Ce travail est une contribution à la conception d'un système portatif et intégré de type µTAS (micro-Total Analysis System) pour le traitement (préconcentration et simplification) de solution aqueuses contenant des métaux lourds et leur analyse en ligne. Pour la préconcentration amont, l'étude a porté sur la réalisation d'un micro-électrodialyseur manipulant des µL de solutions. L'optimisation des paramètres opératoires a permis d'augmenter d'un facteur 100 environ les concentrations d'analytes. Pour l'étage de détection aval, un système sur puce de type polarographique a été étudié. Le traditionnel mercure est remplacé par du diamant polycristallin dopé au bore (DDB) préparé par CVD micro-ondes. La quantification des métaux lourds par redissolution anodique sur ce matériau a été validée ainsi que les techniques de gravure compatibles avec la réalisation de microréseaux d'électrodes. / This work is a contribution to the conception of an integrated μTAS (micro-Total Analysis System) for treatment (preconcentration and simplification) of aqueous solutions containing heavy metals and their on-line analysis. For upstream preconcentration, a micro-electrodialyser handling µL of solutions was developped. The optimization of operating parameters permitted to reach an analyte pre-concentration factor of about 100. For the downstream detection step, an on-chip polarographic system, where mercury was replaced by boron doped diamond (BDD), was studied. BDD films were prepared by assited microwave plasma CVD. Quantification of heavy metals by anodic stripping on BDD was validated as well as the etching technique compatible with the realization of microarray electrodes.

J'ai débuté ma recherche par l'étude d'une nouvelle méthode de monitoring auditif per-opératoire par potentiels évoqués auditifs durant la chirurgie des schwannomes vestibulaires avec tentative de préservation de l'audition. L'utilisation de techniques combinées avec enregistrement de potentiels directs de nerf est en cours de développement dans l'espoir d'améliorer les chances de préservation auditive. Les potentiels directs de nerf reposent notamment sur des technologies microélectrodes souples que j'ai testées sur modèle animal. Des enregistrements du cortex auditif obtenus par stimulation acoustique et électrique dans le noyau cochléaire ont démontré la faisabilité de l'enregistrement par microélectrode souple sur support poliimide. J'ai ainsi pu mener en collaboration avec l'Université de Tokyo un programme de recherche sur un nouveau type d'implant du tronc cérébral par électrode de stimulation profonde, qui permet un meilleur accès à la représentation tonotopique du noyau cochléaire. Les réponses électrophysiologiques ont été obtenues par technique de mapping de surfaces corticales avec des microélectrodes souples à haute résolution spatiale (64 sites), développées en collaboration avec le département d'ingénierie de l'Université de Tokyo. Nous avons montré qu'il est possible d'accéder à la tonotopie du noyau cochléaire par stimulation électrique profonde. Des études complémentaires de tolérance et d'efficacité, notamment au cours d'implantation chronique sont cependant indispensables. J'ai également participé à un travail de recherche clinique sur l'audition et le vestibule sur des patients ayant des atrésies aurales. L'étude de ces patients par méthode électrophysiologique (PEA bilatéraux et étude des composants d'interaction binaurale, potentiels évoqués saculo-colliques myogènes), comportementale (étude des facteurs de localisation, en particulier le facteur de compensation temps/intensité) est une approche originale de la plasticité cérébrale existante chez les patients ayant vécus des expériences auditives anormales

Les Récepteurs Couplés à un Canal Ionique (ICCRs) sont des canaux ioniques artificielscréés par fusion d'un Récepteur Couplé aux Protéines G (RCPG) au canal ionique Kir6.2. Dansce concept, le canal agit comme un rapporteur direct des changements conformationnels desRCPGs permettant de détecter par simple mesure de courant, la fixation d'agonistes etd'antagonistes proportionnellement à leur concentration.Le signal induit étant directement corrélé à l'activité du récepteur, indépendamment desvoies de signalisation des protéines G, nous avons exploité cet avantage pour étendre le champd'applications des ICCRs au cours de cette thèse. Nous avons développé quatre applications quisont: 1) la caractérisation fonctionnelle des RCPG optimisés pour la cristallisation par insertionde domaine du lysozyme du phage T4 dans la boucle ICL3; 2) la détection de la dépendance desRCPGs au cholestérol; 3) la détection de ligands dits "biaisés" pour faciliter leur criblage; et 4) lacartographie fonctionnelle des portes du canal Kir6.2 régulées par des protéines membranairesinteragissant par le domaine N-terminal.

Les Récepteurs Couplés à un Canal Ionique (ICCRs) sont des canaux ioniques artificielscréés par fusion d'un Récepteur Couplé aux Protéines G (RCPG) au canal ionique Kir6.2. Dansce concept, le canal agit comme un rapporteur direct des changements conformationnels desRCPGs permettant de détecter par simple mesure de courant, la fixation d'agonistes etd'antagonistes proportionnellement à leur concentration.Le signal induit étant directement corrélé à l'activité du récepteur, indépendamment desvoies de signalisation des protéines G, nous avons exploité cet avantage pour étendre le champd'applications des ICCRs au cours de cette thèse. Nous avons développé quatre applications quisont: 1) la caractérisation fonctionnelle des RCPG optimisés pour la cristallisation par insertionde domaine du lysozyme du phage T4 dans la boucle ICL3; 2) la détection de la dépendance desRCPGs au cholestérol; 3) la détection de ligands dits "biaisés" pour faciliter leur criblage; et 4) lacartographie fonctionnelle des portes du canal Kir6.2 régulées par des protéines membranairesinteragissant par le domaine N-terminal. / Ion Channel-Coupled Receptors (ICCRs) are artificial ion channels created by the fusion of a Gprotein-coupled receptor to a Kir6.2 channel. In this concept, the channel acts a direct reporter ofthe conformational changes of the GPCRs, allowing the detection by simple current recordingsof agonists and antagonists binding in concentration-dependent manner.The signal being directly correlated to the receptor activity, independently of G protein signallingpathways, we exploited this advantage to extend the field of applications of ICCRs during thisthesis. We developed 4 applications: 1) the functional characterization of the optimized GPCRsfor crystallization by insertion of the T4 phage lysozyme domain in the ICL3 loop; 2) thedetection of a cholesterol-dependence of the GPCRs; 3) the detection of the so-called "biasedligands" to simplify their screening; and 4) the functional mapping of the Kir6.2 channel gatesunder control of membrane proteins interaction with the N-terminus domain.

De nombreux systèmes électrochimiques sont composés d'un grand nombre d'éléments électroactifs en interaction. Si la réaction électrochimique possède une cinétique non linéaire, des comportements coopératifs complexes peuvent émerger suivant la nature et l’intensité des interactions entre les éléments du système. L'objectif de cette thèse est de comprendre l'influence de la taille finie de l’électrode et des interactions entre les microélectrodes sur le comportement coopératif d'un groupe de microélectrodes de platine soumis à un couplage global. Les réactions choisies pour cette étude sont l’électrooxydation du monoxyde de carbone (CO), une réaction avec une cinétique bistable et l’électrooxydation du formaldéhyde (HCHO), qui présente des oscillations de potentiel sous contrôle galvanostatique. Au cours de l’électrooxydation galvanodynamiques du CO sur une seule microélectrode de Pt, la branche S-NDR a pu être mise en évidence contrairement au comportement observé sur une macroélectrode de Pt. En outre, les nouveaux comportements coopératifs comme l'activation séquentielle des microélectrodes, des oscillations de courant et de potentiel spontanées et un régime de commutation dynamique entre les électrodes ont été découverts pour cette réaction lorsque quatre électrodes ont été couplées globalement. Pendant l’électrooxydation de HCHO, l'introduction du couplage global à deux électrodes conduit à des oscillations de courant en opposition de phase. / Many electrochemical systems are composed of a large number of interacting electroactive elements. If the reaction taking place on them has nonlinear kinetics and their interactions allow them to exchange information, complex cooperative behaviors can emerge. The objective of this thesis is to understand the influence of finite-size effects and cooperative phenomena on the global behavior of a group of coupled Pt microelectrodes. The reactions chosen for this study were CO electrooxidation, a reaction with current bistability, and HCHO electrooxidation, which exhibits oscillations under galvanostatic control. During the galvanodynamic electrooxidation of CO on a single microelectrode the S-NDR branch could be evidenced, on macroelectrodes this is not possible due to the formations of stationary domains. Additionally, novel cooperative behaviors (i.e., sequential activation, oscillations and complex switching) were discovered for this reaction when four electrodes were globally coupled. During HCHO electrooxidation the introduction of global coupling to two electrodes led to anti-phase current oscillations.

L'effet des champs magnétiques sur les processus de transfert de matière peut se manifester essentiellement du fait de l'existence de deux champs de forces : les forces électromagnétiques qui résultent de l'interaction du champ magnétique B avec la densité de courant j selon : FL=jxB. L'autre champ de force a été mis en évidence beaucoup plus récemment. Il s'agit d'une force agissant sur les espèces paramagnétiques en solution : , avec χm la susceptibilité magnétique molaire, μ0 la perméabilité magnétique et C la concentration d'espèce paramagnétique). Cette expression, qui résulte d'une approche énergétique. Le travail présenté a pour objectif d'une part de mettre en évidence l'existence des forces d'origine magnétique, et d'autre part de quantifier leur influence sur les processus de transfert de matière. Le travail est basé sur une double approche expérimentale et théorique. Sur le plan expérimental une cellule électrochimique a été réalisée dans une configuration aussi simple que possible pour permettre une analyse qui s'écarte des géométries souvent adoptées utilisant des électrodes circulaires. Cette cellule est de forme parallélépipédique ce qui permet de mieux contrôler les distributions de courant électrique et d'imposer un champ magnétique parallèle à la densité de courant, éliminant au maximum les forces électromagnétiques. Les expériences réalisées permettent de mesurer les densités de courant locales et globales et de suivre leurs évolutions en fonction du champ magnétique. Ces mesures sont complétées par l'enregistrement du champ de vitesse effectué sous champ pour la première fois, à l'aide de sonde à ultrason. Sur le plan théorique, le travail se fonde sur la modélisation numérique des écoulements (CFD model). Cette approche a été réalisée en deux dimensions en supposant par ailleurs le régime permanent, ce qui a limité l'approche à des champs magnétiques modérés. Au delà de certaines valeurs, des instabilités se manifestent, ne permettant pas une exploitation du modèle. Des travaux ultérieurs seront très utiles pour une validation totale. Par ailleurs, une approche phénoménologique des processus a permis de retrouver les lois d'évolution des transferts de matière en B2/3 identifiées par la plupart des expérimentateurs. La confrontation des résultats théoriques et expérimentaux révèle un excellent accord, même si cette comparaison est limitée aux faibles valeurs du champ pour les raisons déjà énoncées, ce qui permet finalement de confirmer l'existence du champ de force magnétique comme élément susceptible de contrôler les transferts en électrochimie.

Dans cette mémoire nous discutons l´élaboration d´électrodes poreuses par un processus de type “template” et leur application potentielle dans le domaine de l´analyse environnementale et neurobiologique. La première partie de ce travail est dédiée à l'élaboration d’électrodes poreuses de bismuth et d'antimoine. Ces électrodes montrent des limites de détection améliorées par rapport à des électrodes non poreuses, ouvrant ainsi des applications prometteuses dans le domaine de l'analyse de trace. La deuxième partie vise à surmonter des facteurs limitants de micro-électrodes dans le cadre de l'enregistrement de signaux extracellulaires et la stimulation de réseaux neuronaux en culture, qui peut donner des informations sur des interactions et des phénomènes synergétiques dans les systèmes nerveux. / In the present dissertation thesis the elaboration of porous electrodes via templating methods and their potential application in the field of environmental and neurobiological analysis are discussed. The electrodes of controlled porosity are characterized by an increased internal electroactive area and thus they can be used to enhance significantly the electrochemical performance. High surface area materials are promising for biosensing and more generally in electrochemical experiments. The first part of this work is focused on the elaboration of porous bismuth and antimony film electrodes. These porous electrodes show improved detection limits compared to non-porous one and thus open up promising applications in the field of trace analysis. The second part deals with overcoming limiting factors of microelectrode arrays in the context of extracellular recording and stimulating cellular neuronal networks or neural tissues in culture that can reveal information about interactions and synergetic features of nervous systems.