L’électrochimie bipolaire est possible quand un substrat conducteur qui n’est pas directement connecté à un générateur est exposé à un champ électrique. Il s’agit donc d’une technique « sans fil ». La polarisation du substrat par rapport à la solution génère une différence de potentiel entre les extrémités du substrat qui peuvent devenir le siège de réactions rédox et briser ainsi la symétrie à la surface du substrat. Dans cette thèse, cette méthode a été appliquée à l’élaboration de matériaux ainsi qu’à l’étude de systèmes biologiques. L’électrochimie bipolaire a été adaptée pour la préparation « bulk » de particules asymétriques également appelées particules « Janus ».Des substrats conducteurs de différentes natures, tailles et formes ont été modifiées avec des dépôts métalliques, ioniques ou inorganiques. De plus, un contrôle de la morphologie du dépôt a été possible sur des substrats d’échelle variée. L’électrodéposition bipolaire permet d’étudier la génération de différentes morphologies métalliques, ainsi que la micro-structuration sur des objets conducteurs grâce au développement de nouveaux setups expérimentaux. Le concept s’est également montré très utile dans le domaine de la mise en mouvement de particules. D’une part, les objets asymétriques qui ont été préparés par électrodéposition bipolaire peuvent agir comme des micro-nageurs capables de mouvement de translation ou de rotation. D’autre part, l’application d’un champ électrique peut directement induire le déplacement d’objets isotropes par génération localisée de bulles. Un mouvement de lévitation combinée à l’émission de lumière est également possible. Finalement, l’électrochimie bipolaire a été utilisée pour étudier la conductivité de biomolécules (ADN), ce qui est d’une grande importance dans le domaine de la nanotechnologie. / Bipolar electrochemistry deals with the exposure of an isolated conducting substrate that has no direct connection with a power supply except via an electric field. Therefore it can be considered as a “wireless technique”. The polarization of the substrate with respect to the surrounding medium generates a potential difference between its opposite ends which can support localized electrochemical oxidation reduction reactions and break the surface symmetry of the substrate. The method was applied in the present thesis to materials science and biological systems. In the frame of designing asymmetric particles, also called “Janus” particles, bipolar electrochemistry was adapted for the bulk preparation of these objects. Conductive substrates with different nature, sizes and shapes have been modified with various materials such as metals, ionic and inorganic compounds using this approach. Moreover, a control over the deposit topology could be achieved for substrates at different length scales. Bipolar electrodeposition is also a good tool for investigating the generation of different metal morphologies. Further developments in the bipolar setup allowed us to use the technology for microstructuration of conductive objects. Furthermore the concept has shown to be very useful in the field of the induced motion of particles. The asymmetric objects that have been prepared by bipolar electrodeposition were employed as microswimmers which could show both translational and rotational motion. The application of electric fields in the bipolar setup can be used for the direct generation of motion of isotropic objects through bubble generation. A levitation motion of objects combined with light emission was possible using this concept. Finally, bipolar electrochemistry was also used for studying the intrinsic conductivity of biological molecules (DNA), which is of great importance in the nanotechnology.

Les suspensions d'objets microscopiques ayant la faculté de se déplacer par eux-mêmes dans le fluide qui les entoure sont des systèmes qui présentent un intérêt croissant dans la communauté scientifique. Du fait de leur dynamique intrinsèquement hors-équilibre au sens de la physique statistique, ils génèrent des effets particulièrement complexes. Parmi les micro-objets autopropulsés existants, les micro-algues vertes représentent une part importante de la biomasse de la Terre et participent activement au retraitement du CO2 par leur activité photosynthétique. Elles présentent de plus un remarquable potentiel dans les domaines de la production de bio-carburants, du retraitement des déchets, de la fabrication de cosmétiques et de compléments alimentaires. La compréhension de la dynamique de nage de ce type de microorganisme est d'un intérêt primordial d'un point de vue industriel. Cet ouvrage présente l'étude de la dynamique de la micro-algue Chlamydomonas Reinhardtii. En utilisant un système de suivi de particules en imagerie optique que nous avons développé, nous analysons ici le mécanisme fondamental de nage utilisé par cette algue jusqu'à ses implications en terme d'effets collectifs sur la dynamique de nage d'une suspension semi-diluée.

Les micronageurs et parmi eux les microangeurs artificiels sont en général, limités à exister dans des écoulements dominés par des forces visqueses. Ces écoulements sont caractérisés par un bas nombre de Reynolds (Re). Cela impacte la stratégie de nage et plus particulièrement les séquences de forme possibles, qui doivent nécessairement être non-réciproques dans l'espace de déformation pour espérer induire un déplacement net non-nul. De plus, due aux forts effets de traînée, les vitesses de nage sont limités à des valeurs faibles.Dans cette thèse, on examine la possibilité d'utiliser un mécanisme de nage basé sur l'instabilité de flambage d'une sphère creuse. Cette instabilité est provoquée en soumettant la sphère à une onde de pression. La particularité de ce mécanisme est qu'il satisfait par construction la condition nécessaire de nage à bas Reynolds exposée précédemment. De plus, la rapidité de la déformation lors de l'instabilité pousse à prévoir l'apparition d'effets inertiels, et ce même à l'échelle microscopique.Une étude expérimentale a été conduite à l'échelle macroscopique dans le but de comprendre la dynamique de l'instabilité et son impact sur le fluide qui entoure la coque creuse. Ces expériences nous permettent de montrer qu'un déplacement net non-nul est produit pour tous les régimes d'écoulements.On met en évidence le rôle de paramètres géométriques, des propriétés du matériau composant la coque creuse et de la rhéologie du fluide sur l'efficacité de la nage.On montre l'existence d'un optimum de déplacement net pour des valeurs intermédiaires du nombre de Reynolds. Pour expliquer cela, on se sert de mesures de PIV résolues temporellement pour mettre en évidence la présence d'effets d'histoire non-triviaux qui augmentent le déplacement net.On dérive un simple modèle en se basant sur les observations expérimentales pour montrer que ce régime optimal de nage est atteignable pour des sphères microscopiques, ceci est possible grâce l'activation rapide de l'instabilité. Cette propriété permet aussi une excitation à haute fréquence en utilisant des ultrasons. Une étude d'échelle nous permet de prédire une vitesse de nage de 1 cm/s pour un micro-robot contrôlé à distance. Cet ordre de grandeur de vitesse est idéal pour des applications biologiques comme la distribution ciblée de médicaments. / Microswimmers, and among them aspirant microrobots, are generally bound to cope with flows where viscous forces are dominant, characterized by a low Reynolds number (Re). This implies constraints on the possible sequences of body motion, which have to be nonreciprocal. Furthermore, the presence of a strong drag limits the range of resulting velocities.Here, we propose a swimming mechanism which uses the buckling instability triggered by pressure waves to propel a spherical hollow shell. The particularity of this mechanism is that it fulfills naturally the necessary condition of swimming at low Re. In addition, the swiftness of the instability might produce inertial effects even at the microscopic scale.With a macroscopic experimental model we show that a net displacement is produced at all Re regimes. We put in evidence the role of geometrical parameters, shell material properties and rheology of the surrounding fluid on the swimming efficiency.An optimal displacement is reached at intermediate Re. Using time-resolved PIV measurements, we explain that non-trivial history effects take place during the instability and enhance net displacement.Using a simple model, derived from the study of shell dynamics, we show that due to the fast activation induced by the instability, this regime is reachable by microscopic shells. The rapid dynamics would also allow high frequency excitation with standard traveling ultrasonic waves. Scale considerations predict a swimming velocity of order 1 cm/s for a remote controlled microrobot, a suitable value for biological applications such as drug delivery.

Les suspensions d'objets microscopiques ayant la faculté de se déplacer par eux-mêmes dans le fluide qui les entoure sont des systèmes qui présentent un intérêt croissant dans la communauté scientifique. Du fait de leur dynamique intrinsèquement hors-équilibre au sens de la physique statistique, ils génèrent des effets particulièrement complexes. Parmi les micro-objets autopropulsés existants, les micro-algues vertes représentent une part importante de la biomasse de la Terre et participent activement au retraitement du CO2 par leur activité photosynthétique. Elles présentent de plus un remarquable potentiel dans les domaines de la production de bio-carburants, du retraitement des déchets, de la fabrication de cosmétiques et de compléments alimentaires. La compréhension de la dynamique de nage de ce type de microorganisme est d'un intérêt primordial d'un point de vue industriel. Cet ouvrage présente l'étude de la dynamique de la micro-algue Chlamydomonas Reinhardtii. En utilisant un système de suivi de particules en imagerie optique que nous avons développé, nous analysons ici le mécanisme fondamental de nage utilisé par cette algue jusqu'à ses implications en terme d'effets collectifs sur la dynamique de nage d'une suspension semi-diluée. / The suspensions of microscopic objects with the ability to propel themselves into the surrounding fluid are systems of growing interest in the scientific community. Due to their intrinsic out-of-equilibrium dynamics in the sense of statistical physics, they generate complex effects. Among the existing self-propelled micro-objects, green micro-algae are an important part of the biomass of Earth and they actively participate to the recycling of CO2 by their photosynthetic activity. Moreover they have remarkable potential for the production of bio-fuels, waste reprocessing, cosmetics and dietary supplements production. From an industrial point of view, understanding the dynamics of this type of swimming microorganism is of primary interest. This work presents the study of the dynamics of microalgae Chlamydomonas Reinhardtii. Using a system of particle tracking with optical imaging that we have developed, we analyze the mechanism of stroke used by the algae up to its implications in terms of collective effects on the dynamics of swimming in a semi-dilute suspension.

Dans le but d’améliorer les performances des nageurs professionnels, nous avons développé, en collaboration avec la Fédération Française de Natation, un système automatique de suivi à base des séquences vidéo. Pour ce faire, nous proposons un nouveau système de prise de vue 8K adapté au milieu aquatique et permettant un calibrage du bassin. Celui-ci établit le lien entre les coordonnées pixels et métriques permettant, entre autres, d’extraire le couloir concerné pour effectuer les différents traitements. Afin d’initialiser le suivi, il est nécessaire de localiser le nageur. Pour cela, nous proposons d’utiliser une approche a contrario pour détecter le mouvement, puis l’approche Scaled Composite JTC pour localiser précisément la tête du nageur. Ensuite, nous implémentons et adaptons les techniques de suivi de la littérature, notamment celles basées sur la corrélation NL-JTC, les histogrammes de couleur, les motifs binaires locaux (LBP) et les histogrammes de gradient orienté (HOG). Suite aux différentes limitations de ces techniques, nous proposons de nouvelles approches optimisées basées principalement sur la fusion de données. Tout d’abord, nous développons l’approche multipiste constituée de plusieurs pistes de suivi, où chacune représente l’une des techniques de suivi citées précédemment. Ensuite, un choix basé sur l’histogramme de couleur est effectué afin de choisir la meilleure décision parmi celles offertes par chaque piste. Cette approche a significativement amélioré les résultats mais ceux-ci restent insuffisants pour l’étude des performances. Dans ce sens, nous proposons une nouvelle approche par fusion dynamique qui consiste à fusionner le plan de corrélation NL-JTC et le plan de scores couleurs dans le but d’extraire une description plus riche de la cible (forme + couleur). Cette approche a montré de très bons résultats dans le cas où la cible à suivre est visible mais reste très sensible aux occultations de celle-ci. Afin de résoudre cette difficulté, nous améliorons l’approche proposée en suivant simultanément la tête et le maillot de bain du nageur. Cette approche multizone permet, grâce à un critère de décision complexe, de retrouver la zone occultée à l’aide de la zone visible. Enfin, une étude de performances a été menée et les résultats obtenus ont permis de valider ce système. En particulier, nous nous sommes intéressés aux mesures de vitesse cyclique, intra-cyclique et instantanée, afin d’étudier et améliorer les performances des nageurs. / Swimming Federation), an automatic tracking approach using video sequences. To do this, we propose a new 8K shooting system adapted to the aquatic environment and allowing a pool calibration. This establishes the link between pixel and metric coordinates, which allows among others, to extract the concerned lane to carry out the different treatments. In order to initialize the tracking, it is necessary to localize the swimmer. For this, we propose to use an a contrario approach to detect movement, then the Scaled Composites JTC approach to precisely localize the swimmer’s head. Afterwards, we implement and adapt several tracking techniques well-known in the literature, namely those based on the NL-JTC correlation, color histograms, Local Binary Patterns (LBP) and histograms of oriented gradient (HOG). Given the various limitations of these techniques, we propose new optimized approaches based primarily on data fusion. First, we develop a multitracking approach consists of several tracks, where each track represents one of the tracking techniques mentioned above.Then, a choice based on the color histogram is made to select the best decision among those offered by each track. This approach has significantly improved the results, but it remains insufficient for the performance analysis. Therefore, we propose a new dynamic fusion approach that combines NL-JTC correlation plane and color scores plane in order to generate a richer description of the target (form + color). This approach has shown very good results in the case where the target is visible but it is still sensitive to occlusions. To solve this problem, we improve this proposed approach by tracking simultaneously the head and the swimsuit of the athlete. This multi related targets approach enables, through a complex decision criterion, to find the occluded zone based on the visible one. Finally, a performance study is conducted and the results have validated the system. In particular, we were interested in cyclical, intra-cyclical and instantaneous speed measurements, to study and improve the swimmers’performance.

La présente étude a été menée dans le cadre d'une maîtrise en psychopédagogie avec mémoire. Ce document présente une recension des écrits sur le burnout des athlètes de haut niveau. Inclus, se trouve également l'article lié au projet de mémoire qui a comme objectif de vérifier la relation entre la perception qu'ont les athlètes du climat motivationnel instauré par leur entraîneur et la propension au burnout. Cette étude a été effectuée auprès d'une population de nageurs québécois de haut niveau. Les analyses linéaires effectuées à partir des résultats des questionnaires de 29 répondants ne sont pas concluantes. Il ne semble pas exister de relation entre la perception qu'ont les nageurs de haut niveau du climat motivationnel instauré par leur entraîneur et leur propension au bumout. En effet, l'ensemble des corrélations liées à la propension s'est avéré non significatif, mais l'étude fait ressortir des corrélations simples (de modérées à fortes) entre les composantes du burnout et la perception d'un climat motivationnel de type ego. Ces résultats pourraient être expliqués par certaines limites de l'étude ou encore, d'autres facteurs externes et seront développés davantage dans la section discussion du présent mémoire.

Pour ma thèse, j'ai étudié trois problèmes autour des propriétés de transport des suspensions actives. J'ai utilisé principalement des suspensions de bactéries Escherichia Coli mais aussi des systèmes de nageurs artificiels auto-propulsés. En premier lieu, j'ai étudié l'activation du mouvement Brownien de particules passives dans une suspension de bactéries, près d'une surface. En utilisant diverses solutions et diverses conditions expérimentales permettant de changer les conditions de nage des bactéries et le confinement, j'ai montré que la diffusivité des traceurs passifs augmente linéairement avec ce que j'ai défini comme le flux actif de la suspension; c'est à dire la concentration de nageurs actifs multipliée par leur vitesse moyenne de nage. De manière générale, le confinement entre deux parois ou par rapprochement d'une paroi, montre un meilleur transfert de la quantité de mouvement qui a pour conséquence une augmentation du facteur de couplage entre diffusivité et fluide actif. Le remplacement des bactéries par des nageurs artificiels comme des bâtonnets bi-métalliques en condition réductrice produit des résultats identiques. Deuxièmement, j'ai étudié la modification de la viscosité d'un fluide produite par la présence d'entités autopropulsées. Il a été montré théoriquement que la présence de nageurs du type "pousseurs" comme les bactéries, réduit la viscosité de la suspension à une valeur inférieure de celle du fluide porteur. Le manque de résultats expérimentaux qui mettent en évidence cet effet au sein d'une suspension (cela été montré pour des films liquides minces), nous a poussé à fabriquer un rhéomètre microfluidique en forme d'Y permettant d'étudier la réponse rhéologique d'une suspension d'E. Coli. Des résultats préliminaires révèlent un comportement non Newtonien de la suspension active avec une baisse de viscosité du liquide aux faibles taux de cisaillement et aux faibles fractions volumiques. Troisièmement, j'ai proposé d'étudier les effets de dispersion et de transport de solutions E. Coli dans un micro-canal rectangulaire possédant une constriction en son centre. Dans un tel milieu confiné, les interactions avec les parois ainsi que la géométrie du canal jouent un rôle essentiel sur les propriétés de transport. Mes résultats, de façon inattendue, montrent que l'écoulement dans un canal produit une re-concentration en bactéries après la constriction et que cet effet est contrôlé par l'écoulement même.