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Additive manufacturing or 3D printing has the potential to displace some of the current manufacturing techniques and is particularly attractive if local renewable waste resources can be used. In this study, rice husk, and wood powders were compounded in polylactic acid (PLA) by twin screw extrusion to produce filaments for fused-deposition modeling 3D printing. The biomasses were characterized in terms of physical features (e.g., particle size, density) and chemical compositions (e.g., solid state nuclear magnetic resonance, ash content). The two biomasses were found to have a different impact on the rheological behavior of the compounds and the extrusion process overall stability. When comparing the complex viscosity of neat PLA to the biomass/PLA compounds, the integration of wood powder increased the complex viscosity of the compound, whereas the integration of rice husk powder decreased it. This significant difference in rheological behavior was attributed to the higher specific surface area (and chemical reactivity) of the rice husk particles and the presence of silica in rice husks compared to the wood powder. Color variations were also observed. Despite the biomass filler and rheological behavior differences, the mechanical properties of the 3D printed samples were similar and predominantly affected by the printing direction.

Le travail réalisé concerne l’apport des techniques de planification tridimensionnelle lors de reconstructions maxillaires ou mandibulaires. En effet, il est d’usage, chez les patients présentant d’importantes pertes de substance (traumatismes, cancers ou malformations congénitales) intéressant l’étage inférieur de la face, de procéder à des greffes reconstructrices : il est possible d’utiliser une pièce prothétique en titane, ou de prélever chez ce même patient un greffon osseux (auto-greffe) ultérieurement replacé à l’endroit de la perte de substance. Dans les deux cas, l’intégration biologique, esthétique et surtout fonctionnelle du greffon, à moyen et long termes, est essentielle. Celle-ci est toutefois régie par de nombreux facteurs, comme l’origine et la morphologie de la perte de substance, l’état biologique des tissus subsistants, la qualité du greffon (auto-greffe) ou la conception de l’endoprothèse. Nous aborderons les techniques numériques permettant d’appréhender spatialement la perte de substance, de prévoir l’architecture du greffon, et donc d’anticiper les éventuelles complications ou difficultés d’un tel traitement. Nous insisterons également sur la réhabilitation dentaire finale, simplifiée par des techniques de planification et de prévisualisation.

Additive manufacturing impacts the traditional skills of the foundry profession. New machines depositing layer by layer sand and binder allow a manufacturing of custom foundry tools, unitary, and more complex. In this thesis, we are interested in the development of new methodologies for the design of molds and cores for sand foundries. The reflection takes into account the geometrical design, the design constraints, the constraints of additive manufacturing and foundry techniques. A first chapter describes the state of the art, indicating that research opportunities are to be seized. The second chapter proposes a design methodology for optimizing the mass and controlling the mold’s cooling speed by varying - - the thickness and local thermal conductivity of the mold. A third chapter deals with the study of the thermal impact by the architecture of the walls.The fourth chapter offers a cluster design methodology, allowing the optimization of the compactness of the manufacturing build volume. This method also proposes a novel design by nesting the casting sprues. Finally, the fifth chapter proposes to overcome the problem of hot spots by using multi-material additive manufacturing.To support these chapters, tests of thermal conductivity, mechanical resistance, simulations, manufacturing, casting, and analyzes are carried out. Thus, these new manufacturing guidelines will benefit the founders of tomorrow.; La fabrication additive impacte les savoirs faire traditionnels du métier de fondeur. Des nouvelles machines déposant couche par couche sable et liant permettent une fabrication d'outillage de fonderie sur mesure, unitaire et plus complexe. Dans le cadre de la présente thèse, on s’intéresse au développement de nouvelles méthodologies de conception des moules et des noyaux de fonderie sable. La réflexion prend en compte le domaine de conception mécanique, les contraintes, l'obtention d'une pièce optimisée, les contraintes des techniques de fabrication additive et de fonderie. Un premier chapitre fait un état de l’art de la technique, indiquant que des opportunités de recherches sont à saisir. Le deuxième chapitre propose une méthodologie de conception d’optimisation - - de la masse et maitrise du refroidissement du moule par la variation de l’épaisseur et conductivité thermique locale du moule. Un troisième chapitre s’intéresse à l’impact thermique de l’architecturation des parois. Le quatrième chapitre offre une méthodologie de conception en grappe, permettant d’optimiser la compacité du bac de fabrication. Cette méthode s’intéresse à l’imbrication du jet de coulée. Finalement, le cinquième chapitre propose de pallier le problème des points chauds grâce à la fabrication additive multimatériaux. Pour argumenter ces chapitres, des essais de conductivité thermique, de résistance mécanique, des simulations, des fabrications, coulées, et analyses sont réalisés. Ainsi, ces nouvelles règles métiers bénéficieront aux fondeurs de demain.

National audience; This paper presents a research project in conservation-restoration carried out during a master’s degree course at the national heritage institute (INP). The restoration of a gallo-roman niche so that it could be displayed in a museum was the original motivation for the research project. This object had lost some of its parts and reassembly was consequently impossible. However, these missing parts were still visible in photographic archives. Our hypothesis, then, was that these parts could be reconstructed in 3D using photogrammetric techniques and could be printed in 3D at the proper scale. With the cooperation of the UMR MAP-MAACC laboratory, a 3D reconstruction protocol was developed and the missing parts printed. Several challenges had to be met: the quality of the archival photos, their incompleteness and the uncertainty about the original picture settings. The kind of printing device and the appropriate material was another issue. The paper describes the different stages of the research, the difficulties encountered and the solutions found.; Cet article présente un travail de recherche en conservation-restauration mené dans le cadre d’un mémoire de master de l’INP. La restauration d’une niche gallo-romaine lacunaire en vue de son exposition dans un musée en est à l’origine. Cet objet ayant perdu des éléments le constituant, son remontage était impossible. Toutefois, ces éléments manquants étant présents sur des archives photographiques conservées au musée, l’hypothèse émise a été que des techniques de photogrammétries pourraient permettre leur reconstruction en 3D en vue d’une restitution en taille réelle. C’est en partenariat avec l’UMR MAP-MAACC qu’un protocole de reconstruction 3D a été mis au point et que les éléments manquants ont pu être fabriqués. Plusieurs obstacles ont dû être surmontés. La qualité des photos d’archives, leur incomplétude, qui ne permettait pas de documenter la totalité des éléments que l’on souhaitait restituer, et l’incertitude concernant les paramètres de prises de vue ont été source de difficultés. D’autre part, de nombreuses interrogations se posaient sur le choix du dispositif de fabrication et du matériau. L’article décrit les différentes étapes de ce travail, les difficultés rencontrées et les solutions qui ont été apportées.

Cet article présente un travail de recherche en conservation-restauration mené dans le cadre d’un mémoire de master de l’INP. La restauration d’une niche gallo-romaine lacunaire en vue de son exposition dans un musée en est à l’origine. Cet objet ayant perdu des éléments le constituant, son remontage était impossible. Toutefois, ces éléments manquants étant présents sur des archives photographiques conservées au musée, l’hypothèse émise a été que des techniques de photogrammétries pourraient permettre leur reconstruction en 3D en vue d’une restitution en taille réelle. C’est en partenariat avec l’UMR MAP-MAACC qu’un protocole de reconstruction 3D a été mis au point et que les éléments manquants ont pu être fabriqués. Plusieurs obstacles ont dû être surmontés. La qualité des photos d’archives, leur incomplétude, qui ne permettait pas de documenter la totalité des éléments que l’on souhaitait restituer, et l’incertitude concernant les paramètres de prises de vue ont été source de difficultés. D’autre part, de nombreuses interrogations se posaient sur le choix du dispositif de fabrication et du matériau. L’article décrit les différentes étapes de ce travail, les difficultés rencontrées et les solutions qui ont été apportées. This paper presents a research project in conservation-restoration carried out during a master’s degree course at the national heritage institute (INP). The restoration of a gallo-roman niche so that it could be displayed in a museum was the original motivation for the research project. This object had lost some of its parts and reassembly was consequently impossible. However, these missing parts were still visible in photographic archives. Our hypothesis, then, was that these parts could be reconstructed in 3D using photogrammetric techniques and could be printed in 3D at the proper scale. With the cooperation of the UMR MAP-MAACC laboratory, a 3D reconstruction protocol was developed and the missing parts printed. Several challenges had to be met: the quality of the archival photos, their incompleteness and the uncertainty about the original picture settings. The kind of printing device and the appropriate material was another issue. The paper describes the different stages of the research, the difficulties encountered and the solutions found.

The use of architectural structures has grown significantly in recent years because of the considerable benefits they offer. Many studies have highlighted the good properties provided by these materials. This study presents the characterization of the vibration behavior of an eco-composite sandwich structure with auxetic core. The skins, the core and the sandwich are made from the same bio-based material, it is the polylactic acid reinforced with flax fibers (PFF). The material is made using the 3d printing technique. Experimental tests were performed on different types of beams using the clamped-free configuration. At first, the damping properties of the skins as a function of frequency were determined. Subsequently, the same type of characterization was carried out on the auxetic core as well as the sandwich composite. Three different densities of the auxetic core were tested. The mechanisms responsible for the vibration response of sandwiches such as the basic material and the shape of the core used were discussed and allowed to explain the damping properties observed., L'utilisation des structures architecturales a connu une forte croissance ces dernières années en raison des avantages considérables qu'elles présentent. De nombreuses études ont mis en évidence les bonnes propriétés apportées par ces matériaux. Cette étude présente la caractérisation du comportement vibratoire d’une structure éco-composite sandwich à âme auxétique. Les peaux, l’âme et le sandwich sont fabriqués par le même matériau biosourcé qui est l’acide polylactique renforcé par des fibres de lin (PFF). Le matériau est fabriqué en utilisant la technique de l’impression 3D. Des essais d’analyse modale ont été réalisés sur différentes types de poutres en utilisant la configuration encastrée-libre. Dans un premier temps, les propriétés d’amortissement des peaux en fonction de la fréquence ont été déterminés. Par la suite, le même type de caractérisation a été mené sur les âmes auxétiques ainsi que les poutres sandwichs. Trois différentes densités d’âmes ont été testés. Les mécanismes responsables de la réponse vibratoire des sandwichs comme le matériau de construction de base et la forme de l’âme utilisé ont été discutés et ont permis d’expliquer les propriétés amortissantes observées.

International audience; Additive manufacturing with continuous fiber reinforcements aims to create high performance parts and open up applications field for structural composites. However, information lacks regarding relationship between additive manufacturing process and induced properties and although about durability of those structure especially in a moist environment.Humidity, often considered as a drawback in the literature about composites structures, can also be used as an advantage to develop hygromorph actuators able to modify their shape in response to moisture sorption. Those materials are increasingly being studied and their principle is based on a bilayer microstructure inspired from natural hydraulic actuators such pinecone scale leading to a differential hygroscopic expansion and thus out-of-plane morphing. Aim of this work is to study hygro-sensitivity of continuous carbon fiber composites developed thanks to additive manufacturing and to use those materials to develop new multi-stimulable hygromorph actuators (temperature and humidity) with electro-heating induced thanks to conductive behavior of carbon fibers.; La fabrication additive de composites utilisant des fibres de renfort continues en vue d'applications structurelles est un champ d'étude émergeant. Cependant, des informations manquent encore concernant les relations entre le process et les propriétés induites ainsi que sur la durabilité de ces structures notamment vis-à-vis de l'humidité. L'humidité, régulièrement traitée comme un inconvénient dans la littérature sur les matériaux composites, peut cependant être utilisée comme un avantage afin de développer des actionneurs dits hygromorphes capables de se déployer grâce à l'absorption d'humidité. Ces matériaux sont de plus en plus étudiés dans la littérature et leur principe est basé sur une microstructure bilame, inspirée d'actionneurs hydrauliques naturels tel que l'écaille de pomme de pin, conduisant à un gradient de déformation hygroscopique dans la structure et à une déformation hors-plan. L'objectif de ce travail est d'étudier la sensibilité à l'humidité de matériaux composites renforcés de fibres de carbone continues élaborés par fabrication additive afin d'envisager leur utilisation en environnement sévère puis d'utiliser ces matériaux afin de développer des actionneurs hygromorphes multi-stimulables (température et humidité) avec un actionnement contrôlable grâce à un chauffage électro-induit utilisant le caractère conducteur des fibres de carbone.

International audience; The use of architectural structures has grown significantly in recent years because of the considerable benefits they offer. Many studies have highlighted the good properties provided by these materials. This study presents the characterization of the vibration behavior of an eco-composite sandwich structure with auxetic core. The skins, the core and the sandwich are made from the same bio-based material, it is the polylactic acid reinforced with flax fibers (PFF). The material is made using the 3d printing technique. Experimental tests were performed on different types of beams using the clamped-free configuration. At first, the damping properties of the skins as a function of frequency were determined. Subsequently, the same type of characterization was carried out on the auxetic core as well as the sandwich composite. Three different densities of the auxetic core were tested. The mechanisms responsible for the vibration response of sandwiches such as the basic material and the shape of the core used were discussed and allowed to explain the damping properties observed.; L'utilisation des structures architecturales a connu une forte croissance ces dernières années en raison des avantages considérables qu'elles présentent. De nombreuses études ont mis en évidence les bonnes propriétés apportées par ces matériaux. Cette étude présente la caractérisation du comportement vibratoire d’une structure éco-composite sandwich à âme auxétique. Les peaux, l’âme et le sandwich sont fabriqués par le même matériau biosourcé qui est l’acide polylactique renforcé par des fibres de lin (PFF). Le matériau est fabriqué en utilisant la technique de l’impression 3D. Des essais d’analyse modale ont été réalisés sur différentes types de poutres en utilisant la configuration encastrée-libre. Dans un premier temps, les propriétés d’amortissement des peaux en fonction de la fréquence ont été déterminés. Par la suite, le même type de caractérisation a été mené sur les âmes auxétiques ainsi que les poutres sandwichs. Trois différentes densités d’âmes ont été testés. Les mécanismes responsables de la réponse vibratoire des sandwichs comme le matériau de construction de base et la forme de l’âme utilisé ont été discutés et ont permis d’expliquer les propriétés amortissantes observées.

Additive manufacturing (AM) refers to a wide variety of manufacturing processes for rapid prototyping and production of final and semi-final products. In opposite to conventional or subtractive processes, in additive manufacturing, the material is gradually added layer by layer to form the parts. AM enables the fabrication of complex parts which were impossible or not cost-effective to manufacture with the traditional processes. Fused Filament Fabrication (FFF) is based on the melting of a polymeric filament in an extruder; the filament is then deposited layer by layer to manufacture the final parts. Despite growing interest from industries and a large audience in recent years, these manufacturing processes are still not well mastered, especially for not mass-produced polymers. In this thesis, we will take an insight into the printability of PEEK (Polyetheretherketone). The aim is to find the printing conditions to obtain the best quality of the printed parts by FFF process.In the first step, we have determined the polymer properties influencing the quality of the printed parts by FFF. The rheological properties, the surface tension, the thermal conductivity and thermal expansion have been determined experimentally. Then, the coalescence phenomenon of the polymeric filaments has been studied by experimental, analytical and numerical simulation. Furthermore, the stability of the filament and its flow properties when it exits from the extruder in the FFF process has been determined by experimental, analytical and numerical simulation. Then, we have focused on the determination of the die swelling of PEEK extrudate. Lastly, the kinetics of isothermal and non-isothermal crystallization of PEEK has been studied by experimental study. The kinetics of crystallization has been applied to FFF process by numerical simulation in order to determine the optimum environment temperature to control the crystallization of printed parts. The crystallization of PEEK reaches its maximum value (about 22%) of crystallization during the deposition. Furthermore, the crystallization releases heat in the system that increases the temperature of the deposited bead gradually up to 20 ℃.; La fabrication additive (FA) fait référence à une grande variété de procédés de fabrication pour le prototypage rapide et la production de produits finis et semi-finis. Contrairement aux procédés classiques ou soustractifs, en fabrication additive, le matériau est ajouté progressivement couche par couche pour former les pièces. La fabrication additive permet la fabrication de pièces complexes impossibles ou peu rentables à fabriquer avec les procédés traditionnels. Le procédé FFF (Fused Filament Fabrication) est basé sur la fusion d'un filament polymère ; le filament est ensuite déposé couche par couche pour fabriquer les pièces finales. Malgré l'intérêt croissant des industries et du grand public ces dernières années, ces procédés de fabrication ne sont toujours pas bien maîtrisés, en particulier pour les polymères qui ne sont pas de grande consommation. Dans cette thèse, nous allons nous intéresser à l’imprimabilité du PEEK (Polyétheréthercétone). Dans un premier temps, nous avons déterminé les propriétés du polymère influençant la qualité des pièces imprimées par FFF. Les propriétés rhéologiques, la tension superficielle, la conductivité thermique et la dilatation thermique ont été déterminées expérimentalement. Ensuite, le phénomène de coalescence des filaments polymères a été étudié par des mesures expérimentales, un modèle analytique et par simulation numérique. De plus, la stabilité du filament et ses propriétés d’écoulement lorsqu’il sort de l’extrudeuse dans le procédé FFF ont été déterminées expérimentalement puis par analytique et simulation numérique. Ensuite, nous nous sommes concentrés sur la détermination du gonflement des filaments de PEEK. Enfin, la cinétique de la cristallisation isotherme et non isotherme du PEEK a été étudiée expérimentalement. La cinétique de cristallisation a été appliquée au procédé FFF par simulation numérique afin de déterminer la température d’environnement optimale pour contrôler la cristallisation des pièces imprimées. La cristallisation du PEEK atteint sa valeur maximale (environ 22%) de cristallisation pendant le dépôt. En outre, la cristallisation libère de la chaleur dans le système, ce qui augmente progressivement la température du filament déposé jusqu'à 20 ℃.

Additive manufacturing (AM) refers to a wide variety of manufacturing processes for rapid prototyping and production of final and semi-final products. In opposite to conventional or subtractive processes, in additive manufacturing, the material is gradually added layer by layer to form the parts. AM enables the fabrication of complex parts which were impossible or not cost-effective to manufacture with the traditional processes. Fused Filament Fabrication (FFF) is based on the melting of a polymeric filament in an extruder; the filament is then deposited layer by layer to manufacture the final parts. Despite growing interest from industries and a large audience in recent years, these manufacturing processes are still not well mastered, especially for not mass-produced polymers. In this thesis, we will take an insight into the printability of PEEK (Polyetheretherketone). The aim is to find the printing conditions to obtain the best quality of the printed parts by FFF process.In the first step, we have determined the polymer properties influencing the quality of the printed parts by FFF. The rheological properties, the surface tension, the thermal conductivity and thermal expansion have been determined experimentally. Then, the coalescence phenomenon of the polymeric filaments has been studied by experimental, analytical and numerical simulation. Furthermore, the stability of the filament and its flow properties when it exits from the extruder in the FFF process has been determined by experimental, analytical and numerical simulation. Then, we have focused on the determination of the die swelling of PEEK extrudate. Lastly, the kinetics of isothermal and non-isothermal crystallization of PEEK has been studied by experimental study. The kinetics of crystallization has been applied to FFF process by numerical simulation in order to determine the optimum environment temperature to control the crystallization of printed parts. The crystallization of PEEK reaches its maximum value (about 22%) of crystallization during the deposition. Furthermore, the crystallization releases heat in the system that increases the temperature of the deposited bead gradually up to 20 ℃.; La fabrication additive (FA) fait référence à une grande variété de procédés de fabrication pour le prototypage rapide et la production de produits finis et semi-finis. Contrairement aux procédés classiques ou soustractifs, en fabrication additive, le matériau est ajouté progressivement couche par couche pour former les pièces. La fabrication additive permet la fabrication de pièces complexes impossibles ou peu rentables à fabriquer avec les procédés traditionnels. Le procédé FFF (Fused Filament Fabrication) est basé sur la fusion d'un filament polymère ; le filament est ensuite déposé couche par couche pour fabriquer les pièces finales. Malgré l'intérêt croissant des industries et du grand public ces dernières années, ces procédés de fabrication ne sont toujours pas bien maîtrisés, en particulier pour les polymères qui ne sont pas de grande consommation. Dans cette thèse, nous allons nous intéresser à l’imprimabilité du PEEK (Polyétheréthercétone). Dans un premier temps, nous avons déterminé les propriétés du polymère influençant la qualité des pièces imprimées par FFF. Les propriétés rhéologiques, la tension superficielle, la conductivité thermique et la dilatation thermique ont été déterminées expérimentalement. Ensuite, le phénomène de coalescence des filaments polymères a été étudié par des mesures expérimentales, un modèle analytique et par simulation numérique. De plus, la stabilité du filament et ses propriétés d’écoulement lorsqu’il sort de l’extrudeuse dans le procédé FFF ont été déterminées expérimentalement puis par analytique et simulation numérique. Ensuite, nous nous sommes concentrés sur la détermination du gonflement des filaments de PEEK. Enfin, la cinétique de la cristallisation isotherme et non isotherme du PEEK a été étudiée expérimentalement. La cinétique de cristallisation a été appliquée au procédé FFF par simulation numérique afin de déterminer la température d’environnement optimale pour contrôler la cristallisation des pièces imprimées. La cristallisation du PEEK atteint sa valeur maximale (environ 22%) de cristallisation pendant le dépôt. En outre, la cristallisation libère de la chaleur dans le système, ce qui augmente progressivement la température du filament déposé jusqu'à 20 ℃.

International audience; At the request of the plastics industry (Federation of Plastics and Composites) as well as the Ministry of Industry and Research, this Centre was the first one established in France in 1983 for technological research and graduate students (MEng, MSc and PhD) training in the field of plastics processing and composites manufacturing. - Lab activity scope and key figures - Research themes: (1) Advanced manufacturing of high-performance materials; (2) Structural mechanics and damage monitoring - Equipment and facilities - Project Focus: (1) Composites 3D printing with LASCALA; (2) POPCOM, a composites advanced manufacturing tailored platform

Plant fibres are increasingly used for composite reinforcement, but valorization of by-products such as flax shives still needs to be developed. Also, additive manufacturing, such as Fused Deposition Modelling (FDM), is strongly progressing and can be of great interest to implement biocomposite solutions. The present work focuses on the development of innovative and fully biodegradable filaments for FDM. Three polymer matrices were tested: PLLA, PLLA/PBS 50/50%-wt and PBAT. A filler content of 30-wt% has been achieved using flax shives with PBAT. Flax fibres and shives reinforced 3D printed parts exhibit promising performances and printability, highlighting their potential to successfully develop fully compostable filaments.

3D printers use 3D models in the form of meshes to define the geometry and the appearance of objects to be printed. A 3D mesh must have some topological properties so that the geometry it represents could be printable and the geometry itself must respect certain conditions to be printable. These properties and conditions may vary depending on the 3D printing technologies in use.Many 3D meshes used for printing were not initially designed for this purpose application. The main primary use of these meshes is visualization, which does not require the same topological properties and geometric conditions. The subject of this thesis is the repair of these meshes to make them printable.A repair chain including several steps was designed for this purpose. Non-manifold conditions are repaired by extracting related components (surfaces). The boundaries of surfaces are detected and classified according to the best repair to be applied on each. The boundaries of surfaces are repaired according to their classification either by a filling method or by an offset method. The weakness of the geometry is detected and controlled., Les imprimantes 3D utilisent des modèles 3D sous la forme de maillages pour définir la géométrie et l'apparence des objets à imprimer. Un maillage 3D doit posséder certaines propriétés topologiques pour que la géométrie qu'il représente soit imprimable, et la géométrie elle même doit respecter certaines conditions pour être imprimable. Ces propriétés et conditions peuvent varier selon la technologie d'impression 3D utilisée.De nombreux maillages 3D utilisés pour l'impression n'ont dans un premier temps pas été conçus pour cette application. La principale utilisation première de ces maillages est la visualisation, qui ne nécessite pas les mêmes propriétés topologiques et conditions géométriques. Le sujet de cette thèse est la réparation de ces maillages afin de les rendre imprimables.Une chaîne de réparation comprenant plusieurs étapes a été conçue dans ce but. Les conditions de non-variété sont réparées en réalisant une extraction de composantes connexes (surfaces). Les bords des surfaces sont détectés et classés en fonction de la meilleure réparation à appliquer sur chaque. Les bords des surfaces sont réparés suivant leurs classement soit par une méthode de remplissage soit par une méthode d'épaississement. La fragilité de la géométrie est détectée et contrôlée.

DEUG

Depuis sa conception la technologie d'impression 3D n'a fait que susciter de plus en plus d'intérêt dans tous les secteurs d'activité de notre société. L'odontologie n'échappe pas à cette logique et cet outil révolutionnaire permet l'ouverture de nouveaux champs de réflexion quant au déroulement et au perfectionnement des actes de soins existant ainsi qu'à la création de nouvelles techniques thérapeutiques. Dans le domaine de l'implantologie, l'impression 3D permet ainsi la réalisation de manière directe, au cabinet dentaire, de guides chirurgicaux implantaires. Nous nous intéresserons aux différentes technologies d'impression 3D, à la réalisation d'un guide chirurgical implantaire dento-porté au cabinet dentaire par impression 3D, aux différents systèmes présents sur le marché pour réaliser ces guides et nous étudierons les avantages et inconvénients liés à la réalisation des guides chirurgicaux au cabinet dentaire.

A cell was developed at the Léon Brillouin Laboratory (LLB) allowing one to apply an electric field to a heated sample during a Small Angle Neutron Scattering (SANS) experiment. To avoid decomposition of the sample by electrolysis, the electrodes have to be isolated. As part of a European instrumentation program (Joint Research Activities (JRA) 2012-2016), a prototype was produced by 3D-printing at the Léon Brillouin Laboratory (LLB). The electrodes are placed outside the sample cuvette and the prototype has been designed to receive a stream of heated air allowing thermalization of the sample. This prototype was manufactured after Finite Element Methods simulations (COMSOL® Multiphysics) to improve the electric field range. Tests of electric field and thermalization have been carried out.; Une cellule a été développée au Laboratoire Léon Brillouin (LLB) au Commissariat à l’Énergie Atomique et Aux Énergies Alternatives (CEA) de Saclay permettant l’application d’un champ électrique à un échantillon thermalisé durant une expérience de Diffusion de Neutrons à Petits Angles (DNPA). Pour éviter la décomposition par électrolyse de l’échantillon, les électrodes doivent être séparées de celui-ci. Un prototype, réalisé par une méthode de fabrication additive, avec des électrodes à l'extérieur de la cuvette d'échantillonnage a été développé et réalisé au LLB incluant une thermisation et fabriqué après des simulations de méthodes d'éléments finis (COMSOL® Multiphysics) pour améliorer la portée du champ électrique. Ce développement a été essentiellement conçu dans le cadre d’un programme européen sur l’instrumentation Joint Research Activities (JRA), entre 2012 et 2016.

The interest of this study is the formulation and characterization of 3D printing cementitious mortars. This research work has been carried out in the frame of the MATRICE Project, co-funded by the region “Hauts de France” and the European Union with the European Regional Development Fund. Specifications for a cementitious printable material are first set based on three criteria: extrudability, buildability and conserving the compressive strength of the printed material. Two printable mortars are formulated using simple tests on a laboratory scale. The first, with slow setting, is composed of a Portland-based binder (OPC). The second, with accelerated setting, is composed of a mixed binder (93% OPC and 7% sulfoaluminous cement (CSA)). Real scale prints are then realized in the frame of the project MATRICE allowing the validation of the printability of each mortar upon its application. The chemical behavior of Portland cement and sulfoaluminate cement mixes is then studied experimentally. The heats of hydration measured by isothermal calorimetry increase with the CSA dosage (2% to 10%) and are higher than those of cement pastes containing 100% OPC and 100% CSA. The comparison of the hydrates identified in the mix mad of 7% CSA to those present in the two other cement pastes of each cement alone shows that the presence of gypsum and lime from the Portland cement lead to a faster hydration of the ye’elimite from CSA and to an early formation of ettringite. However, the nature of hydrates is not affected. The rheological behavior, in particular the thixotropy, of the cement pastes made of Portland cement and sulfoaluminate cement (up to 10%) is then studied in function of different formulation parameters during the first hour. The increase in CSA dosage (0% to 10%) leads to an almost linear increase of the structuration coefficient (Athix) of theses mixes. For mixes with 7% CSA and 100% OPC, the influence of the W/C ratio and superplasticizer on the thixotropy is then studied. The increase in W/C ratio leads to an almost linear decrease of the Athix for each of cement paste. However, the superplasticizer present a low influence compared to the W/C ratio.; Ce travail s’intéresse à la formulation et à la caractérisation de mortiers cimentaires imprimables en 3D. Il a été réalisé dans le cadre du projet MATRICE cofinancé par le fonds Feder et la région Hauts de France. Un cahier des charges pour un matériau cimentaire imprimable est tout d’abord défini sur la base de trois critères : l’extrudabilité, la constructibilité et la conservation des résistances mécaniques sur matériau imprimé. Deux mortiers imprimables sont formulés en utilisant des essais simples à l’échelle du laboratoire. Le premier mortier, à prise lente, est composé d’un liant à base de ciment Portland (OPC). Le second mortier, à prise accélérée, est composé d’un liant mixte (93 % d’OPC et 7 % de ciment sulfoalumineux (CSA)). Des impressions à l’échelle réelle sont ensuite réalisées dans le cadre du projet MATRICE et permettent de valider leur imprimabilité selon l’application de chacun. Le comportement chimique de mélanges de ciment Portland et de ciment sulfoalumineux est ensuite étudié expérimentalement. Les chaleurs d’hydratation mesurées par calorimétrie isotherme augmentent avec le dosage en CSA (de 2 % jusqu’à 10 %) et sont plus élevées que celles des pâtes de ciment contenant 100 % d’OPC et 100 % de CSA. La comparaison des hydrates identifiés dans le mélange à 7 % de CSA à ceux présents dans les deux pâtes de ciment pures montre que la présence de gypse et de chaux provenant du ciment Portland entraîne une hydratation plus rapide de la ye’elimite provenant du CSA et une formation d’ettringite à très court terme. Par contre, la nature des hydrates du ciment Portland n’est pas affectée. Le comportement rhéologique, notamment, la thixotropie, de pâtes constituées de mélanges de ciment Portland et sulfoalumineux (jusqu’à 10 %) est ensuite étudié en fonction de différents paramètres de formulation pendant la première heure. L’augmentation du dosage en CSA (0 % à 10 %) entraîne une augmentation quasi linéaire du coefficient de structuration (Athix) de ces mélanges. Pour les mélanges à 7 % de CSA et 100 % d’OPC, l’influence du rapport E/C et du dosage en superplastifiant sur la thixotropie est ensuite étudiée. L’augmentation du rapport E/C entraîne une diminution quasi linéaire de Athix pour chacune des pâtes de ciment. En revanche, le superplastifiant présente une faible influence comparativement au rapport E/C.

The increase in life expectancy results in the decline of seniors’ health conditions and the resurgence of chronic diseases. Among the expressions of senescence, disorders of the musculoskeletal system are particularly disabling and considerably accelerate the state of dependency. This is also the case for young people who suffer from traumatic injuries or pathologic conditions. Thus, about 2.2 million bone grafts are performed worldwide every year. Yet, the level of postoperative complications remains high and is estimated at 15% of surgical operations. These facts outline a major societal concern: animal-based materials present a risk of histocompatibility issues and pathogenicity that may lead to implant failure. This is the reason why research efforts focus on the development of synthetic biomaterials capable of promoting bone regeneration. Currently, commercialised bone substitutes are mainly made of bioactive “ceramics” (calcium phosphates, bioactive glass) that are known to be biocompatible, to spontaneously bond to bone tissues, to promote bone cell adhesion and finally to be bioresorbable. However, despite these remarkable properties, the brittleness of these materials limits their applications. An ingenious solution to this brittleness can be learned from the particular structure of bone tissue. Bone tissue intimately blends an inorganic phase, the bone mineral, which is made of apatite crystals (resorbable calcium phosphates), with an organic phase that is mainly collagen. Such a structure associates the stiffness of the inorganic part with the toughness of collagen fibres. Therefore, in order to obtain implants with mechanical properties similar to that of bone, the strategy consists in combining bioactive ceramics with organic matter. To this end, the Biomatériaux team from the Laboratoire de Physique de Clermont (LPC) recently developed an innovative process that allows the synthesis of tridimensional organic-inorganic hybrids comprised of bioactive glass and biocompatible polymer. The objective of the thesis was to exploit this process in order to develop a hybrid bone substitute with optimal properties. First of all, polycaprolactone was selected as the polymer, especially because of its adequate degradation rate for long-term applications such as bone regeneration. Then, the synthesis process was improved (in particular, the calcium source was changed), the macroporous structure was optimised and the organic-inorganic ratio was chosen. Afterwards, elements that are known to induce an osteogenic effect were incorporated in the hybrid at low doses (< 5% of total weight): an inorganic doping was performed using strontium ions and an organic doping was performed using nutrients such as fisetin or hydroxytyrosol. The resultant hybrid scaffolds were eventually characterised in vitro in order to determine their physicochemical and biological properties and in vivo in order to evaluate their performance. After 3 months of implantation in a mouse calvarial critical defect, results demonstrate the potential of this bone substitute: compared to the reference commercial material (treated bovine bone) that leads to a bone reconstruction of 16% (± 5%), the hybrid allows a reconstruction going from 32% (± 3%) when it is not doped, to 55% (± 7%) and even 58% (± 7%) when it is doped respectively with fisetin or strontium. This thesis paves the way to promising perspectives like the association of doping agents and the 3D printing of polycaprolactone-bioactive glass hybrid scaffolds.; L’accroissement de l’espérance de vie s’accompagne d’une détérioration de l’état de santé général des seniors et d’une recrudescence des maladies chroniques. Parmi les manifestations de la sénescence, l’atteinte de l’appareil locomoteur est particulièrement invalidante et accélère considérablement l’entrée en dépendance. C’est également le cas chez les plus jeunes lors d’atteintes traumatiques ou pathologiques. Ainsi, au niveau mondial 2,2 millions de greffes osseuses sont pratiquées chaque année, mais le taux de complications post-opératoires demeure élevé et est estimé à 15 % des interventions. Ces faits dessinent les contours d’un enjeu sociétal majeur ; les matériaux d’origine animale posent des problèmes d’histocompatibilité, de pathogénicité et donc de rejet. C’est pourquoi les efforts de recherche ciblent prioritairement le développement de biomatériaux synthétiques aptes à promouvoir la régénération osseuse. Actuellement les principaux substituts osseux sur le marché sont les « céramiques » bioactives (phosphates de calcium, verres bioactifs) qui présentent comme caractéristiques d’être biocompatibles, de se lier spontanément aux tissus osseux, de promouvoir l’adhésion des cellules osseuses et enfin d’être biorésorbables. Cependant, malgré cet ensemble de caractéristiques très satisfaisantes, la fragilité de ces matériaux en limite les applications. Pour pallier ce défaut, une solution ingénieuse est de s’inspirer de la structure particulière du tissu osseux. Celle-ci mêle intimement une phase inorganique, le minéral osseux constitué de cristaux d’apatite (phosphate de calcium résorbable), à une phase organique qui est majoritairement du collagène. De manière remarquable, une telle structure associe la rigidité de la partie inorganique à la ténacité des fibres de collagène. Pour obtenir des implants aux propriétés mécaniques proches du tissu osseux, la stratégie consiste donc à combiner céramiques bioactives et matière organique. À cette fin, l’équipe Biomatériaux du Laboratoire de Physique de Clermont (LPC) a récemment mis au point un procédé innovant qui permet la synthèse de matrices tridimensionnelles d’hybrides organique-inorganique à base de verre bioactif et de polymère biocompatible aux caractéristiques variées. Dans la continuité des travaux, il était alors question d’exploiter ce procédé afin de développer un substitut osseux hybride aux propriétés optimisées. Il s’agissait tout d’abord de sélectionner le polymère le plus adéquat pour la régénération osseuse, qui s’est avéré être le polycaprolactone, puis d’optimiser la synthèse (notamment la source de calcium), la structure macroporeuse et la proportion organique-inorganique. Le matériau hybride résultant a ensuite été dopé en éléments thérapeutiques à faible dose (< 5 % de la masse totale) avec des ions strontium ou des nutriments tels que la fisétine et l’hydroxytyrosol qui possèdent un effet ostéogénique. Les mousses hybrides ainsi développées ont finalement été caractérisées in vitro afin de déterminer leurs propriétés physico-chimiques et biologiques, et in vivo afin d’évaluer leur performance. Après 3 mois d’implantation dans un défaut critique de la calvaria de souris, les résultats démontrent le potentiel de ce substitut osseux: comparé au matériau commercial de référence (os bovin traité) qui conduit à une reconstruction osseuse de 16% (± 5%), l’hybride permet une reconstruction allant de 32% (± 3%) lorsqu’il n’est pas dopé, jusqu’à 55% (± 7%) voire 58% (± 7%) lorsqu’il est dopé respectivement en fisétine ou en strontium. Ces travaux de thèse laissent entrevoir des perspectives prometteuses telles que l’association des dopants et l’impression 3D des mousses hybrides polycaprolactone-verre bioactif.

The increase in life expectancy results in the decline of seniors’ health conditions and the resurgence of chronic diseases. Among the expressions of senescence, disorders of the musculoskeletal system are particularly disabling and considerably accelerate the state of dependency. This is also the case for young people who suffer from traumatic injuries or pathologic conditions. Thus, about 2.2 million bone grafts are performed worldwide every year. Yet, the level of postoperative complications remains high and is estimated at 15% of surgical operations. These facts outline a major societal concern: animal-based materials present a risk of histocompatibility issues and pathogenicity that may lead to implant failure. This is the reason why research efforts focus on the development of synthetic biomaterials capable of promoting bone regeneration. Currently, commercialised bone substitutes are mainly made of bioactive “ceramics” (calcium phosphates, bioactive glass) that are known to be biocompatible, to spontaneously bond to bone tissues, to promote bone cell adhesion and finally to be bioresorbable. However, despite these remarkable properties, the brittleness of these materials limits their applications. An ingenious solution to this brittleness can be learned from the particular structure of bone tissue. Bone tissue intimately blends an inorganic phase, the bone mineral, which is made of apatite crystals (resorbable calcium phosphates), with an organic phase that is mainly collagen. Such a structure associates the stiffness of the inorganic part with the toughness of collagen fibres. Therefore, in order to obtain implants with mechanical properties similar to that of bone, the strategy consists in combining bioactive ceramics with organic matter. To this end, the Biomatériaux team from the Laboratoire de Physique de Clermont (LPC) recently developed an innovative process that allows the synthesis of tridimensional organic-inorganic hybrids comprised of bioactive glass and biocompatible polymer. The objective of the thesis was to exploit this process in order to develop a hybrid bone substitute with optimal properties. First of all, polycaprolactone was selected as the polymer, especially because of its adequate degradation rate for long-term applications such as bone regeneration. Then, the synthesis process was improved (in particular, the calcium source was changed), the macroporous structure was optimised and the organic-inorganic ratio was chosen. Afterwards, elements that are known to induce an osteogenic effect were incorporated in the hybrid at low doses (< 5% of total weight): an inorganic doping was performed using strontium ions and an organic doping was performed using nutrients such as fisetin or hydroxytyrosol. The resultant hybrid scaffolds were eventually characterised in vitro in order to determine their physicochemical and biological properties and in vivo in order to evaluate their performance. After 3 months of implantation in a mouse calvarial critical defect, results demonstrate the potential of this bone substitute: compared to the reference commercial material (treated bovine bone) that leads to a bone reconstruction of 16% (± 5%), the hybrid allows a reconstruction going from 32% (± 3%) when it is not doped, to 55% (± 7%) and even 58% (± 7%) when it is doped respectively with fisetin or strontium. This thesis paves the way to promising perspectives like the association of doping agents and the 3D printing of polycaprolactone-bioactive glass hybrid scaffolds.; L’accroissement de l’espérance de vie s’accompagne d’une détérioration de l’état de santé général des seniors et d’une recrudescence des maladies chroniques. Parmi les manifestations de la sénescence, l’atteinte de l’appareil locomoteur est particulièrement invalidante et accélère considérablement l’entrée en dépendance. C’est également le cas chez les plus jeunes lors d’atteintes traumatiques ou pathologiques. Ainsi, au niveau mondial 2,2 millions de greffes osseuses sont pratiquées chaque année, mais le taux de complications post-opératoires demeure élevé et est estimé à 15 % des interventions. Ces faits dessinent les contours d’un enjeu sociétal majeur ; les matériaux d’origine animale posent des problèmes d’histocompatibilité, de pathogénicité et donc de rejet. C’est pourquoi les efforts de recherche ciblent prioritairement le développement de biomatériaux synthétiques aptes à promouvoir la régénération osseuse. Actuellement les principaux substituts osseux sur le marché sont les « céramiques » bioactives (phosphates de calcium, verres bioactifs) qui présentent comme caractéristiques d’être biocompatibles, de se lier spontanément aux tissus osseux, de promouvoir l’adhésion des cellules osseuses et enfin d’être biorésorbables. Cependant, malgré cet ensemble de caractéristiques très satisfaisantes, la fragilité de ces matériaux en limite les applications. Pour pallier ce défaut, une solution ingénieuse est de s’inspirer de la structure particulière du tissu osseux. Celle-ci mêle intimement une phase inorganique, le minéral osseux constitué de cristaux d’apatite (phosphate de calcium résorbable), à une phase organique qui est majoritairement du collagène. De manière remarquable, une telle structure associe la rigidité de la partie inorganique à la ténacité des fibres de collagène. Pour obtenir des implants aux propriétés mécaniques proches du tissu osseux, la stratégie consiste donc à combiner céramiques bioactives et matière organique. À cette fin, l’équipe Biomatériaux du Laboratoire de Physique de Clermont (LPC) a récemment mis au point un procédé innovant qui permet la synthèse de matrices tridimensionnelles d’hybrides organique-inorganique à base de verre bioactif et de polymère biocompatible aux caractéristiques variées. Dans la continuité des travaux, il était alors question d’exploiter ce procédé afin de développer un substitut osseux hybride aux propriétés optimisées. Il s’agissait tout d’abord de sélectionner le polymère le plus adéquat pour la régénération osseuse, qui s’est avéré être le polycaprolactone, puis d’optimiser la synthèse (notamment la source de calcium), la structure macroporeuse et la proportion organique-inorganique. Le matériau hybride résultant a ensuite été dopé en éléments thérapeutiques à faible dose (< 5 % de la masse totale) avec des ions strontium ou des nutriments tels que la fisétine et l’hydroxytyrosol qui possèdent un effet ostéogénique. Les mousses hybrides ainsi développées ont finalement été caractérisées in vitro afin de déterminer leurs propriétés physico-chimiques et biologiques, et in vivo afin d’évaluer leur performance. Après 3 mois d’implantation dans un défaut critique de la calvaria de souris, les résultats démontrent le potentiel de ce substitut osseux: comparé au matériau commercial de référence (os bovin traité) qui conduit à une reconstruction osseuse de 16% (± 5%), l’hybride permet une reconstruction allant de 32% (± 3%) lorsqu’il n’est pas dopé, jusqu’à 55% (± 7%) voire 58% (± 7%) lorsqu’il est dopé respectivement en fisétine ou en strontium. Ces travaux de thèse laissent entrevoir des perspectives prometteuses telles que l’association des dopants et l’impression 3D des mousses hybrides polycaprolactone-verre bioactif.

The interest of this study is the formulation and characterization of 3D printing cementitious mortars. This research work has been carried out in the frame of the MATRICE Project, co-funded by the region “Hauts de France” and the European Union with the European Regional Development Fund. Specifications for a cementitious printable material are first set based on three criteria: extrudability, buildability and conserving the compressive strength of the printed material. Two printable mortars are formulated using simple tests on a laboratory scale. The first, with slow setting, is composed of a Portland-based binder (OPC). The second, with accelerated setting, is composed of a mixed binder (93% OPC and 7% sulfoaluminous cement (CSA)). Real scale prints are then realized in the frame of the project MATRICE allowing the validation of the printability of each mortar upon its application. The chemical behavior of Portland cement and sulfoaluminate cement mixes is then studied experimentally. The heats of hydration measured by isothermal calorimetry increase with the CSA dosage (2% to 10%) and are higher than those of cement pastes containing 100% OPC and 100% CSA. The comparison of the hydrates identified in the mix mad of 7% CSA to those present in the two other cement pastes of each cement alone shows that the presence of gypsum and lime from the Portland cement lead to a faster hydration of the ye’elimite from CSA and to an early formation of ettringite. However, the nature of hydrates is not affected. The rheological behavior, in particular the thixotropy, of the cement pastes made of Portland cement and sulfoaluminate cement (up to 10%) is then studied in function of different formulation parameters during the first hour. The increase in CSA dosage (0% to 10%) leads to an almost linear increase of the structuration coefficient (Athix) of theses mixes. For mixes with 7% CSA and 100% OPC, the influence of the W/C ratio and superplasticizer on the thixotropy is then studied. The increase in W/C ratio leads to an almost linear decrease of the Athix for each of cement paste. However, the superplasticizer present a low influence compared to the W/C ratio.; Ce travail s’intéresse à la formulation et à la caractérisation de mortiers cimentaires imprimables en 3D. Il a été réalisé dans le cadre du projet MATRICE cofinancé par le fonds Feder et la région Hauts de France. Un cahier des charges pour un matériau cimentaire imprimable est tout d’abord défini sur la base de trois critères : l’extrudabilité, la constructibilité et la conservation des résistances mécaniques sur matériau imprimé. Deux mortiers imprimables sont formulés en utilisant des essais simples à l’échelle du laboratoire. Le premier mortier, à prise lente, est composé d’un liant à base de ciment Portland (OPC). Le second mortier, à prise accélérée, est composé d’un liant mixte (93 % d’OPC et 7 % de ciment sulfoalumineux (CSA)). Des impressions à l’échelle réelle sont ensuite réalisées dans le cadre du projet MATRICE et permettent de valider leur imprimabilité selon l’application de chacun. Le comportement chimique de mélanges de ciment Portland et de ciment sulfoalumineux est ensuite étudié expérimentalement. Les chaleurs d’hydratation mesurées par calorimétrie isotherme augmentent avec le dosage en CSA (de 2 % jusqu’à 10 %) et sont plus élevées que celles des pâtes de ciment contenant 100 % d’OPC et 100 % de CSA. La comparaison des hydrates identifiés dans le mélange à 7 % de CSA à ceux présents dans les deux pâtes de ciment pures montre que la présence de gypse et de chaux provenant du ciment Portland entraîne une hydratation plus rapide de la ye’elimite provenant du CSA et une formation d’ettringite à très court terme. Par contre, la nature des hydrates du ciment Portland n’est pas affectée. Le comportement rhéologique, notamment, la thixotropie, de pâtes constituées de mélanges de ciment Portland et sulfoalumineux (jusqu’à 10 %) est ensuite étudié en fonction de différents paramètres de formulation pendant la première heure. L’augmentation du dosage en CSA (0 % à 10 %) entraîne une augmentation quasi linéaire du coefficient de structuration (Athix) de ces mélanges. Pour les mélanges à 7 % de CSA et 100 % d’OPC, l’influence du rapport E/C et du dosage en superplastifiant sur la thixotropie est ensuite étudiée. L’augmentation du rapport E/C entraîne une diminution quasi linéaire de Athix pour chacune des pâtes de ciment. En revanche, le superplastifiant présente une faible influence comparativement au rapport E/C.

In order to address the ever-increasing demand of higher data rates, adding small cells to the existing macrocells infrastructure is one of the most important milestones of the 5G roadmap. With the integration of small cells and the re-organization of the network topology, backhaul bottleneck is the main challenge to address in the near future. Facing the costs of deployments of fiber optic connections, point-to-point wireless backhaul links using millimeter wave (mmW) frequencies are gaining prominence. 5G future frequencies, to be discussed under the World Radiocommunication Conference 2019 (WRC-19) open-up the way towards mmW frequency band where large bandwidths are naturally available. The high bandwidths available at these frequencies enable several Gbps data rate backhaul links, which is un utmost necessity to respect the 100 Mbps user-experienced data rate promised by the 5G standard. Millimeter-wave frequencies in V and E-bands unlicensed/light licensed spectrum are considered as primary candidates for backhaul links. In addition to the light license regime, the high free space path loss experienced at these frequencies is rather beneficial to limit the interference between small cells links. Moreover, the high available bandwidths at V and E-bands enable to achieve multi Gb/s links without using complex modulation schemes. In this thesis, we focused our research study on developing high gain wide-band antennas usable in point-to-point backhaul links in a Line of Sight (LoS) context. Leveraging cost-efficient technologies like 3D printing and Printed Circuit Board (PCB) on FR4 substrates, we studied two high-gain antenna types: lens antennas and flat array antennas.; Face à la demande croissante de débits de données de plus en plus élevées, l’une des principales solutions proposées par la 5G est de densifier le réseau en y intégrant notamment de nouvelles « Small cells ». La réorganisation de l’architecture du réseau mobile pour s’adapter à l’intégration poussée de ces Small cells, fait naître la problématique de la connexion backhaul entre les stations de bases desservant les Small cells et le cœur de réseau. Ainsi, des liaisons backhaul de plusieurs Gb/s de données sont nécessaires pour pouvoir assurer un débit de données d’au moins 100Mb/s à l’utilisateur qui est l’un des objectifs fixés pour la 5G. Les solutions de connexion backhaul sans fils ont un avantage indiscutable face aux coûts de déploiements de fibres optiques qui sont très élevés. Pour augmenter la capacité spectrale des liaisons sans fils, l’utilisation des fréquences millimétriques au-delà de 6 GHz caractérisées par des larges bandes passantes sera prochainement discutée pour la 5G durant le World Radiocommunication Conference 2019. Parmi ces fréquences, les bandes V (57-66GHz) et E (71-76 GHz et 81-86 GHz) ont un intérêt indéniable grâce aux larges bandes passantes disponibles ainsi qu’aux conditions de licenciement peu exigeantes. Les travaux développés dans cette thèse consistent à concevoir des antennes directives à large bande passante permettant d’établir les liens backhaul point-à-point sans fils (LoS). En exploitant les technologies de fabrications à faibles coût telles que l’impression 3D et Printed Circuit Board (PCB) sur des substrats FR4, la conception de deux types d’antenne directives a été étudiée à savoir des antennes lentilles et des antennes réseaux.

In order to address the ever-increasing demand of higher data rates, adding small cells to the existing macrocells infrastructure is one of the most important milestones of the 5G roadmap. With the integration of small cells and the re-organization of the network topology, backhaul bottleneck is the main challenge to address in the near future. Facing the costs of deployments of fiber optic connections, point-to-point wireless backhaul links using millimeter wave (mmW) frequencies are gaining prominence. 5G future frequencies, to be discussed under the World Radiocommunication Conference 2019 (WRC-19) open-up the way towards mmW frequency band where large bandwidths are naturally available. The high bandwidths available at these frequencies enable several Gbps data rate backhaul links, which is un utmost necessity to respect the 100 Mbps user-experienced data rate promised by the 5G standard. Millimeter-wave frequencies in V and E-bands unlicensed/light licensed spectrum are considered as primary candidates for backhaul links. In addition to the light license regime, the high free space path loss experienced at these frequencies is rather beneficial to limit the interference between small cells links. Moreover, the high available bandwidths at V and E-bands enable to achieve multi Gb/s links without using complex modulation schemes. In this thesis, we focused our research study on developing high gain wide-band antennas usable in point-to-point backhaul links in a Line of Sight (LoS) context. Leveraging cost-efficient technologies like 3D printing and Printed Circuit Board (PCB) on FR4 substrates, we studied two high-gain antenna types: lens antennas and flat array antennas.; Face à la demande croissante de débits de données de plus en plus élevées, l’une des principales solutions proposées par la 5G est de densifier le réseau en y intégrant notamment de nouvelles « Small cells ». La réorganisation de l’architecture du réseau mobile pour s’adapter à l’intégration poussée de ces Small cells, fait naître la problématique de la connexion backhaul entre les stations de bases desservant les Small cells et le cœur de réseau. Ainsi, des liaisons backhaul de plusieurs Gb/s de données sont nécessaires pour pouvoir assurer un débit de données d’au moins 100Mb/s à l’utilisateur qui est l’un des objectifs fixés pour la 5G. Les solutions de connexion backhaul sans fils ont un avantage indiscutable face aux coûts de déploiements de fibres optiques qui sont très élevés. Pour augmenter la capacité spectrale des liaisons sans fils, l’utilisation des fréquences millimétriques au-delà de 6 GHz caractérisées par des larges bandes passantes sera prochainement discutée pour la 5G durant le World Radiocommunication Conference 2019. Parmi ces fréquences, les bandes V (57-66GHz) et E (71-76 GHz et 81-86 GHz) ont un intérêt indéniable grâce aux larges bandes passantes disponibles ainsi qu’aux conditions de licenciement peu exigeantes. Les travaux développés dans cette thèse consistent à concevoir des antennes directives à large bande passante permettant d’établir les liens backhaul point-à-point sans fils (LoS). En exploitant les technologies de fabrications à faibles coût telles que l’impression 3D et Printed Circuit Board (PCB) sur des substrats FR4, la conception de deux types d’antenne directives a été étudiée à savoir des antennes lentilles et des antennes réseaux.

Le caractère irréversible de la plupart des actes opératoires pratiqués en odontologie oblige l’étudiant à s’entrainer sur des modèles pédagogiques avant de pouvoir prodiguer des soins en clinique. Pour cela, des simulateurs de dents présentant des lésions carieuses ont été développés pour l’enseignement pratique préclinique de l’odontologie conservatrice. Cette étude vise à évaluer la perception que les étudiants de DFGSO3 (3ème année) de l’année universitaire 2017-2018 ont eu de ces simulateurs ainsi que l’évolution de leur apprentissage au cours des TP.Matériel et méthode : à l’issue de 4 séances de TP parmi les 5 qui impliquaient l’utilisation de Cre@teeth cariées, les étudiants ont répondu à un questionnaire anonyme permettant de répondre à l’objectif de l’étude. Résultats : même si les étudiants ont comme reproche principal la dureté du matériau qu’ils jugent trop mou par rapport à la dent naturelle, ils trouvent pour la plupart un intérêt au simulateur. 90% souhaiteraient refaire le TP avec ce type de modèle. Leurs performances se sont également améliorées au cours du semestre au vu de la diminution du nombre d’effractions pulpaires et la sensation de difficultés à réaliser les préparations cavitaires entre le premier et le dernier TP. Discussion : cette étude est la première à évaluer un modèle de simulateur dédié au traitement de lésions carieuses. Elle a permis d’envisager des pistes pour améliorer le simulateur Cre@teeth selon l’avis des usagers en conditions réelles. Conclusion : ce modèle pédagogique semble prometteur et satisfaisant en attendant la possibilité de créer des matériaux différenciés mimant l’émail, la dentine infectée et la dentine affectée.

With the booming of mobile data traffic, the need for higher data-rates is clearly felt. To cope with this strong demand and support the 5G roll-out, the capacity of the mobile communication network is being improved every day with many solutions, among which the development and installation of millimeterwave (mmW) wireless systems operating at up to 10 Gb/s. However, in order to deliver such high speeds to the user, the fronthaul/backhaul network sending data back to the core network would require above 40 Gb/s data-rate wireless links. This challenge generates a growing interest for sub-mmW and THz frequencies (0.1 THz – 1 THz) at which up-to 100 GHz bandwidth (BW) is accessible. In such BW, it would be possible to achieve up to 100 Gb/s data-rates while using simple modulation schemes to reduce the wireless system’s power consumption. Targeting mass-market high data-rates applications, Silicon Photonics technology seems very promising as it benefits from wide intrinsic BW and powerefficient components, as well as high integration levels and low manufacturing costs. In this context, a main aspect of this PhD project is the evaluation of an industrial Silicon Photonics technology for the development of a THz system-on-chip transmitter capable of reaching up to 100 Gb/s using a photodiode. Since THz antennas are also a hot topic for THz point-to-point transmission, a second aspect of this PhD study is the design of a low-cost and compact THz antenna-system. Hence, a planar antenna using low-loss organic packaging technology and a 3D-printed plastic lens were developed in order to assess those industrial prototyping techniques above 200 GHz.; Avec l’explosion du trafic de données mobiles, des débits supérieurs au Gb/s deviennent nécessaires pour l’utilisateur. Ainsi, le réseau de communication est en cour d’amélioration afin de promouvoir le déploiement de la 5G, notamment grâce au développement et à l’installation de systèmes sans fil d’onde millimétrique (mmW) à 10 Gb/s. Néanmoins, pour délivrer de tels débits, les liens fronthaul/backhaul sans fil connectés au cœur de réseau devront supporter des flux de données supérieurs à 40 Gb/s. Cet enjeu suscite un intérêt croissant pour les fréquences sub-mmW et THz (0.1 THz – 1 THz) autour desquelles des bandes passantes (BPs) de 100 GHz sont accessibles. Il serait en effet possible d’atteindre un débit de 100 Gb/s, tout en utilisant des formats de modulation simples et ainsi réduire la consommation d’énergie du système. Visant le marché de masse des applications haut-débits, la technologie Photonique sur Silicium est particulièrement attractive pour générer des BPs naturellement larges et pour sa capacité à forts niveaux d’intégration et faible cout de fabrication. Dans cette thèse, une technologie Photonique sur Silicium industrielle a donc été évaluée durant le développement d’un émetteur intégré THz fonctionnant sur la base d’une photodiode et pouvant délivrer 100 Gb/s. Le développement d’une antenne THz faible cout et compacte est également un aspect majeur de cette thèse afin de permettre la transmission point-à-point du signal THz. En effet, une antenne intégrée sur substrat organique faible cout et à faibles pertes et une lentille fabriquée par impression 3D ont été développées afin d’évaluer ces technologies de prototypage industriel au-delà de 200 GHz.

With the booming of mobile data traffic, the need for higher data-rates is clearly felt. To cope with this strong demand and support the 5G roll-out, the capacity of the mobile communication network is being improved every day with many solutions, among which the development and installation of millimeterwave (mmW) wireless systems operating at up to 10 Gb/s. However, in order to deliver such high speeds to the user, the fronthaul/backhaul network sending data back to the core network would require above 40 Gb/s data-rate wireless links. This challenge generates a growing interest for sub-mmW and THz frequencies (0.1 THz – 1 THz) at which up-to 100 GHz bandwidth (BW) is accessible. In such BW, it would be possible to achieve up to 100 Gb/s data-rates while using simple modulation schemes to reduce the wireless system’s power consumption. Targeting mass-market high data-rates applications, Silicon Photonics technology seems very promising as it benefits from wide intrinsic BW and powerefficient components, as well as high integration levels and low manufacturing costs. In this context, a main aspect of this PhD project is the evaluation of an industrial Silicon Photonics technology for the development of a THz system-on-chip transmitter capable of reaching up to 100 Gb/s using a photodiode. Since THz antennas are also a hot topic for THz point-to-point transmission, a second aspect of this PhD study is the design of a low-cost and compact THz antenna-system. Hence, a planar antenna using low-loss organic packaging technology and a 3D-printed plastic lens were developed in order to assess those industrial prototyping techniques above 200 GHz.; Avec l’explosion du trafic de données mobiles, des débits supérieurs au Gb/s deviennent nécessaires pour l’utilisateur. Ainsi, le réseau de communication est en cour d’amélioration afin de promouvoir le déploiement de la 5G, notamment grâce au développement et à l’installation de systèmes sans fil d’onde millimétrique (mmW) à 10 Gb/s. Néanmoins, pour délivrer de tels débits, les liens fronthaul/backhaul sans fil connectés au cœur de réseau devront supporter des flux de données supérieurs à 40 Gb/s. Cet enjeu suscite un intérêt croissant pour les fréquences sub-mmW et THz (0.1 THz – 1 THz) autour desquelles des bandes passantes (BPs) de 100 GHz sont accessibles. Il serait en effet possible d’atteindre un débit de 100 Gb/s, tout en utilisant des formats de modulation simples et ainsi réduire la consommation d’énergie du système. Visant le marché de masse des applications haut-débits, la technologie Photonique sur Silicium est particulièrement attractive pour générer des BPs naturellement larges et pour sa capacité à forts niveaux d’intégration et faible cout de fabrication. Dans cette thèse, une technologie Photonique sur Silicium industrielle a donc été évaluée durant le développement d’un émetteur intégré THz fonctionnant sur la base d’une photodiode et pouvant délivrer 100 Gb/s. Le développement d’une antenne THz faible cout et compacte est également un aspect majeur de cette thèse afin de permettre la transmission point-à-point du signal THz. En effet, une antenne intégrée sur substrat organique faible cout et à faibles pertes et une lentille fabriquée par impression 3D ont été développées afin d’évaluer ces technologies de prototypage industriel au-delà de 200 GHz.

RésuméL’impression 3D est de plus en plus utilisée dans les établissements de santé notamment dans le but de fabriquer des dispositifs médicaux (DM). Cependant, la fabrication et la mise sur le marché des DM sont réglementées. Le but de notre travail était de faire le point sur la réglementation française actuellement applicable concernant la fabrication de DM sur mesure par impression 3D dans un établissement de santé. Les DM sont tous les dispositifs qui ont pour but de diagnostiquer, de prévenir ou de traiter une pathologie chez un patient. Les prototypes et les modèles anatomiques ne sont pas considérés comme des DM et aucune loi spécifique ne s’applique à eux. Les guides de coupe, les attelles, les plaques d’ostéosynthèse ou les prothèses sont des DM. Pour devenir fabricant de DM en France, un établissement de santé doit respecter les exigences de la directive 93/42/CEE. Les DM sur mesure réalisés par impression 3D doivent de plus respecter l’annexe VIII de cette directive. Ceci nécessite la rédaction d’une déclaration de conformité, le respect des exigences essentielles (règles permettant de prouver qu’un dispositif est conforme à ce que l’on attend et qu’il n’est pas dangereux pour le patient), une analyse de risques, la qualification des procédés et le contrôle de la biocompatibilité des matériaux. Les documents attestant du respect de cette réglementation doivent pouvoir être produits. Devenir fabricant réglementaire de DM en France est possible pour un établissement de santé à condition de respecter un cahier des charges précis.SummaryHealth care facilities more and more use 3D printing, including making their own medical devices (MDs). However, production and marketing of MDs are regulated. The goal of our work was to clarify what is the current French regulation that should be applied concerning the production of custom-made MDs produced by 3D printing in a health care facility. MDs consist of all devices used for diagnosis, prevention, or treatment of diseases in patients. Prototypes and anatomic models are not considered as MDs and no specific laws apply to them. Cutting guides, splints, osteosynthesis plates or prosthesis are MDs. In order to become a MD manufacturer in France, a health care facility has to follow the requirements of the 93/42/CEE directive. In addition, custom-made 3D-printed MDs must follow the annex VIII of the directive. This needs the writing of a declaration of conformity and the respect of the essential requirements (proving that a MD is secure and conform to what is expected), the procedure has to be qualified, a risk analysis and a control of the biocompatibility of the material have to be fulfilled. The documents proving that these rules have been respected have to be available. Becoming a regulatory manufacturer of MD in France is possible for a health care facility but the specifications have to be respected.

The aim is to design and create efficient cellular architectures for volumetric solar receivers used in the future thermodynamic power plants. Three strategies are considered for the creation of ceramic or carbon preforms: (i) the synthesis of biomorphic materials resulting from the cutting of balsa, (ii) the elaboration of ceramic structures by binder jetting and (iii) the replication of polymer structures made by 3D printing, using a carbon or ceramic precursor resin. In all cases, the green preforms are converted by pyrolysis to C or SiC and an infiltration step / SiC coating by CVD (Chemical Vapor Deposition) completes the manufacture of ceramic structures. An intermediate stage of RCVD (Reactive CVD) was implemented during the first strategy, in order to convert the microporous carbonaceous structure into TiC. The composition, the microstructure and the porous architecture of the ceramic structures were first characterized. The characteristics of the most relevant materials, considering the application as a solar receiver, were then examined. The thermomechanical properties and the oxidation resistance have thus been characterized in priority. Permeability and thermo-radiative properties, which are also two important factors for application, were also considered., L’objectif était de concevoir et réaliser des architectures alvéolaires performantes pour les récepteurs solaires volumétriques des futures centrales thermodynamiques. Trois stratégies différentes sont envisagées pour l’ébauche des préformes carbones ou céramiques : (i) la synthèse de matériaux biomorphiques issus de la découpe de balsa, (ii) l’élaboration de structures céramiques par projection de liant et (iii) la réplication de structures polymères réalisées par impression 3D, à l’aide d’une résine précurseur de carbone ou céramique. Dans tous les cas, les préformes crues sont converties par pyrolyse en C ou SiC et une étape d’infiltration/revêtement de SiC par CVD (Chemical Vapor Deposition) achève la fabrication des structures céramiques. Une étape intermédiaire de RCVD (Reactive CVD) a été mise en œuvre au cours de la première voie, afin de convertir la structure carbonée microporeuse en TiC. La composition, la microstructure et l’architecture poreuse des structures céramiques ont tout d’abord été caractérisées. Les caractéristiques des matériaux les plus pertinentes, compte tenu de l’application en tant qu’absorbeur solaire, ont ensuite été examinées. Les propriétés thermomécaniques et la résistance à l’oxydation ont ainsi été caractérisées en priorité. La perméabilité et les propriétés thermo-radiatives, qui sont également deux facteurs importants pour l’application, ont également été considérées.

Over the past two decades, studies have been conducted to measure the mechanical forces exerted by living cells on their environment. This has led to the development of a variety of ingenious techniques that have been primarily developed to understand how cells exert forces during their migration on 2D substrates. However, in vivo, cells migrate through three-dimensional (3D) environments and the mechanisms used to migrate in 3D differ significantly from those of 2D migration. For example, confined cells in 3D encountering constrictions need to deform their nucleus, their largest and most rigid organelle. In 2D, kernels are not limiting factors for migration. It is therefore necessary to develop tools to understand how cells migrate in 3D. In particular, studies need to be conducted to determine how cells apply forces based on the level of containment they encounter. To answer this difficult question, we have developed two types of micro-devices. First, we designed and manufactured a microfluidic device to study the forces generated by cells during a confined migration. This device consists of microchannels of controlled dimensions equipped with micropiliers, serving as force sensors. These force sensors have a sensitivity of the order of 70 pN. We then introduced into the device human macrophages, cells of the immune system, inside the device and evaluated the bending of micropiliers generated by the cellular forces applied during their migration. Through the development of an algorithm for image analysis, we have been able to evaluate the forces generated in different cell areas and reveal that cells are redirecting pressure forces from the inside to the outside as the degree of containment increases. This observation suggests a very specific mode of migration related to spatial confinement that is based on the support without adhesion on the obstacles of the environment. In a second time we made three-dimensional networks obtained by a 3D bi-photonic lithography method. Les motifs de ces réseaux possèdent des dimensions caractéristiques de l'échelle cellulaire (1-10 μm) et sont composés de poutres suspendues qui peuvent être courbés par les cellules vivantes qui migrent au sein du treillis tri-dimensionnel. En enregistrant une séquence vidéo des déformations de l'échafaudage, nous pouvons étudier l'activité mécanique de la cellule dans l'espace et le temps pendant sa migration 3D. Nos résultats montrent que les macrophages sont capables de pénétrer dans des réseaux de géométrie cubique lorsque la période du réseau est supérieure à 5 μm et que le support de migration lui-même peut être utilisé comme capteur pour mesurer les forces exercées par les cellules. Grâce à la mesure de la rigidité du matériau constituant le treillis 3D et des modélisations de la déformation élastique de la structure 3D, nous avons pu évaluer que la contrainte mécanique globale qu’exerce un macrophage sur son microenvironnement est de l’ordre de 500 kPa. Grâce à la combinaison de la microfabrication, l'imagerie cellulaire et l'analyse automatisée des images, nous sommes parvenus à quantifier les efforts mécaniques cellulaires mis en jeu lors de la migration de macrophages humains au sein d’environnements confinés et nous mettons ainsi en lumière la mécanique spécifique des cellules migrant en 3D., Au cours des deux dernières décennies, des études ont été réalisée pour mesurer les forces mécaniques exercées par des cellules vivantes sur leur environnement. Cela a conduit au développement de diverses techniques ingénieuses qui ont principalement été réalisées pour comprendre la façon dont les cellules exercent des forces pendant leur migration sur des substrats bidimensionnels (2D). Cependant, in vivo, les cellules migrent à travers des environnements tridimensionnels (3D) et les mécanismes utilisés pour migrer en 3D diffèrent significativement de ceux de la migration 2D. A titre d'exemple, les cellules confinées en 3D rencontrant des constrictions ont besoin de déformer leur noyau, leur organelle le plus grand et le plus rigide. En 2D, les noyaux ne sont pas des facteurs limitants pour la migration. Il est donc nécessaire de développer des outils pour comprendre comment les cellules migrent en 3D. En particulier, des études doivent être menées pour déterminer comment les cellules appliquent des forces en fonction du niveau de confinement auquel elles se trouvent confrontées. Pour répondre à cette question difficile, nous avons développé deux types de micro-dispositifs. Tout d'abord, nous avons conçu et fabriqué un dispositif de microfluidique pour étudier les forces générées par les cellules pendant une migration confinée. Ce dispositif est constitué de microcanaux de dimensions contrôlées équipés de micropiliers, servant de capteurs de forces .Ces capteurs de forces présentent une sensibilité de l’ordre de 70 pN. Nous avons ensuite introduit dans le dispositif des macrophages humains, cellules du système immunitaire, à l'intérieur du dispositif et évalué la flexion des micropiliers engendrée par les forces cellulaires appliquées lors de leur migration. Grâce au développement d’un algorithme permettant l’analyse des images, nous avons pu évaluer les forces générées dans différentes zones cellulaires et révéler que les cellules redirigent les forces de pression de l'intérieur vers l'extérieur lorsque le degré de confinement augmente. Cette observation suggère un mode de migration très spécifique lié au confinement spatial qui est basé sur l’appui sans adhésion sur les obstacles de l’environnement. Dans un deuxième temps nous avons fabriqué des réseaux tri-dimensionnels obtenus par une méthode de lithographie bi-photonique 3D. Les motifs de ces réseaux possèdent des dimensions caractéristiques de l'échelle cellulaire (1-10 μm) et sont composés de poutres suspendues qui peuvent être courbés par les cellules vivantes qui migrent au sein du treillis tri-dimensionnel. En enregistrant une séquence vidéo des déformations de l'échafaudage, nous pouvons étudier l'activité mécanique de la cellule dans l'espace et le temps pendant sa migration 3D. Nos résultats montrent que les macrophages sont capables de pénétrer dans des réseaux de géométrie cubique lorsque la période du réseau est supérieure à 5 μm et que le support de migration lui-même peut être utilisé comme capteur pour mesurer les forces exercées par les cellules. Grâce à la mesure de la rigidité du matériau constituant le treillis 3D et des modélisations de la déformation élastique de la structure 3D, nous avons pu évaluer que la contrainte mécanique globale qu’exerce un macrophage sur son microenvironnement est de l’ordre de 500 kPa. Grâce à la combinaison de la microfabrication, l'imagerie cellulaire et l'analyse automatisée des images, nous sommes parvenus à quantifier les efforts mécaniques cellulaires mis en jeu lors de la migration de macrophages humains au sein d’environnements confinés et nous mettons ainsi en lumière la mécanique spécifique des cellules migrant en 3D.

Following the incorporation of radionuclides in the body, quantitative imaging in nuclear medicine and in vivo spectrometry measurements are used to quantify the retained activity. The calibration of these in vivo systems can be improved to take account of individual variability. To optimize the measurements of the activity retained, innovative calibration phantoms were created and manufactured by 3D printing. 3D computer graphics were used for the design, coupled with an engineering work allowing the inclusion of radionuclides and the fit to users’ needs. A set of age-specific thyroid phantoms has been developed and used to improve the thyroid in vivo measurement of children. Following a systematic study, the calibration coefficients for IRSN emergency and routine installations were determined for adults and 5, 10 and 15 year old children. A pathological thyroid phantom has been developed in addition to the set of thyroid phantoms dedicated to the emergency to improve the thyroid uptake measurement in nuclear medicine. A multicentre study was carried out to optimize the calibration so that treatment of thyroid benign diseases moves towards a better personalization. For lung in vivo measurement, a set of breast phantoms has been developed to improve the monitoring of female workers. Finally, this research work has allowed developing several phantoms adapted to the needs and their usefulness was proven for the quantification of the activity in internal dosimetry.; Après l’incorporation de radionucléides dans l’organisme, l’imagerie quantitative en médecine nucléaire et l’anthroporadiométrie sont utilisés pour quantifier l’activité retenue. L’étalonnage de ces systèmes in vivo peut être amélioré afin de tenir en compte de la variabilité individuelle. En vue d’optimiser la mesure de l’activité retenue, des fantômes d’étalonnage innovants ont été réalisés par impression 3D. L’infographie 3D a été utilisée pour la conception, en parallèle avec un travail d’ingénierie permettant l’inclusion de radionucléides et l’adaptation aux besoins des utilisateurs. Un jeu de fantômes thyroïdiens adapté à l’âge a été développé et utilisé pour améliorer la mesure anthroporadiométrique thyroïdienne des enfants. À la suite d’une étude systématique, les coefficients d’étalonnage des installations de routine et de crise de l’IRSN ont été déterminés pour l’adulte et les enfants de 5, 10 et 15 ans. Un fantôme thyroïdien pathologique a été développé en plus du jeu de fantômes thyroïdiens dédié à la crise pour améliorer la mesure de fixation thyroïdienne en médecine nucléaire. Une étude multicentrique a été réalisée pour optimiser l’étalonnage afin de mieux personnaliser le traitement des pathologies bénignes de la thyroïde. Pour l’anthroporadiométrie pulmonaire, une famille de fantômes de poitrine a été développée pour améliorer la surveillance des travailleuses du nucléaire. Finalement, ce travail de recherche a permis de développer des fantômes adaptés aux besoins et de démontrer leur utilité pour la quantification de l’activité en dosimétrie interne.

Following the incorporation of radionuclides in the body, quantitative imaging in nuclear medicine and in vivo spectrometry measurements are used to quantify the retained activity. The calibration of these in vivo systems can be improved to take account of individual variability. To optimize the measurements of the activity retained, innovative calibration phantoms were created and manufactured by 3D printing. 3D computer graphics were used for the design, coupled with an engineering work allowing the inclusion of radionuclides and the fit to users’ needs. A set of age-specific thyroid phantoms has been developed and used to improve the thyroid in vivo measurement of children. Following a systematic study, the calibration coefficients for IRSN emergency and routine installations were determined for adults and 5, 10 and 15 year old children. A pathological thyroid phantom has been developed in addition to the set of thyroid phantoms dedicated to the emergency to improve the thyroid uptake measurement in nuclear medicine. A multicentre study was carried out to optimize the calibration so that treatment of thyroid benign diseases moves towards a better personalization. For lung in vivo measurement, a set of breast phantoms has been developed to improve the monitoring of female workers. Finally, this research work has allowed developing several phantoms adapted to the needs and their usefulness was proven for the quantification of the activity in internal dosimetry.; Après l’incorporation de radionucléides dans l’organisme, l’imagerie quantitative en médecine nucléaire et l’anthroporadiométrie sont utilisés pour quantifier l’activité retenue. L’étalonnage de ces systèmes in vivo peut être amélioré afin de tenir en compte de la variabilité individuelle. En vue d’optimiser la mesure de l’activité retenue, des fantômes d’étalonnage innovants ont été réalisés par impression 3D. L’infographie 3D a été utilisée pour la conception, en parallèle avec un travail d’ingénierie permettant l’inclusion de radionucléides et l’adaptation aux besoins des utilisateurs. Un jeu de fantômes thyroïdiens adapté à l’âge a été développé et utilisé pour améliorer la mesure anthroporadiométrique thyroïdienne des enfants. À la suite d’une étude systématique, les coefficients d’étalonnage des installations de routine et de crise de l’IRSN ont été déterminés pour l’adulte et les enfants de 5, 10 et 15 ans. Un fantôme thyroïdien pathologique a été développé en plus du jeu de fantômes thyroïdiens dédié à la crise pour améliorer la mesure de fixation thyroïdienne en médecine nucléaire. Une étude multicentrique a été réalisée pour optimiser l’étalonnage afin de mieux personnaliser le traitement des pathologies bénignes de la thyroïde. Pour l’anthroporadiométrie pulmonaire, une famille de fantômes de poitrine a été développée pour améliorer la surveillance des travailleuses du nucléaire. Finalement, ce travail de recherche a permis de développer des fantômes adaptés aux besoins et de démontrer leur utilité pour la quantification de l’activité en dosimétrie interne.

Les techniques de planification numérique et d’impression 3D sont des techniques novatrices et porteuses d’espoir pour la chirurgie de demain. Elles existent depuis plus de vingt ans dans le domaine de l’implantologie dentaire et ont largement prouvé leur efficacité en terme de précision et de reproductibilité. À l’heure actuelle la chirurgie maxillo-faciale assistée par ordinateur est en voie de développement, cependant certaines équipes de chirurgies reconstructrices ont déjà réussi à mettre en place dans leurs structures des protocoles opératoires incluant la modélisation tridimensionnelle. Les reconstructions de pertes de substances mandibulaires par lambeau libre de fibula sont des interventions difficiles de longues durées permettant la réhabilitation des fonctions mandibulaires et du profil esthétique du patient grâce au rétablissement de la continuité mandibulaire. Elles nécessitent une grande rigueur et une extrême précision car chacune des étapes opératoires peuvent entraîner l’échec de l’intervention. Aujourd’hui les techniques de modélisation et d’impression 3D permettent de planifier en pré-opératoire la conformation fibulaire souhaitée et de la transférer au bloc opératoire à l’aide de dispositifs sur-mesure obtenus à partir de données intégralement numériques. L’amélioration de la précision et la reproductibilité parfaite entre la planification et la conformation fibulaire permettent en outre d’intégrer un projet prothétique supra implantaire à la reconstruction mandibulaire dans le même temps opératoire. Ce travail présente la méthode de simulation chirurgicale numérique de reconstruction de la mandibule par lambeau libre de fibula et les différentes possibilités qui en découlent.

Catégories: Communications Orales; National audience; L’impression 3D a été appliquée sur différents matériaux comme les métaux, les céramiques, les plastiques. L’utilisation de cette technologie dans le domaine de la construction est aujourd’hui d’actualité et se développe rapidement. Cette technologie permet de réduire le temps nécessaire à la construction et de supprimer les coffrages. Elle a créé de nouvelles opportunités pour la recherche sur les matériaux cimentaires. En effet les nouvelles formulations doivent disposer de caractéristiques spécifiques comme la facilité de pompage afin d’être injectées dans le système d’impression 3D, mais doivent être suffisamment stables en sortie de buse pour garder leur forme et présenter une bonne adhésion entre couches successives. L’étude sur l’impression 3D de matériaux cimentaires a commencé depuis des années. Cependant, dans la littérature, il y a peu d’étude sur la rhéologie de ces formulations. La connaissance des paramètres rhéologiques de ces formulations est très importante car ils affectent la mise en oeuvre, la pompabilité ou l’extrudabilité, l’adhésion entre les couches extrudées, … Les méthodes rhéologiques utilisées pour les formulations cimentaires (béton, mortier ou pâte de ciment) sont applicables pour des mélanges à fluidité élevée. Elles ne sont donc pas adaptées à la caractérisation de la rhéologie des formulations denses, cohésives et très visqueuses. Différentes méthodes indirectes permettent d’atteindre les caractéristiques rhéologiques des formulations cimentaires. La relation entre le seuil d’écoulement et des essais de pénétration a été présentée dans l’étude de Lootens et al. et de Khalil et al. Une autre méthode utilisée est le rhéomètre capillaire. Le mortier est également utilisé pour la fabrication des plaques décoratives. Dans ce cas, un motif peut être appliqué à la surface du mortier frais afin de laisser son empreinte. L’aptitude au maintien du motif produit dépend non seulement du moment d’application mais aussi de la composition du mortier, de sa rhéologie...L’objectif de cette étude est de caractériser l’influence de l’ajout d’agent de viscosité et de résine sur la rhéologie via la pénétration d’une aiguille et d’un rhéomètre capillaire. L’aptitude au maintien du motif est caractérisée par mesures de rugosité de la surface.

Bien qu’on eût tôt fait de considérer les personnes atteintes de problèmes de vision comme un non-public, plusieurs études suggèrent que l’accès à l’art et à la culture pourrait constituer un vecteur d’inclusion sociale pour celles et ceux qui sont atteints de cécité partielle ou totale. Or, le discours des musées, ainsi que la prédominance de l’« ocularité » dans les approches de l’art, ont longtemps favorisé l’accès à des publics plus généraux, et surtout, physiologiquement aptes à tirer avantage d’une médiation principalement visuelle. Depuis 2015, l’apparition de nouvelles politiques d’accessibilité a fortement contribué à renverser cette tendance en encourageant les musées à s’adresser également à ces « publics empêchés », c’est-à-dire placés dans différentes situations d’exclusion sociale à cause de leur handicap. Cette volonté d’accroître l’accessibilité et l’accès à la culture se traduit, entre autres, par l’élaboration de nouvelles formes de médiation. Ainsi, davantage d’options sont désormais proposées aux publics malvoyants et non-voyants : audioguides mains libres, visites adaptées, dessins et plans en reliefs, descriptions en braille, etc. Les institutions muséales font aussi preuve d’ouverture en redonnant progressivement la place qui revenait autrefois au toucher comme modalité d’appréhension esthétique. Ils reconnaissent, de ce fait, l’impact d’une médiation tactile sur l’expérience du visiteur. L’objectif de ce mémoire est d’envisager comment les technologies, plus précisément l’impression 3D, peuvent être utilisées pour « traduire » tactilement une œuvre peinte, donc bidimensionnelle, afin de rendre la couleur accessible à un public atteint de problèmes de vision. Pour ce faire, nous réaliserons deux prototypes de traduction tactile, représentant une œuvre d’Alfred Pellan. Cela nous amènera aussi à évaluer concrètement des solutions pour le milieu muséal. Notre mémoire s’articule autour de trois axes majeurs : la contextualisation et l’analyse des éléments clés, l’apport des technologies et le renouvellement du rapport à l’œuvre grâce à une traduction tactile. Par cette recherche, à la fois expérimentale et qualitative, nous souhaitons contribuer à l’adaptation de nouvelles technologies au monde muséal, et alimenter du même coup le dialogue sur les politiques d’accessibilité et qui permettent de mieux lier les publics atteints d’un handicap visuel aux œuvres significatives de l’histoire de l’art et pour notre culture commune., Although people affected by problems of vision have often been excluded from the public to whom media and culture are often directed, several studies suggest that access to art and culture could help include them socially. However, the discourse of museums, as well as the dominance of "ocularity", have for a long time favoured access to more general audiences, which were physiologically able to benefit from a predominantly visual mediation. Since 2015, the emergence of new accessibility policies has strongly contributed to reversing this trend by encouraging museums to also address these "impeded audiences", those socially excluded in different ways because of their disabilities. This desire to increase accessibility and access to culture is reflected, among other things, in the development of new forms of mediation. Thus, more options are now available to visually impaired and blinds: hands-free audioguides, adapted tours, drawings and plans in relief, Braille descriptions, and so on. Museum institutions are also showing an attitude of inclusiveness by gradually restoring the place that once belonged to touch as a form of apprehension. They are recognizing the impact of a tactile mediation on the visitor's experience and how this can affect the way in which they understand the cultural content presented to them. The objective of this master’s thesis is to demonstrate how technologies, more specifically 3D printing, can be used to tactilely "translate" a painted, therefore two-dimensional work of art, in order to make colour accessible to an audience with visual impairments. The creation of two tactile prototypes, representing a painting by Alfred Pellan, should enable us to renew the question of how we make in relation to these new technological means of production and to concretely evaluate solutions for the museum environment. This master’s thesis is therefore structured around three major axes: contextualization and analysis of key elements, the contribution of technologies, and the renewal of the relationship to the artwork through a tactile translation. Through this experimental and qualitative research, we hope to contribute to the adaptation of new technologies to the museum world, thereby fostering dialogue on accessibility policies and helping to better link visually impaired audiences to important artworks of our world and, from a broader perspective, to Art History.

Cet article traite de la restauration d’une peinture sur panneau avec cadre qui date de la deuxième moitié du XVI siècle, qui est actuellement conservé à la Galleria Regionale della Sicilia di Palazzo Palazzo Abatellis (Palerme, Italie). Une attentive étude historique et artistique a précédé la restauration qui avait pour but de rétablir une bonne lecture de l’œuvre. Cette étude se concentre sur la possibilité de réintégrer un élément manquant du cadre avec des matériaux utilisés dans l’imprimante 3D pour rétablir sa fonction de «connexion spatiale» entre l’œuvre et l’espace d’exposition. Le résultat de l’expérience a consisté dans la création de deux éléments, imprimés grâce à l’ingénierie inverse et à une imprimante 3D après avoir essayé trois différents types de filaments. This paper presents the restoration of a panel painting with frame of the second half of the XVI century and now preserved at the Abatellis (i.e. Galleria Regionale della Sicilia di Palazzo Abatellis, Palermo, Italy). A careful historical and artistic study as well as a diagnostic analysis preceded the restoration that aimed to re-establish a good reading of the painting. The essay focuses on the possibility to reintegrate a missing element of the frame with materials used in the 3D printing, in order to restore its function of “spatial connection” between the painting and the expositive environment. The result of the experimentation was the design of two elements, printed using reverse engineering and a 3D printer, after testing three types of filaments.

Our modern society is more and more impacted in all aspects by this new concept of 3D printing. This revolutionary technology allows us to be part of the conception of todays’ and tomorrow’s tools. Among all the many possible applications in dental office, we are going to take a look at stereolithographic surgical template for implantology. After explaining different 3D printing technics, planning software Blue Sky Plan will be describe step by step through an exemple. Then, guided surgery upsides and downsides as well as its different types of templates will be shown using a systematic review. Finally, it’s by using some practical cases that we’ll illustrate the whole subject., L’impression 3D s'immisce progressivement dans tous les secteurs de production de notre société moderne. Une technologie révolutionnaire qui nous permet d’accéder de façon plus directe à la conception de nos outils d’aujourd’hui et de demain. Parmi les applications en cabinet possibles, c’est l’impression de guides chirurgicaux pour l’implantologie réalisés par stéréolithographie qui va nous intéresser. Après avoir décrit les différentes techniques d’impression 3D, le logiciel de planification Blue Sky Plan sera lui aussi décrit avec un accompagnement pas à pas d’un cas général. Une présentation de la chirurgie guidée, de ses avantages et de ses inconvénients ainsi que les différents guides permettant sa mise en place fera office de deuxième partie à l’aide d’une revue.

Bone substitutes, an approach to attend social demand for bone healing and reparation, are temporary replacements of bone tissue, promote bone formation and growth and finally are bioresorbed. No single material meets these requirements; an alternative is a bioinspired composite material. The objective of this thesis was thus to study the synthesis and properties of two bioceramics/biopolymer composites: chitosan physical hydrogels mineralized with apatite and hardystonite scaffolds impregnated with chitosan physical hydrogels. To obtain the first material, two strategies were developed. The first one consisted in the fabrication of chitosan physical hydrogels and its subsequent mineralization with apatite; the formation of micro-capillaries occurred under particular synthesis conditions, and apatite precipitates were found only on the surface of hydrogels. The second strategy consisted in a simultaneous conversion of chitosan-calcium phosphate suspensions into chitosan-apatite hydrogels. The suspensions were prepared by sequential or simultaneous mixing of calcium and phosphate suspensions with chitosan solutions. Smaller and more uniformly distributed mineral aggregates were formed following sequential mixing, attributed to higher homogeneity, lower viscosity and no-presence of chitosan. This enabled the use of these chitosan-calcium phosphate suspensions as inks for 3-D printing. In general, three factors impacted the mechanical properties of mineralized chitosan hydrogels: the base used for gelation (determining the gelation rate: a higher rate preserved chain entanglement, resulting in higher elasticity); the density of physical crosslinks (hence a higher storage modulus) and the ionic strength (that led to chitosan chain disentanglements, thus, low storage modulus). Chitosan hydrogels and mineralized hydrogels were not cytotoxic, having no deleterious effects on osteoblasts proliferation. To fabricate the second material, pre-ceramic ink was 3-D printed and then sintered to form crystalline hardystonite ceramic. Hardystonite scaffolds were impregnated with chitosan solution that was, next, converted to chitosan physical hydrogel. At higher chitosan concentration, viscosity of solution was higher and scaffold impregnation was lower. At higher gelation rate, which depend on base used for gelation, lower weight loss during gelation. Chitosan hydrogel partially filled the pores contributing to bearing of external loads and to energy dissipated by fracture.; Les substituts osseux synthétiques servent au remplacement temporaire des tissus osseux, favorisent la formation, la croissance et la survie de l’os et sont biorésorbables. Aucun matériau monophasé ne remplissant complètement ces exigences, un matériau composite bioinspiré est une alternative possible. L’objectif de cette thèse était par conséquent d’étudier la synthèse et les propriétés de deux composites biocéramiques/biopolymères : des hydrogels physiques de chitosane minéralisés avec de l’apatite, et une hardystonite architecturée imprégnée par des hydrogels physiques de chitosane. Afin d’obtenir le premier matériau, deux approches ont été développées. La première a consisté à fabriquer des hydrogels physiques de chitosane puis à les minéraliser avec de l’apatite ; la formation de microcapillaires se produit avec des conditions de synthèse spécifiques, et les précipités d’apatite ont été trouvés uniquement à la surface des hydrogels. La seconde approche consiste à convertir des suspensions homogènes contenant le phosphate de calcium et le chitosane en hydrogels de chitosane minéralisés par l’apatite. Les suspensions ont été préparées soit avec un mélange simultané, soit avec des mélanges successifs de suspensions phosphates de calcium avec les solutions de chitosane. Des agrégats minéraux plus petits avec une distribution plus uniforme ont été formés avec la méthode des mélanges successifs. Cela est attribué à une meilleure homogénéité, une viscosité plus faible et l’absence de chitosane. De manière générale, trois paramètres influencent les propriétés mécaniques d’hydrogels de chitosane minéralisés : la base utilisée pour la gélification (déterminant la vitesse de gélification : une grande vitesse conserve l’enchevêtrement des chaînes, résultant en une meilleure élasticité) ; la densité de la réticulation physique (cela induit un module de conservation plus important) et la force ionique (qui mène au désenchevêtrement des chaînes de chitosane, donc, à un faible module de conservation). Cette compréhension a permis l’utilisation de ces suspensions de phosphate de calcium-chitosane en tant qu’encre pour l’impression 3D. Les hydrogels de chitosane et les hydrogels minéralisés ne sont pas cytotoxiques. Pour fabriquer le second matériau, une encre pré-céramique a été imprimée en 3D puis frittée pour former une céramique d’hardystonite cristalline. Les scaffolds d’hardystonite ont été imprégnés par la solution de chitosane, converties ensuite en hydrogels physiques de chitosane. A plus forte concentration de chitosane, la viscosité de la solution était plus grande et l’imprégnation de la matrice plus lente. Avec une vitesse de gélification plus importante, qui dépend de la base utilisée pour la gélification, la perte de poids est plus faible pendant la gélification. L’hydrogel de chitosane a partiellement rempli les pores participant au support de charges externes et à la dissipation d’énergie par rupture.

National audience; Au sein des tissus vivants, les cellules forment une communauté organisée et en interaction dans d’une matrice extra cellulaire. De ce microenvironnement cellulaire, naissent les mécanismes responsables de l’homéostasie ou de la dégénérescence des tissus qui sont étroitement liés à la topologie ainsi qu’à la distribution spatiale des propriétés physico-chimiques et biologiques. Ainsi, la fabrication de modèles mimétiques permettant de reproduire, en trois dimensions, les paramètres physiques et chimiques essentiels du microenvironnement, est devenu un enjeu majeur en biologie et en médecine. Dans cet objectif, les technologies microfluidiques et de bioimpression apparaissent comme des outils particulièrement performants pour créer des modèles de microenvironnements propices à la manipulation de liquides biologiques, à leur traitement à des fins d’analyse ou d’étude de la prolifération cellulaire. Cette soutenance sera dédiée, dans un premier temps, à une présentation des projets de recherches menés au sein de l’institut Curie puis au sein du LAAS CNRS autour du développement de de concepts microfluidiques pour la réalisation de dispositifs miniaturisés d’analyse (pré-concentration, capture et analyse de biomarqueurs et de cellules) ou de diagnostic cellulaire (capture de cellules tumorales circulantes, analyse génétique). Dans un deuxième temps seront présentées les évolutions de ces activités de recherche vers le développement de modèles standardisés de microenvironnements cellulaires sur la base de technologies d’impression 3D et de bioimpression.

National audience; Au sein des tissus vivants, les cellules forment une communauté organisée et en interaction dans d’une matrice extra cellulaire. De ce microenvironnement cellulaire, naissent les mécanismes responsables de l’homéostasie ou de la dégénérescence des tissus qui sont étroitement liés à la topologie ainsi qu’à la distribution spatiale des propriétés physico-chimiques et biologiques. Ainsi, la fabrication de modèles mimétiques permettant de reproduire, en trois dimensions, les paramètres physiques et chimiques essentiels du microenvironnement, est devenu un enjeu majeur en biologie et en médecine. Dans cet objectif, les technologies microfluidiques et de bioimpression apparaissent comme des outils particulièrement performants pour créer des modèles de microenvironnements propices à la manipulation de liquides biologiques, à leur traitement à des fins d’analyse ou d’étude de la prolifération cellulaire. Cette soutenance sera dédiée, dans un premier temps, à une présentation des projets de recherches menés au sein de l’institut Curie puis au sein du LAAS CNRS autour du développement de de concepts microfluidiques pour la réalisation de dispositifs miniaturisés d’analyse (pré-concentration, capture et analyse de biomarqueurs et de cellules) ou de diagnostic cellulaire (capture de cellules tumorales circulantes, analyse génétique). Dans un deuxième temps seront présentées les évolutions de ces activités de recherche vers le développement de modèles standardisés de microenvironnements cellulaires sur la base de technologies d’impression 3D et de bioimpression.

Study and realization of a 3D printhead for meat-based food. EFFOST Annual Conference

Bone substitutes, an approach to attend social demand for bone healing and reparation, are temporary replacements of bone tissue, promote bone formation and growth and finally are bioresorbed. No single material meets these requirements; an alternative is a bioinspired composite material. The objective of this thesis was thus to study the synthesis and properties of two bioceramics/biopolymer composites: chitosan physical hydrogels mineralized with apatite and hardystonite scaffolds impregnated with chitosan physical hydrogels. To obtain the first material, two strategies were developed. The first one consisted in the fabrication of chitosan physical hydrogels and its subsequent mineralization with apatite; the formation of micro-capillaries occurred under particular synthesis conditions, and apatite precipitates were found only on the surface of hydrogels. The second strategy consisted in a simultaneous conversion of chitosan-calcium phosphate suspensions into chitosan-apatite hydrogels. The suspensions were prepared by sequential or simultaneous mixing of calcium and phosphate suspensions with chitosan solutions. Smaller and more uniformly distributed mineral aggregates were formed following sequential mixing, attributed to higher homogeneity, lower viscosity and no-presence of chitosan. This enabled the use of these chitosan-calcium phosphate suspensions as inks for 3-D printing. In general, three factors impacted the mechanical properties of mineralized chitosan hydrogels: the base used for gelation (determining the gelation rate: a higher rate preserved chain entanglement, resulting in higher elasticity); the density of physical crosslinks (hence a higher storage modulus) and the ionic strength (that led to chitosan chain disentanglements, thus, low storage modulus). Chitosan hydrogels and mineralized hydrogels were not cytotoxic, having no deleterious effects on osteoblasts proliferation. To fabricate the second material, pre-ceramic ink was 3-D printed and then sintered to form crystalline hardystonite ceramic. Hardystonite scaffolds were impregnated with chitosan solution that was, next, converted to chitosan physical hydrogel. At higher chitosan concentration, viscosity of solution was higher and scaffold impregnation was lower. At higher gelation rate, which depend on base used for gelation, lower weight loss during gelation. Chitosan hydrogel partially filled the pores contributing to bearing of external loads and to energy dissipated by fracture., Les substituts osseux synthétiques servent au remplacement temporaire des tissus osseux, favorisent la formation, la croissance et la survie de l’os et sont biorésorbables. Aucun matériau monophasé ne remplissant complètement ces exigences, un matériau composite bioinspiré est une alternative possible. L’objectif de cette thèse était par conséquent d’étudier la synthèse et les propriétés de deux composites biocéramiques/biopolymères : des hydrogels physiques de chitosane minéralisés avec de l’apatite, et une hardystonite architecturée imprégnée par des hydrogels physiques de chitosane. Afin d’obtenir le premier matériau, deux approches ont été développées. La première a consisté à fabriquer des hydrogels physiques de chitosane puis à les minéraliser avec de l’apatite ; la formation de microcapillaires se produit avec des conditions de synthèse spécifiques, et les précipités d’apatite ont été trouvés uniquement à la surface des hydrogels. La seconde approche consiste à convertir des suspensions homogènes contenant le phosphate de calcium et le chitosane en hydrogels de chitosane minéralisés par l’apatite. Les suspensions ont été préparées soit avec un mélange simultané, soit avec des mélanges successifs de suspensions phosphates de calcium avec les solutions de chitosane. Des agrégats minéraux plus petits avec une distribution plus uniforme ont été formés avec la méthode des mélanges successifs. Cela est attribué à une meilleure homogénéité, une viscosité plus faible et l’absence de chitosane. De manière générale, trois paramètres influencent les propriétés mécaniques d’hydrogels de chitosane minéralisés : la base utilisée pour la gélification (déterminant la vitesse de gélification : une grande vitesse conserve l’enchevêtrement des chaînes, résultant en une meilleure élasticité) ; la densité de la réticulation physique (cela induit un module de conservation plus important) et la force ionique (qui mène au désenchevêtrement des chaînes de chitosane, donc, à un faible module de conservation). Cette compréhension a permis l’utilisation de ces suspensions de phosphate de calcium-chitosane en tant qu’encre pour l’impression 3D. Les hydrogels de chitosane et les hydrogels minéralisés ne sont pas cytotoxiques. Pour fabriquer le second matériau, une encre pré-céramique a été imprimée en 3D puis frittée pour former une céramique d’hardystonite cristalline. Les scaffolds d’hardystonite ont été imprégnés par la solution de chitosane, converties ensuite en hydrogels physiques de chitosane. A plus forte concentration de chitosane, la viscosité de la solution était plus grande et l’imprégnation de la matrice plus lente. Avec une vitesse de gélification plus importante, qui dépend de la base utilisée pour la gélification, la perte de poids est plus faible pendant la gélification. L’hydrogel de chitosane a partiellement rempli les pores participant au support de charges externes et à la dissipation d’énergie par rupture.

L'impression 3D offre désormais une énorme liberté de conception, de fabrication et d'innovation dans un grand nombre de domaines industriels, dont le médical et l’alimentaire. Nous analysons, ici, les récents développements dans ces deux domaines, ainsi que l’impact de ces méthodes 3D en termes de développement durable et d’acceptabilité des consommateurs. Une réflexion est également amorcée concernant les aliments à fonctionnalités ciblées imprimés en 3D, ciblant différents secteurs de la population, ainsi que les perspectives de développement de ces produits au cours de la prochaine décennie. L'impression 3D est une technologie prometteuse et, offrir des solutions nutritionnelles clé en main et sur mesure à des populations jusqu'alors exclues de certains marchés en raison de leur état de santé, de difficultés d'accès aux ressources alimentaires, ou tout simplement avec un pouvoir d’achat limité, représente une série de problèmes à surmonter. Le défi majeur pour les années à venir sera de développer, en utilisant l'impression 3D, des produits carnés ou des produits mélangeant des sources de protéines alternatives parfaitement structurés sans devoir utiliser d'additifs. La dernière étape consistera à obtenir l'approbation du consommateur pour ces aliments imprimés en 3D., 3D printing now provides enormous freedom to design, manufacture and innovate in a whole number of sector spaces, including medical and food sectors. Here, we analyze the applications developed on the back of these methods, targeting the impact these methods have on the design and production-line sustainability of the biobased products per se and on consumer acceptability of these 3D-printed products. We also look at 3D-printed functional foods targeting different sectors of the population, and the development prospects for 3D-printed biobased products in the coming decade. 3D printing is a technology with a bright future. Providing custom-tailored turnkey nutritional solutions to populations that have thus far been excluded from certain markets due to their health conditions, deprived of regular access to food resources, or simply too short of buying power, represents a series of issues that can be overcome. The major challenge for the coming years will be to develop, using 3D printing, meat products or products blending alternative protein sources that remain perfectly structured without having to use additives. The final step will be to garner consumer acceptance for these 3D-printed foods.

This thesis is about study of tunable output multiplexer principle for telecommunication satellite payload. The first step is analysis of the main topologies of output multiplexers and to compare them to conclude with the best candidate. Then, several studies were conducted on 3D plastic printed passive components with specific metallizations, searching how to improve results in term of losses and precision. Last part detailed two channels multiplexer design which can be used on three different states of relative bandwidth from 1.6 to 4.8 % at 19 GHz, and realization of two concept proof prototypes (one in metallized 3D printed plastic and another one in machined aluminum).; Cette thèse a pour but d’étudier le principe d’un multiplexeur de sortie accordable pour la charge utile d’un satellite de télécommunication. La première étape consiste à analyser les principales topologies de multiplexeur de sortie utilisables et les comparer pour en retirer le meilleur candidat pour cette application. Par la suite, diverses études ont été menées sur des composants passifs imprimés en 3D plastique et métallisés de diverses manières, en cherchant à comprendre comment améliorer au mieux les résultats de ces prototypes. La dernière partie de ce manuscrit détaille la conception d’un multiplexeur à deux canaux pouvant être utilisé sur trois états différents en large bande à 19 GHz. Ces états sont créés par des bandes passantes relatives variant de 1,6 à 4,8 % et une réalisation de deux maquettes sert de preuves de concept et de performance (une en plastique métallisé et la seconde en aluminium usiné).

Tissue Engineering (TE) is “an interdisciplinary field that applies principles of engineering and the life sciences toward development of biological substitutes that restore, maintain, or improve tissue function”. The First application of TE is to replace damaged tissues by artificial cell-materials products of tissue engineering (TE). Another TE application is to produce 2 or 3 dimensional (2D and 3D) models for biological and pharmacological in vitro studies. These models or tissue replacements can be fabricated using a combination of different interdisciplinary methods of medicine, biology, chemistry, physics, informatics and mechanics, providing specific micro-environment with different cell types, growth factors and matrix.One of the major challenges of tissue engineering is related to limited cell penetration in the inner parts of porous biomaterials. Poor cell viability in the center of engineered tissue is a consequence of limited oxygen and nutrients diffusion due to insufficient vascular network within the entire construct. Layer-by-layer (LBL) BioAssembly is a new approach based on assembly of small cellularized constructs that may lead to homogenous cell distribution and more efficient three dimensional vascularization of large tissue engineering constructs.Our hypothesis is that LBL Bioassembly approach is more suitable for bone regeneration than conventional tissue engineering approach. The primary objective of this thesis was to evaluate the advantages of LBL Bioassembly approach using 3D-printed polymer membranes seeded with human primary cells. We have evaluated the efficiency of vascular network formation in vivo within entire 3D tissue engineering construct using LBL bioassembly approach and comparing it to the conventional approach based on seeding of cells on the surface of massive 3D scaffolds. There was no significant difference in number of formed blood vessels in 3D at the outer parts of constructs implanted subcutaneously in mice 8 weeks post-implantation. But in the inner parts of implants which were not in direct contact with a host tissue, we could observe statistically more blood vessel formation when LBL bioassembly approach was used. This vascular network formation was more important in the case of co-cultures than mono-vultures of HBMSCs.There were several secondary objectives in this work. The first was to fabricate cellularized 3D constructs for bone tissue engineering using poly(lactic) acid (PLA) membranes and human primary cells: human bone marrow stroma cells (HBMSCs) isolated from the bone marrow, and endothelial progenitor cells (EPCs) isolated from the umbilical cord blood. Then, we have compared different Additive manufacturing technologies to fabricate scaffolds: direct 3D printing (3DP) starting from PLA powder dissolved in chloroform and fused deposition modelling (FDM) using a commercial or a custom-made printer with different resolutions.The custom-made printer equipped with 100 μm nozzle allowed the highest level of printing resolution concerning pores shape and size. In the meantime we evaluated different stabilization systems for layer-by-layer assembling of PLA membranes with human primary cells: the use of 3D printed PLA clips provided the most efficient stabilization to stack PLA membranes in 3D. Another advantage of this stabilization system is that it could be implanted together with LBL constructs. Then we investigated the most suitable cell culture system for such constructs and we observed more efficient cell proliferation and differentiation when co-culture system is used, comparing to mono-cultures.LBL bioassembly approach seems to be suitable solution for efficient vascularization within entire large 3D tissue engineering constructs especially when co-cultures of mesenchymal and endothelial cells are used.; L’Ingénierie tissulaire (IT) est un domaine interdisciplinaire qui applique les principes de l'ingénierie et des sciences de la vie au développement de substituts biologiques afin de restaurer, maintenir ou améliorer la fonction tissulaire. Sa première application consiste à remplacer les tissus endommagés par des produits cellulaires artificiels. Une autre application de l’IT est basée sur la production des modèles en 2 et 3 dimensions (2D et 3D) pour des études biologiques et pharmacologiques in vitro. Ces modèles ou remplacements de tissus peuvent être fabriqués en utilisant des différentes méthodes de médecine, biologie, chimie, physique, informatique et mécanique, fournissant un micro-environnement spécifique avec différents types de cellules, facteurs de croissance et matrice. L'un des principaux défis de l'IT la pénétration cellulaire limitée dans les parties internes des biomatériaux poreux. Une faible viabilité cellulaire au centre du produit d'IT est la conséquence de la diffusion limitée d'oxygène et de nutriments du fait d’un réseau vasculaire insuffisant dans l'ensemble de la construction 3D. Le BioAssembage couche-par-couche est une nouvelle approche basée sur l'assemblage de petites constructions cellularisées permettant une distribution cellulaire homogène et une vascularisation plus efficace dans des produits d’IT.Notre hypothèse est que l'approche couche-par-couche est plus adaptée à la régénération osseuse que l'approche conventionnelle de l'IT. L'objectif principal de cette thèse était d'évaluer les avantages de l'approche couche-par-couche en utilisant des membranes de polymères imprimées en 3D et ensemencées avec des cellules primaires humaines. Nous avons évalué l'efficacité de la formation du réseau vasculaire in vivo dans toute la construction 3D en utilisant cette approche et en la comparant à l'approche conventionnelle basée sur l'ensemencement des cellules sur la surface des scaffolds massives. Il n'y avait pas de différence significative dans le nombre de vaisseaux sanguins formés en 3D au niveau des parties externes des constructions implantées en site souscutanée chez des souris. Mais dans les parties internes des implants qui n'étaient pas en contact direct avec un tissu hôte, nous avons pu observer une formation des vaisseaux sanguins statistiquement plus efficace lorsque l'approche du bio-assemblage couche-par-couche a été utilisée. Cette formation de réseau vasculaire était plus importante dans le cas de co-cultures que de mono-cultures.Il y avait plusieurs objectifs secondaires dans ce travail. Le premier était de fabriquer des constructions 3D cellularisées pour l'IT en utilisant des membranes d'acide polylactique (PLA) et des cellules primaires humaines : des cellules de stroma de moelle osseuse humaine (HBMSCs) isolées de la moelle osseuse et des cellules progénitrices endothéliales (EPCs) isolées du sang du cordon ombilical. Ensuite, nous avons comparé différentes technologies de fabrication des scaffolds: impression 3D directe à partir de poudre de PLA et impression par fil fondu en utilisant une imprimante commerciale et une autre fabriquée sur mesure. L'imprimante sur mesure a permis le plus haut niveau de résolution d'impression spécialement adaptée à la forme et la taille des pores. Par ailleurs, nous avons évalué différents systèmes de stabilisation pour l'assemblage couche par couche : l’utilisation de clips en PLA imprimés en 3D a fourni une stabilisation plus efficace pour empiler les membranes PLA couche par couche. Un autre avantage de ce système de stabilisation est qu'il peut être implanté avec des implants. Ensuite, nous avons observé une prolifération et une différenciation cellulaire plus efficaces lorsque le système de co-culture était utilisé, en comparaison avec des mono-cultures.L'approche du bioassemblage couche-par-couche semble être une solution appropriée pour une vascularisation efficace dans des structures 3D entières d'ingénierie tissulaire.

The interaction between an impinging electromagnetic wave and a target results in ascattered wave, which depends upon the frequency, the size, shape and electromagnetic propertiesof the target. The measurement of a scattered signal can be used to detect or characterizea target, and the applications range from radar systems at large scale to optical tomography atthe microscale. When the targets have very large or very small dimensions, the microwaveanalogy appears as a useful approach to experimentally investigate a scattering problem. Theexperiment is therefore scaled to the microwave range and the target is mimicked by a centimeter-sized analog, while maintaining the same initial wavelength over target dimension ratioand conserving the same initial permittivity. The microwave scattering experiments are realizedin the anechoic chamber of the Centre Commun de Ressources en Microondes at thefrequencies between 2 GHz and 18 GHz.The objective of this thesis is to widen the application of the microwave analogy byadopting the appropriate techniques to create objects of controlled shapes and electromagneticproperties using special manufacturing technologies, as well as by developing a versatile setupproviding accurate measurements. A special interest is given on low scattering targets, i.e.with low permittivity contrasts and/or small dimensions compared to the wavelength. An extensivestudy on the random noise characterization of the measurement setup was made andthe undesired reflections within the anechoic chamber were investigated. As a result, a noveloptimization technique was proposed which allow having a flexible control of the setup parametersaccording to the investigated target. It consists on angular zones decompositions ofthe bistatic region with different power profiles. In addition, A Hardgating system utilizingtwo RF switches was installed to the measurement setup, allowing to make pulsed signalsmeasurements and to filter out the stray signals.Thanks the new setup optimization, it became possible to accurately measure low scatteringlevels down to -60 dBm2. Moreover, additive manufacturing technologies were involvedin the fabrication of analogs and a novel technique was proposed to obtain targets with“on-demand” value complex permittivity and shape. It became possible manufacture low scatteringanalogs of the real part of permittivity for any value between 1 and 3 by creating wellcontrolled porous structures.Three main targets are studied within the scoop of this thesis: low permittivity spheroids,analogs of photosynthetic microalgae, soot aggregates analogs with complex shape, andscaled forest scene models composed of tree analogs with some metal vehicle analogs., La diffraction est un phénomène issu de la l’interaction d’une onde électromagnétiqueincidente avec un objet. En électromagnétisme, le champ diffracté, qui en résulte, est fonctionde la fréquence, de la taille de l’objet et de ses caractéristiques diélectriques et magnétiques.La mesure du signal ainsi diffracté peut être mise à profit pour caractériser un objet. On peutciter les radars comme des applications qui concernent les grands objets et la tomographieoptique pour les échelles micrométriques. Dans le cadre des études expérimentales, l’analogiemicroonde peut s’avérer bénéfique autant pour les grands que les petits objets. Son principeest de transposer à l’échelle centimétrique les objets dont nous souhaitons étudier la diffraction.Pour être pertinente, cette translation d’échelle doit être réalisée en créant un analoguerespectant le même rapport dimension sur longueur d’onde, tout en conservant la, sur unefréquence donnée, la même permittivité. Toutes les mesures de diffraction de cette thèse ontété réalisées dans la chambre anéchoïque du Centre Commun de Ressources en Microondesavec des fréquences variant entre 2 GHz et 18 GHz.Les objectifs de cette thèse sont d’élargir le champ des applications de l’analogie microondeen adaptant les techniques de fabrication des analogues pour créer des objets de caractéristiquesélectromagnétiques et de géométrie contrôlées d’une part, et d’autre part de développerun outil versatile et précis pour réaliser les mesures de diffraction. Un intérêt particuliera été porté aux objets faiblement diffractant, ce qui peut être dû à leurs faibles dimensionsaussi bien qu’à leurs faibles permittivités. A la suite de la caractérisation des réflexionsparasites et de celle du bruit aléatoire perturbant les mesures, une nouvelle technique d’optimisationdu paramétrage des appareils de mesure, qui tient compte des objets étudiés, a puêtre proposée. Elle comporte notamment un réglage des puissances de source en fonction desangles de bistatisme et un filtrage temporel, par switch, qui a été mis en place et paramétrépour filtrer les signaux parasites mesurés.Les bénéfices de ces diverses optimisations des paramètres de mesures ont été démontréset ils ont permis de mesurer des niveaux de section efficace radar aussi bas que -60 dBm2.De plus, les avancées sur le contrôle de la permittivité permettent de réaliser des analogues degéométrie maîtrisée avec des permittivités relatives à la carte dans la gamme de 1 à 3 ; lapermittivité étant ajustée par contrôle de la porosité.Les trois principales études présentées concernent : des sphéroïdes de faible permittivité,analogues de microalgues photosynthétiques, des agrégats de suies de forme complexes,et des scènes forestières composées d’analogues d’arbres et de véhicules.