Contribution aux technologies de génération d’impulsions électriques ultracourtes pour application dans le domaine de la bioélectricité

Contribution to ultrashort electrical pulse generation technologies for bioelectricity applications

• Auteur / Autrice : Nour Tabcheh
• Direction : Liliana-Délia Arnaud-Cormos, Vincent Couderc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et ingénierie pour l’information
• Date : Soutenance le 13/12/2023
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Joël Andrieu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Noëlle Lewis, Jean-Hugues Paillol, Rosa Orlacchio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Noëlle Lewis, Jean-Hugues Paillol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioélectrochimie

Impulsions picosecondes

Emploi en thérapeutique

Diagnostic

Techniques des impulsions (électronique)

Mots clés libres

Générateur d’impulsions

Applicateur optoélectronique

Optique non linéaire

Impulsions ultra courtes

Électroporation

Onde gelée

Pulse generator

Optoelectronic applicator

Nonlinear optic

Ultrashort pulses

Electroporation

Frozen wave

Résumé

Les effets d’impulsions de courtes durées et de très hautes intensités sur les cellules vivantes sont de plus en plus étudiés. En effet, ce type d’exposition a montré une très grande efficacité dans plusieurs domaines de la vie quotidienne tels que les science environnementales, l’agroalimentaire et le biomédicale. Une chaine d’exposition est composée de trois parties principales : un générateur d’impulsions, un applicateur adapté et une cible. Ce mémoire se focalise sur les deux premiers éléments de la chaine d’exposition, c’est-à-dire, le générateur et l’applicateur. Dans ce contexte, nous présenterons, dans un premier temps, la mise en place de deux générateurs d’impulsions de très hautes tensions d'une durée d'environ 1 ns pour le premier et de 500 ps pour le second. Ces deux générateurs reposent sur le principe de l'onde gelée et permettront de générer trois types d'impulsions : unipolaires, bipolaires et paires, avec des délais ajustables de 10 ns à 200 ns entre les deux polarités d'une même impulsion. Dans un second temps, un nouvel applicateur hybride optoélectronique sera étudié par une double approche, numérique et expérimentale, afin de tester son adaptabilité ainsi que la possibilité de son intégration dans un circuit électronique. Les objectifs primordiaux consistent d’une part, à faciliter le diagnostic cellulaire des cibles endoscopiques, grâce aux effets d'optique non linéaire et d’autre part, à transmettre les impulsions électriques générées à des fins thérapeutiques, en vue de l'élimination de cellules malades au sein de la cible étudiée.

The effects of short duration and very high intensity pulses on living cells are increasingly studied. Indeed, this type of exposure has shown great effectiveness in several areas of daily life such as environmental science, agri-food and biomedical. An exposure chain is made-up of three main parts: a pulse generator, a suitable applicator and a target. This thesis focuses on the first two elements of the chain, that is to say, the generator and the applicator. In this context, we will first present the implementation of two very high voltage pulse generators with a duration of approximately 1 ns for the first and 500 ps for the second. These two generators are based on the principle of the frozen wave generator and will produce three types of pulses: unipolar, bipolar and pairs, with adjustable delays from 10 ns to 200 ns between the two polarities of the same pulse. Secondly, a new hybrid optoelectronic applicator will be studied using a dual approach, digital and experimental, in order to test its adaptability as well as the possibility of its integration into an electronic circuit. The primary objectives consist, on one hand, of facilitating the cellular diagnosis of endoscopic targets, thanks to nonlinear optical effects and on another hand, to transmit the electrical pulses generated for therapeutic purposes, with a view to eliminating diseased cells within the target studied.