Academic literature on the topic 'Imagerie à haut contenu'

L’avènement de la biologie moléculaire et l’achèvement du séquençage du génome humain ont conduit l’industrie pharmaceutique à progressivement implémenter des approches dites cible-centriques pour identifier les candidats médicaments. Cependant, la faible productivité de la recherche et du développement en ce début de millénaire, combinée aux évolutions technologiques dans des domaines tels que l’ingénierie cellulaire, le criblage à haut contenu, la robotique, l’analyse d’images et l’intelligence artificielle, ont nourri un fort regain d’intérêt pour les approches phénotypiques. De plus en plus fréquemment, les approches cible-centriques et phénotypiques sont considérées de façon complémentaire, positionnant ainsi les techniques de déconvolution de cible sur le chemin critique de la découverte et du développement de médicaments. Cette revue analyse l’évolution des approches cible-centriques versus phénotypiques, en se focalisant plus particulièrement sur le criblage à haut contenu et les différentes techniques de déconvolution de cible aujourd’hui disponibles.

Résumé Les fonctions à haut contenu en savoir jouent un rôle stratégique au sein du secteur de la production des biens. Les régions et les entreprises où se concentrent ces fonctions semblent mieux positionnées que les autres pour assurer leur croissance et leur développement économique. Toutefois, cette réalité suggère de nouvelles disparités économiques à l’échelle régionale. Cet article analyse les tendances de concentration des fonctions à haut contenu en savoir dans les agglomérations du Québec entre 1971 et 2006. L’analyse soulève une concentration métropolitaine qui tend à s’accélérer durant la période. Néanmoins, on constate que certaines régions non métropolitaines ont des niveaux de croissance parfois supérieurs. S’il y a présence de trajectoires distinctes, on ne peut cependant conclure à la présence d’un processus de convergence régionale. Les résultats de l’analyse laissent entendre que la décentralisation de la production des biens a pu en grande partie se limiter aux fonctions de routine et de production.

Ce texte, ayant fait l’objet d’une conférence présentée dans le cadre de la formation supérieure de l’Institut National des Sports et de l’Education Physique, à Paris, suggère des avenues de recherche en «imagerie et répétition mentale» avec des athlètes de haut niveau.

Une forte monopolisation régionale du développement des services marchands de haut niveau caractérise la métropole toulousaine. La croissance cumulative de ces fonctions s'explique par la prééminence de liens localisés de proximité qui prennent un contenu différencié selon les branches sectorielles de services. Favorisés par la demande industrielle et tertiaire consommatrice de systèmes d'information, les services technologiques initient une forme endogène de développement au cœur du territoire régional. Le reste des fonctions prestataires de haut niveau conforte la vocation de place intermédiaire de la métropole pour structurer un flux de services entre un hinterland régional étendu aux marges de Midi-Pyrénées et le niveau supérieur des marchés nationaux et internationaux.

La microscopie de fluorescence et la microscopie de localisation de molécules uniques (SMLM) permettent d’imager spécifiquement les entités subcellulaires et sont donc des outils indispensables en Biologie. Cependant ces techniques d’imagerie sont intimement liées aux propriétés de l’illumination, qui possède des limites en termes d’uniformité et de contrôle de l’éclairement.Nous proposons une nouvelle méthode d’illumination nommée ASTER (Adaptable Scanning for Tunable Excitation Regions), capable de délivrer une illumination modulable et uniforme, et compatible avec les méthodes de sectionnement optique classiques. Nous l’appliquons en premier lieu à la microscopie de fluorescence où nous montrons sa compatibilité avec l’imagerie d’échantillons vivants. Ensuite, dans le contexte de l’imagerie SMLM nous démontrons l’obtention de résolutions uniformes, mais également l’impact sur d’autres paramètres et possibilités d’acquisitions. Ainsi ASTER permet de réduire le fond ambiant, d’imager des champs larges de 200x200µm² ou de réaliser une image SMLM sur l’ordre de quelques minutes.Nous présentons ensuite le bénéfice du couplage d’ASTER avec l’imagerie 3D, et une méthode d’imagerie multi-couleur SMLM. Cette méthode quantifiée analytiquement permet d’obtenir des cross talk de l’ordre de 2%, nous montrons sont application à l’imagerie à deux et trois couleurs, ainsi qu’à l’imagerie 3D. Différentes pistes d’amélioration d’ASTER et de l’imagerie multi couleur sont ensuite proposées
Fluorescence and Single Molecule Localization Microscopy (SMLM) allows for thespecific labeling and imaging of biological samples, and are an essential tool for biologists.However, images are generally non-quantitative and limited in feld of view, as well as in imagingtimes. These limits are fundamentally linked to the illumination scheme, which should be optimized both in term of uniformity, but also in control of the irradiance. We propose a novelillumination scheme named ASTER, which allow for a versatile and uniform illumination and is compatible with classical optical sectioning schemes. We first apply ASTER to fluorescence microscopy and particularly the imaging of live dynamic samples. Then we show the ability toobtain uniform resolution in SMLM, as well as the potential of ASTER's versatility. One mayreduce the uorescent background, image wide200 x 200 µm² fields, or realize a SMLM image under a minute. Finally, we present theimplementation of a multicolor SMLM experiment, allowing for the simultaneous imaging ofdifferent structures with cross-talks around 2%.This method is quanti ed and optimized, andthen applied to two and three color imaging, aswell as 3D imaging. Different perspectives for ASTER and multicolor imaging are then proposed

Les lymphocytes cytotoxiques dépendent du remodelage du cytosquelette d'actine pour atteindre leur fonction. En particulier, les lymphocytes T cytotoxiques et les cellules NK assemblent la synapse immunologique (SI), structure complexe riche en actine qui permet l'interaction avec des cellules cibles et la distribution polarisée de granules lytiques (GL). Bien que le remodelage du cytosquelette d'actine soit connu pour être une force motrice de l'assemblage et de la dynamique de la SI, la compréhension du contrôle moléculaire du remodelage de l'actine soutenant la dynamique de la SI reste fragmentée. Ce projet de thèse a consisté à développer une approche d'imagerie à haut débit pour définir de manière impartiale les métriques de la SI des lymphocytes T et NK et caractériser les exigences d'intégrité du cytosquelette d'actine dans l'organisation de l'architecture de la SI.À cette fin, la stimulation et coloration des lignées cellulaires et cellules primaires dans des plaques à puits multiples et l'acquisition d'un ensemble unique d'images confocales avec un imageur à haut contenu entièrement automatisé ont été optimisées. Les images ont été analysées avec deux pipelines complémentaires avec CellProfiler pour définir les caractéristiques morphologiques associées aux différents traitements et à l'état de la maladie. Nous avons d'abord extrait 16 caractéristiques morphologiques se rapportant à la F-actine, LFA-1 ou aux GL, sur la base d'une connaissance préalable de l'assemblage de la SI, et inclus des caractéristiques relatives au noyau. Nous montrons que l'assemblage de la SI dans les lignées est caractérisé par une augmentation de l'intensité de la F-actine et la surface cellulaire. Pour les cellules Jurkat, nous rapportons une augmentation de l'intensité et de la surface LFA-1, et de la de la détection des LG sur le plan SI pour les cellules NK-92. Le traitement des cellules NK-92 avec 7 drogues affectant différents aspects de la dynamique de l'actine et l’étude des effets associés sur les caractéristiques de la SI montrent des effets dépendants de la concentration sur l'intensité de l’actine et sur la polarisation des GL. De plus, un profilage morphologique à haute résolution basé sur> 300 caractéristiques montre que chaque drogue inflige des altérations distinctes sur la morphologie de la SI. Nous avons appliqué ce pipeline à des cellules NK primaires isolées du sang de donneurs sains. Des caractéristiques morphologiques distinctes définissent les cellules NK de différents donneurs, soulignant la sensibilité de notre approche, mais révélant également une variabilité insoupçonnée des morphologies des cellules immunitaires parmi les donneurs. Nous avons appliqué notre approche aux cellules T CD8+ primaires de patients présentant une immunodéficience rare due à des mutations dans le gène codant pour le régulateur d'actine ARPC1B. La carence en ARPC1B entraîne une diminution de l'intensité de l'actine et de la polarisation des GL. Cela nous a incités à évaluer la capacité lytique de ces cellules, qui a été considérablement réduite. Ces résultats illustrent comment l'analyse systématique de la SI pourrait être utilisée pour aider à l'exploration des défauts fonctionnels des populations de lymphocytes dans des contextes pathologiques.En conclusion, notre étude révèle que, bien que l'assemblage de la SI puisse être caractérisé par quelques caractéristiques telles que l'intensité de l'actine et la propagation cellulaire, la capture de fines altérations résultant de la dérégulation du cytosquelette nécessite une analyse à haut débit. Le pipeline développé est prometteur pour le profilage morphologique des lymphocytes de patients atteints d'immunodéficiences primaires dont le défaut génétique n'a pas encore été identifié. De plus, le pouvoir discriminant de notre approche pourrait être exploité pour caractériser la réponse des lymphocytes à divers stimuli et surveiller leur activation dans de multiples pathologies et traitements
Cytotoxic lymphocytes rely on actin cytoskeleton remodeling to achieve their function. In particular cytotoxic T lymphocytes and NK cells assemble the immunological synapse (IS), a complex actin-rich structure that allows the interaction with target cells, such as infected cells or tumor cells, and permits the polarized delivery of lytic granules. Although actin cytoskeleton remodeling is known to be a driving force of IS assembly and dynamics, our understanding of the molecular control of actin remodeling sustaining IS dynamics remains fragmented. This PhD project consisted in developing a high-content imaging approach to unbiasedly define the metrics of IS from human T and NK lymphocytes and to characterize the requirements for actin cytoskeleton integrity in organizing the IS architecture.For that purpose, the stimulation and staining of cell lines and primary cells in multiwell plates and acquisition of a unique set of >100.000 confocal images with a fully automatized high-content imager was optimized. The images were analyzed with two complementary CellProfiler analytical pipelines to characterize the morphological features associated with different treatments and disease status. We first extracted 16 morphological features pertaining to F-actin, LFA-1 or lytic molecules based on prior knowledge of IS assembly, and included features pertaining to the nucleus. We show that IS assembly in Jurkat and NK-92 cells is characterized by increased F-actin intensity and cell area. For Jurkat cells, we report an increase in LFA-1 intensity and surface area, and for NK-92 cells an increase in lytic granule detection at the IS plane. We then treated NK-92 cells with seven drugs known to affect different aspects of actin dynamics and investigated the associated effects on IS features. We report concentration dependent effects, not only on F-actin intensity, as expected, but also on lytic granule polarization. Furthermore, using a high-resolution morphological profiling based on >300 features, we show that each drug inflicts distinct alterations of IS morphology. In a next step, we applied our experimental pipeline to primary NK cells isolated from the blood of healthy donors. Distinct morphological features were characterized among the NK cells from different donors, highlighting the sensitivity of our approach, but also revealing an unsuspected variability of immune cell morphologies among donors. We then further applied our approach to primary CD8+ T cells from patients with a rare immunodeficiency due to mutations in the gene encoding the actin regulator ARPC1B. ARPC1B deficiency results in decreased F-actin intensity, as well as in lytic granule polarization. This prompted us to assess the ability of these cells to kill target cells, which was markedly reduced. These results illustrate how the systematic analysis of the IS might be used to assist the exploration of fonctional defects of lymphocyte populations in pathological settings. In conclusion, our study reveals that although assembly of the IS can be characterized by a few features such as F-actin intensity and cell spreading, capturing fine alterations of that complex structure that arise from cytoskeleton dysregulation requires a high-content analysis. The pipeline we developed through this project holds promises for the morphological profiling of lymphocytes from primary immunodeficiency patients whose genetic defect has not yet been identified. Moreover, the discriminative power of our high-content approach could be exploited to characterize the response of lymphocytes to various stimuli and to monitor lymphocyte activation in multiple immune-related pathologies and treatment settings

Les myopathies myofibrillaires liées à la desmine, également appelées desminopathies, sont des maladies génétiques rares causées par des mutations du gène DES qui se caractérisent principalement par l'apparition progressive d'une faiblesse musculaire. Dans de nombreux cas, ces pathologies sont également associées à une cardiomyopathie dilatée, conduisant à une insuffisance cardiaque, qui est une cause majeure de décès chez ces patients. En effet, outre les troubles de la contractilité cardiaque communs à toutes les cardiomyopathies dilatées, celles induites par une mutation du gène DES se caractérisent par la présence d'agrégats protéiques, de dysfonction mitochondriale et de désorganisation des myofibrille. À ce jour, aucun traitement efficace, qu'il soit pharmacologique ou chirurgical, ne peut inverser cette maladie cardiaque progressive. L'objectif de cette thèse est d'abord de mettre en évidence les mécanismes physiopathologiques impliqués dans l'émergence et le maintien de la maladie. Puis de mettre en avant les phénotypes morphologiques cellulaires DESE439K, dans le but de les moduler par un traitement avec des composés annotés. Ces essais permettent de déduire et de valider des cibles biologiques préalablement identifiées, afin d'ouvrir la voie vers de nouvelles approches thérapeutiques. Dans ce contexte, l'objectif précis était de se focaliser sur l'état de la protéostasie et des systèmes de contrôle de la qualité protéique (PQC). Pour atteindre ces objectifs, cette étude a utilisé exclusivement des modèles in vitro de cardiomyopathie dilatée induite par la mutation DESE439K, se reposant sur des cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (iPSC-CM) cultivées en monocouches 2D ou en myocarde humain (EHM). Ainsi, après avoir validé que les modèles récapitulaient les caractéristiques de la cardiomyopathie dilatée, il a été montré que dans un contexte de mutation DESE439K, la protéostasie cellulaire était perturbée et la PQC activée, notamment le processus d'autophagie. Une approche d'imagerie à haut contenu a ensuite été mise en œuvre pour mieux caractériser et quantifier les propriétés phénotypiques des iPSC-CM porteurs de la mutation DESE439K. Cette méthode nous a permis de quantifier les effets de composés chimiques annotés et de sélectionner ceux capables d'inverser le phénotype cellulaire. L'identification des mécanismes d'action de ces composés a confirmé l'implication des processus de réponse au stress mitochondrial et du réticulum endoplasmique dans l'établissement des phénotypes pathologiques
Myofibrillar myopathies linked to desmin, also known as desminopathies, are rare genetic diseases caused by mutations in the DES gene primarily characterized by the progressive appearance of muscle weakness. In many cases, these pathologies are also associated with dilated cardiomyopathy, leading to heart failure, which is a major cause of death in these patients. Indeed, in addition to the disorders of cardiac contractility common to all dilated cardiomyopathies, those induced by a DES gene mutation are characterized by the presence of protein aggregates, mitochondrial dysfunction and myofibril disorganization. To date, no effective treatment, pharmacological or surgical approach, can reverse this progressive and disabling heart disease. The purpose of this PhD was first to highlight pathophysiological mechanisms involved in the establishment and maintenance of the disease. Then to better shed light on the cellular DESE439K morphological phenotypes, with the aim of modulating them by treatment with annotated compounds. These assays allow us to deduce and validate biological targets previously identified, in order to open the way toward new therapeutic approaches. In this context, the precise aim was to focus on the state of proteostasis and protein quality control systems (PQC).To reach these objectives, this study exclusively used in vitro models of DESE439K mutation-induced dilated cardiomyopathy based on cardiomyocyte derived from human induced pluripotent stem cells (iPSC-CM) cultured as 2D monolayers or as engineered human myocardium (EHM). Thus, after validation that the models recapitulated the hallmarks of dilated cardiomyopathy, it was shown that in a DESE439K mutation context, cellular proteostasis was disrupted and PQC activated, notably the autophagy process. A high-content imaging approach was then implemented to better characterize and quantify the phenotypic properties of iPSC-CM carrying the DES E439K mutation. This method allowed us to quantify the effects of annotated small compounds and to select those capable of reversing the cellular phenotype. The identification of the mechanisms of action of these compounds confirmed the involvement of mitochondrial and endoplasmic reticulum stress response processes in the establishment of pathological phenotypes.In conclusion, this study highlights the importance of regulating cellular proteostasis and mitochondrial homeostasis in dilated cardiomyopathy caused by the DES gene mutation, which could represent an interesting therapeutic approach

Les troubles neurodéveloppementaux (TND) touchent environ 10 % des enfants et constituent une source majeure d'invalidité tout au long de la vie. Caractérisés par un développement défectueux du cerveau et une grande variabilité du tableau clinique des patients, qui compromet le diagnostic et l'émergence de solutions thérapeutiques, ils représentent un coût humain, sociétal et économique important. L'objectif de ce projet est de mieux comprendre une caractéristique commune des TND - la dérégulation des voies de réponse au stress - qui constituerait une clef de lecture pour comprendre ces pathologies. L'intégration des processus déclenchés par le stress est régie par les facteurs de transcription du choc thermique (HSF), qui sont fortement dérégulés dans plusieurs TND. Cela a deux conséquences : une altération de la réponse au stress des cellules neurales qui entraîne des défauts dans le développement du cerveau. Nous avons participé a montré que ces HSF sont essentiels au bon développement du cerveau. Plus précisément, l'équipe a démontré que HSF2 joue un rôle clef dans la régulation de la prolifération des cellules progénitrices et la migration neuronale dans le cortex en modulant l'expression de gène impliqués dans l'adhésion cellulaire. La modulation pharmacologique de cette voie pourrait donc offrir de nouvelles possibilités thérapeutiques. Dans une première étude, les mécanismes sous-jacents à la dérégulation des HSF ont été étudiés dans les cellules de patients atteints du syndrome de Rubinstein-Taybi (RSTS), un TND rare d'origine génétique causé par des mutations dans les gènes CREBBP ou EP300. Notre étude a montré une diminution des niveaux protéiques de HSF2 dans les fibroblastes et dans les modèles neuraux (2D et 3D) dérivés à partir de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) provenant de patients RSTS. Cette diminution des niveaux protéiques de HSF2 résultait d'un défaut d'acétylation par CBP ou EP300, conduisant à l'ubiquitination et à la dégradation par le protéasome. En conséquence, les cellules RSTS présentaient une altération de la réponse au stress et une réduction de l'expression de gènes essentiels au développement neural, en particulier la N-cadhérine. La restauration des niveaux de HSF2, soit par l'inhibition du protéasome, soit par des mutations imitant l'acétylation, a permis de rétablir à la fois la réponse au stress et l'expression des gènes du neurodéveloppement. Nous avons constaté que la perturbation de la voie CBP/EP300-HSF2-N-cadhérine est récapitulée dans les modèles neuraux RSTS, qui présentent des anomalies de prolifération liées à une altération de l'adhésion cellule-cellule, en particulier dans la voie de la N-cadhérine. Sur la base de ces résultats et en collaboration avec Ksilink, mon projet de thèse CIFRE vise à développer un modèle cellulaire de TND basé sur les patients RSTS. Ce modèle permettra d'explorer comment les perturbations de la voie HSF pourraient contribuer à divers TND. Pour atteindre cet objectif, j'ai d'abord généré un mutant HSF2 qui mime la forme acétylée de la protéine dans les iPSC dérivés de fibroblastes de patients RSTS. En utilisant ce modèle isogénique comme référence, j'ai développé et validé un modèle de culture neural bidimensionnel et identifié de nouvelles cibles et phénotypes dépendants de HSF2 via une approche multiparamétrique allant de la transcriptomique à haut débit à des analyses morphologiques des cellules. Cette approche a permis d'identifier le facteur pro neuronal, ASCL1, et un phénotype morphologique, la formation de rosettes, comme clefs de lecture pour l'analyse par imagerie à haut contenu. Sur la base de ces deux phénotypes, j'ai utilisé le modèle neural pour cribler une sélection de molécules à potentiel thérapeutique par imagerie à haut contenu. Ces travaux ouvriront la voie à de nouvelles approches thérapeutiques visant à moduler les voies de réponse au stress, offrant ainsi de nouvelles possibilités de traitement des TND
Neurodevelopmental disorders (NDD) affect around 10% of children and are a major source of lifelong disability. Characterised by defective brain development and great variability in the clinical picture of patients, which compromises diagnosis and the emergence of therapeutic solutions, they represent a significant human, societal and economic cost. The aim of this project is to gain a better understanding of a common feature of NDDs - the deregulation of stress response pathways - which could provide a readout to understanding these pathologies. The integration of processes triggered by stress is governed by heat shock transcription factors (HSFs), which are strongly deregulated in several NDDs. This has two consequences: an altered stress response in neural cells leading to defects in brain development. We have helped to show that these HSFs are essential for proper brain development. More specifically, the team demonstrated that HSF2 plays a key role in regulating the proliferation of progenitor cells and neuronal migration in the cortex by modulating the expression of genes involved in cell adhesion. Pharmacological modulation of this pathway could therefore offer new therapeutic possibilities. In a first study, the mechanisms underlying HSF deregulation were investigated in cells from patients with Rubinstein-Taybi syndrome (RSTS), a rare genetic NDD caused by mutations in the CREBBP or EP300 genes. Our study showed a decrease in HSF2 protein levels in fibroblasts and in neural models (2D and 3D) derived from induced pluripotent stem cells (iPSCs) from RSTS patients. This decrease in HSF2 protein levels resulted from a defect in acetylation by CBP or EP300, leading to ubiquitination and degradation by the proteasome. As a result, RSTS cells showed an altered stress response and reduced expression of genes essential for neural development, in particular N-cadherin. Restoration of HSF2 levels, either by proteasome inhibition or by acetylation-mimicking mutations, restored both the stress response and the expression of neurodevelopmental genes. We found that disruption of the CBP/EP300-HSF2-N-cadherin pathway is recapitulated in RSTS neural models, which display proliferation abnormalities linked to altered cell-cell adhesion, particularly in the N-cadherin pathway. On the basis of these results and in collaboration with Ksilink, my CIFRE thesis project aims to develop a cellular model of NDD based on RSTS patients. This model will enable us to explore how perturbations in the HSF pathway could contribute to various NDDs. To achieve this objective, I first generated an HSF2 mutant that mimics the acetylated form of the protein in iPSCs derived from RSTS patient fibroblasts. Using this isogenic model as a reference, I developed and validated a two-dimensional neural culture model and identified new HSF2-dependent targets and phenotypes using a multiparametric approach ranging from high-throughput transcriptomics to cell morphological analyses. This approach made it possible to identify the pro-neuronal factor, ASCL1, and a morphological phenotype, rosette formation, as key readouts for analysis by high-content imaging. On the basis of these two phenotypes, I used the neural model to screen a selection of molecules with therapeutic potential using high-content imaging. This work will pave the way for new therapeutic approaches aimed at modulating stress response pathways, thereby opening up new possibilities for the treatment of NDD

Un crible biologique a pour objectif de tester en parallèle l'impact de nombreuses conditions expérimentales sur un processus biologique d'un organisme modèle. Le progrès technique et computationnel a rendu possible la réalisation de tels cribles à grande échelle - jusqu'à des centaines de milliers de conditions. L'imagerie sur cellules vivantes est un excellent outil pour étudier en détail les conséquences d'une perturbation chimique sur un processus biologique. L'analyse des cribles sur cellules vivantes demande toutefois la combinaison de méthodes robustes d'imagerie par ordinateur et de contrôle qualité, et d'approches statistiques efficaces pour la détection des effets significatifs. La présente thèse répond à ces défis par le développement de méthodes analytiques pour les images de cribles temporels à haut débit. Les cadres qui y sont développés sont appliqués à des données publiées, démontrant par là leur applicabilité ainsi que les bénéfices d'une ré-analyse des données de cribles à haut contenu (HCS). Le premier workflow pour l'étude de la motilité cellulaire à l'échelle d'une cellule dans de telles données constitue le chapitre 2. Le chapitre 3 applique ce workflow à des données publiées et présente une nouvelle distance pour l'inférence de cible thérapeutique à partir d'images de cribles temporels. Enfin, le chapitre 4 présente une pipeline méthodologique complète pour la conduite de cribles temporels à haut débit en toxicologie environnementale
Biological screens test large sets of experimental conditions with respect to their specific biological effect on living systems. Technical and computational progresses have made it possible to perform such screens at a large scale - up to hundreds of thousands of experiments. Live cell imaging is an excellent tool to study in detail the consequences of chemical perturbation on a given biological process. However, the analysis of live cell screens demands the combination of robust computer vision methods, efficient statistical methods for the detection of significant effects and robust procedures for quality control. This thesis addresses these challenges by developing analytical methods for the analysis of High Throughput time-lapse microscopy screening data. The developed frameworks are applied to publicly available HCS data, demonstrating their applicability and the benefits of HCS data remining. The first multivariate workflow for the study of single cell motility in such large-scale data is detailed in Chapter 2. Chapter 3 presents this workflow application to previously published data, and the development of a new distance for drug target inference by in silico comparisons of parallel siRNA and drug screens. Finally, chapter 4 presents a complete methodological pipeline for performing HT time-lapse screens in Environmental Toxicology

Aujourd'hui la recherche en biologie dispose d'une masse d'informations génomiques considérable qu'il faut comprendre fonctionnellement pour faire émerger de nouveaux concepts, qui formeront le berceau de nouvelles thérapies. Ces études mettent en jeu des mécanismes contrôlés à l'échelle moléculaire et nécessitent le traitement d'informations à haut-débit et de manière parallèle. Les travaux pluridisciplinaires présentés ont permis de mettre au point une technologie miniaturisée de culture de cellules en gouttes matricées sur supports solides, pour tester l'action des molécules sur le comportement de cellules. Après avoir mis au point un démonstrateur macroscopique validé par des transfections de molécules nucléiques, nous avons développé un protocole de fabrication de substrats miniaturisés capable de maintenir 100 nano-gouttes par cm² à l'aide d'un différentiel de tension de surface. Un robot de dispense de pico-gouttes a été intégré pour réaliser les gouttes de culture cellulaire de manière automatique. Le comportement des cellules au sein des gouttes est évalué par microscopie en fluorescence à haut-contenu après fixation. Chaque cellule de chaque goutte est caractérisée par des dizaines de paramètres de manière individuelle. Cette nouvelle approche analytique a été appliquée dans le cadre d'un projet multipartenaire de criblage de siRNA visant à étudier l'impact de gènes sur la chimiorésistance de glioblastomes. Par ailleurs nous avons montré l'utilisation de la spectrométrie de masse comme méthode de phénotypage multiparamétrique. Cette technologie de puce à cellules est particulièrement adaptée à l'étude à haut-débit des comportements fins de cultures cellulaires
Nowadays biology research is faced with a considerable amount of genomic data which has to be functionally characterised in order to bring new concepts, which will lead to new therapies. These studies approach molecular-based mechanisms, and need high-throughput and parallel data management. The multidisciplinary work presented here has allowed the development of a miniaturised technology of cell culture in liquid drops, matrixed on a plane solid substrate, to test the action of molecules or conditions on the cells behaviour. After the macroscopic demonstration of nucleic acid molecule transfection in living cells on such a device, we have developed a fabrication protocol for a miniaturised support, able to maintain 100 nano-drops per cm², based on differential surface tensions. A picoliter dispensing robot was integrated to make the cell culture drops automatically. The cells' behaviour in the drops is analysed by high-content fluorescence microscopy after fixation. Each cell of each drop is characterised by tenths of parameters individually. This new analytical approach, which has triggered the development of new bio-statistical tools, has been applied to a multipartner project of siRNA screening, aimed at studying the impact of genes on glioblastoma cells chemoresistance. We have also shown the use of mass spectrometry as a multiparametric phenotyping method. This cell-on-chip technology seems particularly well suited for the study of the precise behaviour of cells among a population at high-throughput. It will be the base of new lab-on-chip technologies

Cette thèse vise à investiguer des moyens d'optimiser les performances de l'imagerie à haut contraste dans l'optique et le proche infrarouge pour la détection d'exo-planètes. L'étude principale a été menée sur le contraste à faible séparation permettant l'imagerie d'exo-planètes dans leur zone habitable. Cette détection directe est rendue possible par le développement des futurs grands télescopes et de coronographes de plus en plus performants à faible séparation. L'approche retenue permet de créer une zone sombre à haut contraste grâce à la coronographie et au « wavefront shaping » (contrôle de l'amplitude et de la phase avec 2 miroirs déformables), mais qui est limité par les effets de propagation de Fresnel. Les résultats obtenus ont déterminé les limitations de configuration optique pour le « wavefront shaping ». Grâce à une approche semi-analytique soutenue par des simulations numériques et une approche Monte-Carlo, ces limitations ont été analysées et quantifiées pour extraire les configurations optimales. Les résultats ont été appliqués au banc SPEED dont l'objectif est d'optimiser et de tester le haut contraste à faible séparation. Une deuxième étude a été une contribution à une étude générale de stabilité, en traitant la stabilité temporelle comme un paramètre indispensable dans la conception en amont d'instrument haut contraste. Un travail préliminaire a été initié sur la stabilité des instruments de mesure eux-mêmes à travers l'étude thermique d'un système de métrologie. Enfin, un dernier volet a été une étude de simulation de performances d'un nouveau concept d'imagerie différentielle basé sur l'acquisition d'images réalisées avec différentes tailles de pupilles
This thesis aims to optimize high-contrast imaging performance in visible and near infrared for exoplanet detection. The main study focuses on high-contrast at small separation, to image exoplanets in their habitable zone. This direct detection is achievable with the next Extremely Large Telescopes and with the development of coronagraph providing high performance at small separation. The approach adopted for this study creates a high-contrast region (a dark hole) with the combination of coronagraphy and wavefront shaping (wavefront control of both phase and amplitude with 2 deformable mirrors) but is limited by the Fresnel propagation of phase aberrations. The goal of this work is to define the wavefront shaping limitation in optical configuration (deformable mirrors location, component optical quality, beam diameter). A semi-analytic approach followed by a Monte-Carlo analysis of numerical end-to-end simulations is studied, resulting in the definition of the optimal configuration. Results are then applied to SPEED, a test bench to optimize and test high-contrast imaging at small separation with a segmented pupil. Another aspect of this thesis is a contribution to a stability study to treat the temporal stability as a crucial parameter in high-contrast imaging instrumentation, at the conception level. A preliminary work is initiated during the thesis to analyse the stability of the measuring instrument itself. A metrology tool and its thermal behaviour are thus studied. Finally, the last part of this thesis is a performance analysis of a new differential imaging technique, developed to improve high contrast with observations with different diaphragm sizes

Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons à l'utilisation des bases de données médicales multimédia pour l'aide à la décision diagnostique et le suivi thérapeutique. Notre objectif est de définir des méthodes, et un système, pour sélectionner dans les bases de documents multimédia des documents similaires à un document proposé en requête. Ces documents contiennent des informations sous forme texte, numérique, des images et parfois des séquences vidéos. Pour l'aide au diagnostic, l'interrogation du système s'effectue en lui présentant en requête le dossier patient, ou une partie de ce dossier. Notre travail va donc mettre en oeuvre des méthodes relatives au raisonnement à base de cas (CBR : Case Based Reasoning), à la fouille de données, à la recherche d‘images par le contenu (CBIR : Content Based Image Retrieval) et à la rechercher de vidéo par le contenu (CBVR : Content Based Video Retrieval). Les méthodes sont évaluées sur trois bases de données médicales multimodales. La première base de données étudiée est une base d‘images rétiniennes, constituée au LaTIM pour l‘aide au suivi de la rétinopathie diabétique. La seconde base est une base publique de mammographies (Digital Database for Screening Mammography, DDSM University of South Florida). La troisième base de données est une base de video gastro-entérologie constituée aussi au LaTIM. Nous utilisons cette base pour étudier les possibilités d'utilisation des méthodes développées dans le cadre de la recherche d‘images fixes, pour la recherche de séquences vidéos couleurs. Dans la première partie de notre travail, nous cherchons à caractériser individuellement chaque image du dossier patient. Nous avons poursuivi les travaux effectués dans le laboratoire sur l‘utilisation des méthodes globales de caractérisation des images dans le domaine compressé (quantification vectorielle, DCT, JPEG-ondelettes, ondelettes adaptées) pour la recherche d‘images. Les résultats obtenus avec les ondelettes, comparés aux autres méthodes de compression ont montré une grande amélioration en terme de retrouvaille. Cependant, les ondelettes nécessitent la spécification d'un noyau ou d'une fonction de base pour effectuer la décomposition. Pour pallier ce problème, nous avons proposé une méthode originale de caractérisation à partir de la décomposition BEMD des images (Bidimensionnal Empirical Mode Decomposition) : elle permet de décomposer une image en plusieurs modes BIMFs (Bidimensionnel Intrinsic Mode Functions), qui permettent d'accéder à des informations sur le contenu fréquentiel des images. Une des originalités de la méthode provient de l‘auto-adaptativite de la BEMD, qui ne nécessite pas une fonction de base pour effectuer la décomposition. Une fois les images caractérisées, la recherche s'effectue en calculant, au sens d'une métrique donnée, la distance entre la signature de l‘image requête et les signatures des images de la base. Ce calcul permet de sélectionner des images en réponse à la requête en dehors de toute signification sémantique. Pour améliorer le résultat de retrouvaille, nous introduisons une technique d‘optimisation pour le calcul de la distance entre signature, en utilisant les algorithmes génétiques. Nous abordons ensuite le problème de la recherche de vidéos par le contenu. Pour cela, nous introduisons une méthode pour le calcul des signatures vidéo à partir des images clefs extraites par l‘analyse du mouvement. La distance entre signatures video est calculée en utilisant une technique basée sur l‘analyse en composantes principales. Enfin, nous intégrons les travaux précédents dans la requète par dossiers patients, qui contiennent plusieurs images ainsi que des informations textuelles, sémantiques et numériques. Pour cela nous utilisons trois méthodes développées dans le cadre d‘une these récemment soutenue dans notre laboratoire : la première est basée sur les arbres de décision, la deuxième sur les réseaux bayésiens et la troisième sur la théorie de Dezert-Smarandache (DSmT)
This PhD thesis addresses the use of multimedia medical databases for diagnostic decision and therapeutic follow-up. Our goal is to develop methods and a system to select in multimedia databases documents similar to a query document. These documents consist of text information, numeric images and sometimes videos. In the proposed diagnosis aid system, the database is queried with the patient file, or a part of it, as input. Our work therefore involves implementing methods related to Case-Based Reasoning (CBR), datamining, Content Based Image Retrieval (CBIR) and Content Based Video Retrieval (CBVR). These methods are evaluated on three multimodal medical databases. The first database consists of retinal images collected by the LaTIM laboratory for aided diabetic retinopathy follow-up. The second database is a public mammography database (Digital Database for Screening Mammography – DDSM –) collected by the University of South Florida. The third database consists of gastroenterology videos also collected by the LaTIM laboratory. This database is used to discover whether methods developed for fixed image retrieval can also be used for color video retrieval. The first part of this work focuses on the characterization of each image in the patient file. We continued the work started in our laboratory to characterize images globally in the compressed domain (vector quantization, DCT-JPEG, wavelets, adapted wavelets) for image retrieval. Compared to other compression methods, the wavelet decomposition led to a great improvement in terms of retrieval performance. However, the wavelet decomposition requires the specification of a kernel or basis function. To overcome this problem, we proposed an original image characterization method based on the BEMD (Bidimensionnal Empirical Mode Decomposition). It allows decomposing an image into several BIMFs (Bidimensionnal Intrinsic Mode Functions) that provide access to frequency information of the image content. An originality of the method comes from the self-adaptivity of BEMD: it does not require the specification of a basic function. Once images are characterized, a similarity search is performed by computing the distance between the signature of the query image and the signature of each image in the database, given a metric. This process leads to the selection of similar images, without semantic meaning. An optimization process, based on genetic algorithms, is used to adapt the distance metric and thus improve retrieval performance. Then, the problem of content based video retrieval is addressed. A method to generate video signatures is presented. This method relies on key video frames extracted by movement analysis. The distance between video signatures is computed using a Principal Component Analysis (PCA) based technique. Finally, the proposed methods are integrated into the framework of patient file retrieval (each patient file consisting of several images and textual information). Three methods developed during a PhD thesis recently defended in our laboratory are used for patient file retrieval: the first approach is based on decision trees and their extensions, the second on Bayesian networks and the third on the Dezert-Smarandache theory (DSmT).

Au cours de ce travail nous avons utilisé les potentialités de différentes modalités d'imagerie, que nous appliquons au domaine du végétal afin de contribuer au phénotypage haut-débit des semences et plantules. Nous nous somme principalement consacré à la recherche de réponses à deux problématiques spécifiques et importantes de ce secteur. Nous commençons par montrer l'applicabilité de l'imagerie en lumière visible inactinique et de l'imagerie thermographique passive pour imager le développement des semences et plantules, un phénomène biologique se déroulant normalement dans le sol et l’obscurité. Nous présentons nos apports à ce type d’imagerie, au travers de nos contributions à la conception et à la réalisation d’un système de vision en imagerie visible inactinique, ayant pour finalité la réalisation de mesures individualisées automatisées sur les semences, les plantules et les organes des plantules. Ce système gère les croisements de plantules, via l'utilisation originale de la diffusion anisotrope, ce qui nous a permis de multiplier, sans perte d'information, les débits par dix. De plus, ce système réalise la séparation des organes au moyen d’un critère générique basé sur le gravitropisme. La validation des algorithmes de traitement d'images du système de vision utilise des voies originales (simulation numérique et test de l'influence de l'incertitude via simulation agronomique). L’imagerie thermographique, qui capte le rayonnement thermique passif des objets, nous permet de visualiser et de mesurer les semences et plantules dans l'obscurité. Elle permet aussi de réaliser la segmentation et le suivi des organes de plantules. Cette technologie d'imagerie nous a aussi permis de montrer la faisabilité d'un dosage non destructif de teneur en sucre des organes de plantules de betterave. Ensuite nous proposons une méthodologie générique permettant la conception de capteurs bas-coût spectralement optimisés, en fonction de tâches applicatives déterminées. Cette méthodologie utilise la théorie de l’information, pour extraire de l’imagerie hyperspectrale, relativement coûteuse, l’information utile à la conception des capteurs dédiés bas-coût. L’intérêt de cette méthodologie pour le phénotypage des plantes est montré et justifie le transfert de celle-ci au monde de la recherche en biologie végétale
Along this work, we have used the potentiality of different modalities of imagery that we apply to the plant domain so as to contribute to the high-throughput phenotyping of seeds and seedlings. We have mainly committed ourselves to the search for answers to two specific and important problematic in this domain. We begin by showing the applicability of visible imaging using an inactinic light and passive thermographic imaging to image the development of seeds and seedlings, a biological phenomenon usually occurring in soil and darkness. We present our contributions to this type of imaging through our contributions to the conception and the realization of a vision system using visible inactinic imaging, whose finality is the realization of individualized automated measurement on the seeds, the seedlings and the organs of the seedlings. This system handle seedling crossing, through the original use of anisotropic diffusion, which allowed us to multiply, without information loss, the output by ten. Furthermore, this system carries out the separation of the organs by means of a generic criterion based on gravitropism. The validation of the image processing algorithms of the vision system use original ways (numerical simulation and test of the influence of the uncertainty through agronomic simulation). Thermographic imaging, which captures the passive heat radiation of objects, allows us to visualize and to measure seeds and seedlings in the darkness. It also allows realizing the segmentation and the tracking of the organs of seedlings. This imaging technology also allowed us to demonstrate the feasibility of a non-destructive determination of sugar quantity in organs of beet seedlings. We then propose a generic methodology that allows the conception of spectrally optimized low-cost sensors, according to determined application tasks. This methodology uses information theory, to extract from, relatively expensive, hyperspectral imaging, the information needed for the conception of the dedicated low-cost sensors. The interest of this methodology for plant phenotyping has been shown and justifies its transfer to the world of research in plant biology

Le trouble bipolaire est un trouble de l'humeur récurrent affectant de 1 à 3% de la population adulte à travers le monde et ayant une comorbidité importante avec une hausse du taux de suicides, l'abus de drogues et d'autres troubles médicaux. Ce trouble semble avoir plusieurs liens avec la schizophrénie et une vulnérabilité au trouble est souvent héréditaire dans une famille. Même si les causes biologiques n'ont pas encore été établies, de nombreuses anomalies dans le système limbique sous-cortical et la zone préfrontal ont été observés.Depuis sa découverte il y a plus d'un demi-siècle, une prise de sels de Lithium a été le traitement le plus fiable, mais l'action biochimique du Lithium sur le cerveau et le pourquoi de l'efficacité du traitement reste un mystère. Afin de pouvoir mieux comprendre cet effet, nous avons développé des séquences d'imagerie du Lithium-7 via résonance magnétique à 7 et 17 Tesla afin de pouvoir établir sa distribution et concentration cérébrale. Spécifiquement, j'ai travaillé sur le développement et la validation des méthodes d'acquisition, de reconstruction et de quantification de notre protocole. Ces méthodes ont d'abord été appliqués afin d'étudier la distribution cérébrale du Lithium sur des cerveaux de rats ex-vivo. Ces rats étés traités pendant 28 jours avec du Li2CO3, sacrifiés et leurs têtes fixés avec du PFA. En utilisant une antenne surfacique double canaux 1H/7Li fait maison, une acquisition 7Li Turbo Spin echo et une méthode de remplacement par fantôme pour la quantification, nous avons pu mesurer les cartes de concentration du Lithium. Les concentrations moyennes obtenus dans des régions d’intérêt prédéfinis ont été mesurés afin de les comparer avec les résultats obtenus par spectrométrie de masse.Après cette étude préclinique qui a permis de valider notre approche, un protocole similaire fut créé pour une étude in-vivo 7Li d'imagerie par résonance magnétique chez des patients bipolaires euthymiques sur un scanner 7T. Ces individus ont tous suivis un traitement régulier de Lithium. Pour cette étude, nous avons utilisé une séquence Steady State Free Precession à TE ultra-court et avec un échantillonnage du k-space non-cartésien. Un pipeline de quantification et d'analyse similaire à celle utilisé pour notre étude préclinique fut appliqué pour cette étude, avec l'ajout d'une étape de correction pour les inhomogénéités de B0. Après avoir fait une analyse statistique au niveau de toute la cohorte par régions d'intérêt, il a été observé que l'hippocampe gauche, une part majeur du système limbique associé au trouble bipolaire à de multiples occasions, possède systématiquement une haute concentration de Lithium. Finalement, la méthode de quantification fut modifiée en quantification bi-compartimentale afin de prendre en compte les différences dans les taux de relaxation du Lithium dans le CSF et dans le parenchyme du cerveau. Cette méthode fut appliqué afin de pouvoir quantifier le Lithium à 7T dans un sous-groupe des patients bipolaires et radicalement réduire les différences initialement observés entre les séquences SSFP et bSSFP
Bipolar disorder is a chronic affective disorder affecting 1 to 3% of the adult population worldwide and has a high level of comorbidity with suicide rates, substance abuse and other harmful conditions. The disorder has possible ties to schizophrenia and has been observed to have a strong genetic component. The exact biological underpinnings have not been firmly established, however abnormalities in limbic subcortical and prefrontal areas have been observed.Ever since its discovery more than half a century ago, a daily intake of Lithium salts has arguably become the most reliable treatment of the disorder, despite us possessing little to no understanding of its biochemical action. In order to shed some light on the effect of Lithium in the brain, we have developed Lithium-7 MR imaging at 7 and 17 Tesla in order to assess its cerebral concentration and distribution. Specifically, I worked on developing and validating several acquisition, reconstruction and quantification methods dedicated to 7Li MRI and MRS. Those methods were first applied to study ex vivo the cerebral distribution of lithium in rats. These rats were pretreated for 28 days with Li2CO3, sacrificed and their head fixated with PFA. Using a home-made 1H/7Li radiofrequency surface coil and a 7Li Turbo Spin echo acquisition and a modified phantom replacement method for quantification, we were able to measure Li concentration maps. Regional Li concentration values were then compared with those obtained with mass spectrometry.After this preclinical proof-of-concept study, an in vivo 7Li MRI protocol was designed to map the cerebral Li concentration in euthymic bipolar subjects at 7T. These individuals all followed a regular lithium treatment. For this study, we chose to use an ultra-short echo-time Steady State Free Precession sequence with non-Cartesian k-space sampling. A quantification and analysis pipeline similar to the one used for our preclinical study was applied for this study, with the addition of a correction step for B0 inhomogeneities. After conducting a statistical analysis at the cohort level, it was assessed that the left hippocampus, a major part of the limbic system that has been associated with BD on multiple occasions, exhibited systematically a high level of lithium. Finally, I developed a quantification method accounting for the different relaxation times of 7Li in the CSF and in the brain parenchyma. This method was applied to image lithium at 7T in a subset of bipolar patients reducing drastically the differences initially observed between the SSFP and bSSFP sequences

Les systèmes d’imagerie par résonance magnétique à Ultra-Haut Champ, 7T notamment, ont ouvert de nouvelles perspectives pour explorer le corps humain. Ce chapitre vise à donner quelques clés pour mieux comprendre les avantages, inconvénients et challenges, physiques et méthodologiques, liés à ce type d’imagerie. Quelques exemples d’applications sont illustrés et les perspectives d’évolutions sont finalement brièvement discutées.

L’imagerie par rayons X, bi- et tridimensionnelle, est devenue une méthodologie incontournable dans de nombreux champs disciplinaires dont celui des sciences archéologiques. Contrairement aux autres méthodes d’imagerie permettant seulement des acquisitions de surface (photographie et photogrammétrie, scanner laser), le rayonnement X permet également des acquisitions de volume, ce qui s’avère être un avantage fondamental dans les indications nécessitant de visualiser du contenu sans toucher au contenant. Cette propriété physique du rayonnement X de traverser la matière et de révéler l’intérieur des objets sur des images projetées en 2 dimensions a été appliquée très tôt au domaine archéologique, dès l’invention même de la radiologie en 1895, en parallèle avec son développement fulgurant dans le domaine médical. Les applications « archéométriques » des rayons X ont fait émerger le terme de paléoradiologie, qui définit l’application du rayonnement X à l’étude de matériaux bio-archéologiques. Un siècle après, les méthodes d’acquisition par rayons X se sont considérablement développées (radiologie numérique, tomodensitométrie, microtomographie RX) et le traitement des images a ouvert l’accès, grâce à la révolution numérique, à une nouvelle dimension. L’introduction de cette troisième dimension pour l’imagerie radiologique a permis de nombreuses avancées en recherches fondamentale et appliquée dans le domaine archéologique, tout en renouvelant considérablement les possibilités de conservation et de valorisation du patrimoine. En constituant un réseau interdisciplinaire, nous avons développé, à partir de la tomodensitométrie, une chaîne complète d’imagerie tridimensionnelle, initiée pour l’anthropologie biologique et qui trouve ses applications dans le domaine de l’archéologie et plus récemment dans celui de la chirurgie reconstructrice. En parallèle avec l’utilisation des rayons X, d’autres méthodes d’acquisitions d’images apportent également leurs contributions à l’archéologie. Leur intégration dans une approche transdisciplinaire utilisant l’ensemble des modalités non-destructives d’acquisition d’images et de leur représentation (multimodale et multidimensionnelle) a été nommée paléo-imagerie. La paléo-imagerie s’exprime à la fois sur le terrain et en laboratoire, fonctionne de manière diachronique (sans focus chronologique, de la préhistoire aux périodes contemporaines) et holistique en contextualisant l’objet dans son environnement archéologique. Dans cette optique, la paléo-imagerie a toute sa place au sein des méthodes de l’archéométrie

La Banque de données de levés géochimiques du Canada est une banque de données rela¬tionnelle sophistiquée qui constitue un répertoire exhaustif des levés géochimiques à l’échelle régionale effectués au Canada depuis les années 1950. Le contenu peut être consulté au moyen d’un site Web public du gouvernement du Canada. Le répertoire fournit des métadonnées détaillées pour chaque levé, y com¬pris des liens vers des publications et des données numériques, dans la mesure du possible. En plus des métadonnées de haut niveau, les résultats d’analyses chimiques pour les levés individuels sont ajoutés pro¬gressivement. Nous avons répertorié plus de 1 600 levés à ce jour et avons intégré les données analytiques de 300 levés, pour un total de 13 millions de mesures analytiques individuelles. L’article commence par une discussion sur la philosophie générale de la gestion de l’information qui sous-tend la banque de données, puis donne quelques exemples pratiques sur la façon d’utiliser le système, et conclut en soulignant certains des défis actuels liés à la création et à l’entretien du système.

Le nouvel âge spatial (NewSpace) marque l’avènement d’une ère nouvelle dans l’utilisation de l’espace caractérisée par une ouverture de l’espace à de nouveaux acteurs fondée sur de nouvelles technologies spatiales, par de nouvelles fonctionnalités pour les satellites mis en orbite et par le développement de constellations de satellites, principalement dans les domaines des communications et de l’observation de la Terre. Ces développements s’appuient sur des avancées scientifiques et technologiques de premier plan ainsi que sur des investissements publics et privés considérables, notamment aux États-Unis, en Chine et dans une moindre mesure en Europe. Des flottes de petits satellites en orbite basse ou moyenne viennent remplacer ou s’ajouter aux grands satellites géostationnaires qui prédominaient dans la phase précédente. Alors que l’espace était auparavant réservé à un petit nombre d’États et de grands groupes industriels, on observe actuellement l’émergence de nouveaux États spatiaux, de nouveaux groupes industriels comme SpaceX ou Amazon, ainsi que d’un grand nombre de jeunes pousses. On note l’émergence d’entreprises disposant de capacités de lancement, de fabrication de satellites et qui prennent également le rôle d’opérateurs de télécommunications et de producteurs de contenu. Le résultat le plus visible du déploiement de ces nouveaux réseaux spatiaux est de permettre des connexions Internet à haut débit et faible latence en tout point du globe terrestre. Combinés à des capacités d’observation de la Terre, ces nouveaux moyens de communications permettent aussi d’agir en temps-réel dans toute région, y compris dans celles dépourvues d’équipements autres que les terminaux. Ces réseaux spatiaux ont, de plus, de remarquables propriétés de résilience en comparaison des réseaux terrestres. Des considérations géostratégiques et militaires se combinent donc avec des modèles économiques en évolution rapide pour expliquer les investissements massifs en cours dans ce domaine. Toutefois, l’absence de régulation internationale du domaine conduit à une course pour l’occupation des orbites et des fréquences, course qui a déjà de graves conséquences sur tout un ensemble de domaines. Ces constellations auront potentiellement un impact très négatif sur l’astronomie dans le domaine optique visible et infrarouge ainsi que sur la radioastronomie. Elles posent aussi un problème majeur qui est celui de l’encombrement de l’espace avec l’augmentation du nombre des débris satellisés issus des lancements ou des collisions entre satellites et avec la possible atteinte d’une phase de collisions en chaîne. De plus, d’un point de vue environnemental, les conséquences d’une multiplication des lancements et des rentrées incontrôlées dans l’atmosphère sont, elles aussi, préoccupantes. Par ailleurs, cette absence de régulation du domaine conduit aussi à une perte de souveraineté puisque ces nouveaux réseaux de communications satellitaires n’appliquent aucune des règles que les États imposent aux réseaux de communications terrestres opérant sur leurs territoires. Une solution durable et globale doit être apportée à ces problèmes, avant que des dommages majeurs et potentiellement irréversibles soient infligés à l’environnement de la planète, aux équilibres géostratégiques, à la démocratie et à la science. Si l’Académie des sciences considère que la France et l’Europe doivent renforcer leurs actions scientifiques et industrielles dans ce domaine pour pouvoir bénéficier des avancées remarquables de ces nouveaux réseaux et disposer à terme d’un réseau de communication résilient et sécurisé, elle recommande aussi de travailler en parallèle au renforcement de la régulation du domaine dans le but de garantir un accès durable aux ressources orbitales et fréquentielles, ainsi qu’une protection des domaines négativement impactés, au premier rang desquels l’astronomie et l’environnement.