L’imagerie moléculaire occupe une place majeure dans le domaine de la recherche préclinique. Parmi les modalités existantes, les techniques optiques fondées sur la détection d’un rayonnement visible ou proche infrarouge sont les plus récentes et sont principalement représentées par les méthodes de tomographie optique de luminescence. Ces méthodes permettent une caractérisation 3D d’un milieu biologique par la reconstruction de cartes de concentration ou la localisation de marqueurs luminescents sensibles à des processus biologiques et chimiques se déroulant à l’échelle de la cellule ou de la molécule. La tomographie de luminescence se fonde sur un modèle de propagation de la lumière dans les tissus, un protocole d’acquisition du signal en surface du milieu et une procédure numérique d’inversion de ces mesures afin de reconstruire les paramètres d’intérêts. Ce travail de thèse s’articule donc autour de ces trois axes et apporte un élément de réponse à chacun des problèmes. L’objectif principal de cette étude est d’introduire et de présenter des outils d’évaluation des performances théoriques d’une méthode de tomographie optique. L’un des aboutissements majeurs est la réalisation de reconstructions tomographiques expérimentales à partir d’images acquises par un imageur optique conçu pour l’imagerie planaire 2D et développé par la société Quidd. Dans un premier temps nous abordons la théorie du transport en milieu diffusant afin de poser les concepts et outils sur lesquels vont s’appuyer l’ensemble des travaux. Nous présentons particulièrement deux modèles de propagation différents ainsi que les méthodes de résolution et les difficultés théoriques qui leur sont liées. Dans une deuxième partie nous introduisons les outils statistiques utilisés pour caractériser les systèmes tomographiques et leur résolution potentielle. Nous définissons une procédure et nous l’appliquons à l’étude de quelques situations simples en tomographie de luminescence. La dernière partie de ce travail présente la mise au point d’une procédure d’inversion. Après avoir présenté le cadre théorique dans lequel cette procédure s’inscrit nous la validons à partir de données numériques avant de l’appliquer avec succès à des mesures expérimentales. / Molecular imaging is a major modality in the field of preclinical research. Among the existing methods, techniques based on optical detection of visible or near infrared radiation are the most recent and are mainly represented by luminescence optical tomography techniques. These methods allow for 3D characterization of a biological medium by reconstructing maps of concentration or localisation of luminescent beacons sensitive to biological and chemical processes at the molecular or cellular scale. Luminescence optical tomography is based on a model of light propagation in tissues, a protocol for acquiring surface signal and a numerical inversion procedure used to reconstruct the parameters of interest. This thesis is structured around these three axes and provides an answer to each problem. The main objective of this study is to introduce and present the tools to evaluate the theoretical performances of optical tomography methods. One of its major outcomes is the realisation of experimental tomographic reconstructions from images acquired by an optical imager designed for 2D planar imaging and developed by the company Quidd. In a first step we develop the theory of transport in scattering medium to establish the concept on which our work will rely. We present two different propagation models as well as resolution methods and theoretical difficulties associated with them. In a second part we introduce the statistical tools used to characterise tomographic systems. We define and apply a procedure to simple situations in luminescence optical tomography. The last part of this work presents the development of an inversion procedure. After introducing the theoretical frameworkwe validate the procedure fromnumerical data before successfully applying it to experimentalmeasurements.

Le tissu osseux est un matériau composite biologique principalement constitué de molécules de collagène, de nanocristaux minéraux et d'eau et qui est organisé en plusieurs niveaux hiérarchiques dont les dimensions caractéristiques s’étendent sur plus de 8 ordres de grandeur. Une compréhension fondamentale de l’organisation de la structure minérale du tissu osseux aux différentes échelles représente un enjeu important pour la communauté biomédicale. Pour répondre à cette demande, nous avons appliqué de nouvelles méthodes actuellement en développement pour la science des matériaux afin de caractériser la phase minérale: l’imagerie par diffraction cohérente des rayons X (CXDI), par la microscopie électronique à transmission avec cartographie d'orientation cristalline automatisée (ACOM-TEM) et l’analyse de la fonction de distribution de paires (PDF) des diagrammes de diffraction des rayons X.Le tissu osseux a été étudié depuis l’échelle de l’angström, pour l’arrangement atomique, en tenant compte de la composition chimique et des variations de longueur des liaisons interatomique, en passant par l'organisation individuelle des cristaux (et entre cristaux), jusqu’à leur organisation à l’échelle du micron avec une résolution nanométrique, permettant également de résoudre la structure de la nano porosité du tissu.Les preuves de principe ont été réalisées sur un modèle bovin et en utilisant des os traités thermiquement pour tester l'applicabilité et la sensibilité des différentes méthodes. En outre, ces résultats sont d'un intérêt direct pour l'archéologie, l'anthropologie et la science médico-légale. De plus, nos premières études réalisées sur des tissus osseux humains affectés par diverses pathologies ont permis de montrer que les différences structurales induites par les pathologies peuvent être détectées à l’échelle du cristal.La description de la préparation des échantillons, les configurations expérimentales et les analyses de données pourraient, ainsi, être appliquées à d'autres tissus osseux, ex. avec un degré différent de maturation ou de différentes espèces. Les tissus de structure et composition similaires aux os tels que la dentine ou le bois de rennes, ainsi que des matériaux poreux inorganiques multi-échelles pourraient également être analysés avec les protocoles proposés.Comprendre les caractéristiques nanostructurales du tissu osseux est donc indispensable afin d’identifier des marqueurs structuraux clés des pathologies de l'os humain. Cette stratégie pourra avoir un impact sur les futurs développements de nouveaux outils pour le diagnostic ou pour évaluer l'efficacité des thérapies pharmaceutiques actuelles. / Bone tissue is a biological composite material organized in several hierarchical levels that spread over more than 8 orders of magnitude in length scales, which is made of three principal components: collagen molecules, mineral nanocrystals and water. A fundamental understanding of how the mineral structure of bone tissue is organized at different length scales is essential for the biomedical community. To answer this demand, we applied novel methods currently in development for materials science to characterize the mineral phase: coherent X-ray diffraction imaging (CXDI), automated crystal orientation mapping with transmission electron microscope (ACOM-TEM) and pair distribution function analysis (PDF) of X-ray diffraction patterns.Bone tissue was investigated from its sub-angstrom arrangement, taking into account chemical composition and interatomic bond lengths shifts, through individual crystal organization (one crystal with respect to the next), to their micrometer organization with nanometer resolution, also allowing resolving the nanoporosity structure within the tissue.Beside the investigation of native bovine tissues, heated bones that are of interest in archeology, anthropology and forensic science, were used as a model to test for the applicability and sensitivity of the different methods for such biological materials. Moreover, a first insight into pathological bone tissues enabled to show that the structural differences of particular pathologies in comparison to healthy state can be observed already at the sub-angstrom scale (as seen from interatomic bonds shifts).The sample preparation described, the experimental setups and data analysis schemes could, furthermore, be applied to bone tissue at different anatomical location, with different degree of tissue maturation, to different species and pathological cases. Bone-like tissues such as dentin and antler as well as inorganic multiscale-porous materials could also be analyzed by the proposed scheme.Understanding the nanostructural characteristics of bone tissue is therefore useful to identify key structural markers of pathological human bone. This strategy could have an impact on future developments of new tools for diagnostic or to assess the effectiveness of pharmaceutical treatments.

Dans de nombreux tissus épithéliaux, les cellules ne migrent pas sur des substrats plats mais font au contraire partie d’une monocouche bidimensionnelle courbée. C'est le cas par exemple pour les tubules rénaux, les acini du sein, les alvéoles pulmonaires ou bien les cryptes du côlon et de l’intestin. Cependant, malgré l’omniprésence de cette courbure hors plan in vivo, peu d’études expérimentales s’interrogent sur son influence sur le développement et la migration cellulaire. En effet, le comportement collectif des cellules au sein d’un épithélium à deux dimensions a été principalement étudié sur des substrats plans, négligeant ainsi l'influence de la topologie de l’environnement de culture sur le développement cellulaire. Dans ce manuscrit de thèse, nous exposons les différentes expériences menées afin de caractériser et de quantifier l’influence de cette courbure hors du plan sur le développement, la migration ainsi que les propriétés mécaniques des tissus épithéliaux. Un dispositif expérimental a été mis au point afin d’obtenir des courbures et des conditions initiales reproductibles. Afin de découpler l’effet du à la courbure de ceux dus au confinement latéral, nous avons reproduit les mêmes expériences sur des substrats plats où les cellules sont confinées dans des bandes adhésives de largueurs comparables au périmètre des tubes.En mettant en parallèle nos résultats sur ces deux types de substrats, nous suggérons que forcer les cellules à croître sur des cylindres de diamètre pertinent biologiquement induit de nouvelles propriétés biologiques qui sont à dissocier de l'effet du au confinement latéral du tissu. / That the mechanics of a cell’s microenvironment greatly influences cellular behaviors and phenotypes is well established. For example, the morphology, performance and even fate of a cell adhering to a substrate is highly influenced by the substrate rigidity. Similarly, cytoskeleton organization and cell polarity can be controlled by confining the cell to 2d micro patterns while micro or nano substrate topography influences cell adhesion and orientation. On the other hand, significantly less research exists regarding the effect of out of plane curvature on individual cells and cell assemblies, despite the intrinsic curvature of epithelial sheets which frequently form tubes, cysts, crypts, or villi with radii of curvature on the order of a few cell diameters. This thesis accordingly examines the relationship between the collective properties of epithelial tissue and out of plane curvature by employing micro fabricated environments to deconstruct the response of a cell monolayer to the geometry of its neighborhood. Curved substrates provide a controlled way to study the role of a fixed out of plane curvature on a system otherwise identical to the classic 2D assay. In particular, fibers with curvature radii between 0.5um-100um were populated with MDCK cells from a model epithelial, kidney-derived, cell line and the resulting migration dynamics and cell architecture quantified. The specific cellular behaviors induced by large curvatures provide plausible explanations of certain aspects of tubulogenesis.

Ce travail est consacré à l'étude de la diffusion de la lumière dans les tissus biologiques, en vue du développement d'une méthode de biopsie optique pour la détection précoce du cancer des organes creux. D'un point de vue théorique nous avons développé un modèle permettant de rendre compte de la diffusion de la lumière dans un système multistratifié, hétérogène, diffusant, dont la géométrie est proche de celle des tissus biologiques. Ce modèle est basé sur la résolution de l'Equation de Transfert Radiatif Vectorielle (ETRV) par la méthode des Ordonnées Discrètes. Il permet de calculer la répartition angulaire et les variations spectrales de la lumière diffusée suivant différents états de polarisation. Nos simulations du processus de cancérisation à l'intérieur d'un tissu épithélial ont montré que l'on peut espérer distinguer un tissu sain d'un tissu cancéreux à partir de l'analyse de l'intensité et de l'état de polarisation de la lumière diffusée en fonction de sa direction de diffusion. L'élément morphologique discriminant étant le doublement de la taille du noyau des cellules, principal diffuseur de la lumière, dans le tissu dysplasique. D'un point de vue expérimental nous avons réalisé des mesures de diffusion de lumière sur des échantillons école (lait et intralipides) à l'aide d'un gonio-spectro-photomètre construit au laboratoire. Elles ont permis la validation de notre modèle. Dans la continuité de ces expériences nous avons étudié des tissus reconstitués dont les cellules présentaient des tailles de noyaux différentes et des peaux de souris dont l'une présentait vraisemblablement un début de tumeur. Les résultats de ces mesures sont en accord quantitatif (pour les tissus de culture) et qualitatif (pour les essais préliminaires sur la peau de souris) avec les prédictions du modèle. Ils sont encourageants pour poursuivre notre étude de la diffusion élastique de la lumière comme outil de diagnostic.

Le premier chapitre de ce mémoire porte sur l'élastographie transitoire, une nouvelle technique ultrasonore capable de cartographier l'élasticité de cisaillement du corps humain. Cette information est utilisée depuis longtemps par les médecins lorsqu'ils procèdent à un examen par palpation. Un outil de palpation ultrasonore pourrait être extrêmement efficace pour dépister ou diagnostiquer certains cancers comme celui du sein par exemple. C'est le sujet de la première partie. La thèse de Laurent Sandrin (novembre 2000) a montré la faisabilité de cette technique d'imagerie pour localiser et mesurer l'élasticité d'inclusions « dures » dans des gels d'agar-gélatine. Les premiers essais cliniques ont lieu à l'Institut Curie en juin 2001. La fin de cette première partie est consacrée à l'utilisation de la force de radiation acoustique en élastographie transitoire.<br />Dans la deuxième partie, nous nous attachons à décrire la viscosité des tissus biologiques. Cette problématique a été étudiée pendant la thèse de Jean-Luc Gennisson (soutenue en septembre 2003) d'un point de vue académique et pendant la thèse de Jeremy Bercoff (décembre 2004) pour une application en imagerie médicale. Enfin, une coopération avec Ralph Sinkus (Philipps Research Hamburg) dans le domaine de l'élastographie par IRM a permis de jeter les bases d'un algorithme de problème inverse visco-élastique.<br />Notre quête des paramètres mécaniques des tissus biologiques nous a naturellement amenés vers le sujet de la troisième partie : l'anisotropie. Avec Jean-Luc Gennisson alors en thèse, nous avons mené à l'institut de Myologie de l' hôpital La Pitié Salpêtrière ainsi qu'avec Christophe Cornu et Pierre Portero, une campagne expérimentale portant sur les mesures d'élasticité transverse du biceps sur dix volontaires. Ces travaux scientifiques dans les milieux biologiques où l'anisotropie est une règle plutôt qu'une exception, nous ont permis d'établir des collaborations fructueuses avec Steve Levinson, université de Rochester, NY, pionnier de l'élastographie stationnaire. L'excellent accord entre les expériences et la théorie de l'élasticité dans les milieux anisotropes nous a poussés à formuler avec Ralph Sinkus (Philipps Research Hamburg) les bases d'un algorithme de problème inverse visco-anisotrope.<br />Si l'étude de la non linéarité dans les métaux, les cristaux et les roches a donné lieu à de nombreuses publications, la littérature est extrêmement avare en matière de non linéarité dans les solides mous. De ce fait, cette troisième partie qui décrit des recherches à caractère fondamental, constitue la partie la plus académique du mémoire. Grâce à l'élastographie transitoire, nous avons pu obtenir des résultats quantitatifs sur la mesure des coefficients non linéaires de Landau. Les résultats d'expériences d'acoustoélasticité, celles d'ondes transverses de fortes amplitudes ou d'interactions non linéaires d'ondes transverses menées avec Jean-Luc Gennisson, Jeremy Bercoff (thèse soutenue en décembre 2004) et Xavier Jacob (soutenance de thèse prévue en mai 2005) convergent vers la conclusion suivante : si le coefficient élastique de compression du second ordre λ est de six ordres de grandeur supérieur au coefficient élastique de cisaillement μ dans les solides mous, il en va de même pour les coefficients élastiques non linéaires de compression du troisième ordre B et C par rapport au coefficient élastique non linéaire de cisaillement A. Ces résultats expérimentaux nous ont permis de collaborer avec les théoriciens de grande renommée, Yuri Ilinsky et Zhenia Zabolotskaya de l'université de Huston, TX, que nous avons eu le plaisir d'accueillir trois semaines au laboratoire en juillet 2004.<br />Comme j'ai passé toutes les années de thèse dans un laboratoire dont le thème de recherche principal est le retournement temporel des ondes acoustiques, il était fatal que, tôt ou tard, cette thématique très riche et très féconde me contamine. Mes premières expériences de retournement temporel acoustique ont été effectuées sur un coin de table au Marine Physical Laboratory, à l'institut Scripps de San Diego, CA, pendant mon année post doctorale dont le thème était : « mesures ultrasonores de diamètres de vaisseaux sanguins ». A mon retour au laboratoire Ondes et Acoustique en janvier 2000, Ros Kiri Ing, Mathias Fink et moi avons lancé cette thématique sur le retournement temporel des cavités réverbérantes immergées, qui s'est avérée partager avec les expériences de retournement temporel dans les milieux multidiffuseurs ou dans les guides d'ondes bon nombre de problématiques.<br />Ces recherches, dont l'essentiel est synthétisé dans le second chapitre, ont été menées parallèlement aux activités d'élastographie et, bien entendu, parallèlement à mes activités d'enseignement à l'université de Paris 7. Outre l'intérêt scientifique de vérifier les lois de la diffraction ou le principe d'Huygens dans des cavités chaotiques en contact avec un transducteur ultrasonore unique, nous avons montré pendant la thèse de Nicolas Quieffin (soutenue en décembre 2004) comment le champ acoustique réverbéré pouvait être contrôlé afin de focaliser les ultrasons en temps réel à l'extérieur de la cavité immergée. Les applications potentielles de ce procédé dans le domaine de l'imagerie notamment médicale pourraient permettre d'envisager des systèmes utilisant un petit nombre de transducteurs donc à faible coût. Mais c'est dans un tout autre domaine, celui de l'interactivité, que ce procédé est apparu immédiatement utile. Ros Kiri Ing et moi avec le projet ReverSys « les interfaces acoustiques interactives » soutenu par AGORANOV, incubateur d'entreprises de<br />technologies innovantes, avons obtenu la mention spéciale du jury au Grand Prix de l'Innovation de la Ville de Paris 2003. Sous l'impulsion de Ros Kiri Ing, la société Sensitive Object a vu le jour en octobre 2003.

La modélisation et la simulation réaliste de vêtements sur ordinateur prennent de plus en plus d'importance au sein de la communauté scientifique dans l'ère du tout numérique. Cette thèse se propose d'apporter des améliorations au niveau de la modélisation mécanique du tissu et de la détermination de ses paramètres afin de rendre les animations de vêtements plus réalistes.<br /><br />Nous nous plaçons dans le cadre de la représentation d'un tissu en chaîne et trame par un système "masses-ressorts" soumis aux lois de la dynamique. Nous proposons un modèle non linéaire hystérétique du cisaillement d'un tissu qui est avantageux en temps de calcul car il se base sur des ressorts linéiques et qui reproduit fidèlement le comportement mécanique mesuré par les machines de Kawabata. Les fonctions de transfert des ressorts ont été déterminés pour que le modèle de tissu numérique reproduise les courbes de Kawabata du tissu réel, quand le tissu virtuel est soumis aux mêmes contraintes que le tissu réel dans les machines de Kawabata.<br /><br />Nous proposons aussi un schéma expérimental utilisant un système de capture de mouvement (MOCAP) permettant de mesurer la cinématique d'un tissu en mouvement. La dynamique du tissu est calculée à partir des données expérimentales ce qui a permis de déterminer les paramètres de la dissipation visqueuse utilisés dans la loi de la mécanique.<br /><br />Enfin, nous avons pu valider notre modèle mécanique du tissu muni des paramètres trouvés avec la mise en place d'une technique de reconstruction 3D de la forme d'un tissu à partir de photographies, en se basant sur l'algorithme de calibration POSIT et sur un algorithme de reconstruction 3D par stéréovision. Nous pouvons ainsi comparer le drapé réel d'un tissu avec celui obtenu grâce à notre simulateur.

La compression élastique (CE) est un traitement médical qui est prescrit en cas d'insuffisance veineuse. Récemment, la CE rencontre aussi un certain succès auprès des sportifs pour la récupération. Cependant, malgré l'utilisation de plus en plus massive de la CE, son action biomécanique sur le membre inférieur n'est pas encore bien caractérisée. Pour contribuer à cette caractérisation, un modèle biomécanique 3D des tissus mous de la jambe sous CE a été développé et appliqué à un panel de sujets. Chaque modèle est personnalisé : la géométrie est reconstruite à partir des images tomographiques 3D de la jambe de chaque sujet et les conditions aux limites reproduisent fidèlement la pression localement appliquée par la CE sur la peau. De plus, les propriétés hyper-élastiques des tissus mous sont identifiées pour chaque sujet par recalage du modèle. Une méthode de recalage originale a été spécifiquement développée et mise en œuvre pour cette application : elle consiste à utiliser les images tomographiques 3D de la jambe déformée comme données expérimentales pour le recalage. Finalement, le modèle donne accès au champ de pression transmis par la CE aux tissus mous internes. Les principales conclusions sont que le champ de pression à l'intérieur de la jambe n'est pas transmis uniformément et qu'il y a de fortes variabilités inter-sujets. En outre, le modèle permet d'obtenir des indications sur le confort et l'efficacité de la CE. Il a ainsi été possible de montrer que l'intensité des pressions maximales subies par les tissus mous de la jambe est inversement proportionnelle à l'épaisseur du tissu adipeux. Les principales perspectives du travail concernent la validation clinique de ces conclusions sur un nombre significatif de sujets, puis leur exploitation en vue d'améliorer les traitements.

Devant la complexité croissante des pratiques chirurgicales et les préoccupations éthiques et médico-légales, les simulateurs chirurgicaux ont su montrer a priori leur utilité. Mais pour être vraiment efficaces, ils doivent être précis. Nous nous sommes intéressés dans le cadre de cette thèse, menée en étroite collaboration avec le service de gynécologie obstétrique de l'hôpital L'archet II de Nice, au développement d'un logiciel de simulation d'opérations chirurgicales réaliste. Basé sur la méthode des éléments finis, il prend en compte des lois de comportement hyperélastiques, supposées être parmi les mieux adaptées pour décrire le comportement mécanique des tissus mous. Après avoir mis en évidence des instabilités numériques de notre code éléments finis du fait de l'utilisation de ces lois, nous nous sommes intéressés à un modèle visco-hyperélastique. Ne cherchant pas en première approximation à rendre compte du comportement visqueux des organes, la part visqueuse de la loi de comportement a été déterminée de façon à être suffisamment faible pour ne pas modifier le comportement global des tissus mais suffisamment grande pour éliminer les instabilités. Une méthodologie d'identification par analyse inverse qui a nécessité, outre la mise au point de notre code éléments finis, le développement d'essais mécaniques appropriés, a été appliquée à l'identification des paramètres rhéologiques d'un corps utérin et d'une trompe de Fallope. De façon à identifier le comportement des organes au plus près de qu'il est in vivo, les essais expérimentaux ont été réalisés juste après leur ablation, dans une salle contiguë au bloc opératoire. Le développement d'un module de découpe, basé sur la méthode du "kill-element" nous a par ailleurs permis de simuler une suite d'opérations chirurgicales élémentaires allant de la stabilisation des organes, à l'aide de pinces chirurgicales, à leur découpe à l'aide de ciseaux chirurgicaux, pour lesquels nous avons observé de bons résultats qualitatifs.

Dans le cadre d'une thèse financée par la région Bretagne, nous nous sommes attachés à mettre en évidence la possibilité d'utiliser la polarimétrie de Mueller comme outil d'investigations biomédicales. Cette technique, utilisant les propriétés de la polarisation de la lumière, permet une exploration non invasive des tissus biologiques en s'appuyant sur des agents de contraste naturels. La première partie de notre étude a été le développement du polarimètre, montage expérimental complet permettant la mesure de la matrice de Mueller du milieu d'étude. Après avoir choisi les éléments optiques adéquats (polariseurs en verre dichroïque, lames de phase entrainées en rotation par des moteurs pas à pas) ainsi que la source (diode laser à 808 nm) et le détecteur (caméra CCD 795x596 pixels avec objectif de 28 mm), nous nous sommes concentrés à optimiser le système d'acquisition de la matrice de Mueller. En effet, lors de la mesure, des perturbations qui constituent le " bruit expérimental " viennent limiter la précision du système. Nous distinguons deux sources d'incertitude distinctes : les erreurs aléatoires, inhérentes à l'expérience, et les erreurs systématiques, liées à la qualité intrinsèque des composants optiques et à leurs défauts de positionnement. En interférant avec le signal étudié, ces erreurs de mesure justifient l'importance d'un étalonnage rigoureux du polarimètre. Nous avons alors appliqué différentes méthodologies permettant de réduire grandement les effets néfastes de ces erreurs de mesure. D'un côté, une méthode de surdétermination du système (64 mesures d'intensités en réalisant 64 combinaisons angulaires des orientations des lames quart d'onde) permet de minimiser les erreurs aléatoires. Ces 64 combinaisons angulaires ont été judicieusement choisies grâce à la minimisation du nombre de conditionnement associé à la matrice de passage du système. Pour atténuer l'influence des erreurs systématiques, nous avons réalisé un repérage des axes neutres des lames quart d'onde précis au millième de degré près. Puis, nous avons utilisé une méthode de recherche des paramètres réels des lames de phase (retard et ellipticité). Pour pouvoir estimer les incertitudes de mesure liées à une matrice de Mueller expérimentale, nous pouvons mettre sous la forme d'une matrice de Mueller les écarts type statistiques mesurés pour chacune des 64 intensités. Nous pouvons alors évaluer les matrices de Mueller des erreurs aléatoires et systématiques. En réduisant au maximum ces matrices d'erreurs lors d'une mesure de la matrice de Mueller du système à vide, nous pouvons considérer notre polarimètre comme étant correctement étalonné. La dernière étape de ce travail a consisté à implanter un système imageur sur notre polarimètre. Grâce à des systèmes de mise en forme du faisceau (système de diaphragme et d'un couple de lentilles convergentes) et de réduction du bruit de speckle (film diffuseur homogène sur disque tournant), nous pouvons alors utiliser notre polarimètre en imagerie afin de pouvoir caractériser des milieux biologiques. La deuxième partie de notre étude s'est portée sur l'analyse et l'interprétation de la matrice de Mueller. Une fois celle-ci mesurée, il faut introduire des techniques d'extraction de l'information polarimétrique. Pour cela, nous utilisons la technique de décomposition de la matrice de Mueller en éléments simples de polarisation. L'information de polarisation contenue dans la matrice est alors modélisée en termes de dichroïsme (modifications d'amplitude du champ électrique), de biréfringence (modifications de phase du champ électrique) et de dépolarisation (action non déterministe). Pour l'étude de milieux complexes que sont les tissus biologiques, il est impératif d'utiliser une décomposition qui modélise au mieux les propriétés du milieu (configuration expérimentale, nombre et ordre des effets optiques simples) et qui minimise l'influence des erreurs de mesure. Nous avons pour cela introduit une procédure de génération de bruit pseudo expérimental afin de pouvoir inspecter, sur des matrices théoriques et expérimentales, la propagation des erreurs sur les paramètres polarimétriques calculés grâce aux quatre algorithmes existants (classique, inverse, normal et symétrique). Notre étude a alors montré qu'aucune de ces décompositions n'étaient adapté à l'étude de milieux diffusants en rétrodiffusion (configuration expérimentale choisie pour l'étude des tissus biologiques). Nous avons alors opté pour l'utilisation d'une nouvelle décomposition dite " hybride " qui permet à la fois de modéliser parfaitement la géométrie des milieux biologiques et de propager les erreurs expérimentales de manière satisfaisante. Cet algorithme hybride nous a également permis de mettre au point une procédure de détermination de la décomposition adéquate. En effet, si cet algorithme permet de traiter tous les systèmes physiques, il peut également servir à identifier le nombre et l'ordre des effets optiques élémentaires et ainsi minimiser l'influence des incertitudes expérimentales en utilisant des décompositions plus simples (classique et inverse). La troisième et dernière partie de notre étude s'est donc attachée à l'étude polarimétrique de tissus biologiques. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'étude du syndrome cutané d'irradiation aiguë. Les différentes études ont montré que le phénomène d'irradiation engendrait une baisse de la dépolarisation ainsi qu'une perte de son caractère anisotrope, phénomènes constatés lors d'altérations des fibres de collagène. Nous avons également mis en évidence la dépendance de la réponse polarimétrique à la longueur d'étude. En effet, la discrimination entre échantillon sain et échantillon irradié (même faiblement) se fait plus efficacement en utilisant des hautes longueurs d'onde (λ > 800 nm). En revanche, pour discriminer les échantillons irradiés suivant la dose reçue, une investigation plus en surface (λ < 600 nm) semble donner des résultats plus satisfaisants. Enfin, nous avons utilisé l'imagerie polarimétrique pour l'étude de la fibrose hépatique. L'interprétation statistique des images acquises a permis de montrer que la polarimétrie de Mueller semble permettre la discrimination des différents stades de fibrose. Les paramètres de dépolarisation semblent permettre la discrimination entre le foie sain et les premiers stades de fibrose (F1-F2). L'information de dispersion sur les paramètres de retard (retardance et azimut associé) permet la discrimination entre échantillons cirrhosés (F4) et non cirrhosés (F0 à F3).

The goal of our work was to characterize more precisely the role of ADAMTS2 in physiological and pathological processes, in order to develop potential therapeutic applications. We confirmed that the function of ADAMTS2 is essential during embryogenesis and development, including by its major role in the processing of fibrillar collagens type I and III in skin and lung tissues. Its specific activity was also matched up with that of two other aminoprocollagen peptidases, ADAMTS3 and ADAMTS14. The impact of ADAMTS2 inhibition during pathological formation of scar fibrous tissue was determined in two murine models of hepatic fibrosis and granulomatous reaction. In this context, ADAMTS2 appears as a therapeutic target of interest for the treatment of all process characterized by the deposition of an excessive scar matrix, including liver fibrosis. Finally, the potential anti-angiogenic properties of ADAMTS2 were demonstrated both in vitro and in vivo. Its potent activity during angiogenesis results from its action onto several distinct steps participating to the formation of new blood vessels. Molecular mechanisms by which ADAMTS2 modulates the behaviour of endothelial cells and inhibits tumor growth remain to be confirmed. L'objectif de nos études était de caractériser de manière plus précise le rôle de l'ADAMTS2 dans des processus physiologiques et pathologiques, et d'en déduire d'éventuelles applications en thérapeutique clinique. Nous avons confirmé que l'ADAMTS2 détenait une fonction essentielle au cours de l'embryogenèse et du développement, notamment par son rôle majeur dans la maturation des procollagènes fibrillaires de type I et de type III dans la peau et le poumon. Son activité spécifique a également été mise en perspective avec celle des deux autres aminoprocollagène peptidases, les ADAMTS3 et 14. L'impact de l'inhibition de l'ADAMTS2 au cours de la formation pathologique de tissu fibreux cicatriciel a été démontré dans des modèles murins de fibrose hépatique et de réaction granulomateuse à corps étranger. A ce titre, l'ADAMTS2 apparaît comme une cible thérapeutique d'intérêt pour le traitement de toute affection caractérisée par le dépôt d'une trame cicatricielle excessive, dont la fibrose hépatique. Enfin, le potentiel anti-angiogène de l'ADAMTS2 a été démontré à la fois in vitro et in vivo. Son efficacité remarquable résulte de son action au cours de plusieurs étapes distinctes de la formation des néo-vaisseaux. Les mécanismes moléculaires précis par lesquels l'ADAMTS2 agit sur les cellules endothéliales et l'inhibition de la croissance tumorale restent à préciser.