Ce mémoire présente la conception et réalisation d'un montage expérimental pour le développement d'un interféromètre à atomes froids de 87Rb guidés sur un microcircuit à atomes, l'objectif final étant la réalisation d'un capteur inertiel de rotations. Nous avons ainsi étudié théoriquement le confinement magnétique des atomes dans un guide circulaire. Une telle étude nous a permis d'identifier les principales problématiques liées à la propagation sur une orbite stable d'un paquet d'onde atomique dans un guide magnétique, à savoir: la rugosité du potentiel de guidage, les défauts du potentiel associés au motif de micro fils employés pour créer ce potentiel, et les pertes par effet Majorana. Dans cette thèse nous proposons des solutions originales à ces problèmes basés sur des études précédentes et sur les résultats de nos calculs. Du point de vue expérimental, nous avons monté une nouvelle expérience d'atomes froids dont la principale caractéristique est d'être compacte et donc transportable pour des mesures locales de vitesses de rotations. Nous avons donc, au cours de ce travail, assemblé un système à ultra vide efficace, développé un banc optique très compacte comprenant des sources laser pour le refroidissement et piégeage des atomes, un laser de Bragg pour la réalisation de l'interféromètre atomique, ainsi que toute l'électronique de contrôle de cette expérience. / This manuscript present the design and realization of an experimental setup for the development of a cold atom interferometer using 87Rb atoms guided on an atom chip, the final goal being the realization of an inertial sensor for rotation measurements. We have therefore study theoretically the magnetic confinement of these atoms in a circular guide. Such a study allowed us to identify the main challenges linked to the atomic wave packet propagation along a stable circular orbit in a magnetic guide, namely: the roughness of the guiding potential, the magnetic potential defects associated to the pattern of the micro wires used to produce this potential, and the Majorana losses. In this thesis we propose original solutions to these questions based on preliminary studies and on the results of our calculations. From the experimental point of view, we have assembled a new cold atom experiment with the main feature of being compact and therefore transportable for in situ measurement of rotations. We have along this work put together an efficient ultra high vacuum system, developed a compact optical bench containing the laser sources for cooling and trapping, a Bragg laser for the atom interferometer, as well as all the needed electronics to control the experiment.

Les laboratoires sur puce sont des dispositifs miniaturisés qui offrent la possibilité d'intégrer en ligne toutes les étapes de la chaîne analytique tout en réduisant les volumes d’échantillon et les temps d’analyse. Ainsi, ils constituent potentiellement un outil de diagnostic particulièrement adapté pour l’analyse de biomarqueurs phosphorylés, pour lesquels une préconcentration est nécessaire en raison de leur faible abondance dans les fluides biologiques. C’est pourquoi, de nouvelles méthodes, dédiées à l'enrichissement de phosphopeptides, ont été développées ces dernières années et en particulier celles utilisant des supports solides basées sur la chromatographie d’affinité sur des ions métalliques immobilisés (IMAC). Parmi les supports solides intégrables en microsystème, les monolithes organiques constituent une option privilégiée grâce à la possibilité d’être synthétisés in situ. Le but de ce travail de thèse était donc de développer un laboratoire sur puce intégrant une préconcentration des phosphopeptides sur support monolithique basé sur le principe de l’IMAC et leur séparation électrophorétique en ligne.Dans un premier temps, nous avons développé deux approches innovantes qui ont permis de synthétiser pour la première fois un monolithe à base d’éthylène glycol méthacrylate phosphate (EGMP) et de bisacrylamide (BAA) par voie photochimique dans des microsystèmes. La première stratégie développée dans des puces en verre repose sur la synthèse du monolithe à l’aide d’un microscope à épifluorescence. La deuxième approche est basée sur les propriétés photochimiques d’un nouvel amorceur qui a permis de synthétiser et d’ancrer le monolithe, en une seule étape, aux parois des puces en polydiméthylsiloxane (PDMS). Une caractérisation de ce monolithe en termes de morphologie, de perméabilité, de porosité et de surface spécifique a ensuite été réalisée. Ceci a permis de démontrer le potentiel de ce monolithe pour la préconcentration.Dans un deuxième temps, une méthode de séparation par électrophorèse couplée à une détection par fluorescence a été développée sur puce en verre. Celle-ci a permis de séparer un mélange de phosphopeptides modèles fluorescents possédant différents sites et degrés de phosphorylation. Les phosphopeptides ont été détectés en moins de 2 min avec une excellente résolution (R>3) et une bonne efficacité (plateaux théoriques compris entre 11000 et 25000). Enfin, le couplage en ligne du module de préconcentration monolithique et de séparation/détection a été réalisé. Sur ce dispositif miniaturisé, une préconcentration basée sur l’IMAC-Zr4+ a ainsi été développée. L’efficacité de la capture et de l’élution des phosphopeptides a été démontrée et des facteurs de préconcentration supérieurs à 340 ont été obtenus. En conclusion, ce laboratoire sur puce ouvre des perspectives très prometteuses dans le domaine du diagnostic de pathologies dont le processus physiopathologique implique des phosphopeptides.Mots clés : laboratoire sur puce, microsystème, phosphopeptide, IMAC, monolithe, photopolymérisation, préconcentration, électrophorèse sur puce / A lab on-a-chip is a miniaturized device that integrates onto a single chip different analytical steps (preconcentration, separation, detection...) with minimal sample consumption and short analysis time. They are potentially beneficial in phosphorylated biomarker analysis for which a preconcentration step is necessary because of their low abundance in biological fluids. That's why selective enrichment methods of phosphopeptides have been developed in recent years in particular those based on solid supports like Immobilized Metal Affinity Chromatography (IMAC). Among the solid supports, organic polymer monoliths present practical advantages when used in microchips due to their ease of preparation and in situ polymerization. The aim of this work was to develop a lab-on-a-chip integrating a monolithic support for online IMAC-based preconcentration and electrophoretic separation of phosphopeptides.In the first part, we developed two innovative approaches which allowed us to synthesize, for the first time, an ethylene glycol methacrylate phosphate-co-bisacrylamide (poly (EGMP-co-BAA)) monolith by a photo-driven process in microsystems. The first monolith synthesis approach was developed in glass microchannels using an inverted epifluorescence microscope as UV-irradiation source. The second approach was based on the photochemical properties of a new initiator which allowed the simultaneous synthesis and anchorage of the monolith in native polydimethylsiloxane (PDMS) microchips. A characterization (morphology, permeability, porosity and specific surface area) of (poly (EGMP-co-BAA)) monolith was then performed which demonstrated the potential of this monolith for preconcentration.Then a glass microchip electrophoresis method coupled to a detection by fluorescence was developed to separate a mixture of phosphopeptides fluorescent models differing with the position and number of phosphorylation sites. The phosphopeptides were detected in less than 2 min with excellent resolution (R> 3) and good efficiencies ranging from 11000 to 25000 plates. Finally, an integrated microdevice was developed by combining online preconcentration based on IMAC-Zr4+ and separation/detection of phosphopeptides. The performance of this integrated microdevice to capture and to elute the phosphopeptides was demonstrated and signal enhancement factors (SEF) higher than 340 were obtained. This lab-on-a-chip device opens news perspectives for phosphoproteomic applications and the diagnostic of diseases where the pathophysiological process involves phosphopeptides

Dans cette thèse, nous étudions les approches calculatoires dédiées des réseaux de neurones profonds et plus particulièrement des réseaux de neurones convolutionnels (CNN). En effet, l'efficacité des réseaux de neurones convolutionnels en font des structures calculatoires intéressantes dans de nombreuses applications. Nous étudions les différentes possibilités d'implémentation de ce type de réseaux pour en déduire leur complexité calculatoire. Nous montrons que la complexité calculatoire de ce type de structure peut rapidement devenir incompatible avec les ressources de l'embarqué. Pour résoudre cette problématique, nous avons fait une exploration des différents modèles de neurones et architectures susceptibles de minimiser les ressources nécessaires à l'application. Dans un premier temps, notre approche a consisté à explorer les possibles gains par changement de modèle de neurones. Nous montrons que les modèles dits impulsionnels permettent en théorie de réduire la complexité calculatoire tout en offrant des propriétés dynamiques intéressantes, mais nécessitent de repenser entièrement l'architecture matériel de calcul. Nous avons alors proposé notre approche impulsionnelle du calcul des réseaux de neurones convolutionnels avec une architecture associée. Nous avons mis en place une chaîne logicielle et de simulation matérielle dans le but d'explorer les différents paradigmes de calcul et implémentation matérielle et évaluer leur adéquation avec les environnements embarqués. Cette chaîne nous permet de valider les aspects calculatoires mais aussi d'évaluer la pertinence de nos choix architecturaux. Notre approche théorique a été validée par notre chaîne et notre architecture a fait l'objet d'une simulation en FDSOI 28 nm. Ainsi nous avons montré que cette approche est relativement efficace avec des propriétés intéressantes un terme de passage à l'échelle, de précision dynamique et de performance calculatoire. Au final, l'implémentation des réseaux de neurones convolutionnels en utilisant des modèles impulsionnels semble être prometteuse pour améliorer l'efficacité des réseaux. De plus, cela permet d'envisager des améliorations par l'ajout d'un apprentissage non supervisé type STDP, l'amélioration du codage impulsionnel ou encore l'intégration efficace de mémoire de type RRAM. / In this thesis, we study the dedicated computational approaches of deep neural networks and more particularly the convolutional neural networks (CNN).We highlight the convolutional neural networks efficiency make them interesting choice for many applications. We study the different implementation possibilities of this type of networks in order to deduce their computational complexity. We show that the computational complexity of this type of structure can quickly become incompatible with embedded resources. To address this issue, we explored differents models of neurons and architectures that could minimize the resources required for the application. In a first step, our approach consisted in exploring the possible gains by changing the model of neurons. We show that the so-called spiking models theoretically reduce the computational complexity while offering interesting dynamic properties but require a complete rethinking of the hardware architecture. We then proposed our spiking approach to the computation of convolutional neural networks with an associated architecture. We have set up a software and hardware simulation chain in order to explore the different paradigms of computation and hardware implementation and evaluate their suitability with embedded environments. This chain allows us to validate the computational aspects but also to evaluate the relevance of our architectural choices. Our theoretical approach has been validated by our chain and our architecture has been simulated in 28 nm FDSOI. Thus we have shown that this approach is relatively efficient with interesting properties of scaling, dynamic precision and computational performance. In the end, the implementation of convolutional neural networks using spiking models seems to be promising for improving the networks efficiency. Moreover, it allows improvements by the addition of a non-supervised learning type STDP, the improvement of the spike coding or the efficient integration of RRAM memory.

Dans notre monde toujours plus connecté, les cartes à puce sont impliquées quotidiennementdans nos activités, que ce soit pour le paiement, le transport, le contrôle d’accès ou encore la santé.Ces cartes contiennent des informations personnelles liées aux faits et gestes de leur possesseur.Le besoin d’interpréter les données contenues dans les mémoires de ces cartes n’a jamais été aussiimportant. Cependant, sans les spécifications de l’application, il est difficile de connaître quellesinformations sont stockées dans la carte, leur emplacement précis, ou encore l’encodage utilisé.L’objectif de cette thèse est de proposer une méthode qui retrouve les informations stockéesdans les mémoires non volatile des cartes à puce. Ces informations peuvent être des dates (e.g.,date de naissance, date d’un événement) ou des informations textuelles (e.g., nom, adresse). Pourretrouver ces informations, un décodage exhaustif des données à l’aide de différentes fonctions dedécodage est possible. Malheureusement, cette technique génère de nombreux faux positifs. Unfaux positif apparaı̂t lorsqu’une fonction de décodage est appliquée sur des données qui ont étéencodées avec une fonction différente. Cette thèse s’appuie alors sur trois contributions exploitantles spécificités des cartes à puce pour éliminer ces faux positifs. La première contribution identifie lesobjets cryptographiques dans les mémoires non volatiles des cartes à puce afin de ne pas effectuer ledécodage sur ces données. Les deux autres contributions retrouvent respectivement des informationstextuelles et des dates dans ces mémoires. Afin de valider ces méthodes, elles sont chacune appliquéessur 371 mémoires de cartes à puce de la vie réelle. / In our increasingly connected world, smart cards are involved in any everyday activity, and theygather and record plenty of personal data. The need to interpret the raw data of smart card memoryhas never been stronger. However, without the knowledge of the specifications, it is difficult toretrieve what are the information stored, their location, and the encoding used to store them.The objective of this thesis is to propose a method retrieving the stored information in thenon-volatile memory of smart cards. This information include dates (e.g., birth date or event date)and textual information (e.g., name, address). In order to retrieve these information, it is possibleto perform an exhaustive decoding of the data with several decoding functions. Unfortunately,this technique generates a lot of false positives. Indeed, a false positive occurs when a decodingfunction is applied to data that have been encoded with another function. This thesis proposesthree contributions exploiting smart cards specificities to eliminate the false positives. The firstcontribution identifies cryptographic material in these non-volatile memories in order to preventthe false positives generated by the decoding of these cryptographic objects. The two otherscontributions retrieve respectively textual information and dates in these memories. In order tovalidate these methods, they are applied on 371 memory dumps of real-life smart cards.

Les particules issues de la pollution sont responsables de millions de morts prématurées. Les nanoparticules (au diamètre inférieur à 100 nm) atteignent les alvéoles où elles rencontrent la barrière alvéolo-capillaire. Cette barrière est composée d'un épithélium alvéolaire et d'un endothélium, dos à dos contre une membrane ultrafine (environ 0.2 µM), soumis à une stimulation constante exercée par l'inflation cyclique des alvéoles et par le cisaillement dû à la circulation sanguine. Nous nous sommes appliqués à développer un modèle in vitro innovant de cette barrière alvéolo-capillaire afin d'observer les interactions des nanoparticules avec cette barrière. Dans un premier temps, nous avons développé un substrat micro-fabriqué qui reproduit les propriétés géométriques et physiques de la membrane alvéolo-capillaire. Sur cette membrane, nous avons mis en place une co-culture de cellules épithéliales alvéolaires (A549) et endothéliales (HUVEC). Grâce à une étude de microscopie confocale, nous avons observé le comportement de ce modèle en termes d'étanchéité et de fonctions biologiques. Finalement nous avons observé les interactions entre des nanoparticules de silice et notre modèle en termes de toxicité, d'internalisation et de translocation. Dans une seconde partie, nous avons développé une puce microfluidique à deux chambres qui permet de reproduire autour de notre modèle de co-culture le microenvironnement spécifique des alvéoles pulmonaires. Des études de conception mécanique et l'optimisation de méthodes de microfabrication nous ont permis de générer une puce réversible compatible avec de la culture à long-terme et de l'observation en live par microscopie confocale. Dans une troisième partie, nous avons commencé un travail préliminaire visant à intégrer des cellules pluripotentes induites différenciées dans notre modèle in vitro. Nous avons travaillé à optimiser deux protocoles de différentiation sur une lignée commerciale: vers un endothélium et vers un épithélium alvéolaire. Finalement, nous proposons ici un modèle in vitro offrant de nombreux avantages: une importante communication intercellulaire via leur co-culture sur une membrane ultrafine, une culture long-terme observable au quotidien, la reproduction des stimuli dynamiques de l'environnement alvéolo-capillaire in vivo et la possibilité d'effectuer des tests d'interaction et de translocation de nanoparticules. / Pollutions particles are responsible for millions of premature death. Nanoparticles (with a diameter below 100 nm) reach the alveolar sacs where they encounter the alveolar capillary barrier. This barrier is constituted of an alveolar epithelium and an endothelium back to back on an ultra-thin membrane (about 0.2 µm), submitted to constant stimuli due to cyclic alveolar inflation and blood flow shear stress. We focused here on developing an innovative in vitro model of the alveolar capillary barrier to study the interactions of the nanoparticles with this barrier. Firstly, we have developed a micro-engineered substrate reproducing the geometrical and physical properties of the alveolar capillary membrane. We implemented the co-culture of an alveolar epithelium (A549) and an endothelium (HUVEC) on this membrane. We used confocal microscopy to observe the behavior of our model regarding barrier integrity and specific phenotypes. Finally, we observed the interactions between Silica nanoparticles and our model in terms of toxicity, internalization and translocation. Secondly, we developed a two-chamber microfluidic chip reproducing the specific microenvironment of the alveoli around our co-culture model. Studies of mechanical design and fabrication processes optimization allowed for the generation of a reversible chip compatible with long-term culture and live observation with a confocal microscope. Thirdly, we launched preliminary experiments aiming at the integration of differentiated induced pluripotent stem cells in our in vitro model. We worked on optimizing two directed differentiation protocols: towards an endothelium and towards an alveolar epithelium.Finally, we present here an in vitro model with numerous features: a close-contact co-culture on an ultra-thin membrane enabling important intercellular communication, a long-term culture allowing for live monitoring, mimicking the in vivo dynamic stimuli of the alveolar capillary barrier microenvironment and the possibility for nanoparticles interaction and translocation studies.

La mesure de performance est utilisée dans tous les systèmes informatiques pour garantir la meilleure performance pour le plus faible coût possible. L'établissement d'outils de mesures et de métriques a permis d'établir des bases de comparaison entre ordinateurs. Bien que le monde de la carte à puce ne fasse pas exception, les questions de sécurité occupent le devant de la scène pour celles-ci. Les efforts allant vers une plus grande ouverture des tests et de la mesure de performance restent discrets. Les travaux présentés ici ont pour objectif de proposer une méthode de mesure de la performance dans les plates-formes Java Card qui occupent une part considérable du marché de la carte à puce dans le monde d’aujourd’hui. Nous étudions en détails les efforts fournis par d'autres auteurs sur le sujet de la mesure de performance et en particulier la mesure de performance sur les cartes à puce. Un grand nombre de ces travaux restent embryonnaires ou ignorent certains aspects des mesures. Un des principaux défauts de ces travaux est le manque de rapport entre les mesures effectuées et les applications généralement utilisées dans les cartes à puce. Les cartes à puce ont par ailleurs des besoins importants en termes de sécurité. Ces besoins rendent les cartes difficiles à analyser. L'approche logique consiste à considérer les cartes à puce comme des boites noires. Après l'introduction de méthodologies de mesures de performance pour les cartes à puce, nous choisirons les outils et les caractéristiques des tests que nous voulons faire subir aux cartes, et nous analyserons la confiance à accorder aux données ainsi récoltées. Enfin une application originale des cartes à puce est proposée et permet de valider certains résultats obtenus. / Performance measurements are used in computer systems to guaranty the best performance at the lowest cost. Establishing measurement tools and metrics has helped build comparison scales between computers. Smart cards are no exception. But the centred stage of the smart card industry is mostly busy with security issues. Efforts towards a better integration of performance tests are still modest. Our work focused on a better approach in estimating the execution time within Java Card platforms. Those platforms constitute a big part of the modern smart card market share especially with regards to multi-applicative environments. After introducing some methodologies to better measure the performance of Java Cards, we detail the tools and the tests that we mean to use on smart cards. We will thereafter analyze the data obtained in this way. Finally, an original application for smart cards is proposed. We used it to validate some points about the results.

Les tests « in vitro » permettent d’établir près de 70% des diagnostics et leur développement pour une utilisation au plus près du patient apparaît donc comme un enjeu majeur de santé publique. Dans ce contexte, les critères ASSURED (« Affordable, Sensitive, Specific, User-friendly, Rapid and robust, Equipment-free and Deliverable to end-users ») a été défini par l’organisation mondiale de la santé pour que les chercheurs développent des outils de diagnostic dits « Point of Care » utilisables par le plus grand nombre. Avec l’essor de la microfluidique, la gamme des dispositifs possibles s'est élargie et des biocapteurs intégrés ont été développés, transformant le signal biologique d’une reconnaissance d’un biomarqueur par une sonde biologique en un signal optique, électrochimique, mécanique ou encore magnétique. Comme les milieux biologiques sont en grande majorité amagnétiques, les capteurs magnétiques ne sont pas affectés par l’utilisation de matrices biologiques complexes comme peuvent l’être les mesures optiques ou électrochimiques. De plus ces capteurs sont faciles à produire et intégrables dans les puces microfluidiques. Cette thèse a pour objectifs de concevoir un outil de diagnostic in vitro basé sur des capteurs à magnétorésistance géante et de tester ses performances. Cette étude a été réalisée en utilisant une lignée cellulaire de myélome murin. Les cellules sont marquées spécifiquement par des particules magnétiques fonctionnalisées par des anticorps dirigés contre un de leurs antigènes et sont passées dans le canal microfluidique au-dessus des capteurs. Cette méthode de détection dynamique permet de compter les objets magnétiques un par un. La difficulté réside dans la distinction des signaux spécifiques provenant des cellules marquées des signaux faux positifs induits par les billes restant en solution. Deux types de dispositifs ont été conçus dans cette thèse pour lever ce verrou. Le premier possède une couche inerte de séparation de quelques micromètres entre les capteurs GMR et le canal qui permet de supprimer les signaux des billes isolées. Le second dispositif, qui a des capteurs à la fois au-dessus et au-dessous du canal microfluidique, permet une double détection simultanée de chaque objet magnétique. Il est ainsi possible de connaître le nombre de billes qui les marquent et de déterminer s’il s’agit d’un agrégat de billes ou d’un objet biologique. / The « in vitro » tests are requested for the establishment of nearly 70% of diagnoses and their development for on-site detection therefore appears to be a major public health issue. In this context, the ASSURED criterion (« Affordable, Sensitive, Specific, User-friendly, User-friendly, Rapid and robust, Equipment-free and Deliverable to end-users ») has been defined by the World Health Organization to encourage researchers to develop diagnostic tools called « Point of Care » that can be widely used.With the rise of microfluidics, the range of possible devices has broadened and integrated biosensors have been developed, transforming the biological signal from a biomarker recognition by a biological probe into an optical, electrochemical, mechanical or magnetic signal. As biological environments are largely non-magnetic, magnetic sensors are not affected by the use of complex biological matrices as are optical or electrochemical measurements. In addition, these sensors are easy to produce and can be integrated into microfluidic chips. The objectives of this thesis are to design a diagnostic tool in vitro based on giant magnetoresistance sensors and to test its performance. Its development was carried out using a murine myeloma cell line. The cells are specifically labeled by magnetic particles functionalized by antibodies directed against one of their antigens and flown in the microfluidic channel above the sensors. This dynamic detection method allows magnetic objects to be counted one by one. The challenge is to distinguish the signals coming from the labeled cells from those of the beads remaining in solution. In order to address this problem, two labs on chips are developed in this thesis. In a first device, an inner layer of a few micrometers separates the sensors from the channel which allows to suppress the signals of the isolated beads. The second device has sensors both above and below the microfluidic channel and can measure the number of beads corresponding to each doubly detected object which can thus be identified (aggregates or biological objects).

Les réseaux de capteurs sans-fil sont une nouvelle technologie qui permet de déployer des capteurs hétérogènes et de les faire communiquer sans fil et de façon autonome. Cette capacité nouvelle à surveiller ou instrumenter le monde qui nous entoure ouvre la voie à de nouvelles applications innovantes ou à une évolution majeure d’applications déjà existantes.D’une dizaine de nœuds à plusieurs milliers, les réseaux de capteurs sans fil commencent à conquérir le monde industriel et notre vie quotidienne. Leurs besoins en communications, gestion, génération et stockage de l’énergie, miniaturisation et réduction des coûts ne nécessitent pas seulement de perfectionner les technologies actuelles mais bien d’en inventer de nouvelles. Parmi toutes les applications révolutionnaires des réseaux de capteurs sans fil comme dans la santé, l’environnement, l’industrie et le militaire, l’une des applications les plus transformatrices est la surveillance de structure. La surveillance de structure est l’art de surveiller tout ce qui peut s’abimer, s’user ou tomber en panne. Elle est particulièrement importante dans les domaines des transports et du bâtiment, étant donné que la sécurité des personnes est en jeu. En plaçant aux endroits stratégiques des capteurs sans-fil, il sera possible de prévoir et de prévenir la défaillance d’un pont, l’usure d’un avion ou d’un train ou la déformation d’un bâtiment. La surveillance de structure permet de prévenir les pannes et les défaillances, de réduire les coûts de maintenance et d’améliorer les performances. C’est un processus complexe qui implique plusieurs technologies : des capteurs, la transmission de l’information et l’analyse des données. La nature (accéléromètre, gyroscope, jauge de contrainte, température, pression, fuite, givre, etc. . .), la position ainsi que le nombre de capteurs sont dictés et dépendants des besoins de l’analyse de la structure qui doit être effectuée. De ce fait, les contraintes imposées au système de transmission de données sans fil, afin d’offrir une couverture suffisante de la structure de l’appareil avec plusieurs centaines voire plusieurs milliers de capteurs que leur localisation rendra difficile d’accès, nécessitent des nouvelles innovations en matière d’efficacité énergétique et de performance de communication. Ce travail s’intéresse à la conception et l’implémentation d’un système de transmission de données dans un réseau de capteurs sans-fil. Après une présentation des exigences du système de surveillance de structure aéronautique, l’architecture générale du système de surveillance est décrite. Une couche physique spécifique à haute efficacité énergétique basée sur l’Impulse-Radio UltraWide Band a été conçue. Les designs complets de l’émetteur et du récepteur IR-UWB sont présentés ainsi que l'optimisation du codage canal par rapport à la consommation énergétique. Une couche MAC spécifique permettant un nombre important de nœuds et une efficacité énergétique élevée basée sur du TDMA reconfigurable a été conçue. Plusieurs prototypes ont été implémentés pour valider la conception et démontrer les performances. Ces implémentation utilise des techniques avancées d’optimisation de la consommation énergétique et de reconfigurabilité afin de répondre aux exigences des réseaux de capteurs sans-fil. Des simulations ASIC permettent également de prévoir que ce système permettra de supporter des débits applicatifs de plusieurs centaines de mégabits par seconde, tout en permettant à plusieurs dizaines de nœuds de communiquer. Les performances énergétiques de ce système de communication sont aujourd’hui à l’état de l’art. Enfin, cette technologie de communication sans-fil a été intégrée dans un système complet de deux nœuds capteurs et d’un routeur dans un démonstrateur FPGA / Wireless Sensor Networks (WSN) is an emerging technology which allows deploying wireless communicating autonomous heterogenous sensors. This monitoring capability paves the way for new innovative applications or breakthrough evolution of existing ones. WSN have started to change the industry and our daily lives. Their communication, energy, miniaturization and cost requirements cannot be met by evolutions of current technologies but will require new innovations.Among health, environment, industrial and military applications for WSN, one of the most revolutionary is Structural Health Monitoring (SHM). SHM is the art of monitoring anything which can wear, break down or be damaged. It is of utmost importance in safety sensitive domains such as the transport and construction industries.By placing sensors in carefully chosen locations, SHM will allow failure prediction, cost reduction and improved performance of bridges, planes, building or engines.The tens to thousands of sensors and the huge amount of data generated places a strong burden on the wireless communication of the nodes, which cannot be satisfied with today’s technology. This work presents the design and implementation works such a wireless communication system.Following a presentation of the context and requirement of this work, a general description of the SHM system is given. A specific highly energy efficient physical layer based on Impulse-Radio UltraWide Band (IR-UWB) has been designed.The complete IR-UWB transmitter and receiver are detailed, including the energy efficiency optimized channel coding. A specific Medium Access Control (MAC) layer allowing a large number of communicating nodes based on reconfigurableTime Division Multiple Access (TDMA) was designed. Several prototypes of this system have been implemented to prove feasibility and performance. These implementations employ advanced energy consumption reduction and reconfigurability techniques to answer WSN communication challenges. An ASIC implementation simulation has demonstrated hundreds of megabits per second data rate at state of the art energy efficiency

Les travaux présentés dans cette thèse s’intéressent à l’immobilisation de biomolécules pour le développement d’outils d’analyse multiparamétrique pour la caractérisation d’échantillons biologiques et le diagnostic, sur un support de type biopuce couplé à une détection colorimétrique.Un premier axe de recherche concerne le développement de tests d’hybridation d’acides nucléiques et d’immunotests à haut-débit automatisés sur plaque de filtration. Cette méthode a permis la mise au point d’un test de génotypage automatisé pour le dépistage transfusionnel haut-débit (génotypage érythrocytaire étendu) en collaboration avec l’Établissement Français du Sang Rhône-Alpes (EFS-RA). Il permet d’analyser 96 échantillons en quatre heures, et de caractériser six génotypes par échantillon. Cet outil a fait l’objet d’une validation sur un panel de 293 donneurs.La seconde partie des travaux présentés s’intéresse au développement d’un procédé d’immobilisation d’oligonucléotides sur un polymère particulier (PolyshrinkTM) pour l’élaboration d’un système d’analyse miniaturisé. Plusieurs stratégies d’activation ont été envisagées et ont abouti à la mise au point d’une technique d’immobilisation d’oligonucleotides in situ dans des plots d’hydrogel. La méthode de fabrication permet d’obtenir une matrice de plots d’hydrogel de 60 µm de diamètre et d’une hauteur de 6 µm en moyenne. En outre, il a été démontré que les oligonucléotides immobilisés dans les plots pouvaient détecter de façon quantitative et sélective les cibles complémentaires présentes dans l’échantillon analysé en utilisant une détection par colorimétrie ou par chimiluminescence. / The work reported in this thesis focuses on biomolecules immobilization for the development of multiparametric analysis tools on a biochip coupled with a colorimetric detection, applied to the characterization of biological samples and to diagnosis.The first concern was the development of high-throughput automated hybridization tests and immunotests on a filtration plate. This method led to the elaboration of an automated platform for extended blood group genotyping in collaboration with the Etablissement Français du Sang Rhône-Alpes (EFS-RA). It enables to analyze 96 samples in four hours and to characterize six genotypes per sample. Its analytical performances were validated on a panel of 293 blood donors.The second part of this work aimed to elaborate a new strategy for oligonucleotide immobilization on an innovative polymer (PolyshrinkTM) for the development of miniaturized analysis systems. Several approaches were evaluated and led to an in-situ immobilization of oligonucleotides in hydrogel dots technique. This method leads to 6 µm hydrogel dots with a diameter of 60 µm. Moreover it was demonstrated that such immobilized oligonucleotides were able to detect targets specifically and quantitatively using either a chemiluminescent or a colorimetric detection.

Le but de cette étude est de concevoir, fabriquer et caractériser une puce microfluidique afin de mettre en oeuve la capture de nanoparticules magnétiques fonctionnalisées en vue de la reconnaissance d’anticorps spécifiques (couplage d’une très grande spécificité et sensibilité). Après avoir modélisé et simulé les performances de la microbobine intégrée dans le canal de la puce microfluidique en prenant soin de limiter la température du fluide à 37°C, la capture devant être effective, le microsystème est fabriqué en salle blanche en utilisant des procédés de fabrication collective. La fabrication du microdispositif en PDMS a aussi donné lieu à l’optimisation de procédés de modification de surface afin d’assurer la ré-utilisation du microdispositif (packaging réversible) et la limitation de l’adsorption non spécifique. L’immobilisation des anticorps su les billes (300 nm) a été menée à l’intérieur du canal en utilisant un protocole de type ELISA éprouvé. Le procédé a montré qu’il était également efficient pour cet environnement puisque nous avons pu mettre ne évidence la capture de nanoparticules / In this study, a concept of microfluidic chip with embedded planar coils is designed and fabricated for the aim of trapping effectively functionalized magnetic nanobeads and immobilizing antibody (IgG type). The planar coils as a heart of microfluidic chip is designed with criterion parameters which are optimized from simulation parameters of the maximum magnetic field, low power consumption and high power efficiency by FE method. The characterization of microcoils such as effectively nanobeads (300 nm) at low temperature (<37oC) is performed and confirmed. The channel network in PDMS material is designed for matching with entire process (including mixing and trapping beads) in microfluidic chip. A process of PDMS’s surface modification is also carried out in the assemble step of chip in order to limit the non-specific adsorption of many bio substances on PDMS surface. The microfluidic chip assemble is performed by using some developed techniques of reversible packaging PDMS microfluidic chip (such as stamping technique, using non-adhesive layer, oxygen plasma combining with solvent treatment). These packaging methods are important to reused microchip (specially the bottom substrate) in many times. The immobilization of antibody IgG-type is performed inside microfluidic chip following the standard protocol of bead-based ELISA in micro test tube. The result showed that IgG antibodies are well grafted on the surface of carboxyl-beads (comparing to result of standard protocol); these grafted antibodies are confirmed by coupling them with labeled second antibody (Fab-FITC conjugation).