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The work presented in this manuscript answers the need to modernize and improve the learning of the medical gesture of needle insertion under ultrasound. This simulator includes a rendering part and a haptic part. After the goals of this work, a state of the art of ultrasound image rendering in computer graphics is performed, followed by a state of the art of needle insertion models and simulators. We then introduce a GPU-based real-time ultrasound rendering method of a 3D scene. This method allows us to cut 3D objects to create 2D surfaces on the fly that depend on the position of the ultrasound probe, and then to work on these surfaces to produce the different effects that appear on an ultrasound image: shadows and reflections, absorption, granularity and fiber orientations of biological tissues. To our knowledge, his last effect has never been presented in a real-time ultrasound image generation simulator. Then, we show the different interactions between the medical tools (probe and needle, manipulated thanks to two haptic interfaces) and the generated image, and we will see how to deform this image to match the deformation of the 3D tissues thanks to deformation models. Finally, we display the results and how to validate such a simulator through the example of an identical simulator with visual and haptic feedback, the laparoscopy simulator, Les travaux présentés dans ce manuscrit répondent à un besoin de moderniser et améliorer l'apprentissage du geste médical de l'insertion d'aiguille sous échographie. Ce simulateur comporte une partie rendu et une partie haptique. Après avoir introduit les objectifs de ces travaux, un état de l'art des méthodes informatiques de rendu d'image échographique est effectué, suivi par un état de l'art des modèles et des simulateurs d'insertion d'aiguille. Nous introduisons ensuite une méthode de rendu échographique temps réel d'une scène 3D, basée sur GPU. Cette méthode permet de découper les objets 3D pour créer à la volée des surfaces 2D qui dépendent de la position de la sonde échographique, puis de travailler sur ces surfaces pour produire les différents effets qui apparaissent sur une image échographique : ombres et réflexions, absorption, granularité et orientations des fibres des tissus biologiques. À notre connaissance, ce dernier effet n'a jamais été présenté dans un simulateur de génération d'images échographiques temps réel. Puis, les différentes interactions entre les outils médicaux (sonde et aiguille, maniées grâce à deux interfaces haptiques) et les tissus biologiques sont présentées, pour comprendre comment modifier les pixels de l'image générée. Cette manipulation d'image 2D correspond aux interactions grâce à des modèles de déformation 3D prises dans le plan de coupe échographique. Enfin, les résultats et les premières validations sont présentés. La validation à grande échelle d'un tel simulateur est traitée à travers l'exemple d'un simulateur identique avec retour visuel et haptique, le simulateur de laparoscopie

Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease which is the most common cause of dementia in elderly people. It is proposed that it originates from the aggregation of amyloid-ß peptide (Aß), produced in the monomeric state, which is found as senile plaques in the brain of patients. During aggregation, the peptide is found in several forms, including oligomeric forms that are the most toxic to neurons. Although there is a wide variety of chemical structures used as probes for senile plaques, the development of tools to detect early forms of the aggregation process remains a major scientific challenge. To accomplish this, it is necessary to know, at the molecular level, the nature of the interaction site(s) between the probe and the peptide. This would allow the rational design of more specific ligands for each form of the Aß peptide (monomer, oligomer,...). As part of this thesis work, the development of modular syntheses of various derivatives of the 2-aryl-benzothiazole scaffold, known for its interaction with aggregates, was carried out. These derivatives allow the study of the aggregation and identification of the interaction site(s) by different techniques. During this work, the synthesis and study of four main 2-aryl-benzothiazole derivatives were carried out; (i) a derivative containing a secondary amine with interesting photophysical properties, obtained in 11 steps with an overall yield of 23%; (ii) a derivative with a ferrocene unit for electrochemistry studies, obtained with 13% yield in 11 steps; (iii) a derivative with a radical TEMPO moiety for EPR and NMR studies, obtained with a 16% yield in 10 steps; and (iv) a derivative with a diazirine unit obtained with an overall yield of 8% in 19 steps for photoaffinity labelling study (creation of a covalent bond after irradiation) followed by mass spectrometry analysis. In addition to the syntheses of these probes, preliminary results of studies conducted by fluorescence, electrochemistry, EPR, NMR and mass spectrometry will be presented in this manuscript.; La maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative qui est la cause la plus fréquente de démence chez les personnes âgées. Il est proposé que celle-ci ait pour origine l'agrégation du peptide l'amyloïde-ß (Aß) qui, produit à l'état monomérique, est retrouvé sous formes de plaques séniles dans le cerveau des patients. Lors de l'agrégation, le peptide se retrouve sous plusieurs formes, dont les formes oligomériques qui présentent la plus grande toxicité envers les neurones. Bien qu'il existe une grande diversité de structures chimiques utilisées comme sondes des plaques séniles, le développement d'outils de détection des formes précoces du processus d'agrégation reste un défi scientifique majeur. Pour cela, il est nécessaire de connaitre à l'échelle moléculaire la nature du(des) site(s) d'interaction entre la sonde et le peptide. Ceci permettrait l'élaboration rationnelle de ligands plus spécifiques pour chaque forme du peptide Aß (monomère, oligomère,...). Dans le cadre de ces travaux de thèse, la mise au point de synthèses modulaires de différents dérivés du motif 2-aryl-benzothiazole connu pour son interaction avec les agrégats a été effectuée. Ces dérivés permettent l'étude de l'agrégation et de l'identification du(des) site(s) d'interaction par différentes techniques. Au cours de ces travaux, la synthèse et l'étude de quatre principaux dérivés du 2-aryl-benzothiazole ont été réalisées ; (i) un dérivé comportant une amine secondaire présentant des propriétés photophysiques intéressantes, obtenu en 11 étapes avec un rendement global de 23 % ; (ii) un dérivé avec un motif ferrocène pour des études en électrochimie, obtenu avec 13 % de rendement en 11 étapes ; (iii) un dérivé comportant un motif TEMPO radicalaire pour des études par RPE et RMN, obtenu avec un rendement 16 % en 10 étapes ; et (iv) un dérivé comportant un motif diazirine obtenu avec un rendement global de 8 % en 19 étapes pour une étude de marquage par photo-affinité (création d'un lien covalent après irradiation) suivi d'une étude par spectrométrie de masse. Outre les synthèses de ces sondes, des résultats préliminaires des études menées par études photophysiques, électrochimie, RPE, RMN et spectrométrie de masse seront présentées dans ce manuscrit.

The detection of molecules toxic for man and his environment is one of the major concerns of our society. Melamine and the pesticide residues such as atrazine are some of these dangerous molecules. These two molecules are usually measured with time-consuming and costly techniques like mass-spectrometry, chromatography or electrochemistry. In the same way, the detection of biogenic amines is of the greatest importance. They are produced by some bacteria during the decarboxylation of amino acids in the cells. So their detection allows to assess the microbiologic contamination and the potential degradation of a food. Today they are measured by chromatography in the liquid or gas phase, capillary electrochromatography and UV-visible spectroscopy. Some examples of detection by fluorescence have been described in scientific literature, but it is really necessary to develop some new efficient fluorescent receptors.Fluorescence is a technique which offers many advantages such as sensitivity, selectivity and a low cost. A lot of fluorescent probes able to detect heavy metals have been developed in PPSM laboratory. However the detection of neutral molecules by fluorescence represents an additional challenge as the interaction is weaker than with charged species.The first step of this thesis was to design and synthesize a set of fluorescent molecular probes designed to detect atrazine, the products of its degradation and melamine derivatives as well as biogenic amines. Some fluorophores based on maleimide, naphtalimide and barbituric acid moieties have been developed for the detection of the triazines derivatives by exploiting their three hydrogen bonds for molecular recognition. In order to detect the presence of biogenic amines, a fluorescent calix[6]arene which lead to a fluorescent change upon encapsulation in the calixarene cavity has been designed.The second step consisted in studying the photophysical properties of these probes. Naphth-AlcyneOMe probe which has a high quantum yield turned out to be highly solvatochromic. Moreover it is sensitive to the deprotonation of its imide function. NMR studies and molecular modeling were conducted in order to deepen the characteristics of the probes and better understand their reactivity. NMR spectroscopy confirmed the interaction through hydrogen bonding between maleimide and naphtalimide probes and the atrazine molecule.It highlighted the encapsulation of heptylamine in the calix[6]arene. Molecular modeling enabled us to better understand the photophysics of Naphth-TriazoleOMe probe.Finally the capacity of probes to detect the various analytes by fluorescence was assessed in our last part. TPA-BARB probe presented a high exaltation of fluorescence in presence of melamine derivatives whereas the calix[6]arène-quinoleine Calix-Quino is able to detect aliphatic amines by fluorescence.; La détection de molécules toxiques pour l’Homme et son environnement est d’une importance cruciale et fait partie des préoccupations majeures de la société actuelle. Les résidus de pesticides tels que l’atrazine ainsi que la mélamine font notamment partie de ces molécules dangereuses pour la santé humaine. Ces deux molécules sont principalement dosées par des techniques lourdes et coûteuses comme la spectrométrie de masse, la chromatographie ou l’électrochimie. De même, la détection des amines biogéniques représente un intérêt sociétal. Elles sont produites par des bactéries durant la décarboxylation des acides aminés dans les cellules. Leur détection permet ainsi d’évaluer la contamination microbiologique et la dégradation potentielle d’un aliment. Elles sont aujourd’hui dosées par chromatographie en phase liquide ou en en phase gaz, par électrochromatographie capillaire et par spectroscopie UV-visible. Quelques exemples de détection par fluorescence ont déjà été décrits dans la littérature mais la nécessité de développer de nouveaux récepteurs fluorescents efficaces est bien réelle.La fluorescence est une technique qui offre de multiples avantages tels que la sensibilité, la sélectivité et un faible coût. De nombreuses sondes fluorescentes capables de détecter des métaux lourds ont été développées au laboratoire PPSM. Cependant, la détection de molécules neutres par fluorescence représente un défi supplémentaire en raison de la nature plus faible de l’interaction, comparée à celle entre espèces chargées.La première étape de cette thèse a été de concevoir et de synthétiser un ensemble de sondes moléculaires fluorescentes, aussi bien pour la détection de l’atrazine, de ses produits de dégradation et des dérivés de la mélamine que pour la détection des amines biogéniques. Des fluorophores dérivés de la molécule de maléimide, de naphthalimide et de l’acide barbiturique ont ainsi été développés pour sonder les dérivés de triazine en exploitant leur système de trois liaisons hydrogène pour la reconnaissance moléculaire. De même, un calix[6]arène fluorescent a été conçu pour déceler la présence des amines biogéniques qui provoqueront une réponse fluorescente par encapsulation dans le calixarène.La deuxième étape a consisté à étudier les propriétés photophysiques de ces sondes. La sonde Naphth-AlcyneOMe possède un rendement quantique élevé, s’est révélée fortement solvatochrome. Elle est de plus sensible à la déprotonation de sa fonction imide. Des études RMN et de modélisation moléculaire ont également été menées afin de caractériser les sondes de manière plus approfondie et de comprendre plus précisément leur réactivité. La spectroscopie RMN a confirmé l’interaction par liaison hydrogène entre les sondes maléimide et naphthalimides et la molécule d’atrazine. Elle a aussi mis en évidence l’encapsulation de l’heptylamine dans le calix[6]arène. Pour sa part, la modélisation moléculaire nous a permis de mieux comprendre la photophysique de la sonde Naphth-TriazoleOMe.Enfin, la capacité des sondes à détecter les divers analytes cibles par fluorescence a été évaluée lors de la dernière étape de ce projet. La sonde TPA-BARB a présenté une forte exaltation de fluorescence en présence des dérivés de mélamine alors que le calix[6]arène-quinoléine Calix-Quino est capable de détecter les amines aliphatiques par fluorescence.

The fibrillation of the tau protein occurs in many neurodegenerative diseases, including Alzheimer’s disease, and leads to the formation of amyloid fibres called neurofibrillary tangles. Using organic molecules able to mark these fibres or inhibit their formation provides an interest both in diagnosis and therapy in Alzheimer’s disease. A series of aurones was synthesized and their ability to interfere with the fibrillation process was evaluated in vitro on models of tau fibres developed in this project. This work shows that polyhydroxylated aurones are able to act both as probes and as inhibitors of the fibrillation process. The ligation of these aurones with biomolecules or their radiolabelling has also been investigated., La fibrillation anormale de la protéine tau est un phénomène présent dans de nombreuses maladies neurodégénératives, dont la maladie d’Alzheimer, et conduit à la formation de fibres amyloïdes appelées dégénérescences neurofibrillaires. L’utilisation de molécules organiques capables de marquer ces fibres ou d’inhiber leur formation revêt un intérêt à la fois diagnostic et thérapeutique dans la maladie d’Alzheimer. Une série d’aurones a été synthétisée et leur capacité à interagir et interférer avec le processus de fibrillation a été évaluée in vitro sur des modèles de fibres de tau développés ou optimisés lors de ce projet. Ce travail a permis de montrer que des aurones polyhydroxylées sont capables d’agir comme sonde et/ou comme inhibiteur du processus de fibrillation. Afin d’élargir les applications possibles des aurones, la ligation d’aurones avec des biomolécules ou encore leur radiomarquage a également été évaluée.

National audience; Si vis pacem, para bellum …Dans le contexte actuel, où les cyberattaques sont de plus en plus fréquentes, il est illusoire pour toute structure reliée au réseau Internet de penser pouvoir y échapper. Courant novembre 2014, le CERMAV subissait une attaque réussie sur son serveur web institutionnel provoquant une interruption de service de plusieurs heures. Les méthodes utilisées par les pirates auraient sans doute pu être détectées plus rapidement si nous étions équipés d’un système de détection d’intrusion (IDS). D’autant plus que quelques semaines auparavant, au cours des journées sécurité C&esar 2014 à Rennes, nous avions assisté à la présentation d’un IDS, il s’agissait de SURICATA. Il n’en fallait pas moins pour se décider à franchir le pas et équiper les installations informatiques du laboratoire de ce système. Cependant, nous avons rapidement constaté que le flux de données était difficile à traiter sans une interface visuelle, c’est pourquoi nous avons testé plusieurs solutions d’affichage qui vous serons présentées (SELKS &SNORBY). La mise en place de cet outil a rapidement été rentabilisée par la détection de machines compromises par des malware ou encore de sites Internet institutionnels utilisant un codage en base 64 pour la protection de leurs mots de passe…

Organizing into a hierarchy the power injected by acoustic sources inside an aircraft cavity such as a cockpit, in flight conditions, appears as a crucial stage in orcier to reduce interior noise. To address this need, considering the whole cavity with a global method turns out to be essential. In this work, an identification method based on a local energy method called MES for Simplified Energy Method is used. With the cavity geometry and the absorption characteristics of the materials inside, the method is capable of retrieving the acoustic power radiated by the sources within the cavity from three dimensional intensity vector and energy density measurements. To assess the method in a real test case, measuring these previous energy quantities turns out to be necessary. Thus, an acoustic probe is designed, manufactured, tested and to finish validated. Based on four pressure measurements performed around a hard sphere with remote pre-amplified microphones, the multi-sensor probe is able to compute the pressure and the particle velocity vector at the center of the sphere, and then obtain the 3D intensity, and the total acoustic energy density. A cockpit mock-up based on the A380 cockpit geometry is manufactured to perform tests. Several acoustic and vibro-acoustic tests carried out in the mock-up show the capability of the association composed of the identification method and the probe to extract the acoustic power radiated by the sources, in more or less harsh acoustic conditions, with accuracy close to 2dB. Post-processing the computed injected power allows to reconstruct the acoustic field inside the cavity, and to separate the different sources contributions for sorne points of interest such as the pilot or copilot heads.; La hiérarchisation de la puissance injectée par des sources acoustiques dans une cavité d'avion telle qu'un cockpit, en vol, revêt un caractère majeur dans le but d'en réduire le bruit intérieur. Afin de répondre à ce besoin, la nécessité de considérer la cavité dans son ensemble à l'aide d'une méthode globale se révèle importante. Au cours de cette thèse, une méthode d'identification basée sur une méthode énergétique locale, appelée MES pour Méthode Energétique Simplifiée, est utilisée. En connaissant la géométrie de la cavité, ainsi que l'absorption des matériaux qui la composent, elle permet de déterminer la puissance rayonnée par les différentes sources acoustiques à l'intérieur de la cavité, à l'aide de mesures d'intensité tridimensionnelle, et de densité d'énergie acoustique totale. Afin de tester la méthode dans un cas réel, mesurer ces quantités énergétiques s'avère alors nécessaire. Une sonde acoustique est donc conçue, fabriquée, testée et enfin validée. Basée sur quatre mesures de pressions réalisées autour d'une sphère rigide à l'aide de microphones électrostatiques déportés, elle permet de mesurer la pression et le vecteur vitesse particulaire au centre de la sphère, et d'en déduire alors l'intensité 3D et la densité d'énergie totale. Un démonstrateur est ensuite construit pour réaliser des essais. Il s'agit d'une maquette de cockpit basée sur celui de l'A380. Différents essais acoustiques et vibro-acoustiques permettent alors de démontrer la capacité de l'association formée par la méthode d'identification et la sonde à déterminer la puissance injectée par les différentes sources dans des conditions acoustiques plus ou moins sévères, avec une précision de l'ordre de 2dB. Le post-traitement à l'aide de la MES des flux acoustiques rayonnés ainsi déterminés permet également de reconstruire le champ acoustique dans la cavité, ainsi que de séparer les différentes contributions en des points d'intérêt tels que les têtes pilote et copilote.

The optical properties of nanoparticles have opened new avenues in many areas of optics with the fundamental understanding of the interactions in matter, biology and understanding of the functioning of cell media, through the near-field microscopy, which allows us to probe locally the physical properties of various nano-systems. In this work, the study of second harmonic generation (SHG) has been performed on isolated nanoparticles of KTP and dimers of gold. Optical measurements of radiation emitted by these particles show that nanoparticles are perfectly photostable.Furthermore, we also explored new active particles that deliver a double signal, luminescence and GSH. These nanosources bimodal nanoparticles consist of KTP doped with europium ions. In the second part, we try to manufacture optical probes for near field using nonlinear nanocrystals in this case the probe is KTP nanocrystals. A tip of atomic force microscopy is functionalized by a particle of gold, then approached a nanocrystal of KTP. Preliminary results showed that it was possible to probe the electromagnetic field present around a gold nanoparticle.; Les propriétés optique des nanoparticules ont ouvert de nouvelles voies dans de nombreux domaines, de l'optique fondamental avec la compréhension des interactions dans la matière, la biologie et la compréhension du fonctionnement des milieux cellulaires, en passant par la microscopie en champ proche, qui permet de sonder localement les propriétés physiques de divers nano-systèmes. Au cours de ce travail, nous avons réalisé l'étude de la génération de seconde harmonique (GSH) de nanoparticules de KTP ainsi que de dimères d'or isolés. Des mesures optiques du rayonnement émis par ces nano-objets montrent qu'ils sont parfaitement photostables. Par ailleurs, nous avons aussi étudié de nouvelles particules actives qui permettent d’obtenir un double signal, de luminescence ainsi que de GSH. Ces nanosources bimodales sont constituées des nanoparticules de KTP dopées avec des ions Europium. Dans une seconde partie, nous tentons de fabriquer des sondes optiques pour le champ proche en utilisant les nanocristaux non-linéaires de KTP, ceci dans le but de développer une nouvelle microscopie optique en champ proche capable de sonder localement et vectoriellement un champ électromagnétique. Une pointe de microscopie à force atomique est fonctionnalisée par une particule d'or, puis approchée d'un nanocristal de KTP. Des résultats préliminaires montrent qu'il est possible par cette méthode de sonder le champ électromagnétique présent autour d'une nanoparticule d'or.

The optical properties of nanoparticles have opened new avenues in many areas of optics with the fundamental understanding of the interactions in matter, biology and understanding of the functioning of cell media, through the near-field microscopy, which allows us to probe locally the physical properties of various nano-systems. In this work, the study of second harmonic generation (SHG) has been performed on isolated nanoparticles of KTP and dimers of gold. Optical measurements of radiation emitted by these particles show that nanoparticles are perfectly photostable.Furthermore, we also explored new active particles that deliver a double signal, luminescence and GSH. These nanosources bimodal nanoparticles consist of KTP doped with europium ions. In the second part, we try to manufacture optical probes for near field using nonlinear nanocrystals in this case the probe is KTP nanocrystals. A tip of atomic force microscopy is functionalized by a particle of gold, then approached a nanocrystal of KTP. Preliminary results showed that it was possible to probe the electromagnetic field present around a gold nanoparticle., Les propriétés optique des nanoparticules ont ouvert de nouvelles voies dans de nombreux domaines, de l'optique fondamental avec la compréhension des interactions dans la matière, la biologie et la compréhension du fonctionnement des milieux cellulaires, en passant par la microscopie en champ proche, qui permet de sonder localement les propriétés physiques de divers nano-systèmes. Au cours de ce travail, nous avons réalisé l'étude de la génération de seconde harmonique (GSH) de nanoparticules de KTP ainsi que de dimères d'or isolés. Des mesures optiques du rayonnement émis par ces nano-objets montrent qu'ils sont parfaitement photostables. Par ailleurs, nous avons aussi étudié de nouvelles particules actives qui permettent d’obtenir un double signal, de luminescence ainsi que de GSH. Ces nanosources bimodales sont constituées des nanoparticules de KTP dopées avec des ions Europium. Dans une seconde partie, nous tentons de fabriquer des sondes optiques pour le champ proche en utilisant les nanocristaux non-linéaires de KTP, ceci dans le but de développer une nouvelle microscopie optique en champ proche capable de sonder localement et vectoriellement un champ électromagnétique. Une pointe de microscopie à force atomique est fonctionnalisée par une particule d'or, puis approchée d'un nanocristal de KTP. Des résultats préliminaires montrent qu'il est possible par cette méthode de sonder le champ électromagnétique présent autour d'une nanoparticule d'or.

The aim of this study was to investigate the impact of the casein gel microstructure on molecular diffusion. The first part of this work aimed at studying the diffusion of polyethyleneglycols (PEGs) of various sizes, used as molecular probes, in casein gels that had different microstructures. Variations in diffusion coefficient values were related to the network porosity. In the second part of this work, these results were supplement by a continuous investigation of probe diffusion by NMR during the formation of casein gels. Two PEG sizes were selected and their diffusion coefficients were measured throughout the rennet, acid and combined coagulation processes. The evolution of the small probe diffusion was related to modifications in structure and porosity of casein aggregates, whereas the diffusion of the large probe was explained by network porosity. The comparison of these results with rheological measurements and scanning electron microscopy images revealed the potential of the pulsed field gradient NMR technique to study casein matrix microstructures at different lengthscales., L'objectif de ce travail était d'étudier l'influence qu'exerce la microstructure des matrices laitières sur la diffusion moléculaire. Une première partie de ce travail a permis d'étudier la diffusion de sondes de tailles variables, des polyéthylèneglycols (PEGs), dans des gels de caséines ayant différentes structures. Les variations des coefficients de diffusion ont été reliées à la porosité du réseau. Dans un second temps, ces résultats ont été complétés par la mesure en continu de la diffusion de sondes par RMN au cours de la formation des gels de caséines. Deux tailles de PEG ont été sélectionnées et leur diffusion a été mesurée au cours des procédés de coagulation présure, acide et mixte. L'évolution de la diffusion de la sonde de petite taille a été reliée aux modifications de structure et de porosité des agrégats micellaires, tandis que la diffusion du PEG de plus grande taille a été expliquée par la porosité du réseau. La confrontation de ces résultats avec des mesures rhéologiques et des images de microscopie électronique à balayage a permis de mettre en évidence les potentialités de la technique RMN à gradient de champ pulsé pour étudier les microstructures des matrices caséiques à différentes échelles.

The aim of this study was to investigate the impact of the casein gel microstructure on molecular diffusion.The first part of this work aimed at studying the diffusion of polyethyleneglycols (PEGs) of various sizes, used as molecular probes, in casein gels that had different microstructures. Variations in diffusion coefficient values were related to the network porosity. In the second part of this work, these results were supplement by a continuous investigation of probe diffusion by NMR during the formation of casein gels. Two PEG sizes were selected and their diffusion coefficients were measured throughout the rennet, acid and combined coagulation processes. The evolution of the small probe diffusion was related to modifications in structure and porosity of casein aggregates, whereas the diffusion of the large probe was explained by network porosity. The comparison of these results with rheological measurements and scanning electron microscopy images revealed the potential of the pulsed field gradient NMR technique to study casein matrix microstructures at different length-scales., L'objectif de ce travail était d'étudier l'influence qu'exerce la microstructure des matrices laitières sur la diffusion moléculaire.Une première partie de ce travail a permis d'étudier la diffusion de sondes de taille variable, des polyéthylèneglycols (PEGs), dans des gels de caséines ayant différentes structures. Les variations des coefficients de diffusion ont été reliées à la porosité du réseau. Dans un second temps, ces résultats ont été complétés par la mesure en continu de la diffusion de sondes par RMN au cours de la formation des gels de caséines. Deux tailles de PEG ont été sélectionnées et leur diffusion a été mesurée au cours des procédés de coagulation présure, acide et mixte. L'évolution de la diffusion de la sonde de petite taille a été reliée aux modifications de structure et de porosité des agrégats micellaires, tandis que la diffusion du PEG de plus grande taille a été expliquée par la porosité du réseau. La confrontation de ces résultats avec des mesures rhéologiques et des images de microscopie électronique à balayage a permis de mettre en évidence les potentialités de la technique RMN à gradient de champ pulsé pour étudier les microstructures des matrices caséiques à différentes échelles.

The aim of this thesis is the study of the transcriptome of the bacterium Buchnera aphidicola, the primary endosymbiont of the pea aphid, Acyrthosiphon pisum, by microarray technology. The high interdependance between Buchnera and the aphid caused modifications of the bacterial genome, including loss of most regulatory genes. However, Buchnera retained the biosynthesis pathways, for the production of essential amino acids to its host. The first part of this thesis relates to the development of ROSO, a software to design optimized oligonucleotide probes for microarrays. An interface was conceived to allow its use on line (http://pbil.univ-lyon1.fr/roso). In the second part, the design and the use of a chip dedicated to Buchnera allowed to study the bacterial transcriptome, under nutritionnal and osmotic stress in the diet of the aphid. This analysis shows that Buchnera is able to modify its gene expression and to adapt its metabolism to answer to changing demand of its host.; L'objectif de cette thèse est l'étude par la technologie des puces à ADN, du transcriptome de la bactérie Buchnera aphidicola, qui vit en symbiose avec le puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Le génome extrêmement réduit de Buchnera a perdu l'essentiel de ses gènes de régulation, mais conserve les voies de biosynthèse permettant la production des acides aminés essentiels pour son hôte. La première partie de cette thèse concerne le développement du logiciel ROSO, qui permet de déterminer les sondes oligonucléotidiques destinées aux puces. Une interface a été conçue pour son utilisation en ligne (http://pbil.univ-lyon1.fr/roso). Dans une seconde partie, la conception et l'utilisation d'une puce dédiée à Buchnera ont permis d'étudier le transcriptome de la bactérie, lorsque son hôte subit un stress nutritionnel et osmotique. Cette analyse montre que Buchnera est capable de réguler son expression génique et de réorienter son métabolisme, pour répondre à la demande changeante de son hôte.

Physiologically-based pharmacokinetic (PBPK) models are used to describe the biodistribution (administration, distribution, metabolism and excretion) of substances in the body. However, fitting a PBPK model to experimental data can be difficult because of the model complexity, the large number of parameters, and the amount of toxicokinetic data available (typically, few and sparse). To overcome these difficulties, we propose to develop two experimental protocols to parameterize PBPK models: the gathering of data on the spatio-temporal distribution of a substance in the body by imaging techniques, and the use of non-toxic tracer (or probe) for toxicokinetic studies. These two protocols should bring complementary information for the model parameters. For the first protocol, we applied image analysis to the development of a PBPK model for a contrast agent, Vistarem®. Thanks to the modeling of the experimental data obtained with magnetic resonance imaging, we have characterized the whole-body vascularization, and the one of a grafted tumor. Moreover, we evaluated statistically the effects of an antiangiogenic treatment.We also introduced the use of probes in toxicokinetic studies. We developed exposure scenarios to a chemical and to a probe for humans. With simulated data, we showed that it is possible to reduce the toxic exposure dose (by 4 in our example) while maintaining precision in parameter estimates, if the toxic exposure is completed with an exposure to a probe. The main disadvantage of this protocol is the complexity of the data analysis (two PBPK model calibrations should be performed). To reduce this complexity, we proposed to apply lumping methods. Such methods aim at reducing differential equation systems. With simple examples, we showed their usefulness for toxico/pharmacokinetic models.Each protocol developed here includes a supplementary substance. Our work shows that the use of this substance reinforces knowledge on the anatomy and physiology of the subject studied. This yields to a better determination of the action of the substance of interest. A logical following of our work is to couple the two protocols, that is to say to develop exposure scenarios to a toxicant and to a substance that can be followed by an imaging technique.; Les modèles physiologiques toxicocinétiques (PBPK pour Physiologically-Based PharmacoKinetic) permettent de décrire la biodistribution d'une substance (c'est-à-dire, son administration, distribution, métabolisme, et excrétion) au sein d'un organisme. Cependant, l'ajustement d'un modèle PBPK à des données expérimentales peut se révéler difficile en raison de la complexité du modèle, du nombre important de paramètres à estimer, et de la nature des données toxicocinétiques (généralement peu nombreuses, éparses et entachées d'erreur de mesure). Pour pallier à ces difficultés, nous proposons de développer deux protocoles expérimentaux facilitant la paramétrisation des modèles PBPK, par l'apport d'informations complémentaires sur les paramètres des modèles : la collecte de données sur la distribution spatio-temporelle d'une substance dans l'organisme par des techniques d'imagerie, et l'utilisation de traceurs non-toxiques lors d'études toxicocinétiques. Pour notre premier protocole, nous avons appliqué l'analyse d'image au développement d'un modèle PBPK décrivant la biodistribution d'un agent de contraste, Vistarem®. Grâce à la modélisation des données recueillies par imagerie par résonance magnétique, nous avons pu caractériser la vascularisation du corps entier et celle d'une tumeur greffée, ainsi qu'évaluer statistiquement les effets d'un traitement antiangiogénique. Ensuite, nous avons introduit l'utilisation de traceurs explorateurs lors d'études toxicocinétiques. Nous avons développé des protocoles d'exposition à une substance toxique et à un traceur non-toxique pour les humains. Sur la base d'expositions simulées, nous avons montré qu'en administrant aux sujets deux substances, il est possible de réduire la dose d'exposition du toxique (par 4 dans notre exemple d'application) tout en maintenant la précision sur l'estimation des paramètres d'intérêt. L'inconvénient majeur de ce protocole d'exposition est la lourdeur des calculs induits (la calibration de deux modèles PBPK est nécessaire). Afin de réduire la complexité des calculs engendrés, nous avons proposé d'appliquer des techniques d'agrégation de systèmes d'équations différentielles. L'essentiel de ces techniques est de réduire un système tout en conservant sa dynamique. Sur des exemples simples, nous avons montré leur potentiel en toxico/pharmacocinétique. Chacun des deux protocoles développés dans ce travail inclut, en plus de la substance d'intérêt, l'utilisation d'une substance "annexe". Notre travail montre que l'utilisation de cette substance annexe permet de renforcer la connaissance sur l'anatomie et la physiologie du sujet considéré. Ceci conduit donc à une meilleure détermination de l'action de la substance d'intérêt. Une suite logique de notre travail serait de coupler ces deux protocoles, c'est-à-dire de développer des protocoles d'exposition à une substance toxique et à une substance visualisable par une technique d'imagerie quantitative.

Physiologically-based pharmacokinetic (PBPK) models are used to describe the biodistribution (administration, distribution, metabolism and excretion) of substances in the body. However, fitting a PBPK model to experimental data can be difficult because of the model complexity, the large number of parameters, and the amount of toxicokinetic data available (typically, few and sparse). To overcome these difficulties, we propose to develop two experimental protocols to parameterize PBPK models: the gathering of data on the spatio-temporal distribution of a substance in the body by imaging techniques, and the use of non-toxic tracer (or probe) for toxicokinetic studies. These two protocols should bring complementary information for the model parameters. For the first protocol, we applied image analysis to the development of a PBPK model for a contrast agent, Vistarem®. Thanks to the modeling of the experimental data obtained with magnetic resonance imaging, we have characterized the whole-body vascularization, and the one of a grafted tumor. Moreover, we evaluated statistically the effects of an antiangiogenic treatment.We also introduced the use of probes in toxicokinetic studies. We developed exposure scenarios to a chemical and to a probe for humans. With simulated data, we showed that it is possible to reduce the toxic exposure dose (by 4 in our example) while maintaining precision in parameter estimates, if the toxic exposure is completed with an exposure to a probe. The main disadvantage of this protocol is the complexity of the data analysis (two PBPK model calibrations should be performed). To reduce this complexity, we proposed to apply lumping methods. Such methods aim at reducing differential equation systems. With simple examples, we showed their usefulness for toxico/pharmacokinetic models.Each protocol developed here includes a supplementary substance. Our work shows that the use of this substance reinforces knowledge on the anatomy and physiology of the subject studied. This yields to a better determination of the action of the substance of interest. A logical following of our work is to couple the two protocols, that is to say to develop exposure scenarios to a toxicant and to a substance that can be followed by an imaging technique.; Les modèles physiologiques toxicocinétiques (PBPK pour Physiologically-Based PharmacoKinetic) permettent de décrire la biodistribution d'une substance (c'est-à-dire, son administration, distribution, métabolisme, et excrétion) au sein d'un organisme. Cependant, l'ajustement d'un modèle PBPK à des données expérimentales peut se révéler difficile en raison de la complexité du modèle, du nombre important de paramètres à estimer, et de la nature des données toxicocinétiques (généralement peu nombreuses, éparses et entachées d'erreur de mesure). Pour pallier à ces difficultés, nous proposons de développer deux protocoles expérimentaux facilitant la paramétrisation des modèles PBPK, par l'apport d'informations complémentaires sur les paramètres des modèles : la collecte de données sur la distribution spatio-temporelle d'une substance dans l'organisme par des techniques d'imagerie, et l'utilisation de traceurs non-toxiques lors d'études toxicocinétiques. Pour notre premier protocole, nous avons appliqué l'analyse d'image au développement d'un modèle PBPK décrivant la biodistribution d'un agent de contraste, Vistarem®. Grâce à la modélisation des données recueillies par imagerie par résonance magnétique, nous avons pu caractériser la vascularisation du corps entier et celle d'une tumeur greffée, ainsi qu'évaluer statistiquement les effets d'un traitement antiangiogénique. Ensuite, nous avons introduit l'utilisation de traceurs explorateurs lors d'études toxicocinétiques. Nous avons développé des protocoles d'exposition à une substance toxique et à un traceur non-toxique pour les humains. Sur la base d'expositions simulées, nous avons montré qu'en administrant aux sujets deux substances, il est possible de réduire la dose d'exposition du toxique (par 4 dans notre exemple d'application) tout en maintenant la précision sur l'estimation des paramètres d'intérêt. L'inconvénient majeur de ce protocole d'exposition est la lourdeur des calculs induits (la calibration de deux modèles PBPK est nécessaire). Afin de réduire la complexité des calculs engendrés, nous avons proposé d'appliquer des techniques d'agrégation de systèmes d'équations différentielles. L'essentiel de ces techniques est de réduire un système tout en conservant sa dynamique. Sur des exemples simples, nous avons montré leur potentiel en toxico/pharmacocinétique. Chacun des deux protocoles développés dans ce travail inclut, en plus de la substance d'intérêt, l'utilisation d'une substance "annexe". Notre travail montre que l'utilisation de cette substance annexe permet de renforcer la connaissance sur l'anatomie et la physiologie du sujet considéré. Ceci conduit donc à une meilleure détermination de l'action de la substance d'intérêt. Une suite logique de notre travail serait de coupler ces deux protocoles, c'est-à-dire de développer des protocoles d'exposition à une substance toxique et à une substance visualisable par une technique d'imagerie quantitative.

The aim of this thesis is the study of the transcriptome of the bacterium Buchnera aphidicola, the primary endosymbiont of the pea aphid, Acyrthosiphon pisum, by microarray technology. The high interdependance between Buchnera and the aphid caused modifications of the bacterial genome, including loss of most regulatory genes. However, Buchnera retained the biosynthesis pathways, for the production of essential amino acids to its host. The first part of this thesis relates to the development of ROSO, a software to design optimized oligonucleotide probes for microarrays. An interface was conceived to allow its use on line (http://pbil.univ-lyon1.fr/roso). In the second part, the design and the use of a chip dedicated to Buchnera allowed to study the bacterial transcriptome, under nutritionnal and osmotic stress in the diet of the aphid. This analysis shows that Buchnera is able to modify its gene expression and to adapt its metabolism to answer to changing demand of its host., L'objectif de cette thèse est l'étude par la technologie des puces à ADN, du transcriptome de la bactérie Buchnera aphidicola, qui vit en symbiose avec le puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Le génome extrêmement réduit de Buchnera a perdu l'essentiel de ses gènes de régulation, mais conserve les voies de biosynthèse permettant la production des acides aminés essentiels pour son hôte. La première partie de cette thèse concerne le développement du logiciel ROSO, qui permet de déterminer les sondes oligonucléotidiques destinées aux puces. Une interface a été conçue pour son utilisation en ligne (http://pbil.univ-lyon1.fr/roso). Dans une seconde partie, la conception et l'utilisation d'une puce dédiée à Buchnera ont permis d'étudier le transcriptome de la bactérie, lorsque son hôte subit un stress nutritionnel et osmotique. Cette analyse montre que Buchnera est capable de réguler son expression génique et de réorienter son métabolisme, pour répondre à la demande changeante de son hôte.

Electromagnetic fields exposition of human body by mobile phones is characterised through the Specific Absorption Rate (SAR). This value corresponds to rf power absorbed by unitary mass equivalent tissue. It can be the considered for defining basic restrictions about exposure limitations of the human body to electromagnetic fields. Academic and industrial labs have contributed through the RNRT project comobio to define international standards for mobile phones certification, Le niveau d’exposition des personnes aux champs électromagnétiques émis par les téléphones mobiles est caractérisé par le DAS (Débit d’absorption spécifique) ou SAR (Specific Absorption Rate). Cette valeur correspond à la puissance absorbée par unité de masse de tissus. Elle est utilisée pour définir les restrictions de base dans le cadre des limites d’exposition des personnes aux champs électromagnétiques. Les laboratoires de recherche universitaires et industriels français, réunis au sein du sous-projet 1 de COMOBIO ont contribué à l’élaboration des normes internationales pour la certification des téléphones mobiles.

International audience; Le traitement des troubles du rythme cardiaque fait appel de plus en plus à l'utilisation d'agents physiques comme les courants haute fréquence (HF). Ces derniers permettent de produire une nécrose tissulaire circonscrite sous l'effet d'un échauffement progressif et localisé. L'application endocardique de ces courants par voie percutanée à l'aide d'une sonde électrophysiologique permet ainsi de détruire le substrat anatomique de nombreuses arythmies cardiaques. Dans cet article, nous nous intéressons à l'étude, à la réalisation et à l'expérimentation de deux types de sondes électrophysiologiques : monopolaire et bipolaire. Les essais in-vivo effectués avec la sonde bipolaire montrent une amélioration des performances par rapport à celles obtenues avec la sonde monopolaire.

Jusqu'à présent l'ablation intracardiaque par cathéter était basée sur les méthodes de fulguration, utilisant un courant continu, la radiofréquence (RF) dont la bande s'étend de 300 kHz à 1MHz, ou les micro-ondes à 2450 MHz. Notre équipe pluridisciplinaire a développé une méthode originale utilisant la haute fréquence (H.F.: fréquence Industrie, Science, Médecine de 27.12 MHz). L'objectif principal est d'obtenir un bon contrôle des dimensions, et, une bonne reproductibilité des lésions. Notre objectif est le transfert optimum de l'énergie vers la charge. Ceci est réalisé d'une part par l'incorporation, au sein du système d'ablation, d'un réseau d'adaptation automatique d'impédance et d'autre part par la conception d'une sonde electrophysiologique qui évite tout échauffement le long de la sonde

Certains composés dissous ne sont pas stables une fois prélevés hors de leur milieu. Pour éviter que l'information ne se perde entre le prélèvement et l'analyse, il est nécessaire d'effectuer cette dernière in situ. La solution que nous présentons, consiste à développer une réaction colorimétrique en profondeur; la cellule photométrique est immergée et reliée à un spectrophotomètre en surface, par 2 fibres optiques (fig. 1a, b, c). Cependant, lors d'un essai préliminaire, nous avons observé que, dans le circuit de mélange de la sonde, les proportions entre réactif et échantillon ne sont pas constantes. Ces variations de débits sont corrigées par des mesures à deux longueurs d'onde (λ1 et λ2)* et par l'adjonction d'un colorant auxiliaire ne perturbant pas la réaction calorimétrique. L'étalonnage se fait directement sur la cellule photométrique : dans un diagramme Absorbance à λ1 = f (Absorbance à λ2) (fig. 2), on place une droite d'étalonnage et des points particuliers. Les règles de mélange sont vérifiées indépendamment de toute réaction chimique avec différentes solutions d'hélianthine dans un tampon à pH 7 et du rouge de chlorophénol à la place du réactif (fig. 4 et 5). En outre nous utilisons le rouge de chlorophénol, jaune sous forme acide, comme colorant auxiliaire pour le dosage du fer total dans un premier essai in situ (lac d'Aydat, Puy de Dôme, France). Les résultats sont comparés à ceux obtenus par prélèvements et analyses au laboratoire (fig. 6). L'accord est satisfaisant. L'incorporation au système présenté, d'une pompe osmotique devrait permettre, avec cet appareillage simple, des mesures pendant plusieurs mois sans intervention., Various dissolved compounds are mot stables in surface conditions. We realized a prototype to collect chemical data related to redox sensitive species without any contact with the atmospheric oxygen.The principle of this probe for in situ measurements is to produce colorimetric reaction in depth. A photometric cell and a horizontal coiled glass tube for fluid mixing are immersed and connected with two optic fibers to a spectrophotometer on boat (fig. la, b, c). Reagent is injected continuously from surface and sample is sucked up with a peristaltic pump through a tubular filter.Every species which can be analysed by colorimetric method should be determined, in deep river or in lake, with this simple equipment.Nevertheless, during preliminary trial, we detected a lack of reproducibility in the mixing ratio of the sample with the complexing agent. The problem is solved by adding an auxiliary dye with reagent and measuring optical densities at two different wavelengths (λ1 and λ2). In the system, with a the sample proportion, absorbance A at λ is expressed as :A=ɛe∙l∙Ce∙α+ɛr∙l∙Cr∙(1-α)We suggest to calibrate directly the cell of the probe and work in a calibration graph. It is built with first, marking on an A1λ1=f(A2λ2)graph (fig. 2), the « pivot » point (P) (when α= 0), second, plotting the « calibration curve »A2=A1 (ɛe2/ɛe1)(when α= 1), third, plotting the different S1 (A1i, A2i) measured from standards. Therefore, if sample signal Re at two wavelengths is plotted in this graph, by joining P and Re, the straight line intersects with calibration curve at C. On this curve, interpolation of C between two standards determine the concentration of the analyte.Experimental verification of the mixing rule has been clone independently of chemical reaction, with different heliantine solutions in pH 7 buffer as samples and chlorophenol red as reagent, bath in laboratory and at 15 meters depth (Beffes lake, France) (fig. 4 and 5).Furthermore, chlorophenol red, previously tested, is used as auxiliary dye for total iron measurement, in Aydat lake (Puy de Dôme, France) for a first in situ trial.Results are compared to those got from oceanographic bottle sampling and laboratory analysis (fig. 6). Data from the probe are in good agreement with data from the laboratory method.Next development of this chemical sensor will consist in adding to the system an osmotic pump which should allow measurements without intervention during several months.