Ce travail de thèse vise à mieux décrire les mécanismes de lésions de la tête humaine en situation de choc en optimisant le modèle par éléments finis de la tête humaine de Strasbourg (SUFEHM) en termes de modélisation mécanique du crâne et du cerveau grâce à de nouvelles données expérimentales et de techniques récentes d’imagerie médicales. Une première étape a consisté à améliorer la loi de comportement de la boîte crânienne, valider son comportement en regards d’éléments expérimentaux sur cadavres et proposer un MEF capable de reproduire fidèlement la fracture crânienne. La deuxième partie consiste en la prise en compte pour la première fois de l’anisotropie dans les simulations par EF d’accidents réels en utilisant l’Imagerie du Tenseur de Diffusion. Après implémentation, une phase de validation a été entreprise afin de démontrer l’apport de l’anisotropie de la matière cérébrale dans un MEF. Enfin 125 accidents réels ont été reproduits avec le SUFEHM ainsi amélioré. Une étude statistique sur les paramètres mécaniques calculés a permis de proposer des limites de tolérances en termes de fracture crânienne et de lésions neurologiques en s’intéressant tout particulièrement à l’élongation axonale maximale admissible, nouvelle métrique proposée. / The principal objective of this study is to enhance the existing finite element head model. A composite material model for skull, taking into account damage is implemented in the Strasbourg University Finite Element Head Model in order to enhance the existing skull mechanical constitutive law. The skull behavior is validated in terms of fracture patterns and contact forces by reconstructing 15 experimental cases in collaboration with Medical College of Wisconsin. The new skull model is capable of reproducing skull fracture precisely. The composite skull model is validated not only for maximum forces, but also for lateral impact against actual force time curves from PMHS for the first time. This study also proposes the implementation of fractional anisotropy and axonal fiber orientation from Diffusion Tensor Imaging of 12 healthy patients into an existing human FE head model to develop a more realistic brain model with advanced constitutive laws. Further, the brain behavior was validated in terms of brain strain against experimental data. A reasonable agreement was observed between the simulation and experimental data. Results showed the feasibility of integrating axonal direction information into FE analysis and established the context of computation of axonal elongation in case of head trauma. A total 125 reconstructions were done by using the new advanced FEHM and the axonal strain was found to be the pertinent parameter to predict DAI.

Le pourcentage élevé de blessures dues à des traumatismes abdominaux survenant lors d’accidents de la route mais également la nécessité de détecter des maladies (l'hépatite virale, la cirrhose, le cancer etc.), ont conduits plusieurs chercheurs à étudier les propriétés mécaniques des organes abdominaux à la fois in vivo et in vitro. Dans tous les MEF de corps humain actuellement disponibles, les organes abdominaux sont caractérisés par des lois élastiques linéaires ou viscoélastiques linéaires, alors que ces matériaux montrent un comportement non linéaire hyper élastique. L’objectif de ce travail de thèse est de développer des modèles par éléments finis (MEF) robustes des différents organes de l’abdomen tels que le foie, le rein et la rate. Pour ce faire des tests expérimentaux sur chacun des constituants de ces organes ont été réalisés dans le but de caractériser le comportement mécanique de ceux-ci et de déterminer les propriétés mécaniques inhérentes à ces constituants. Pour caractériser mécaniquement ces différents constituants, des tests statiques ont donc été réalisés pour chacun des constituants du foie et du rein porcin à savoir, des tests de traction de la capsule de Glisson et de la capsule rénale ainsi que des veines hépatiques, des tests de compression et de cisaillement pour le parenchyme hépatique et le cortex rénale. Finalement la rate a été testée en compression statique. Les résultats expérimentaux obtenus ont été utilisés afin de caractériser les tissus par des lois de comportement de type hyper élastique, viscoélastique et hyper viscoélastique sous la forme de modèles d'Ogden, Mooney Rivlin et Maxwell et implémentés dans les MEF porcin et humain développés dans le cadre de cette thèse. Ces MEF ont ensuite été validés en regards de tests expérimentaux dynamiques in vivo réalisés sur modèle porcin et vis-à-vis de la littérature pour les MEF d’organes humains. Ainsi, les MEF développés dans cette étude sont les premiers modèles détaillés et validés et peuvent désormais être utilisés dans le cadre de reconstructions d’accidents mais également pour des applications biomédicales dans le but de développer des environnements virtuels de chirurgie, de planifier les actes chirurgicaux et d’aider les chirurgiens à l’apprentissage de gestes. / The objective of this study is to develop robust finite element models of abdominal organs (viz. liver, kidney and spleen), by performing experiments on each organ’s constituents to extract the material properties. Understanding the mechanical properties of the organs of the human body is the most critical aspect of numerical modeling for medical applications and impact biomechanics. Many researchers work on identifying mechanical properties of these organs both in vivo and in vitro considering the high injury percentage of abdominal trauma in vehicle accidents and for easy detection of diseases such as viral hepatitis, cirrhosis, cancer etc. In all the current available finite element human body models the abdominal organs are characterized as linear elastic or linear visco-elastic material, where as the materials actually show a non linear hyper elastic behavior. In this study the organs are modeled for first time as hyper visco-elastic materials and with individual constituents of each (viz. the capsule and veins). To characterize the tissue, static experiments are performed on individual parts of the abdominal organs, like incase of liver, Glisson’s capsule and hepatic veins are tested under static tension where as liver parenchyma is tested under static compression and under shear at low frequency. In case of kidneys, renal capsule is tested under static tension and renal cortex is tested under static compression, where as spleen tissue is tested under static compression. The results of the these experiments are used to characterize the tissues as hyper elastic, visco elastic and hyper visco elastic materials in the form of Ogden, Mooney Rivlin and Maxwell materials. These material models are further used to develop the finite element model of organs for human and pigs. The developed models are validated by performing in vivo dynamic tests on pigs, whereas using dynamic tests data from the literature on human liver and reproducing the same with the numerical approach in the LS Dyna explicit solver. The developed models are observed to be robust and can be used for accident reconstruction as well for biomedical applications viz., to develop virtual surgical environments & to plan surgeries or train surgeons.

Ce travail de thèse avait comme objectif l'amélioration des outils de planning préopératoire tridimensionnels (P3D) pour l'arthroplastie totale de la hanche. Lors de l'utilisation d'implants sans ciment, une bonne stabilité primaire est requise pour obtenir une ostéointégration satisfaisante. Pour cela, une sélection appropriée de la taille et de la position de la prothèse est indispensable. En utilisant des images scanner obtenues par tomographie à rayon X de la hanche des patients, le chirurgien peut se servir du P3D pour faire la sélection de l'implant et anticiper sa position finale. Aujourd'hui, les méthodes de planning disponibles ne fournissent pas de critère mécanique qui pourrait refléter la qualité du contact os-implant. Nous proposons une méthode pour l'amélioration du P3D basé sur une analyse vibratoire par éléments finis pour le calcul de paramètres mécaniques personnalisés et liés á la stabilité primaire. Nos résultats suggèrent que la réponse modale de la tige est très sensible aux changements de l'aire de contact et de la raideur apparente de l'interface os-implant. Une transition marquée du comportement modal associée à un ancrage plus ou moins bon a permis de définir des seuils qui pourraient potentiellement discriminer des implants stables et instables dans le cadre du planning. Nous avons aussi étudié l'effet de la procédure de râpage et son possible impact sur le P3D. L'effet de la râpe sur la microstructure de l'os à l'interface os-implant a été analysé ex-vivo à l'aide d'images de micro-scanographie. Une distribution spatiale de la raideur de l'os en contact avec l’implant a aussi été obtenue par indentation des mêmes pièces anatomiques. / This thesis work is concerned with the enhancement of three-dimensional preoperative planning (P3D) tools for total hip reconstruction. When cementless implants are used, primary stability is vital for a good osseointegration. For this, a correct selection of the size and position of the implant is necessary. The surgeon may use P3D based on the computed tomography scanner of the patient’s hip to optimally select the implant’s size and anticipate the final implant’s position. Available planning methods lack a mechanical criterion reflecting the actual quality of the bone-implant contact. In this work we propose a method to improve P3D using a vibrational finite element analysis to calculate patient-specific mechanical parameters representative of primary stability. We found that the modal response of the stem is very sensitive to changes of the area and apparent stiffness of the bone-implant interface. A clear transition between loose and tight contact allowed the definition of thresholds that could potentially discriminate between a stable and an unstable stem. We also studied the effect of the broaching procedure and its relevance for P3D. The effect of broaching on bone microstructure at the bone-implant interface was analyzed using cadaveric samples and micro-computed tomography. A mapping of the stiffness of bone in contact with the implant was obtained with indentation on the same cadaveric samples.

Face aux limites auxquelles doivent faire face les systèmes optoélectroniques (matériel lourd, champ de mesure limité), les capteurs inertiels constituent une alternative prometteuse pour la mesure du mouvement humain. Grâce aux dernières avancées techniques, notamment en termes de miniaturisation des capteurs, leur utilisation en ambulatoire c’est-à-dire de façon autonome et embarquée est devenue possible. Mais ces opérations de miniaturisation ne sont pas sans effet sur les performances de ces capteurs. En effet, une telle mesure est dégradée par différents types de perturbations (stochastiques et déterministes) qui sont alors propagées au cours du processus dit de fusion des données visant à estimer l'orientation des segments humains. Classiquement, cette opération est réalisée à l'aide d'un filtre de Kalman dont le rôle est justement d'estimer une grandeur à partir d'une mesure bruitée en la confrontant à un modèle d'évolution.Dans ce contexte, nous proposons diverses méthodologies dans le but d'accéder à une mesure suffisamment précise pour être exploitée dans le cadre de l'analyse du mouvement humain. La première partie de cette thèse se focalise sur les capteurs. Tout d'abord, nous étudions les bruits de mesure issus des capteurs inertiels, puis nous leur attribuons un modèle afin de les prendre en compte au sein du filtre de Kalman. Ensuite, nous analysons les procédures de calibrage et évaluons leurs effets réels sur la mesure afin d'émettre quelques propositions en termes de compromis performance/facilité de réalisation.Dans une seconde partie, nous nous consacrons à l'algorithme de fusion des données. Après avoir proposé un filtre de Kalman adapté à la mesure du mouvement humain, nous nous focalisons sur un problème récurrent à ce stade : l'identification des matrices de covariance dont le rôle est d'attribuer une caractérisation globale aux erreurs de mesure. Cette méthode, basée sur une confrontation de la mesure avec une référence issue d'un système optoélectronique, met en évidence la nécessité de traiter ce problème rigoureusement.Dans une troisième partie, nous commençons à aborder les problèmes liés à l'utilisation des capteurs inertiels pour la mesure du mouvement humain, notamment le calibrage anatomique et le positionnement des capteurs.En conclusion, les gains apportés par les diverses propositions avancées dans cette thèse sont évalués et discutés. / To face the limits of optoelectronic systems (heavy device, restricted measurement field), inertial sensors are a promising alternative for human motion analysis. Thanks to the latest technical advancements like sensor miniaturization, they can now work autonomously which makes possible to directly embed them on the human segments. But, as a counterpart of these developments, inertial sensor measurement still suffers from both stochastic and deterministic perturbations. The induced errors then propagate over the so-called fusion algorithm used to estimate human segment orientation. A common tool to perform such an operation is the Kalman filter that estimates unknown variables by correcting noisy measurements by the use of a dynamic model.With the aim of achieving a sufficiently accurate measurement to perform human motion analysis, various methodologies are proposed in the present work. The first part of this thesis focuses on the sensors. First, inertial sensor noises are studied and modeled in order to be integrated into the Kalman filter. Calibration processes as their effects over the measurement are for that purposed analyzed. Some recommendations are thus proposed to reach a compromise between calibration performance and complexity.In a second part, the data fusion algorithm is approached. A specific Kalman filter dedicated to human motion measurement is first proposed. Then, a recurrent problem is studied in details: the definition of the covariance matrix that represents a globalcharacterization of the measurement errors. Considering an optoelectronic system as a reference to compare inertial measurement, a method is proposed for this covariance matrix identification, which also highlights the need to address this problem rigorously.In a third part, we begin to address the use of inertial sensors for human motion analysis by focusing on models and IMU-to-segment calibration.To conclude, the benefits made by the proposed methodologies are evaluated and discussed.

De nos jours, l’enjeu de la mécanobiologie ne cesse de grandir. On s’intéresse à la description des problèmes biophysiques d’un point de vue mécanique avec des approches multiéchelles. Dans ce travail, nous proposons d’étudier deux exemples mettant en évidence le rôle important de la mécanique sur des processus purement biologiques. 1) La croissance tumorale dans son stade avasculaire : nous proposons un modèle continu où le tissu tumoral est considéré capable de croître et de se déformer tout en obéissant aux lois de conservation. Nous proposons ensuite pour étudier l’effet des propriétés mécaniques du microenvironnement -où réside la tumeur- sur le développement tumoral d’intégrer certaines conditions aux interfaces tumeur/microenvironnement. 2) La reconstruction des propriétés élastiques de la cuticule d’arthropode : nous proposons un modèle multiéchelles de son comportement mécanique fondé sur la structure hiérarchique établie dans la littérature. Pour remédier à la sous-estimation du modèle des propriétés élastiques de la cuticule, nous proposons d’inclure les interfaces à certaines échelles qui pourraient améliorer la transmission des efforts aux constituants multiéchelles du composite (cuticule) et donc améliorer les propriétés élastiques macroscopiques de ce dernier. / Nowadays, the challenge of mechanobiology keeps growing. We are interested in the description of biophysical problems from a mechanical point of view with multiscale approaches.In the present study, we propose to study two examples highlighting the substantial role of mechanics on purely biological processes. 1) Tumor growth in the avascular stage: we propose a continuous model where tumor tissue is considered able to grow and to deform while obeying to conservation laws. Then, we propose to study the effect of the mechanical properties of the microenvironment- where lives the tumor- on the tumor development by integration of certain interfaces conditions tumor/microenvironment. 2) Reconstruction of the elastic properties of the arthropod cuticle: we propose a multiscale model of its mechanical behavior based on the hierarchical structure established in the literature. To remedy the under-estimation of the cuticle elastic properties of the model, we propose to include the interfaces to some scales that could improve the transmission of forces to the multiscale components of the composite (cuticle) and thus improve their macroscopic elastic properties.

Cette thèse traite de la modélisation du remodelage osseux. Nous présentons tout d'abord un modèle général continu tenant compte de la réponse cellulaire à un stimulus mécanique. Ce modèle est appliqué à des géométries 2D et 3D macroscopiques afin de se rapprocher des problématiques réelles, ainsi que sur des géométries mésoscopiques d'os trabécullaires en 2D. Cependant la complexité du remodelage osseux ne permet pas d'avoir une approche unique de modélisation. Ainsi, dans un second temps, le cas particulier du remodelage osseux orthodontique est étudié. Un nouveau modèle spécifique est développé tenant compte de l'influence du ligament parodontal sur le remodelage osseux, et intégrant l'influence du taux d'oxygène qui contrôle les évolutions de densités cellulaires. Des données expérimentales in vitro sont extraites de la littérature et servent de données d'entrées du modèle développé afin d'obtenir l'évolution de la densité osseuse alentours d'une racine dentaire cylindrique en 3D. / This work deals with modelization of bane remodeling. We present first a madel thal accounts for the cellular res panse to a mechanical stimulus in a general case at a continuous scale. This madel is applied to 2D and 3D geometries at macroscopic scale to mimic real cases, as weil as 2D trabecular-type geometries at mesoscopic scale. However, the complexity of bane remodeling does not allow a unique approach. Th us, the thesis work is focused on the particular case of orthodontie bane re mode ling. A new specifie madel is developed accounting for the influence of the periodontal ligament on orthodontie bane remodeling by integrating the oxygen concentration effect controling the evolutions of cellular densities. The cellular experimental data in vitro are extracted from the literature, and serve as input data of the developed madel in arder to ablain the evolution of bane density around the root of a 3D cylindrical tooth.

L’étude des seuils de tolérance du corps humain aux impacts requiert des expérimentations sur des sujets humains vivants ou post-mortem, ce qui soulève naturellement des questions d’éthique. Pour pallier à ces limitations, le développement des outils numériques a conduit, au fil des dernières années à la mise en place des mannequins numériques plus ou moins capables de reproduire fidèlement le comportement mécanique du corps humain lorsqu’ils sont soumis à divers types de sollicitations. C’est dans ce contexte que le modèle de mannequin numérique HUByx (Hermaphrodite Biomechanics yx-model) a été développé au sein du département de recherche COMM du laboratoire ICB à l’UTBM. Ce travail de thèse a pour but la validation et l’amélioration de la biofidélité de la partie thoracique du modèle HUByx, et vise à comprendre les mécanismes de lésions et à rechercher des critères de prédiction des lésions thoraciques à travers la reconstruction numérique des chargements violents dans des contextes civils et militaires. Des simulations numériques ont été réalisées dans le cadres des études de chutes libres de personnes, des impacts balistiques non-pénétrants de projectiles non létaux et dans le cadre du phénomène de l’explosion. De bonnes corrélations ont été obtenues entre les résultats numériques et expérimentaux, contribuant ainsi à renforcer la capacité du modèle HUByx à répondre de manière biofidèle aux différentes sollicitations auxquelles il est soumis. Mots-clés : Biomécanique d’impacts, éléments finis, blessures thoraciques, critère visqueux, reconstruction d’accident, chutes libres, balistique, explosion. / The study of human tolerance thresholds to impacts requires experiments on living or post mortem human subjects, which naturally raises ethical questions. To overcome these limitations, the development of numerical tools has led over the last few years to the implementation of numerical models more or less capable to accurately reproduce the mechanical behavior of the human body when subjected to various types of stresses. It is in this context that the numerical model HUByx (Hermaphrodite Biomechanics yx-model) has been developed within the research department COMM of the ICB lab at UTBM. This PhD work aims at validating and improving the biofidelity of the thoracic part of the HUByx model and also aims to understand the mechanisms of lesions and to seek criteria for the thoracic injury prediction through the numerical reconstruction of violent loadings in civil and military contexts. Numerical simulations were carried out in the framework of human free falls studies, non-penetrating ballistic impacts of non-lethal projectiles and finally in the context of explosion phenomenon. Good correlations were obtained between the numerical and experimental results, thus contributing to reinforce the capacity of the HUByx model to respond in a biofidelic manner to the different stresses to which it is subjected. Keywords : Impact biomechanics, finite elements, thoracic injuries, viscous criterion, accident reconstruction, free falls, ballistics, explosion.

L’adhérence et le frottement existent dans de nombreux systèmes techniques ainsi que dans les systèmes naturels. Ces deux phénomènes ont une influence importante sur la durabilité et l’efficacité des dispositifs techniques. Une approche reconnue pour ajuster précisément ces caractéristiques - outre le fait de modifier les propriétés physico-chimiques - est la texturation des surfaces en contact. Les surfaces de feuilles de plantes sont souvent décorées avec des morphologies de surface diverses, et présentent ainsi des fonctionnalités de surface remarquables. Cette thèse visait à réaliser une étude systématique de la mécanique de l’adhérence et du frottement sur des surfaces micro-structurées, répliquées à partir de surfaces de feuilles végétales, en contact avec une sonde qui s’inspire de l’organe adhérent d’un insecte. Les morphologies de surface de trois feuilles végétales différentes ont été directement transférées sur un polymère viscoélastique. Pour ce faire, trois approches différentes de reproduction ont fait l’objet d’une étude approfondie. La microscopie électronique à balayage et la microscopie confocale à balayage laser ont été utilisées pour l'évaluation qualitative et quantitative de la qualité de reproduction. Concernant l’étude de la mécanique du contact, un nano-indenteur a été modifié, permettant d’enregistrer les images in situ des contacts réels. Des tests de pull-off ont été menés afin d’évaluer quantitativement l’effet de la pré-charge sur la force d’adhésion et pour comprendre les modes distincts de collage/décollement. Des essais de frottement ont été effectués afin d’examiner l’effet de la charge normale et de la vitesse de glissement sur la force de frottement. Les résultats ont été discutés en fonction de la topographie de chaque surface. / Adhesion and friction exist in many technical systems as well as in natural ones. Both phenomena have a profound influence on the durability and efficiency of technical systems. A well-recognised way to tune these characteristics - besides altering the physicochemical properties - is the texturing of the interacting surfaces. Inspiringly, plant leaf surfaces are often decorated with diverse surface morphologies, and so show remarkable functionalities. This thesis aimed to perform a systematic investigation of adhesion and friction mechanics on micro-structured surfaces replicated from plant leaves, in contact with a probe, which was inspired from an insect’s adhesive pad. Surface morphologies of three different plant leaves were directly transferred onto a viscoelastic polymer. For this, three different replication approaches were comprehensively explored. Scanning electron microscopy and confocal laser scanning microscopy were used for the qualitative and quantitative evaluation of replication ability. For the contact mechanics investigation, a high-resolution nanoindenter was modified, with incorporating a unique feature to record the in-situ real-contact images. Pull-off tests were carried out to quantitatively evaluate the effect of pre-load on adhesion force characteristics and to understand distinct attachment-detachment modes. Friction investigations were performed to examine the effect of normal load and sliding speed on the friction force. Results were discussed with regard to each surface’s topography.

Cette thèse aborde une étude biomécanique de l’appareil stomatognathique en vue d’analyser les conséquences sur les articulations temporo-mandibulaires (ATM) de la mise en place d’une prothèse complète implanto-portée. Cette étude est réalisée à l’aide de la méthode des éléments finis. Dans ce travail, deux modèles ont été créés. Un premier est basé sur la géométrie d’un sujet sain volontaire sans problèmes articulaires ni dentaires. Un deuxième, avec une restauration de la dentition par une prothèse dentaire complète sur implants, repose sur la géométrie des structures osseuses du cas sain. Une méthodologie a été mise en place pour la construction du modèle éléments finis, basé sur celle développée dans la thèse d’Alvarez. Une comparaison des résultats est effectuée entre les modèles du cas sain d’Alvarez et celui exposé dans ce travail afin d’évaluer l’influence des modifications apportées et de valider ce dernier. Puis une comparaison est effectuée entre le cas sain et restauré pour une ouverture/fermeture modérée de la mâchoire ainsi que lors de la morsure d’aliments au niveau des incisives. Une autre problématique abordée dans cette thèse est l’analyse du risque d’échec de l’implantation dans l’os dont la qualité est dégradée par la perte des dents. Deux géométries d’implants ont été testées pour différentes qualités osseuses, un implant classique et un implant nouvellement breveté / This study deals with a biomechanical analysis of the stomatognathic system in order to understand the consequences of complete fixed dental prosthesis on temporomandibular joint (TMJ). The finite element method is used to achieve this goal. Two models have been created, a healthy and restored by prosthesis ones. The first model is based on a healthy volunteer subject morphology, without dental or articular troubles. The restored model is based on the bony structures of the healthy individual. Mandibular teeth have been removed numerically and a complete fixed overdenture has been settled on the mandible. The construction of the finite element model has been set up following the method developed by Alvarez. A comparison between results obtained by both approaches on the healthy case has been done to validate our model and to evaluate the impact of the improvements proposed in this work on mandible behavior. Then a comparison between the healthy and restored cases is done for a moderate opening /closing motion of the jaw and for a foodstuff bite between the incisors. Another problematic is treated in this thesis, the risk of peri-implant bone damage. Teeth lose induce a bone quality degradation that could cause the implantation failure. Two implant geometries have been tested for different bone qualities during clenching. In the first case, the classical implants, frequently employed by dentists, have been used. In the second case, the advantages of the newly patented implant, composed of a vertical and horizontal screws, have been tested

La biomécanique des chocs vise à étudier les lésions, établir des limites de tolérance et de proposer des mesures de protections adéquates. La méthode des éléments-finis permet l’étude approfondie des mécanismes de lésions, évitant des problèmes liés à l’expérimentation et d’éthique. La biomécanique de la tête humaine chez l’adulte a pris ce virage très tôt, et des modèles de la tête de l’adulte existent, dont celui développé à l’Université de Strasbourg : le SUFEHM (Strasbourg University Finite Element Head Model). Le présent projet a pour but d’ouvrir cette thématique à la modélisation des traumatismes crâniens du nourrisson. Deux axes de travail ont été conduits successivement pour étudier des situations d’accidents et de maltraitances. Le premier axe consiste à développer un modèle de l’œil du nourrisson pour l’étude des hémorragies rétiniennes. Le deuxième consiste à améliorer le modèle de tête en intégrant d’une part les données de l’imagerie médicale comme l’orientation et la densité des fibres axonales, et d’autre part en validant la formulation du crâne pour prédire les fractures crâniennes. / Impact biomechanics aim at studying injuries, establishing tolerance limit and propose efficient protective systems. The finite-element method permits to study precisely injury mechanisms by avoiding questions linked to experimentation and ethics. For the human adult head biomechanics, this methodology was taken earlier and several stable and validated models exist worldwide, among which one can find the Strasbourg University Finite Element Head Model (SUFEHM). This thesis aims at widening the human head biomechanics by studying infant head trauma. The research work has been conducted in two steps. In the first one, an infant eye numerical model was developed in order to study retinal hemorrhages. The second one consisted in improving the infant head model by integrating medical images data such as axonal fiber density and orientations into the infant brain and by validating the mechanical formulation of the infant skull in order to predict skull fractures.