Collagen is a key element of organs architecture in mammals. This protein is organized in tridimensional (3D) structures specific to each tissue and responsible for its biophysical and biomechanical properties. Multiphoton microscopy allows the visualization of unstained fibrillar collagens in biological tissues, by use of their endogenous second harmonic generation (SHG) signals. This work focuses on polarization-resolved SHG measurements (P-SHG), in order to characterize the collagen 3D structure in tissues, from the molecular scale to the macroscopic scale.We first studied the sensitivity and the reliability of those P-SHG measurements, and validated this technique as a quantitative tool to probe collagen structure in intact tissues.In collaboration with the Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris, this technique was then applied to the study of collagen model systems with a liquid crystal like organization, in order to find the physico-chemical conditions leading to organizations close to the one observed in cornea.Finally, we introduced SHG circular difference measurements (CD-SHG). This technique allowed us to probe the polarity of collagen fibrils with respect to the image plane. Those measurements complement P-SHG measurements. An experimental implementation of this technique is introduced, as well as preliminary measurements in cornea. We present also preliminary results from CD-SHG/I-SHG correlative imaging, in collaboration with INRS, giving full information about collagen polarity.

Le collagène est un Ă©lĂ©ment majeur de l’architecture des organes chez les mammifères. Cette protĂ©ine s’organise en structures tridimensionnelles (3D) spĂ©cifiques Ă  chaque tissu et responsables de leurs propriĂ©tĂ©s biophysiques et biomĂ©caniques. La microscopie multiphoton permet de visualiser le collagène fibrillaire dans les tissus biologiques, sans aucun marquage, grâce aux signaux de gĂ©nĂ©ration de second harmonique (SHG). Cette thèse prĂ©sente des mesures SHG rĂ©solues en polarisation (P-SHG), dans le but de caractĂ©riser la structure 3D du collagène dans divers tissus, de l’Ă©chelle molĂ©culaire Ă  l’Ă©chelle macroscopique.Nous avons d’abord Ă©tudiĂ© la sensibilitĂ© et la fiabilitĂ© des mesures P-SHG, afin de valider cette technique comme un outil quantitatif d’observation de la structure 3D du collagène dans des tissus intacts.En collaboration avec le Laboratoire de Chimie de la Matière CondensĂ©e de Paris, cette technique a ensuite Ă©tĂ© appliquĂ©e Ă  l’Ă©tude de systèmes modèles de collagène prĂ©sentant une organisation de type cristal liquide, afin de caractĂ©riser les conditions physico-chimiques menant Ă  des phases proches de celles observĂ©es Ă  l’état stabilisĂ© dans la cornĂ©e.Enfin, nous prĂ©sentons une imagerie SHG en diffĂ©rence circulaire (CD-SHG), permettant de dĂ©terminer la polaritĂ© des fibrilles de collagène par rapport au plan de l’image. Ces mesures sont complĂ©mentaires de l’information obtenue en P-SHG. Une première mise en place expĂ©rimentale de cette technique est prĂ©sentĂ©e dans des coupes histologiques de cornĂ©e humaine. Nous prĂ©sentons de plus les rĂ©sultats prĂ©liminaires d’une imagerie corrĂ©lative CD-SHG/I-SHG, en collaboration avec l’INRS, donnant une information complète sur la polaritĂ© des fibrilles de collagène.