Dissertations / Theses on the topic 'Ablation mécanique'

Ce travail nous a permis de proposer un cadre pour sonder la morphogenèse d'une micro-colonie bidimensionnelle. Plus particulièrement, nous avons exploré la manière dont les effets individuels de croissance et d'adhésion se combinaient au cours de la croissance de la micro-colonie. Nous avons montré (i) que l'adhésion de cellules isolées est asymétrique du fait d'un vieux pôle plus ancré et (ii) que l'allongement des bactéries peut induire des forces de poussée à l'intérieur des colonies. Dans la mesure où ces deux effets, combinés à l'échelle d'une micro-colonie, sont susceptibles de générer des contraintes mécaniques, nous avons développé une technique pour mesurer les forces d'adhésion résultantes à l'aide de substrats déformables. Nous avons ainsi démontré que des adhésions focales sont créées et rompues dynamiquement, avec un biais au vieux pôle des cellules. Nous avons aussi examiné le rôle de l'adhésion sur la forme des colonies. Nous avons montré que l'adhésion polaire était responsable de la transition d'un régime de croissance linéaire à un régime bidimensionnel qui est observée après la première division. Pour des colonies de taille plus importante, le niveau d'adhésion était aussi corrélé avec la forme globale des colonies. Enfin, l'adhésion est aussi impliquée dans la transition d'une colonie bidimensionnelle à une colonie tridimensionnelle. L'ensemble de ces résultats suggère que l'expression des adhésines ainsi que leur localisation à la surface des cellules pourraient permettre aux bactéries de moduler activement la forme du groupe dans lequel elles vivent
In this work, we propose a framework to understand the morphogenesis of two-dimensional microcolonies. In particular, we have explored how growth and adhesion of individual cells compete during microcolony extension. We have shown (i) that isolated cells display an asymmetry in their adhesion, which is higher at the old pole, (ii) that bacterial elongation can result in pushing forces inside the colony. Since the combination of these two effects is expected to produce mechanical stress at the scale of the microcolony, we have developed a method to measure the resulting adhesion forces using deformable substrates. We have demonstrated that focal adhesions are dynamically established and ruptured, with a bias towards the old poles. We have also probed the role of adhesion in the shape of the colony. We have shown that polar adhesion drives the transition from a linear to a two-dimensional growth after the first division. At larger colony sizes, the level of adhesion continues to correlate with the global shape of the colony. Finally, adhesion is involved in the transition from a two-dimensional to a three-dimensional colony. Taken together, our results suggest that the expression of adhesins and their location at the surface of the cells could be levers by which bacteria actively modulate the shape of the group in which they reside

Grâce à leurs propriétés physico-chimiques et leur biocompatibilité les nanoparticules magnétiques d'oxyde de fer (SPION) offrent de nombreux avantages. Elles répondent à l'application de champs magnétiques en libérant de l'énergie thermique en réponse à l'application d'un champ magnétique alternatif à haute fréquence (AMF), ou générant des forces mécaniques exposées à des champs magnétiques rotatifs à basse fréquence (RMF). Des essais cliniques utilisant le principe de l'hyperthermie magnétique ont été menés sur le glioblastome et le cancer de la prostate en association avec de la radiothérapie. Néanmoins, le bénéfice était négligeable en raison d'effets indésirables sur les tissus sains adjacents. Or, notre équipe a précédemment montré qu'il était possible d'induire spécifiquement la mort de cellules grâce à de faibles concentrations de SPION vectorisées qui s'accumulent spécifiquement dans les lysosomes de cellules ciblées. L'application d'AMF va induire la mort des cellules-cibles par hyperthermie magnétique intra-lysosomale ciblée MILH via la production de ROS dans le lysosome selon la réaction de Fenton qui nécessite des ions Fe et peut être catalysée par un pH acide et une augmentation de la température. Cependant, l'origine des ions Fe impliqués dans la réaction de Fenton n'a pas été élucidée. Une autre stratégie a également été établie dans l'équipe ; elle repose sur l'application de champs RMF qui vont générer des forces mécaniques à partir des SPION et induire la mort des cellules par ablation mécanique intra-lysosomale ciblée. Nous avons choisi comme modèle, l'adénocarcinome pancréatique particulièrement résistant aux thérapies conventionnelles et caractérisé par la présence d'un microenvironnement important et dense. Dans ce microenvionnement, les CAF (Cancer Associated Fibroblast) jouent un rôle clef, notamment par la sécrétion de matrice extracellulaire et de molécules solubles, limitant la pénétration et l'efficacité des traitements et contribuant à l'acquisition de résistance. Les cellules cancéreuses et les CAF peuvent surexprimer le récepteur de type 2 de la cholécystokinine (RCCK2). Ce récepteur membranaire présente la propriété de s'internaliser après fixation de son agoniste spécifique : la gastrine. Afin de cibler spécifiquement ces cellules, l'équipe a développé, des SPION, fonctionnalisées, à haut pouvoir chauffant et vectorisées avec de la gastrine (NF@Gastrine). Ces nanoparticules reconnaissent spécifiquement les cellules pancréatiques humaines MiaPaca2 et de CAF exprimant le récepteur CCK2 et s'accumulent dans leurs lysosomes. L'application d'AMF (275 kHz, 30mT) ou de RMF (1 Hz, 40 mT) induit spécifiquement la mort de ces cellules par MILH ou ablation mécanique intra-lysosomale ciblée. Nous avons comparé les effets de l'hyperthermie magnétique intra-lysosomale induits par des NF@Gastrine à ceux induits par les mêmes nanoparticules recouvertes d'une coque de silice hermétique (NF@SiO2@Gastrine), empêchant la libération de fer sous l'AMF, en présence ou non de Ferristatin-II, un inhibiteur de la capture de fer par la cellule. Cette étude a permis de mettre en évidence que le fer impliqué dans la réaction de Fenton à l'origine de la production de ROS par MILH provenait du pool endogène de la cellule et non de la libération de fer par les SPION soumises à l'AMF. Nous avons ensuite mis en évidence que l'hyperthermie magnétique et l'ablation mécanique intra-lysosomales augmentent l'expression de motifs moléculaires associés aux dégâts (DAMPs) à la surface des cellules MiaPaca2 et des CAF ayant internalisées les NF@Gastrine et stimulent leur phagocytose par des macrophages. Ces deux approches, pourraient donc être deux nouvelles stratégies capables de rétablir une immunité anti tumorale dans l'adénocarcinome pancréatique. Enfin, ces deux stratégies peuvent également modifier le phénotype pro-tumoral des CAF, en inhibant leur migration, diminuant leur sécrétion de collagène
Due to their physico-chemical properties, magnetic iron oxide nanoparticles (SPION) offer many advantages. They are biocompatible and functionalizable and therefore have already been used as a contrast agent for MRI diagnosis. They can respond to the application of magnetic fields: release thermal energy in response to the application of a high frequency alternating magnetic field (AMF), or generate mechanical forces when they are exposed to low frequency rotating magnetic fields (RMF). Clinical trials using magnetic hyperthermia mediated by SPION and AMF fields have been carried out on glioblastoma and prostate cancer in association with radiotherapy. Nevertheless, the benefit on life expectancy was negligible and adverse effects were noted on adjacent healthy tissues. But our team has previously shown that it is possible to specifically induce tumor cells and microenvironment cells death through the use of low concentrations of targeted magnetic nanoparticle that specifically accumulate in the lysosomes of the targeted cells. Then AMF fields specifically induce the death of target cells by targeted intra-lysosomal magnetic hyperthermia MILH. The mechanisms leading to the death of these cells have been characterized and show that it is initiated in the lysosomes by the generation of ROS according to the Fenton reaction which requires Fe ions and can be catalyzed by an acid pH and an increase of temperature (optimal at 40°C). However, the origin of the Fe ions involved in the Fenton reaction has not been elucidated. Another strategy was also established in the team; it is based on the application of RMF fields which will generate mechanical forces from the SPIONs and induce cell death by targeted intra-lysosomal mechanical ablation. We have chosen as a model, the pancreatic adenocarcinoma particularly resistant to conventional therapies and characterized by the presence of a large and dense microenvironment. In this microenvironment, CAFs (Cancer Associated Fibroblasts) play a key role, in particular through the secretion of extracellular matrix and soluble molecules, limiting the penetration and effectiveness of treatments and contributing to the acquisition of resistance. Cancer cells as well as CAF can overexpress the cholecystokinin receptor type 2 (RCCK2). This membrane receptor has the property of internalizing after binding of its specific agonist: the gastrin. The team has developed functionalized nanoparticles with high heating power vectorized with gastrin peptides (NF@Gastrin). These nanoparticles specifically recognize human pancreatic MiaPaca2 cells and CAFs expressing the CCK2 receptor and accumulate in their lysosomes. The application of AMF (275 kHz, 30 mT) or RMF (1 Hz, 40 mT) fields specifically induces the death of these cells by MILH or targeted intra-lysosomal mechanical ablation. First, we compared the effects of MILH induced by NF@Gastrin to those induced by the same nanoparticles covered with a hermetic silica shell (NF@SiO2@Gastrin), preventing the release of iron under the application of AMF field, in the presence or absence of Ferristatin-II, an inhibitor of iron uptake by the cell. This study demonstrate that the iron involved in the Fenton reaction at the origin of ROS production by MILH came from the endogenous pool of the cell and not from the release of iron by the iron oxide nanoparticles submitted to AMF. Then, we demonstrate that MILH and mechanical ablation increase the expression of damage-associated molecular patterns (DAMPs) on the surface of MiaPaca2 cells and CAFs having specifically internalized NF@Gastrin and stimulate their phagocytosis by macrophages. These two approaches, magnetic hyperthermia and mechanical ablation, could therefore be two new strategies to restore anti-tumor immunity in pancreatic adenocarcinoma. Finally, these two strategies can also modify the pro-tumoral phenotype of CAFs, by inhibiting their migration, decreasing their collagen secretion

La volonté de proposer des services de plus en plus exigeants en terme de débit d'information, oblige les opérateurs de télécommunications à introduire toujours plus de liaisons optiques dans leurs réseaux. Cependant, ces liaisons s'avèrent beaucoup plus coûteuses que les liaisons classiques à base de cuivre. Ce surcoût reste le plus grand obstacle à la grande diffusion de l'optique guidée. Alors que les composants tendent vers des prix raisonnables, leur connexion au réseau fibré peut multiplier par cinq leur prix de revient. Cette étude propose un système de connectique bas coût universel permettant le fibrage de composants d'optique intégrée par un alignement mécanique dans les trois dimensions. Après avoir comparé différents types de solutions, nous avons retenu un dispositif s'appuyant sur une plate-forme d'accueil en silicium servant d'intermédiaire pour l'alignement des fibres optiques et du composant. . .

Les études de sureté pour les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium (RNR-Na) ont donné lieu au développement de nouveaux systèmes de mitigation des accidents graves. Lors d'un scénario d'accident grave, une partie plus ou moins importante du cœur du réacteur entre en fusion, formant du corium. Ce corium doit être évacué du cœur afin d'éviter des problèmes de criticité. Des tubes de déchargement ("DCS-M-TT") ont donc été intégrés au design des RNR-Na, afin de transférer le cœur fondu vers un récupérateur de corium. En sortant des tubes de déchargement, le corium forme un jet et s'étale sur le récupérateur ce qui permet de le refroidir plus efficacement. Le jet de corium en sortie des tubes de déchargement étant extrêmement chaud (~ 2000 - 3000 K) lorsqu'il impacte le récupérateur, il peut provoquer son ablation thermique. Il faut donc dimensionner le récupérateur pour qu'il ne soit pas percé par le jet. Des expériences ont été réalisées dans une précédente thèse pour améliorer la compréhension du phénomène d'ablation par un jet à surface libre, avec l'installation HAnSoLO (Hot AblatioN of a SOlid by a Liquid - Observations). De nouveaux résultats ont également été obtenus pour traiter des phénoménologies plus variées dans cette thèse. Ainsi, on s'est intéressé à l'ablation d'un solide par un jet immergé, problème qui présente une phénoménologie différente de celle du cas étudié précédemment. L'effet de la rugosité du solide impacté a également été traité et il a été mis en évidence que la prise en compte de la rugosité est importante pour le dimensionnement du récupérateur. L'ensemble de ces résultats ont été utilisés pour valider un code CFD. Les simulations numériques ont notamment permis d'obtenir des résultats d'ablation très similaires aux résultats expérimentaux pour le cas du jet immergé. Les simulations et expériences devront être complétées à l'avenir pour permettre de traiter numériquement l'ablation d'un solide par un jet de corium dans les conditions du réacteur
Safety studies for fast neutron reactors with sodium led to the development of mitigation systems for severe accidents. During a hypothetical severe accident, at least part of the reactor's core melts, leading to the formation of corium. The corium has to be relocated to prevent any criticality problems. Therefore, transfer tubes were integrated to the design of the core to relocate the corium from the core to a core-catcher. A jet of corium exits the transfer tubes and spreads on the core-catcher, allowing a better cooling of the corium. However, thermal ablation of the core-catcher will occur as the temperature of the corium is very high (~ 2000 - 3000 K). Thus, the core-catcher has to be dimensioned to prevent any breach due to the ablation. Experiments were performed during a previous thesis to improve understanding of the phenomenon of ablation by a free-surface jet, with a bench called HAnSoLO (Hot AblatioN of a SOlid by a Liquid - Observations). New results were obtained in the present work to address additional phenomenologies. For instance, the ablation of a solid by an immersed jet was studied. This is another situation that could occur in the real case. The effect of the roughness of the impacted solid was also addressed, and it was shown that taking roughness into account is important to design the core-catcher. All these results were used to validate a CFD code. In particular, the ablation result obtained through the numerical simulations were very similar to the experimental results for the immersed jet case. The simulations and experiments will be completed in the future to numerically treat the ablation of a metallic solid by a corium jet under reactor conditions

Les tuyères des moteurs à propergol solide sont soumises à des flux pariétaux intenses. Les composites carbone/carbone sont alors retenus pour assurer l'intégrité des composants. Outre leurs excellentes propriétés thermo-mécaniques, ces matériaux sont exposés au phénomène d'ablation : réaction chimique hétérogène de surface entre le matériau et les espèces oxydantes de l'écoulement. D'une certaine façon, cette spécificité protège la structure car elle permet de réduire considérablement le flux de chaleur entrant dans le solide. En contrepartie, le phénomène doit être parfaitement contrôlé car il s'accompagne d'une récession de la surface. La prédiction des flux pariétaux de masse, de quantité de mouvement, et de chaleur, est donc un point crucial pour la conception des tuyères. La simulation numérique fait maintenant partie des outils de conception incontournables pour la mise au point de nouvelles tuyères. Néanmoins, au vu de la puissance des calculateurs disponibles, l'emploi de modèles de paroi est une étape nécessaire pour pouvoir simuler ces écoulements à l'échelle 1. Dans ce cadre, on présente une série de simulations numériques directes dont l'analyse permet d'élaborer des nouvelles lois de paroi intégrant plusieurs phénomènes physiques complexes qui modifient le comportement "classique" de la couche limite turbulente : dilatabilité de l'écoulement, influence de l'aspect multi-espèces réactif du fluide, nombre de Prandtl non unité, transfert radiatif, gradient de pression longitudinal, et ablation des parois. La mise en oeuvre de ces modèles est dès à présent envisageable
The nozzles of solid rocket motors must resist to severe wall fluxes. Carbon/carbon composite materials are then chosen to insure the structure integrity. In spite of their excellent thermo-mechanical properties, these materials are exposed to the ablation phenomenon: chemical oxidation of the solid material by the combustion products. On the one hand, this feature protects the nozzle structure since this process considerably reduces the wall heat flux. On the other hand, the ablation process must be perfectly controlled because of the geometrical changes induced by the surface recession. The assessment of mass/momentum/heat fluxes at the wall is thus a crucial part for the nozzle design. Numerical simulations are nowadays commonly used to define new nozzles. However, considering the power of the available computers, the use of wall models is a necessary step to simulate full scale devices. With this framework, one presents a set of direct numerical simulations whose analysis allows to derive new wall functions integrating several complex physical aspects that modify the "classical" behavior of the turbulent boundary layer: multicomponent reacting compressible flow, with non-unity Prandtl number, radiative transfer, streamwise pressure gradient, and wall ablation. These new models are now ready to be tested on realistic configurations

Ce travail présente une étude originale de l'interaction laser-matière en régime nanoseconde à l'aide d'une double approche expériences-modélisation numérique. L'approche expérimentale vise à caractériser les plasmas produits par laser et l'empreinte laissée par le faisceau laser sur la cible. L'approche numérique s'appuie sur un modèle 1D qui permet de décrire le chauffage de la cible par le laser, l'ablation de matière et la formation d'un plasma dans cette matière ablatée dûe à l'interaction avec le laser. Des comparaisons des résultats obtenus par les deux approches permettent d'évaluer le degré de précision des résultats issus du modèle. Ces comparaisons se limitent aux 100 premières nanosecondes d'expansion du plasma. Nous montrons ainsi que le modèle décrit assez bien l'écrantage du faisceau laser par le plasma, l'expansion du plasma et la propagation de l'onde de choc dans le gaz ambiant. De plus, les valeurs des seuils d'ablation et de formation du plasma sont calculées avec une bonne précision. En revanche, des écarts sont constatés pour la modélisation des processus d'interaction entre le laser et la cible. Le degré de précision du modèle est au final suffisamment bon pour nous permettre d'étudier précisément l'effet du gaz ambiant sur les propriétés et la dynamique du plasma
This work provides an original study about laser-matter interaction in the nanosecond regime, based on a coupling between the experiments and the modelling. The experimental study provides a description of the dynamics of the laser produced plasmas. The modelling, based on a 1D numerical scheme, is aimed to describe the heating of the target by the laser pulse, the process of matter ablation and the formation of a plasma in this ablated material due to the interaction with the laser. The comparisons between both experimental and numerical results give the order of accuracy of the results obtained by modelling. These comparisons are limited to the first hundred nanoseconds of plasma expansion. We show that the plasma shielding, the plasma expansion and the propagation of the shockwave are well modelled. Furthermore, the values of both ablation and plasma formation threshold are accurately computed. However, many differences are observed in the results concerning the laser-target interaction process. Finally, the degree of accuracy of the model is sufficiently high to study precisely the background gas effet on both plasma dynamics and properties

Le procédé PROTAL® met en œuvre de façon simultanée un nettoyage laser impulsionnel et une torche de projection thermique. Cependant, les effets physico-chimiques de l'irradiation laser n'ont pas été clairement identifiés en fonction de la nature du matériau à traiter. L'objectif de cette étude est donc d'appréhender les effets produits par l'ablation des substrats et d'étudier l'effet du traitement laser sur l'adhérence des dépôts. Les modifications morphologiques produites par l'irradiation laser à différents niveaux de densité d'énergie et de nombre de tirs ont été estimées par microscopie électronique à balayage et rugosimétrie. Les mécanismes d'interaction ont même été proposés. Les phénomènes observés traduisent des phénomènes thermiques. Il est ainsi constaté que l'interaction laser-matière dépend fortement des conditions de surface et des propriétés des matériaux. Pour tous les matériaux traités dans ces travaux, la formation de cratères induits par une ablation préférentielle apparaît dans un premier temps. Ce phénomène devient plus intensif en augmentant la densité d'énergie du laser ou le nombre de tirs. Pour les substrats d'alliages de titane, un autre aspect notable est apparu, caractérisé par un effet de lissage, lié probablement à la formation d'une couche mince de surface. Les effets du nettoyage laser sur l'écrasement des particules et le phénomène d'éclaboussure ont été constatés. L'efficacité du nettoyage de la surface, ainsi que son rôle sur les conditions favorables à la réalisation de revêtements ont aussi été mis en évidence. Il a été montré que l'éclaboussure des particules lors de leur impact sur le substrat s'associe souvent à l'évaporation de divers absorbats/condensats de surface. L'énergie des particules et la nature du substrat jouent aussi un rôle important sur le phénomène d'éclaboussure. L'effet significatif du traitement laser sur l'adhésion interfaciale semble plus lié à la création de liaisons physiques puisque l'importance de l'effet du nettoyage laser sur les divers contaminants de surface a été vérifiée. Pour l'alliage de titane, la formation d'une couche d'oxyde semble limiter la création de liaisons métalliques à l'interface. Pour l'alliage d'aluminium, la formation de cratères sous forme de cavités profondes, induits soit par une fluence laser élevée soit par le nombre d'impacts, tend à générer des effets néfastes sur l'adhésion interfaciale. Ainsi, nous remarqueront principalement que le choix des paramètres laser visant à bien nettoyer les contaminants de surface est important afin d'assurer une surface propre sans dommage avant la projection de particules
The PROTAL® process combines a nanosecond pulsed laser treatment with thermal spraying. However, the physico-chemical effects induced by the laser irradiation have not been well clarified. This study aims at investigating the mechanisms of laser induced surface modifications and its influence on the deposit adhesion. The surface morphological modifications induced by laser were estimated by varying the laser energy density and the number of laser shots. It was shown that the laser induced modifications related to the thermalisation phenomena. It is thus noted that the laser-matter interaction depends strongly on the surface conditions and the properties of treated materials. For all materials studied in this work, the formation of craters caused by a preferential ablation appears. This phenomenon becomes more intensive by increasing the energy density or the number of shots. For titanium alloy substrates, another notable aspect was the surface smoothing effect, which is probably linked to the formation of a thin layer on the outmost surface. The laser irradiation effects on the splat flattening and on the splash phenomenon were also studied. The laser treatment which permits to generate favourable surface conditions for splat formation was highlighted. It was also shown that the splashing of the particles related to the evaporation of various surface absorbates/condensates of surface. Both the particle's energy and the substrate nature also play a role during the splat flattening process. The significant effect of this laser treatment on deposit adhesion seems related to the improvement of physical bonding because it was verified that laser treatment permits to remove various contaminants as well as oxide layers and therefore improve the deposit adhesion. However, for titanium alloy substrate, the superficial film induced by the laser seems to limit metallurgical bonding at the interface, while for aluminium alloy substrate, craters with the form of deep cavities tends to deteriorate the interfacial adhesion. Therefore, it was proposed that the choice of laser parameters is, on the one hand to clean the surface contaminants efficiently and on the other hand to avoid further damage to the substrate

Ce travail présente une étude originale de l'interaction laser-matière en régime nanoseconde à l'aide d'une double approche expériences-modélisation numérique. L'approche expérimentale vise à caractériser les plasmas produits par laser et l'empreinte laissée par le faisceau laser sur la cible. L'approche numérique s'appuie sur un modèle 1D qui permet de décrire le chauffage de la cible par le laser, l'ablation de matière et la formation d'un plasma dans cette matière ablatée due à l'interaction avec le laser. Des comparaisons des résultats obtenus par les deux approches permettent d'évaluer le degré de précision des résultats issus du modèle. Ces comparaisons se limitent aux 100 premières nanosecondes d'expansion du plasma. Nous montrons ainsi que le modèle décrit assez bien l'écrantage du faisceau laser par le plasma, l'expansion du plasma et la propagation de l'onde de choc dans le gaz ambiant. De plus, les valeurs des seuils d'ablation et de formation du plasma sont calculées avec une bonne précision. En revanche, des écarts sont constatés pour la modélisation des processus d'interaction entre le laser et la cible. Le degré de précision du modèle est au final suffisamment bon pour nous permettre d'étudier précisément l'effet du gaz ambiant sur les propriétés et la dynamique du plasma.

Deux mécanismes importants reliant la préparation des couches ultraminces d’oxydes magnétiques à leurs propriétés physiques ont été étudiés dans ce travail. En premier lieu, l’influence de la contrainte épitaxiale sur les propriétés magnéto-optiques de la manganite La₂/₃Sr₁/₃MnO₃ (LSMO) a été étudiée. Les couches ultraminces ont été déposées par ablation laser pulsé sur quatre substrats différents, ce qui a fourni différentes valeurs statiques de la contrainte épitaxiale. Les propriétés magnétiques ont été révélées comme se détériorant avec l’augmentation de la contrainte, ce qui était prévisible à cause de la distorsion grandissante de la maille unitaire ainsi qu’à cause de l’effet de la couche magnétiquement inerte. La combinaison de l’ellipsométrie spectroscopique et de la spectroscopie Kerr magnéto-optique a été utilisée afin de déterminer les spectres des éléments diagonaux et non diagonaux du tenseur de permittivité. L’étude des éléments non-diagonaux a confirmé la présence déjà rapportée de deux transitions électroniques dans les spectres de toutes les couches. De plus, elle a révélé une autre transition électronique autour de l’énergie de 4.3 eV, mais seulement dans les spectres des couches déposées avec une contrainte compressive. Nous avons proposé la classification de cette transition comme une transition paramagnétique du champ cristallin Mn t2g → eg. Cette classification a été confortée par des calculs ab initio. Nous avons ainsi montré le rôle clé de la contrainte dans le contrôle des propriétés magnéto-optiques des couches pérovskites ultraminces. En revanche, l’application dynamique de la contrainte par l’utilisation d’une sous-couche piézoélectrique est restée peu concluante. Le transfert de la contrainte entre la sous-couche piézoélectrique et la couche LSMO nécessite des améliorations ultérieures. En second lieu, l’influence de la désorientation du substrat a été étudiée par rapport à la dynamique de l’aimantation dans l’oxyde SrRuO₃ (SRO). Comme attendu, nous avons trouvé qu’un grand angle de désorientation mène à la suppression de la croissance de plusieurs variants cristallographiques du SRO. Au moyen de la microscopie à force magnétique, nous avons montré que la présence de plusieurs variants de SRO mène à l’augmentation de la densité de défauts agissant comme points d’ancrage ou de nucléation pour les domaines magnétiques. Nous avons donc montré que l’emploi d’un substrat vicinal est important pour la fabrication des couches ultraminces de SRO de haute qualité, avec une faible densité de défauts cristallographiques et d’excellentes propriétés magnétiques
Two important mechanisms in preparation of ultrathin films of magnetic oxides were systematically investigated in this work. First, influence of epitaxial strain on resulting magneto-optical properties of La₂/₃Sr₁/₃MnO₃ (LSMO) ultrathin films was studied. The investigated films were grown by pulsed laser deposition on four different substrates, providing a broad range of induced epitaxial strains. Magnetic properties were found to deteriorate with increasing value of the epitaxial strain, as expected due to the unit cell distortion increasingly deviating from the bulk and effect of the magnetically inert layer. A combination of spectroscopic ellipsometry and magneto-optical Kerr effect spectroscopy was used to determine spectra of the diagonal and off-diagonal elements of permittivity tensor. The off-diagonal elements confirmed presence of two previously reported electronic transitions in spectra of all films. Moreover, they revealed another electronic transition around 4.3 eV only in spectra of films grown under compressive strain. We proposed classification of this transition as crystal field paramagnetic Mn t2g → eg transition, which was further supported by ab initio calculations. A key role of strain in controlling electronic structure of ultrathin perovskite films was demonstrated. Dynamic application of strain via use of piezoelectric underlayer remained inconclusive, requiring further improvement of the strain transfer from the piezoelectric layer into the LSMO. Second, influence of substrate miscut on magnetization dynamics in SrRuO₃ (SRO) was studied. As expected we found that high miscut angle leads to suppression of multi-variant growth. By means of magnetic force microscopy we showed that presence of multiple SRO variants leads to higher density of defects acting as pinning or nucleation sites for the magnetic domains, which consequently results in deterioration of magnetic properties. We demonstrated that use of vicinal substrate with high miscut angle is important for fabrication of high quality SRO ultrathin films with low density of crystallographic defects and excellent magnetic properties

Chez les vertébrés, la douleur est perçue par des neurones spécialisés, les nocicepteurs, dont le corps cellulaire est localisé dans les ganglions de la racine dorsale (DRG) et qui présentent une grande hétérogénéité. Nous cherchons donc à identifier de nouveaux marqueurs des sous populations de nocicepteurs afin de pouvoir comprendre cette diversité et d’attribuer des fonctions physiologiques précises à ces différentes sous-populations neuronales. Nous avons identifié le gène GINIP, spécifiquement exprimé dans une sous populations de nocicepteurs non peptidergiques et définissant deux classes particulières de neurones : les neurones MRGPRD+ et les C-Low Threshold MecanoReceptors (C-LTMRs). Durant ma thèse, j’ai cherché à savoir quelles modalités sensorielles sont détectées et transmises par la population GINIP+. Pour cela, j’ai tiré avantage d’un modèle murin ginip généré au laboratoire, permettant d’éliminer spécifiquement les neurones GINIP+ au sein des neurones du DRG. J’ai pu démontrer que l’ablation ciblée de ces neurones entraine une diminution de la douleur induite par l’injection de formaline, cela sans affecter la sensibilité thermique ou mécanique. Sachant que les neurones MRGPRD positifs ne sont pas impliqués dans la réponse douloureuse induite par l’injection de formaline, mais jouent un rôle primordial dans la mécano sensibilité en condition normale et pathologique, notre étude montre que la réponse douloureuse induite par l’injection de formaline est due à l’activation des C-LTMRs. En conclusion, notre étude révèle que les C-LTMRs agissent en tant que puissants modulateurs des douleurs chimiques et mécaniques
Primary sensory neurons are heterogeneous by myriad of molecular criteria. However, the functional significance of this remarkable heterogeneity is just emerging. Here we used our recently generated ginip mouse model to selectively ablate the cutaneous free nerve endings MRGPRD+ neurons and the C-Low threshold mechanoreceptors (C-LTMRs). Ablation of GINIP-expressing neurons led to a significant decrease of formalin-evoked first pain and a complete absence of the second phase pain response, without affecting thermal or mechanical sensitivity. Knowing that MRGPRD+ neurons are dispensable for formalin-evoked pain and that these neurons play a critical role in acute and injury-induced mechanical pain, our data demonstrate that formalin-induced pain hypersensitivity is primarily transduced via C-LTMRs, and suggest that C-LTMRs and MRGPRD+ neurons play antagonistic roles in transduction of acute and injury-induced mechanical pain. Therefore, our results suggest that C-LTMRs act as strong modulators of chemical and mechanical pain signals

L'émission d'ultrasons focalisés à forte puissance peut être utilisée pour réaliser l'ablation non-invasive de zones pathogènes, de type cancéreuses par exemple. On distingue deux régimes d'ablations : ablation thermique appelée HIFU (" High Intensity Focused Ultrasound ") et ablation mécanique appelée histotripsie utilisant des ondes de chocs focalisées. Au cours de ma thèse, nous avons développé des méthodes de suivi ultrasonore en temps réel à partir d'une technique d'élastographie quantitative (Supersonic Shear wave Imaging). Nous montrerons que des mesures précises des changements d'élasticité au cours des traitements fournissent un suivi et un guidage avec une robustesse aux mouvements du patient. En effet, l'élastographie nous a permis d'une part de cartographier la température et d'autre part de suivre la formation de lésion en temps réel qu'elle soit de type thermique (HIFU) ou mécanique (histotripsie). Nous aborderons aussi une technique d'inversion totale du front d'onde appliquée à SSI qui améliore la sensibilité à la perte d'information due au bruit et à l'hypoéchogénicité existante dans certaines lésions. Enfin, nous présenterons un nouveau concept de cavité à retournement temporel " réglable " pour l'émission d'impulsions de très fortes pressions à partir d'un nombre limité de transducteurs. Notre prototype a permis de générer des ondes de chocs focalisées au sein d'une étendue considérable et de multiplier par 17 la pression d'une sonde d'imagerie conventionnelle. Ainsi, à partir d'électroniques basse-puissance à faible coût, ce dispositif thérapeutique pourrait avoir de nombreuses applications thérapeutiques limitées actuellement par des contraintes géométriques.

A la fin de la vie d’une cellule, différentes forces mécaniques permettent la séparation des chromosomes. Nos données préliminaires suggèrent l’existence d’un autre mécanisme provenant du centre du fuseau mitotique, non décrit dans l’embryon une cellule de C. elegans qui permettrait la séparation des chromosomes. Dans cette cellule, les microtubules kinétochoriens n’appliquent aucune force mécaniques sur les chromosomes durant l’anaphase. Il a été décrit que les chromosomes sont séparés grâce au déplacement des centrosomes via les forces de traction corticales. A l’aide de la microchirurgie laser dans les embryons une cellule de C. elegans, j’ai montré qu’en détruisant physiquement un ou deux centrosomes, les chromosomes continuent de se séparer, révélant l’existence d’une force de propulsion interne au fuseau mitotique (Nahaboo et al., 2015). En combinant la destruction de centrosomes et l’inactivation génétique, nous avons caractérisé les rôles de gènes favorisant ou freinant cette force de propulsion. J’ai observé que la kinésine-5, BMK-1, et le crosslinker MAP-65/SPD-1 freinent cette force de propulsion. Alors que dans d’autres espèces ces protéines favorisent la séparation des chromosomes. Nous avons remarqué que les protéines RanGTP et CLASP, favorisant de la nucléation et la polymérisation des microtubules, aident cette force de propulsion. Ces propriétés suggèrent que la polymérisation des microtubules au centre du fuseau est requise pour permettre la séparation des chromosomes durant la mitose.Par manque d’outils adéquats afin d’altérer la dynamique des microtubules, nous avons collaboré avec l’équipe de biochimistes du Dr. D. Trauner à Munich en Allemagne. Ils ont synthétisé la molécule photoactivable, Photostatin (PST), permettant la dépolymérisation des microtubules en quelques secondes (Borowiak et al., 2015). Entre 390 - 430 nm, PST est activé, dépolymérisant les microtubules, alors qu’entre 500 – 530 nm, PST est inactivé, permettant la polymérisation normale des microtubules. J’ai mesuré que la croissance des microtubules avec PST actif est absente dans des cellules Hela. J’ai montré que le cycle cellulaire dans l’embryon de C. elegans est arrêté localement en présence de PST actif. Nous avons alors montré que PST contrôle optiquement la dynamique des microtubules, in vitro, in cellulo et in vivo, de manière non invasive, rapide, locale et réversible. En résume, j’ai identifié une nouvelle force permettant la séparation des chromosomes à l’aide des approches moléculaires et biophysiques, et j’ai aidé à la caractérisation PST, un antimicrotubule photoactivable de manière locale et réversible
In mitosis, different mechanical forces are involved in chromosome segregation. In C. elegans one-cell embryos, preliminary data suggest that an unknown mechanism, coming from inside the mitotic spindle, could influence chromosome separation. In those cells, it has been showed that kinetochore microtubule activity is absent. Thanks to external pulling forces, centrosome separation drives chromosome segregation. By using microsurgery inside the one-cell C. elegans embryos, we have shown that destroying one or two centrosomes did not prevent chromosome separation, revealing the existence of an outward pushing force (Nahaboo et al., 2015). By combining gene inactivation and centrosome destruction, we showed that the kinesin-5 and the crosslinker SPD-1 act as a brake on this pushing force, whereas they enhance chromosome segregation in other species. Moreover, we identified a novel role for the two microtubule-growth and nucleation agents, RanGTP and CLASP, in the establishment of the centrosome-independent force during anaphase. Their involvement raises the interesting possibility that microtubule polymerization of midzone microtubules is required to sustain chromosome segregation during mitosis. Then, we aim to reversibility affect microtubule dynamics in the central spindle. Because of the lack of adequate tools, we have collaborated with biochemists from Dr. D. Trauner lab, in Munich, Germany, who are specialized in photoactivable drugs. They have synthetized a photoswitable drug, Photostatin (PST), which can depolymerize microtubules in few seconds in an on/off manner (Borowiak et al., 2015). Under blue light (390 - 430 nm), PST is activated leading to microtubule depolymerization, whereas under green light (500 - 530 nm), PST is activated which does not affect microtubule dynamics. I measured that microtubule growing is absent in presence of activated PST in Hela cells. I also showed that cell cycle can be stopped thank to activated PST in multiple cell C. elegans embryos. We have shown that PST can control microtubule dynamics thanks to visible light in vitro, in cellulo and in vivo, as an on/off switch, in a non-invasive, local and reversible manner

Ce travail concerne l'étude de couches minces de " Diamond-Like Carbon " dopés au bore élaborées par ablation laser femtoseconde et nanoseconde. Un des objectifs de cette étude est d'identifier les applications potentielles de ces films en tant qu'élément actif de capteur (par exemple de température). Le deuxième objectif est de corréler la structure et les propriétés des films minces obtenus avec les procédés de dépôt employés. Le premier chapitre présente les éléments constitutifs des couches minces étudiées : le bore et le carbone. Ce chapitre propose également un état de l'art sur les films de DLC purs et dopés et les méthodes d'élaboration existantes. Le deuxième chapitre traite des méthodes expérimentales adoptées pour l'élaboration et l'étude des films. Le troisième chapitre traite des différentes caractérisations structurales et morphologiques réalisées. Il met en avant la nette différence de structure des films obtenus par les deux procédés de dépôt. De plus, il met en évidence la modification structurale due au bore. Le quatrième chapitre présente l'étude des propriétés électriques et mécaniques, ainsi que du comportement tribologique des films. La différence de structure des couches se traduit par de grandes différences de résistivité mais affecte peu le coefficient de frottement. Le dernier chapitre met en évidence l'hétérogénéité structurale des films de DLC purs et se focalise notamment sur les particularités de leur extrême surface. Celle-ci se révèle moins dense et plus conductrice que le reste du film.

Amélioration des propriétés des couches minces de carbone amorphe (appelé Diamond Like Carbon, DLC) et recherche de nouvelles fonctionnalités pour ce type de couches minces en dopant les films DLC par des métaux comme le nickel et le tantale.
L'ablation laser en régime femtoseconde est la technique utilisée pour la synthèse des couches minces de DLC dopées ou alliées. Ce sujet met également en évidence l'apport de cette technique sur les propriétés morpho-structurales et physiques des DLC dopés ou alliés.

Les mégacaryocytes sont des cellules de la moelle osseuse, à l’origine de la production des plaquettes sanguines. Quand elles arrivent à maturité, elles grossissent et émettent des prolongements de cytoplasme à travers la paroi des vaisseaux irriguant la moelle. Dans la circulation sanguine, ces prolongements, soumis aux forces de l’écoulement, s’allongent et se rompent pour former des plaquettes. Des techniques microfluidiques capables de produire des plaquettes in vitro existent et sont une alternative prometteuse au don. Mais le rendement reste à améliorer. Pour cela, il est nécessaire de mieux comprendre la fragmentation des mégacaryocytes en plaquettes. Ce travail de doctorat s’inscrit dans ce contexte et sera développé en deux axes principaux dans ce manuscrit. Dans une première partie nous développons une méthode pour trier des cellules en fonction de leur déformabilité, afin de savoir si les propriétés mécaniques d’un mégacaryocyte sont liées à leur stade de maturité. La méthode a d’abord été mise au point avec des microcapsules. Leurs propriétés mécaniques sont déterminées par analyse inverse à partir de la mesure de leur forme en écoulement dans des constrictions droites. Puis le dispositif utilisé a été miniaturisé pour s’adapter à la taille des cellules. Pour la caractérisation de leurs propriétés mécaniques, deux outils ont été utilisés: l’analyse inverse et la microscopie à force atomique sans pointe. Une deuxième partie porte sur l’étude de l’élongation et de la rupture de mégacaryocytes soumis écoulement. Nous avons quantifié les variations spatiotemporelles du taux d’élongation et développé un protocole d’ablation laser pour étudier les mécanismes de rupture de cellules en élongation
When they mature in the bone marrow, the precursors of platelets, called megakaryocytes, grow and extend protrusions able to join blood circulation. There these protrusions elongate and break into platelets. Microfluidic techniques for in vitro platelet production represent a promising alternative to donation. In order to enhance platelet production and match the needs of clinical applications such as transfusion, we need to better understand the fragmentation of megakaryocytes into platelets. Our contribution will be described in this manuscript in two main axes. First, in order to know if mechanical properties of megakaryocytes can indicate their maturity stage, we develop a cell sorting method based on deformability. The method is first validated with microcapsules. Their mechanical properties are determined by inverse analysis from their shape under flow in straight microchannels. Then the device is downscaled. The characterization of cell mechanical properties are performed using inverse analysis and tipless atomic force microscopy. Second, we study megakaryocyte elongation and rupture in a microfluidic device. We quantify the spatial and temporal variations of the elongation rate and develop a laser ablation protocol to trigger and study the rupture of elongating cells

L'ablation par radiofréquence (ARF) de tumeurs abdominales est rendue difficile par l’influence des vaisseaux sanguins et les variations de la conductivité thermique, compliquant la planification spécifique à un patient donné. En fournissant des outils prédictifs, les modèles biophysiques pourraient aider les cliniciens à planifier et guider efficacement la procédure. Nous introduisons un modèle mathématique détaillé des mécanismes impliqués dans l’ARF des tumeurs du foie comme la diffusion de la chaleur et la nécrose cellulaire. Il simule l’étendue de l’ablation à partir d’images médicales, d’après lesquelles des modèles personnalisés du foie, des vaisseaux visibles et des tumeurs sont segmentés. Dans cette thèse, une nouvelle approche pour résoudre ces équations basée sur la méthode de Lattice Boltzmann est introduite. Le modèle est d’abord évalué sur des données de patients qui ont subi une ARF de tumeurs du foie. Ensuite, un protocole expérimental combinant des images multi-modales, anatomiques et fonctionnelles pré- et post-opératoires, ainsi que le suivi de la température et de la puissance délivrée pendant l'intervention est présenté. Il permet une validation totale du modèle qui considère des données les plus complètes possibles. Enfin, nous estimons automatiquement des paramètres personnalisés pour mieux prédire l'étendu de l’ablation. Cette stratégie a été validée sur 7 ablations dans 3 cas cliniques. A partir de l'étude préclinique, la personnalisation est améliorée en comparant les simulations avec les mesures faites durant la procédure. Ces contributions ont abouti à des résultats prometteurs, et ouvrent de nouvelles perspectives pour planifier et guider l’ARF
The outcome of radiofrequency ablation (RFA) of abdominal tumors is challenged by the presence of blood vessels and time-varying thermal conductivity, which make patient-specific planning extremely difficult. By providing predictive tools, biophysical models may help clinicians to plan and guide the procedure for an effective treatment. We introduce a detailed computational model of the biophysical mechanisms involved in RFA of hepatic tumors such as heat diffusion and cellular necrosis. It simulates the extent of ablated tissue based on medical images, from which patient-specific models of the liver, visible vessels and tumors are segmented. In this thesis, a new approach for solving these partial differential equations based on the Lattice Boltzmann Method is introduced. The model is first evaluated against clinical data of patients who underwent RFA of liver tumors. Then, a comprehensive pre-clinical experiment that combines multi-modal, pre- and post-operative anatomical and functional images, as well as the interventional monitoring of the temperature and delivered power is presented. This enables an end-to-end validation framework that considers the most comprehensive data set for model validation. Then, we automatically estimate patient-specific parameters to better predict the ablated tissue. This personalization strategy has been validated on 7 ablations from 3 clinical cases. From the pre-clinical study, we can go further in the personalization by comparing the simulated temperature and delivered power with the actual measurements during the procedure. These contributions have led to promising results, and open new perspectives in RFA guidance and planning

Les matériaux ferroélectriques suscitent beaucoup d’intérêt du fait de leurs propriétés physiques telles que la piézoélectricité, la ferroélectricité ou encore leur permittivité élevée. Ainsi, on cherche à les intégrer dans les micro- et nano-systèmes dans lesquels on les retrouve généralement sous forme de couche mince dans une configuration de type capacité plane. En particulier, l’oxyde de plomb, titane et zirconium (PZT) est un matériau très attractif pour les applications RF capacitives du fait de sa grande permittivité. Son intégration sur des électrodes métalliques, i.e. les lignes coplanaires constituant le guide d’onde, implique de maîtriser sa croissance en film mince. L’application d’une tension dans un dispositif RF actif impose également de contrôler les propriétés électriques : nature des courants de fuite et comportement ferroélectrique du PZT. Dans ce contexte, les couches minces de PZT sont déposées par ablation laser (PLD) sur un empilement La₀.₆₇Sr₀.₃₃MnO₃ (LSMO) / Pt (111) déposé sur un substrat monocristallin de saphir. La couche d’accroche conductrice LSMO est nécessaire afin d’éviter la formation d’une phase pyrochlore paraélectrique. Le contrôle de l’orientation cristalline de la couche de LSMO permet de contrôler la texturation de la couche de PZT. Les courants de fuite au travers de l’empilement Pt/PZT/LSMO/Pt ont ensuite été étudiés dans l’intervalle de température 220-330K de façon à déterminer les mécanismes de conduction. Une transition a été mise en évidence entre, autour de la température ambiante, un mécanisme contrôlé par la diffusion des charges en volume et, à basse température, un mécanisme contrôlé par l’injection des charges aux interfaces électrode/PZT. Un mécanisme par sauts a été identifié au-dessus de 280K en cohérence avec la présence de défauts étendus et la structure colonnaire du PZT. Afin de contrôler ces courants de fuite, différentes stratégies ont été utilisées. La première consiste à insérer une couche d’oxyde isolante à l’interface supérieure Pt/PZT modifiant ainsi l’injection des charges et permettant de réduire les courants de fuite. La seconde stratégie consiste, quant à elle, à modifier la structure de la couche de PZT en volume en élaborant des composites diélectrique/PZT multicouches ou colonnaires. Ainsi, une couche d’oxyde isolante a été insérée au milieu de la couche de PZT et a permis de réduire les courants de fuite. Le contrôle de la nucléation du PZT a également permis par nanofabrication d’élaborer un composite colonnaire pérovskite PZT/pyrochlore. La densité de piliers de pyrochlore dans la phase ferroélectrique permet de moduler la densité de courant dans la structure. Le PZT et les hétérostructures permettant de réduire les courants de fuite ont ensuite été intégrés dans une structure RF capacitive avec des lignes coplanaires d’or. Les performances RF en termes d’isolation et de pertes par insertion ainsi que la compatibilité de ces différents matériaux ont été étudiées et ont montré que les solutions développées dans le cadre du contrôle des courants de fuite sont prometteuses pour être intégrées dans les dispositifs RF capacitifs. En outre, on a cherché à extraire la permittivité à haute fréquence du PZT lorsque celui-ci est inséré dans une structure capacitive. Cette étude a notamment permis de mettre en évidence les points techniques à modifier concernant la structure du dispositif afin de parvenir à exploiter les propriétés physiques du PZT à haute fréquence
Ferroelectric materials are raising a lot of interest due to their physical properties such as piezoelectricity, ferroelectricity or high dielectric constant. Thus, they are generally integrated in micro- and nano-systems as thin films in a capacitive configuration. Especially, the lead zirconate titanate oxide (PZT) is an attractive material for capacitive RF applications due to its high dielectric constant. The growth of the PZT thin film has to be controlled on metallic electrodes for its integration on coplanar transmission lines. Moreover, electrical properties such as leakage current and ferroelectric behavior of PZT have to be monitored upon application of a dc voltage bias for RF device operation. In this context, PZT thin films were grown by the pulsed laser deposition technique (PLD) on a La₀.₆₇Sr₀.₃₃MnO₃ (LSMO) / Pt (111) electrode on a monocrystalline sapphire substrate. The LSMO buffer layer is mandatory to avoid the formation of the paraelectric pyrochlore phase. The control of the crystalline orientation of the LSMO layer allows for the control of the PZT layer texture. Leakage currents through the Pt/PZT/LSMO/Pt stack were then studied in the 220-330K temperature range to determine the conduction mechanisms. A transition is evidenced between a bulk-controlled mechanism near room temperature and an interface-controlled mechanism at low temperature. A hopping mechanism is identified above 280K in line with the presence of extended defects and the columnar structure of the PZT layer. Several strategies were tested to control leakage currents. The first one consists in inserting an insulating oxide layer at the top Pt/PZT interface. In this way, charge injection was modified and leakage currents were reduced. The second strategy consists in changing the PZT layer bulk structure by elaborating a layered or columnar dielectric/PZT composite. Thus, an insulating oxide layer was inserted in the middle of the PZT layer and permitted to reduce leakage currents. Moreover, the control of the PZT nucleation allowed for the elaboration of a columnar PZT/pyrochlore composite. The leakage currents in this composite can be tuned through the pyrochlore pillars density among the ferroelectric matrix. Then, PZT and the heterostructures for leakage current control were integrated in a capacitive RF structure with gold coplanar transmission lines. RF performances in terms of isolation and insertion loss of these materials were studied and gave good results. In particular the heterostructures developed to control the leakage currents are promising for their integration in capacitive RF devices. Besides, I tried to extract the permittivity of PZT at high frequency with the PZT layer in a capacitive configuration. This study highlighted the essential modifications of the capacitive structure that have to be made in order to be able to exploit PZT properties at high frequency