La thèse adresse une thématique en plein essor, les capteurs chimiques optiques, dont une application phare est la surveillance en temps réel des cultures cellulaires pour le biomédical. Ces capteurs opèrent par la quantification de paramètres physico-chimiques, e.g. la concentration d’oxygène dissous (OD) qui est un indicateur de la formation, croissance et viabilité cellulaire en milieu aqueux. De nombreux dispositifs sont déjà commercialisés mais la recherche demeure intensive en vue d’en améliorer les performances. Celle-ci porte en particulier sur la miniaturisation des capteurs en vue d’une rapidité de mesure accrue, une manipulation plus aisée et l’analyse de volumes liquides réduits. Le principe de ces capteurs repose sur des variations du signal de fluorescence lorsqu’un fluorophore, incorporé dans une matrice perméable aux espèces gazeuses ou ioniques et excité à une longueur d’onde adéquate, est mis en contact avec un analyte, e.g. l’OD en milieu aqueux. Cette thèse vise à étudier une nouvelle configuration de capteur basée sur la fabrication par voie sol-gel de guides d’onde canaux dopés avec un fluorophore sensible à l’OD. Ces guides sont munis de réseaux de diffraction en entrée et sortie afin d’injecter et extraire respectivement le signal d’excitation et d’émission. Ce travail met particulièrement en évidence le potentiel d’une résine sol-gel à base de TiO2 à indice de réfraction élevé et qui peut être gravée en une seule étape photolithographique (insolation sélective / développement) pour former un motif donné. Différentes optimisations ont été mises en oeuvre pour aboutir à un processus d’élaboration reproductible de guides et réseaux uniformes, ceci en s’appuyant sur des caractérisations opto-géométriques. Des mesures de fluorescence ont ensuite été réalisées dans l’air afin de valider l’efficacité d’injection du signal d’excitation par le réseau d’entrée, la propagation des signaux d’excitation et d’émission dans le coeur du guide, et l’extraction du signal d’émission par le réseau de sortie vers un photodétecteur. Cette architecture a finalement été introduite dans un système micro-fluidique permettant de réaliser des mesures de fluorescence en milieu aqueux à concentration d’oxygène variable selon une procédure appropriée.