure associates the stiffness of the inorganic part with the toughness of collagen fibres. Therefore, in order to obtain implants with mechanical properties similar to that of bone, the strategy consists in combining bioactive ceramics with organic matter. To this end, the Biomatériaux team from the Laboratoire de Physique de Clermont (LPC) recently developed an innovative process that allows the synthesis of tridimensional organic-inorganic hybrids comprised of bioactive glass and biocompatible polymer. The objective of the thesis was to exploit this process in order to develop a hybrid bone substitute with optimal properties. First of all, polycaprolactone was selected as the polymer, especially because of its adequate degradation rate for long-term applications such as bone regeneration. Then, the synthesis process was improved (in particular, the calcium source was changed), the macroporous structure was optimised and the organic-inorganic ratio was chosen. Afterwards, elements that are known to induce an osteogenic effect were incorporated in the hybrid at low doses (< 5% of total weight): an inorganic doping was performed using strontium ions and an organic doping was performed using nutrients such as fisetin or hydroxytyrosol. The resultant hybrid scaffolds were eventually characterised in vitro in order to determine their physicochemical and biological properties and in vivo in order to evaluate their performance. After 3 months of implantation in a mouse calvarial critical defect, results demonstrate the potential of this bone substitute: compared to the reference commercial material (treated bovine bone) that leads to a bone reconstruction of 16% (± 5%), the hybrid allows a reconstruction going from 32% (± 3%) when it is not doped, to 55% (± 7%) and even 58% (± 7%) when it is doped respectively with fisetin or strontium. This thesis paves the way to promising perspectives like the association of doping agents and the 3D printing of polycaprolactone-bioactive glass hybrid scaffolds.

L’amincissement des cellules solaires semi-conductrices est motivé par la réduction des coûts de production et l’augmentation des rendements de conversion. Mais en deçà de quelques centaines de nanomètres, il requiert de nouvelles stratégies de piégeage optique. Nous proposons d’utiliser des concepts de la nanophotonique et de la plasmonique pour absorber la lumière sur une large bande spectrale dans des couches ultrafines de GaAs. Nous concevons et fabriquons pour ce faire des structures multi-résonantes formées de réseaux de nanostructures métalliques. Dans un premier temps, nous montrons qu’il est possible de confiner la lumière dans une couche de 25 nm de GaAs à l’aide d’une nanogrille bidimensionnelle pouvant servir de contact électrique en face avant. Nous analysons numériquement les modes résonants qui conduisent à une absorption moyenne de 80% de la lumière incidente entre 450 nm et 850 nm. Ces résultats sont validés par la fabrication et la caractérisation de super-absorbeurs ultrafins multi-résonants. Dans un second temps, nous appliquons une approche similaire dans le but d’obtenir des cellules photovoltaïques dix fois plus fines que les cellules GaAs records, avec des absorbeurs de 120 nm et 220 nm seulement. Un miroir arrière nanostructuré en argent, associé à des contacts ohmiques localisés, permet d’améliorer l’absorption tout en garantissant une collecte optimale des porteurs photo-générés. Nos calculs montrent que les densités de courant de court-circuit (Jsc) dans ces structures optimisées peuvent atteindre 22.4 mA/cm2 et 26.0 mA/cm2 pour les absorbeurs d’épaisseurs respectives t=120 nm et t=220 nm. Ces performances sont obtenues grâce à l’excitation d’une grande variété de modes résonants (Fabry-Pérot, modes guidés,…). En parallèle, nous avons développé un procédé de fabrication complet de ces cellules utilisant la nano-impression et le transfert des couches actives. Les mesures montrent des Jsc records de 17.5 mA/cm2 (t=120 nm) et 22.8 mA/cm2 (t=220 nm). Ces résultats ouvrent la voie à l’obtention de rendements supérieurs à 20% avec des cellules solaires simple jonction d’épaisseur inférieure à 200 nm. / The thickness reduction of solar cells is motivated by the reduction of production costs and the enhancement of conversion efficiencies. However, for thicknesses below a few hundreds of nanometers, new light trapping strategies are required. We propose to introduce nanophotonics and plasmonics concepts to absorb light on a wide spectral range in ultrathin GaAs layers. We conceive and fabricate multi-resonant structures made of arrays of metal nanostructures. First, we design a super-absorber made of a 25 nm-thick GaAs slab transferred on a back metallic mirror with a top metal nanogrid that can serve as an alternative front electrode. We analyze numerically the resonance mechanisms that result in an average light absorption of 80% over the 450nm-850nm spectral range. The results are validated by the fabrication and characterization of these multi-resonant super-absorbers made of ultrathin GaAs. Second, we use a similar strategy for GaAs solar cells with thicknesses 10 times thinner than record single-junction photovoltaic devices. A silver nanostructured back mirror is used to enhance the absorption efficiency by the excitation of various resonant modes (Fabry-Perot, guided modes,…). It is combined with localized ohmic contacts in order to enhance the absorption efficiency and to optimize the collection of photogenerated carriers. According to numerical calculations, the short-circuit current densities (Jsc) can reach 22.4 mA/cm2 and 26.0 mA/cm2 for absorber thicknesses of t=120 nm and t=220 nm, respectively. We have developed a fabrication process based on nano-imprint lithography and on the transfer of the active layers. Measurements exhibit record short-circuit currents up to 17.5 mA/cm2 (t=120 nm) and 22.8 mA/cm2 (t=220 nm). These results pave the way toward conversion efficiencies above 20% with single junction solar cells made of absorbers thinner than 200 nm.