Les techniques de microscopie non linéaire connaissent un essor considérable ensciences du vivant, du fait de leur capacité à imager les tissus biologiques en profondeur et àexploiter différents contrastes dont les plus connus sont la fluorescence excitée à deux photons(2PEF) et la génération de second harmonique (SHG).Ce travail de thèse 'articule autour de la métrologie de milieux diffusants et d'applicationsbiomédicales de la microscopie non linéaire. Après une présentation générale de la technique, nousdécrivons une méthode originale de mesure du coefficient de diffusion μs et du facteur d'anisotropieg de milieux turbides épais basée sur la comparaison des intensités de fluorescence épi-collectéesselon trois modalités de notre microscope non-linéaire. Notre méthode est alors appliquée à lacaractérisation de gels biomimétiques et d'échantillons d'intérêt biologique. Le manuscrit abordeensuite le problème de l'imagerie en profondeur d'explants de peau humaine ré-innervée par desneurones sensoriels de rats nouveau-nés. Le choix du marqueur neuronal fluorescent fait l'objetd'une mesure in situ de la section efficace d'absorption à deux photons de différents fluorophores.La faisabilité d'une imagerie bimodale exploitant la fluorescence de ce marqueur et la réponse SHGdu collagène fibrillaire du derme est démontrée. Le manuscrit s'achève par une étude faisant suiteà des travaux de thèse antérieurs relatifs à la quantification de la fibrose hépatique par microscopieSHG/2PEF couplée. Nous appliquons la méthode de scoring SHG développée précédemment àune cohorte de patients infectés par le virus de l'hépatite C et comparons nos résultats aux testsMETAVIR et Ishak.

Les techniques de microscopie non linéaire connaissent un essor considérable ensciences du vivant, du fait de leur capacité à imager les tissus biologiques en profondeur et àexploiter différents contrastes dont les plus connus sont la fluorescence excitée à deux photons(2PEF) et la génération de second harmonique (SHG).Ce travail de thèse ’articule autour de la métrologie de milieux diffusants et d’applicationsbiomédicales de la microscopie non linéaire. Après une présentation générale de la technique, nousdécrivons une méthode originale de mesure du coefficient de diffusion μs et du facteur d’anisotropieg de milieux turbides épais basée sur la comparaison des intensités de fluorescence épi-collectéesselon trois modalités de notre microscope non-linéaire. Notre méthode est alors appliquée à lacaractérisation de gels biomimétiques et d’échantillons d’intérêt biologique. Le manuscrit abordeensuite le problème de l’imagerie en profondeur d’explants de peau humaine ré-innervée par desneurones sensoriels de rats nouveau-nés. Le choix du marqueur neuronal fluorescent fait l’objetd’une mesure in situ de la section efficace d’absorption à deux photons de différents fluorophores.La faisabilité d’une imagerie bimodale exploitant la fluorescence de ce marqueur et la réponse SHGdu collagène fibrillaire du derme est démontrée. Le manuscrit s’achève par une étude faisant suiteà des travaux de thèse antérieurs relatifs à la quantification de la fibrose hépatique par microscopieSHG/2PEF couplée. Nous appliquons la méthode de scoring SHG développée précédemment àune cohorte de patients infectés par le virus de l’hépatite C et comparons nos résultats aux testsMETAVIR et Ishak. / Nonlinear microscopy techniques are experiencing a considerable growth in lifescience, thanks to their ability to image biological tissues at high depth with different contrastssuch as two-photon excitation fluorescence (2PEF) and second harmonic generation (SHG).This manuscript focuses on metrology of scattering media and on biomedical applications ofnonlinear microscopy. After an overview of the technique, we describe a novel method for measuringthe scattering coefficient μs and anisotropy factor g of thick turbid media based on the comparisonof fluorescence intensities epi-collected through the three modalities of our nonlinear microscope.Our method is then applied to biomimetic gels and to biological samples. The manuscript thentackles the problem of imaging deeply human skin explants re-innervated by sensory neurons fromneonatal rats. The choice of the fluorescence probe is the subject of an in situ measurement ofthe two-photon action cross-sections of various fluorophores. The feasibility of bimodal nonlinearimaging of re-innervated skin explants based on the 2PEF signal of the molecular probe and onthe SHG response of fibrillar collagen of the dermis is demonstrated. The manuscript ends witha study subsequent to the work of previous thesis regarding the quantification of liver fibrosisby SHG/2PEF microscopy. We apply the method of fibrillar collagen scoring by SHG previouslydeveloped to a new cohort of patients infected with hepatitis C virus and we analyze our resultsin terms of METAVIR and Ishak tests.

L'acquisition de paramètres marins à partir des données spatiales de la couleur de l'eau nécessite l'élimination de la contribution de l'atmosphère au signal mesuré par le capteur. En effet, la majorité du rayonnement solaire mesuré par les instruments optiques dans les longueurs d'ondes qui intéressent la couleur de l'eau provient de la diffusion par les molécules de l'air et les aérosols atmosphériques. L'élimination de la contribution de l'atmosphère est appelée correction atmosphérique (CA). Pour les eaux claires, les méthodes de CA supposent une réflectance marine nulle dans le proche infra-rouge (PIR). Ceci permet d'estimer la réflectane de l'atmosphère et de l'extrapoler vers les bandes du visible, et donc de déterminer le signal marin qui contient les informations sur les propriétés optiques des eaux marines. Cette hypothèse n'est cependant pas vérifiée pour les eaux turbides, qui représentent la quasi totalité des eaux côtières. Par conséquent, de nombreux algorithmes de CA ont été développés pour les eaux côtières incluant des hypothèses alternatives. L'objectif de ce travail de thèse est de valider et d'améliorer ces méthodes de CA pour les images MODIS Aqua. Pour cela, diverses approches de CA développées pour les eaux cotières ont été comparées et validées : (1) l'algorithme standard de la NASA, (2) le "NIR Similary spectrum algorithm" qui inclut des hypothèes d'homogénéité spatiale des réflectances marines et atmosphériques, (3) l'algorithme qui utilise les bandes dans l'infrarouge moyen pour la CA dans les eaux très turbides, et (4) un algorithme utilisant un réseau de neurones artificiels. L'exercice de validation à partir de données in situ, et en fonction des types d'eaux, a permis d'identifier différentes pistes d'amélioration pour l'estimation du signal marin. L'un d'entre elles comprend l'utilisation de relations spectrales pour forcer les modèles de réflectances marines utilisés par les algorithmes CA pour estimer le signal marin dans le PIR. Des modifications ont été apportées aux modèles de réflectances marines de l'algorithme standard de la NASA et du "NIR Similarity spectrum algorithm". Chacun des modèles a été forcé avec des relations spectrales préalablement validées grâce à des données globales. Une étude de sensibilité et une validation de ces algorithmes modifiés à partir de données MODIS-Aqua dans la Manhe Orientale/Mer du Nord et la Guyane Française ont démontré que les modifications suggérées amélioraient les estimations du signal marin dans les eaux côtières optiquement complexes. / To acquire marine parameters from remote sensing ocean color data, the sensor-measured signal needs to be corrected for the atmospheric contribution. Indeed, the solar radiation reflected by air molecules and atmospheric aerosols is significant in the sensor bands of interest for ocean color applications. The removal of the atmospheric contribution is called the atmospheric correction (AC). In open ocean waters, the AC relies on the assumption that the water is totally absorbent in the near infrared (NIR) part of the spectral region, allowing to retrieve the atmospheric contribution and to extrapolate it to the visible spectral range, and thus to determine the marine signal that contains the information on the optical properties of seawaters. However, this assumption is not valid in highly productive and turbid coastal waters. Hence, AC approaches for coastal waters need to rely on alternative assumptions. This Ph. D. thesis has as main objective to validate and improve these AC methods developed for contrasted coastal waters, with a focus on MODIS Aqua images. First, a validation and comparison of existing AC methods, relying on diverse assumptions and methods, is performed. Therefore, four commonly used AC methods are selected, (1) the standard NIR AC approach of NASA, (2) the NIR similarity spectrum AC approach including assumptions of spatial homogeneity in the water and aerosol reflectance, (3) the switching algorithm using the short wave infrared bands for AC in highly turbid waters, (4) an Artificial Neural Network algorithm. With the help of a validation exercise based on in situ data and as a function of the water type, several areas of improvement are delineated, including the use of spectral relationships to constrain NIR-modelling schemes. Modified NIR-modelling schemes are suggested for the standard NASA and NIR similarity spectrum AC methods. Both are forced with globally valid spectral relationships. Sensitivity studies and validation exercises, using MODIS-Aqua images in the Eastern English Channel/North Sea and French Guiana waters, are conducted showing that the suggested modified NIR-modelling schemes improve the estimations of the marine signal in contrasted coastal waters.