La morphologie des os humains varie en fonction du sexe, de l'âge et de l'ethnie. Cette variabilité de l'anatomie humaine peut aider à déterminer le sexe, l'âge et l'ethnie. Les outils utilisés pour de telles analyses sont classiquement des méthodes ostéométriques (longueur, angle, rapport de longueur) qui peuvent être sujettes à des biais d'analyse ou d'interprétation. L'analyse morphométrique géométrique 3D (MG) permet de limiter ces biais. Elle étudie et compare la forme d'un ou plusieurs objets en éliminant les effets liés à la taille de celui-ci. Nous n'avons pas retrouvé d'analyse du dimorphisme sexuel, ethnique et lié à l'âge de l'extrémité distale du fémur à l'aide de cette méthode. Le fémur est pourtant un des plus gros os du corps et il est souvent bien conservé dans les restes humains. L'objectif de ce travail était de montrer qu'il existe une différence de forme du fémur distal en fonction de l'âge, du sexe et de l'ethnie visualisable grâce à MG. Nous avons réalisé une MG de 482 scanners d'extrémité distale de fémur de sujets vivant dans le sud de la France et dans la région de Chongqing (chine). Les sujets présentant une pathologie osseuse ou articulaires ont été exclus. Dix landmarks ont été positionnés sur des reconstructions tridimentionelles. Nous avons également réalisé une analyse ostéométrique " classique " en plus de MG afin d'évaluer la vraisemblance de nos résultats. Les données ont été analysées par deux observateurs à deux temps différents. Nous avons calculé pour chaque landmark la variabilité inter et intraobservateur. Les landmarks choisis permettaient de caractériser la forme de l'extrémité distale du fémur. La première étape a consisté en la réalisation d'une analyse généralisée procrustre (GPA). Les coordonnées dans l'espace des landmarks ont été analysées en utilisant une analyse en composant principal (PCA). Une analyse discriminante a permis de vérifier le pourcentage de cas dans lequel le sexe, l'âge ou l'ethnie estimés étaient les bons. GPA retrouve une différence de forme statistiquement significative entre les sexes, en fonction de l'âge et entre les ethnies. PCA retrouve une différence de forme en fonction de l'âge, du sexe ou de l'ethnie qui représente respectivement 54,4 ;58,6 et 61,9% de la variabilité observée. Les taux d'assignement correct avec cette méthode étaient de 80% (âge) ; 77,3% (sexe) et 82 % (l'ethnie). L'analyse ostéométrique " classique " retrouvait des valeurs comparables à celles retrouvées dans la littérature. Le pourcentage d'erreur intra et inter observateur pour l'ensemble des landmarks n'excédait jamais 2%. Nous avons démontré que l'analyse MG du fémur distal permettait de mettre en évidence une variabilité en fonction du sexe, de l'âge et de l'ethnie de ce segment osseux. La reproductibilité élevée et la vraisemblance des résultats valident notre méthodologie. Cette différence de forme a des retombées directes en anthropobiologie mais aussi en orthopédie. Cette méthode d'assignation ne donne pas de résultats suffisamment précis pour être utilisée seule. Cependant, elle a l'avantage de pouvoir être utilisée dans des contextes d'autopsie virtuelle ou in vivo. Par ailleurs, par la présente étude nous réactualisons les données morphométriques de population contemporaine du sud de la France et aussi de la région de Chongqing en chine. Cette méthodologie adéquate et reproductible va permettre de réaliser des comparaisons diachroniques ainsi qu'inter ethnique. La validation de l'utilisation d'examen d'imagerie médicaux ouvre un champ nouveau en anthropologie physique. En ce qui concerne l'aspect orthopédique, cette variabilité questionne sur la nécessité ou non d'implant spécifique et surtout sur la nécessité de réévaluer de manière régulière la forme des prothèses de genou. / The shape of human bones varies based on age, sex and ethnicity. This variability in human anatomy can be used to determine a person's age, sex and ethnicity. Historically, the tools used for such analyses are osteometric methods (length, angle, length ratio) that can be plagued by analysis or interpretation biases. Three-dimensional geometric morphometric analysis (3D GM) can limit the impact of these biases. It is used to describe and compare the general shape of one or more objects by eliminating any size-related effects. To the best of our knowledge, this method has never been used to analyse the sexual dimorphism, ethnicity-related and age-related differences in the distal femur. The femur is one of the longest human bones and is often well preserved in human remains. The goal of this study was to demonstrate differences in the shape of the distal femur according to age, sex and ethnicity using GM. We carried out 3D GM on 482 CT scans of the distal femur of adults living in the South of France and in the Chongqing region of China. Subjects with bone or joint pathologies were excluded. Ten landmarks were defined on 3D reconstructions of the distal femur. A standard osteometric analysis was performed in addition to the GM analysis to evaluate the plausibility of our results. The data were analysed by two observers at two different times. This allowed us to calculate the inter- and intra-observer variability for each landmark. The chosen landmarks were used to characterise the shape of the distal femur. The first step consisted of a generalized Procrustes analysis (GPA). The landmarks' coordinates in space were analysed using a principal component analysis (PCA). A discriminant analysis was performed to determine the percentage of cases in which the sex, age or ethnicity was correctly estimated. The GPA found a statistically significant difference in the distal femur shape between different sexes, ethnicity groups and age groups. The PCA found that age, sex and ethnicity accounted for 54.4%, 58.6% and 61.9% of the observed variability in distal femur shape, respectively. Using this method, 80% of cases were assigned the correct age, 77.3% the correct sex and 82% the correct ethnic group. The results of the osteometric analysis were comparable to published values. The percentage error for the intra- and interobserver comparisons for all the landmarks was always less than 2%. In this study, MG analysis of the distal femur revealed age-related, sex-related and ethnicity-related variability in the distal femur. The high reproducibility and plausibility of our results validate our methodology. These shape differences have direct implications for anthropobiology and also orthopaedics. Although this method is not sufficiently accurate to be used alone, it has the advantage of being usable in the context of virtual or in vivo autopsy cases. Moreover, this study has updated the morphometric data for a modern population in the south of France and the Chongqing region of China. This reliable and accurate methodology can be used to perform diachronic and interethnic comparisons. Validation of this medical imaging modality opens new avenues in physical anthropology research. In the orthopaedics field, this variability means that the shape of implants used for knee arthroplasty should be re-assessed regularly and brings into question the need for gender-specific or ethnicity-specific implants.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

En raison de son importance comme source de sédiments et de sa capacité à modifier l'eau et la connectivité des sédiments lors de pluies intenses, en particulier dans les terres cultivées, le ravinement a besoin d'être mieux compris afin de pouvoir le gérer et atténuer ses effets. Le Pays de Thelle et l'Artois sont les deux régions du Bassin parisien qui concentrent le plus grand nombre de ravins, or les études sur les processus de ravinement ainsi que les tentatives de modélisation restent rares. En utilisant l'analyse morphométrique et l'étude des dépôts conservés à l'aval des incisions, la recherche vise à déterminer quelles sont les variables du système contrôlant de telles incisions, et à reconstituer les étapes de la morphogenèse de ces incisions et les risques qu'elles représentent aujourd'hui. Les ravins se développent là où l'aire drainée et la pente sont suffisantes pour que l'écoulement concentré puisse éroder, on les trouve souvent au niveau de rupture de pente. La mesure des volumes érodés et accumulés montre que l'érosion l'emporte largement sur le dépôt.Les ravins ont enregistré plusieurs phases d'incision dont l'importance s'explique par la conjonction de précipitations exceptionnelles, de fortes pressions anthropiques (défrichements et mise en culture) et de phénomènes tectoniques (soulèvement lent des axes anticlinaux du Bray et de l'Artois). Ces ravins sont des formes fluviatiles, mais la néotectonique joue un rôle essentiel dans le Pays de Thelle, alors qu'en Artois ce sont plutôt les phénomènes karstiques qui l'emportent. Le boisement récent des ravins freine l'incision, mais n'empêche pas l'érosion régressive de faire reculer les têtes de ravins et les risques d'inondations et de coulées boueuses menacent toujours les villages situés à l'aval immédiat de ces ravins / Because of its importance as a source of sediment and its capacity to change the water and the connectivity of sediments during intense rainfall, particularly in the cultivated lands, the gullies have need to be better understood for being able to manage them and mitigate its effects. The Pays de Thelle and Artois are the two regions of the Parisian Basin in which the largest number of ravines is concentrated ; however the studies about the processes of gullies and the attempts of modeling remain rare. Using the morphometric analysis and the study of the preserved deposits in the downstream of the incisions, the research aims to determine which are the variables of the controlling system such incisions, and to reconstruct the morphogenesis stages of these incisions and the risks they represent today. Ravines are occurring where the area draining and the slope are sufficient to make concentrated flow that can erode, they are often found at the level of slope's breakdown. The measurement of the volumes which have been eroded and accumulated shows that the erosion wins largely on the depot. The ravines have recorded several phases of incision in which the importance is explained by the conjunction of exceptional rainfall, strong anthropogenic pressures (land clearing and cultivation) and tectonic phenomena (uprising slow anticlinal axes of Bray and Artois). These ravines are fluvial forms, but the Neotectonic plays an essential role in the Pays de Thelle, whereas it is rather the karst phenomena which prevail in Artois. The recent afforestation of ravines slows the incision, but does not prevent the regressive erosion to roll back the heads of gullies and the risks of floods and mudslides muddy still threaten the villages located immediately downstream of these ravines

Ce projet combine l’archéologie expérimentale, l’analyse morphométrique et la comparaison des résultats à l’assemblage archéologique de l’Abri Cellier (Dordogne, France) (N = 12) dans le but de quantifier l’apport du réaffûtage à la variabilité des formes et des dimensions des pointes de projectile aurignaciennes en bois de cervidé. La relecture morphofonctionnelle de la série expérimentale de Knecht (N = 79) couplée à une reproduction expérimentale récente (N = 9) démontre que la nature des dommages infligés au fût des pointes dépend (1) de la force du tir, (2) de la nature de la cible impactée et, (3) des propriétés biomécaniques du matériau employé. Pour sa part, le réaffûtage dépend (1) de l’expérience du réaffûteur et, (2) de la séquence technique employée. Ce comportement est standardisé et demeure indépendant du type de pointe de même que du type de dommage du fût. Les changements morphométriques associés à ce comportement se résument (1) à un déplacement progressif de l’épaule de la base vers le fût de la pointe, (2) à une tendance à l’accroissement de l’angle du fût et, (3) à une localisation des traces de réaffûtage sur le tiers distal de la partie distale de la pointe. Puisque l’utilisation et le réaffûtage sont deux processus impossible à départager sur les artefacts, nous proposons l’adoption d’une mesure, le ratio proximo-distal (RP/D) afin de traduire l’intensité de ces processus convergents et faciliter la comparaison entre les assemblages archéologiques. / This project combines experimental archaeology and morphometric analysis with a comparison with the archaeological assemblage from Abri Cellier (Dordogne, France) (N = 12) to quantify the contribution of resharpening to morphometric variability of Aurignacian projectile points made of antler. A morpho-functional re-analysis was performed on the experimental series produced by Knecht (N = 79), and combined with a recent experiment (N = 9) which showed that tip damage depends on (1) the projectile velocity, (2) the nature of the impacted target and, (3) the raw material’s biomechanical properties. On the other hand, resharpening depends on (1) the curator’s experience and, (2) the employed technical sequence. Also, resharpening is considered a standardized behaviour that remains independent of the point or tip damage type. Morphometric changes incurred by this behaviour can be summarized by (1) a gradual shift of the point’s shoulder from the base to the tip of the point, (2) a tendency of the tip to become more obtuse, and (3) a concentration of the curation stigmata at the distal third of the tip. Since use and resharpening are two processes that can’t be distinguished metrically on archaeological specimens, we propose a new metric the Proximo-Distal Ratio (RP/D), which translates the intensity of these two converging processes and allows inter-assemblage comparison.

La paralysie obstétricale du plexus brachial (POPB) est une paralysie du membre supérieur qui survient à la naissance et peut entraîner une déformation de l'articulation et un fonctionnement anormal de l'épaule. Bien que le traitement de la POPB tente de restaurer la fonction de l'épaule, la pathomécanique sous-jacente n'est pas encore clairement comprise. Les modèles computationnels sont efficaces pour fournir de telles informations, mais il n'existe aucun modèle d'articulation de l'épaule pédiatrique pour comprendre la POPB. Ainsi, ce travail de recherche a pour but de construire un framework combinant les avancées dans les domaines de la modélisation statistique de forme (MSF) et de la modélisation musculo-squelettique multi-corps (MCM). Due à l’insuffisance des données dans la cohorte pédiatrique, ce cadre a été mis en place pour l'articulation de l'épaule adulte. Pour cela, la précision de la MSF a été illustrée en prédisant 1) la forme de l'omoplate pré-morbide, et 2) les régions d'insertion musculaire sur l'omoplate et l'humérus. Cette méthode a ensuite été intégrée aux modèles MCM pour l'épaule adulte pour souligner l’importance des modèles spécifique-patient pour l’usage clinique. Pour le second objectif de cette thèse, j'ai développé un modèle MCM pédiatrique du complexe articulaire de l'épaule en utilisant le logiciel OpenSim. Grâce aux approches de cinématique et dynamique inverse, le modèle a permis de déterminer les différences de dynamique articulaires entre le côté sain et le côté pathologique. Les travaux futurs seront axés sur l’extension du travail réalisé pour la population pédiatrique afin de comprendre la pathomécanique de POPB. / Obstetrician Brachial Plexus Palsy (OBPP) is a common birth injury in children leading to shoulder joint deformity and abnormal function. While the management of OBPP disorder focuses on restoring the shoulder joint function, the underlying pathomechanics is not clearly understood yet. Computational models are effective to provide such insights, however, there is no pediatric shoulder joint model to understand the OBPP disorder. Thus, the global aim of this research work was to build a computational framework combining the advances in statistical shape modeling (SSM) and multi-body musculoskeletal modeling (MSKM) domains. Due to a lack of sufficient data in the pediatric cohort, I first developed the framework for adult shoulder joint. For this, I illustrated the accuracy of SSM in predicting 1) missing part of the scapula, and 2) muscle insertion regions on scapula and humerus bones. This method was then integrated with adult shoulder MSKMs to show the differences between generic and subject specific constructs. For the second aim of this thesis, I developed a pediatric MSKM of the shoulder joint complex using OpenSim software. Pediatric MSKM represented scapulothoracic, sternoclavicular, acromioclavicular, and glenohumeral joints with 13 degrees of freedom, and actuated by 52 musculotendon actuators representing 14 shoulder muscles. Using inverse kinematics and inverse dynamics approaches, the model was used to determine the differences in joint kinematics, and joint dynamics between healthy and unhealthy side of a single OBPP subject. Future work is focused on completing the framework on pediatric population and understanding the pathomechanics of OBPP.