Le glaucome est une maladie neurodégénérative qui se définit par une perte progressive en fibres nerveuses rétiniennes et un rétrécissement du champ visuel. Il s’agit de la première cause de cécité irréversible dans le monde et le principal facteur de risque est la pression intraoculaire (PIO). L’étude ALIENOR (Antioxydants, Lipides Essentiels, Nutrition et maladies OculaiRes) est une étude épidémiologique qui a pour but de déterminer l’incidence des différentes pathologies oculaires liées à l’âge avec les facteurs nutritionnels, démographiques ou environnementaux dans une population représentative de la région de Bordeaux. En 2009-2010, 624 sujets âgés de plus de 74 ans ont bénéficié d’un examen ophtalmologique complet incluant un examen du nerf optique en rétinophotographie et en tomographie à cohérence optique spectral-domain (SD-OCT), d’une mesure la PIO au tonomètre à air et d’une évaluation des propriétés biomécaniques de la cornée. Une mesure de l’accumulation cutanée de produits de glycation avancée a été réalisée par autofluorescence. Le diagnostic de glaucome a été réalisé en utilisant les critères de la classification ISGEO (International Society for Epidemiologic and Geographical Ophthalmology). Les paramètres biomécaniques de la cornée étaient modifiés avec l’âge et chez les sujets ayant une histoire résidentielle à des latitudes plus exposées aux ultraviolets ambiants. L’épaisseur de cornée était plus élevée chez les sujets anciennement fumeurs. L’autofluorescence cutanée ≥ 2.7 UA (Unité Arbitraire) était indépendamment associée au glaucome. Les paramètres d’épaisseur en fibres nerveuses rétiniennes du SD-OCT présentaient de bonnes performances diagnostiques pour discriminer les sujets glaucomateux des témoins et la base normative présentait de bonnes performances discriminatives lorsqu’au moins un des paramètres était considéré comme anormal. Notre étude apporte des résultats originaux en termes de facteurs de risque de glaucome ou de déterminants des facteurs de risque de glaucome. De plus les performances diagnostiques du SD-OCT pourraient fournir des informations utiles pour optimiser les stratégies de dépistage du glaucome dans une population générale âgée. / Glaucoma is a neurodegenerative disease defined by a progressive loss of optic nerve axons and retinal ganglion cells resulting in a characteristic enlargement of the optic nerve head cup and associated visual field defects. It remains the first cause of irreversible blindness worldwide and intraocular pressure (IOP) is the main risk factor. The ALIENOR (Antioxydants, Lipides Essentiels, Nutrition et maladies OculaiRes) study is a population-based study. It aims to assess the associations of age-related eye diseases with nutritional, demographic and environmental factors in a representative population of the Bordeaux area. In 2009-2010, 624 subjects, aged 74 years or more, underwent a complete eye examination, including an optic nerve head evaluation using retinophotography and a spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT), an IOP measurement using air-puff tonometry and an evaluation of biomechanical properties of the cornea. A measurement of skin accumulation of advanced glycation end-products was performed using an autofluorescence reader. Glaucoma diagnosis was made using ISGEO (International Society for Epidemiologic and Geographical Ophthalmology) criteria. Biomechanical properties of the cornea were modified by increasing age and in subjects having a higher lifetime ambient ultraviolet exposure. Central corneal thickness was thicker in former smokers. Skin autofluorescence values ≥ 2.7 AU (Arbitrary Unit) were independently associated with glaucoma. SD-OCT retinal nerve fiber layer thickness parameters had good diagnostic performances for discriminating glaucoma and control subjects and the normative database had good diagnostic performances if at least one parameter was considered abnormal by the machine. Our study provides new insights on glaucoma risk factors and determinants of glaucoma risk factors. Furthermore diagnostic performances of SD-OCT may provide valuable information in a screening strategy to optimize glaucoma detection in a general population of elderly people.

L'objectif principal de tout dispositif médical implantable est d'améliorer l'état de santé du patient en lui assurant un risque minimum. Dans ce but, l'étude de l'implant rachidien B Dyn comporte plusieurs volets : - la réalisation d'un suivi clinique, - l’analyse et la proposition de solutions techniques (actions correctives), - la création d'un outil numérique pour des évolutions ultérieures (actions préventives).L’étude bibliographique initiale permet d'appréhender l'anatomie fonctionnelle du rachis lombaire, de comprendre les états pathologiques et leurs conséquences et enfin de faire un inventaire des techniques chirurgicales associées (résection osseuse, implantation de dispositifs...).Le suivi clinique d'une population de trente patients souligne ensuite les apports (somatiques et fonctionnels) du B Dyn dans sa conception première. Pour quelques cas, l'analyse des clichés radiographiques en position de flexion montre une détérioration naissante de l'anneau liée, probablement, à une surcharge accidentelle de l'implant. Ce constat impose une évolution de la conception de l'implant.Une analyse de la conception initiale et la caractérisation mécanique en traction, permettent de cibler les actions correctives à appliquer dans le cadre de cette évolution. La démarche mise en place s'appuie sur l'évaluation expérimentale pour sélectionner des solutions techniques satisfaisant aux critères fonctionnels ; elle conduit à une évolution du choix de matériau de l'anneau.Pour la réalisation d'évolutions ultérieures, un modèle éléments finis est créé. L’approche numérique se substitue ainsi à l’approche expérimentale contraignante et coûteuse. La caractérisation préalable des élastomères est nécessaire à l'obtention de données matériaux pour élaborer ce modèle. Les résultats des premières simulations d'un essai de traction sont comparés aux données expérimentales dans la perspective de la validation du modèle.A ce stade, l'étude du B Dyn propose une première solution d'évolution de l'implant et un outil numérique pour l'analyse future de solutions techniques. / The main focus of any implantable medical device is to improve the health of the patient by providing minimum risk. For this purpose, the study of the B Dyn spinal implant comprises several constituents: - The carrying out of a clinical follow up, - The analysis and choice of technical solutions (corrective actions) - The creation of a digital tool for further development (preventive actions).The initial bibliographical study enables to comprehend the functional anatomy of the lumbar spine, to understand the pathological states and their consequences and finally to list the associated surgical techniques (osseous resection, implantation of devices…).The clinical follow-up of a population of thirty patients then underlines the contributions (somatic and functional) of the B Dyn in its first design. For a few cases, the analysis of radiographs in flexion shows an incipient deterioration in the ring probably related to an accidental overloading of the implant. This observation requires an evolution in the design of the implant.An analysis of the initial design and the mechanical characterization in traction, allow targeting the corrective actions to be applied in the context of this evolution. The developed approach is based on the experimental evaluation in order to select technical solutions that would satisfy the functional criteria; this leads to an evolution of the choice of the ring material.To conduct subsequent developments, a finite element model is created. Thus the digital approach replaces the restrictive and expensive experimental approach. The preliminary characterization of elastomers is necessary to obtain materials data to work out this model. The results of the first simulations of a tensile test are compared to experimental data in the perspective of the model validation.At this stage, the B Dyn study provides a first solution of implant evolution and a numerical tool for the future analysis of technical solutions.

L’ostéoporose est une maladie du squelette caractérisée par une dégradation de la qualité osseuse conduisant à une majoration du risque fracturaire. Le seul examen permettant actuellement de prédire ce risque est l’ostéodensitométrie à double rayonnement X (DXA) par la mesure de la densité minérale osseuse (DMO). Cependant, la DMO seule ne rend compte que de 40 à 70% de la variation de la résistance mécanique osseuse. Les 3 buts ce travail étaient : 1/ d’évaluer les rôles respectifs de la microarchitecture corticale et trabéculaire dans le comportement mécanique vertébral, 2/ d’évaluer le rôle propre de l’hétérogénéité de la microarchitecture trabéculaire et 3/ de décrire le comportement mécanique vertébral post-fracturaire et d’en identifier les déterminants. Nous montrons que la mesure de l’épaisseur de la corticale antérieure et de son rayon de courbure ainsi que la détermination de la variation régionale de la microarchitecture trabéculaire améliorent significativement la prédiction du risque fracturaire. Il existe une variation marquée du comportement mécanique vertébral après une fracture de grade 1 de Genant. La microarchitecture osseuse, et non la masse osseuse, explique les propriétés mécaniques vertébrales plastiques et élastiques post-fracturaires. / Osteoporosis is characterized by altered bone quality and compromised bone strength leading to increased fracture risk. Measurement of areal bone mineral density (BMD) using dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) is the most widely used index of bone strength. However, BMD alone can only account for 40 to 70% of the variation of bone strength. This study aimed to determine: 1/ the respective role of cortical and trabecular microarchitecture to vertebral mechanical behavior, 2/ the role of trabecular microarchitecture heterogeneity and 3/ the mechanical behavior of a vertebra after simulated mild fracture and its determinants. Our data imply that measurements of cortical thickness and curvature as well as determination of trabecular microarchitecture heterogeneity enhance prediction of vertebral fragility. We found marked variation in the post-fracture load-bearing capacity following simulated mild vertebral fractures. Bone microarchitecture, but not bone mass, was associated with post-fracture mechanical behavior of vertebrae.

Dans le cadre de la sécurité routière, les essais de choc ne permettent pas la prédiction des blessures internes, notamment aux organes abdominaux. La simulation numérique apparaît comme un outil prometteur pour évaluer le risque lésionnel d'une configuration d'impact en permettant de décrire les sollicitations relatives aux différents organes. Afin de quantifier le risque de blessure, il est nécessaire de connaître le comportement à rupture des tissus du corps humain. L'objet de cette étude est le foie, dont les blessures sont souvent graves. L'attention s'est portée sur les lacérations surfaciques, qui impliquent le parenchyme et la capsule hépatiques. L'objectif de cette thèse est de caractériser et modéliser le comportement et la rupture de ces deux tissus. L'étude expérimentale s'est progressivement focalisée sur les tissus impliqués dans la lacération surfacique. Un protocole de compression de foie entier pressurisé a mis en évidence le mécanisme d'apparition des lésions, liées à une sollicitation de traction biaxiale. Une série d'essais de traction uniaxiale sur parenchyme et capsule a permis la quantification des propriétés à rupture de ces tissus. Enfin, les essais de gonflement de capsule ont permis la caractérisation indépendante de celle-ci sous une sollicitation plus réaliste. La mesure de champ par corrélation d'images 2D puis 3D a été utilisée dans ces deux derniers protocoles, révélant les phénomènes locaux tels que la localisation de la déformation avant rupture. Le module élastique du parenchyme a été évalué ; un modèle linéaire puis hyperélastique a été identifié pour le comportement de la capsule. Lors de ces campagnes d'essais, les influences de l'origine biologique -porc ou humain - et de la congélation sur les propriétés mécaniques des tissus ont été évaluées par des tests statistiques. Le travail de modélisation s'est porté sur l'endommagement et la rupture d'un tissu fibreux membranaire initialement isotrope. Les fibres sont supposées élastiques linéaires fragiles. L'endommagement est modélisé comme le résultat de la rupture des fibres à l'échelle microscopique. Deux méthodes d'homogénéisation issues de la littérature sont utilisées et comparées. Le modèle obtenu permet de décrire l'endommagement par deux variables scalaires macroscopiques. Plusieurs phénomènes observés expérimentalement - dépliement progressif des fibres, fibres endommageables, propriétés variables d'une fibre à l'autre - constituent des extensions au modèle. Construit dans un cadre très général, ce modèle est identifié sur les essais de gonflement de la capsule hépatique. La simulation des essais est réalisée en appliquant les conditions aux limites expérimentales ; le module élastique et la déformation à rupture des fibres sont identifiés par un algorithme d'optimisation. Les modèles et propriétés mécaniques à rupture ainsi définis peuvent être inclus dans un modèle de foie entier en vue de la simulation d'un choc. / In the field of road safety, internal injuries including abdominal injuries cannot be predicted through crash-tests using dummies. Numerical simulation is a promising tool to evaluate the risk of injury of a given impact configuration by descripting the loadings on the organs. Quantifying the risk of failure requires knowledge about the mechanical behaviour and the failure properties of the tissues of the human body. As the liver injuries account for a large amount of the serious injuries, the present study is focused on this organ and more specifically on the surface laceration. The aim of this study is to characterize and model the failure behaviour of the two tissues involved in the surface laceration : the parenchyma and the hepatic capsule. The experimental study includes three protocols which range from the organ scale to the tissue scale. Compression tests on whole perfused porcine and human livers enhanced the failure mechanism of the liver surface ; surface laceration seems to be caused by multiaxial tension. Uniaxial tensile tests on parenchyma and capsule samples from human and porcine livers allowed the determination of the failure properties of these two tissues. Independent characterization of the human liver capsule was conducted through inflation tests, which correspond to a more realistic loading than uniaxial tension. Full-strain fields were computed by digital image correlation and stereocorrelation on the second and third protocols ; local phenomena such as the localization of the strain field before failure or material heterogeneities were observed. The linear modulus of the parenchyma was determined. The capsule behaviour was modeled as linear first, then as hyperelastic. Statistical tests based on the results of the uniaxial tests assessed the influence of the biological origin of the tissues - porcine or human - and the preservation method - keeping fresh of freezing. The modeling part of this study is focused on the damage and rupture of an isotropic fibrous membrane. The fibers are linear elastic and brittle. The failure of the fibers at the microscopic scale creates macroscopic damage in the tissue which can be described by two scalars. The homogenization of the behaviour is conducted through two methods available in the literature ; they can therefore be compared. Several phenomena observed on biological fibrous tissues - damageable fibers, crimped fibers, random mechanical properties of the fibers - have been included in the model. This damage model is finally identified on the inflation tests of the capsule which are simulated using the experimental boundary conditions catched by stereocorrelation. The elastic modulus as well as the ultimate strain of the fibers are determined by an optimization algorithm. The material and failure properties as well as the damage model determined in this study can be included in a liver model to simulate a crash. The occurence of surface laceration could then be predicted.

Les données sur le comportement biomécanique de la paroi abdominale restent limitées. Cette méconnaissance est un facteur limitant pour le développement de modèles numériques de cette région anatomique. L’objectif de cette thèse est d’apporter des données quantitatives sur le comportement biomécanique de la paroi abdominale, en adoptant une approche expérimentale globale allant de l’ex vivo à l’in vivo. Dans un premier temps, un protocole de caractérisation ex vivo est mis au point et validé sur des spécimens porcins, puis appliqué à des échantillons humains. Ce protocole permet de tester une même paroi abdominale sous deux types de sollicitation (pression et contact) dans le domaine élastique. Il permet également d’évaluer l’influence d’une lésion et d’une réparation avec un implant chirurgical, sur la réponse mécanique de la paroi. Des mesures par corrélation d’images 3D réalisées simultanément sur les surfaces internes et externes quantifient les différences de distribution des déformations de la paroi abdominale. Dans un second temps, des examens in vivo sur volontaires permettent de prendre en compte l’activité musculaire. Une raideur locale est ainsi évaluée pour diverses activités physiologiques, raideur qui augmente en fonction du niveau de contraction jusqu’à 6 fois la valeur au repos. En résumé, cette recherche propose une méthodologie pour mieux comprendre le comportement mécanique global de la paroi abdominale. Cette méthodologie peut être déclinée, afin d’étudier l’influence des différents composants de la paroi. Au-delà de cette thèse, ces données contribueront à la construction et la validation d’un modèle numérique de la paroi abdominale / Data on the biomechanical behaviour of the abdominal wall are limited. This lack of knowledge is a limiting factor for the development of numerical models of this anatomical area. Therefore, the objective of this thesis is to provide quantitative data on the biomechanical behaviour of the abdominal wall, adopting a global experimental approach ranging from ex vivo to in vivo. As a first step, a protocol for ex vivo characterization is develop and validated on porcine specimens and then applied to human anatomical specimens. This protocol allows testing a same abdominal wall under two loading types (pressure and contact) in the elastic range. It also enables to assess the influence of an incision and of a repair with a surgical implant on the mechanical response. Measurements by 3D digital image correlation performed simultaneously on the internal and external surfaces quantify differences in strain distribution of the abdominal wall. As a second step, in vivo examinations on volunteers enable to take into account muscle activity. A local stiffness is thus assessed for various physiological activities. This stiffness increases with the level of muscle contraction and reaches on average six times the stiffness at rest. In conclusion, this research proposes a methodology to better understand the global mechanical behaviour of the abdominal wall. This methodology can now be used in order to study the influence of the different components of the abdominal wall. Beyond this thesis, these data will contribute to the construction and validation of a numerical model of the abdominal wall

Les données biomécaniques sur les enfants sont rares et difficiles à obtenir lors d'expérimentations. Cette recherche s'intéresse à l'évaluation in vivo du comportement mécanique du tronc et des propriétés mécaniques de l'os cortical des côtes. Le comportement mécanique in vivo du tronc de l'enfant et de l'adulte sous charge pendant des manipulations de kinésithérapie respiratoire ont été étudiées. Trois formes typiques de courbes de force en fonction du déplacement ont été observées. Un plus grand décalage en temps entre les courbes de force en fonction du temps et les courbes de déplacement en fonction du temps ont été observés plus fréquemment chez les enfants que chez les adultes, ce qui conduit à différentes formes de courbes de force en fonction du déplacement entre les enfants et les adultes. Parmi les paramètres qui peuvent affecter le comportement mécanique du tronc, les propriétés mécaniques de l'os cortical des côtes ont été étudiées. Dans un premier temps, il a été constaté ex vivo que les propriétés mécaniques de l'os cortical des côtes des adultes sont liées de façon linéaire à la Densité Minérale Osseuse (DMO) mesurée par la tomodensitométrie quantitative (Quantitative Computed Tomography, QCT) et la tomographie périphérique quantitative à haute résolution (High Resolution Peripheral Quantitative Computed Tomography, HR-pQCT). La DMO peut être mesurée par QCT in vivo. Ensuite, les relations entre la DMO et les propriétés mécaniques pour l'adulte ont été appliquées aux enfants, et les propriétés mécaniques de l'os cortical de l'enfant ont pu être estimées. Les propriétés mécaniques ont été trouvées plus élevées dans la partie latérale des côtes que dans les régions antérieures et postérieures. Il a également été constaté que les propriétés mécaniques augmentent au cours de la croissance. Il s'agite la première étude qui a évalué les propriétés des matériaux de l'os cortical des côtes de l'enfant in vivo. Cette étude peut aider à mieux comprendre la réponse mécanique du tronc de l'enfant et les propriétés mécaniques de l'os cortical costal. À court terme, ces résultats mesurés in vivo seront considérés dans des modèles éléments finis du tronc de l'enfant / Biomechanical data on children, both mechanical behaviors and tissue properties, are rare and difficult to be obtained through biomechanical experiments. This thesis mainly discussed the mechanical behavior of pediatric trunk and mechanical properties of pediatric rib cortical bones in vivo. The mechanical responses of the living and active pediatric and adult trunks during in vivo loading tests were investigated. Three typical shapes of force-displacement curves were observed. Larger time lags between force time histories and displacement time histories were observed more frequently in children than adults, resulting in different shapes of force-displacement curves between children and adults. To better understand the mechanical behavior of pediatric trunk, rib cortical bone mechanical properties were studied. It was found that mechanical properties of adult rib cortical bones were linearly related to Bone Mineral Density (BMD) measured by Quantitative Computed Tomography (QCT) and High Resolution Peripheral Quantitative Computed Tomography (HR-pQCT). The BMD could be measured by QCT in vivo. Then, the mechanical property-BMD relationships were introduced to child population, and the mechanical properties of pediatric rib cortical bones were estimated. The mechanical properties were found higher in the lateral part of the ribs than the anterior and posterior regions. It was also found that the mechanical properties were growing during the growth of children. This is the first study which estimated the material properties of pediatric rib cortical bones in vivo. This study can help to better understand the mechanical response of pediatric trunk and mechanical properties of pediatric rib cortical bones. These results measured in vivo could contribute to improve the biofidelity of pediatric modeling

Paradoxalement, la sécurité routière est assurée entre autre par la production de particules d’usure ! Ainsi, près de 20 000 tonnes de garnitures de frein sont usées par an en France, dont 9 000 tonnes sous forme de particules d’usure aéroportées. Ces particules posent des problèmes de santé car leur composition chimique et leur morphologie font qu’elles interagissent avec la paroi alvéolaire entrainant des pathologies. Au cours de ces pathologies la phase la plus étudiée est la phase inflammatoire qui s’installe une fois que la particule a passé la première barrière de protection qui est le film de surfactant pulmonaire. En revanche, très peu d’études portent sur l’interaction directe des particules aéroportées avec le film de surfactant pulmonaire à cause de difficultés liées aux résolutions des moyens d’investigations cliniques. Alors-que ces études sont d’un intérêt fondamental puisque, de par ses propriétés physicochimiques de surfactant, ce film contrôle la mécanique respiratoire donc la capacité pulmonaire. Dans ce contexte, cette thèse analyse les mécanismes d’action de particules d’usure aéroportées modèles sur les propriétés physicochimiques et mécaniques des parois alvéolaires et plus particulièrement du film de surfactant pulmonaire. Pour cela, un modèle ex vivo de paroi alvéolaire reproduisant la composition, la microstructure du surfactant ainsi que les sollicitations mécaniques pendant les cycles respiratoires, a été mis au point. L’utilisation de ce modèle et les mesures associées ont permis d’élaborer une démarche d’identification des paramètres significatifs des particules qui déterminent leurs interactions avec le film de surfactant pulmonaire. Cela a permis de montrer que l’électronégativité des particules aéroportées est l’un des paramètres significatifs qui induit des changements couplés à différentes échelles, qui vont de la conformation moléculaire (nano), à la microstructure (micro) et aux propriétés mécaniques (macro) de la paroi alvéolaire, conduisant à la diminution de la capacité respiratoire. Ce modèle et les premiers résultats permettront à court terme, d’identifier les autres paramètres significatifs qui caractérisent les actions de particules d’usure aéroportées sur les propriétés mécaniques et physicochimiques des parois alvéolaires. Ceci permettra de connaitre leurs effets sur la capacité pulmonaire. Par conséquent, à plus long terme, cette connaissance permettra de modifier les matériaux en contact et leurs conditions de frottement pour générer des particules satisfaisant les exigences tribologiques et biologiques, donc tribo-bio-compatibles. / Paradoxically, road safety is assured among others by the production of wear particles! Thus, almost 20 000 tons of brake linings are worn each year in France. 9000 tons are airborne wear particles. Due to their size, chemical composition and morphology these particles will interact with the alveolar wall causing pathologies. In these pathologies the most studied is the inflammatory phase that appear after the particle has passed the first protective barrier which is the pulmonary surfactant film. However, very few studies have examined the direct interaction of airborne wear particles with pulmonary surfactant film. These studies are of fundamental interest because, by its physicochemical properties, the pulmonary surfactant film control the respiratory mechanics, hence the pulmonary capacity. In this context, this thesis analyzes the interaction mechanism of model airborne wear particles on the physicochemical and mechanical properties of the alveolar wall and more particularly of pulmonary surfactant film. For this, an ex vivo model of alveolar wall reproducing the composition of the surfactant, its microstructure and the mechanical stresses during the breathing cycles has been developed. This model and the associated measures allowed to develop a method for identifying significant parameters of the particles that determine their interaction with the pulmonary surfactant film. The results showed that the electronegativity of airborne particles is one of the significant parameters which induces changes at different scales ranging from molecular conformation (nano), microstructure (micro) and mechanical properties (macro) of the alveolar wall, leading to the diminution of the pulmonary capacity. This model and the first results will allow, at short term, to identify other significant parameters which characterize the actions of airborne wear particles on mechanical and physicochemical properties of alveolar walls, allowing to know their effects on lung capacity. Therefore, at longer term, this knowledge will permit to change the materials in contact and their friction conditions to generate wear particles satisfying tribological and biological requirements, so tribo-bio-compatibles.

Disposer d’un modèle numérique de doigt permettant de simuler le contact de façon réaliste serait un atout pour les domaines d’applications de la réalité virtuelle et de l’aide à la conception adaptée de matériel. De plus, savoir simuler un contact « biofidèle » entre les doigts et un objet permettrait de répondre à des questions de recherche fondamentale concernant la préhension (évaluation de la qualité d’une prise, choix de stratégies de préhension…).Les modèles existants dans la littérature sont variés en termes de propriétés matériaux et de géométrie mais aucun modèle ne s’impose pour prédire de façon satisfaisante le comportement mécanique de la pulpe des doigts. Cette thèse a pour objectif de proposer des lignes directrices pour le développement d’un modèle éléments finis de l’extrémité du doigt orienté vers la simulation de la manipulation fine.Dans un premier temps, la loi de comportement la plus simple possible mais rendant bien compte du comportement hyperélastique des tissus est identifiée. Ensuite, l’étude de modèles géométriques simplifiés permet de proposer un jeu de marqueurs géométriques permettant de construire un modèle idéalisé. Enfin, une campagne expérimentale innovante de chargements mécaniques sur le doigt sous IRM (8 sujets) permet d’enrichir la base de données des essais existants et de valider les hypothèses de modélisation faites en termes de loi de comportement et de géométrie / A fingertip model enabling realistic contact simulations would be an attractive feature in the virtual reality field and could help the design process of new products. Furthermore, such a tool would allow investigating fundamental research questions associated with prehension (assessment of the efficiency of a grasp, choice of a grasping strategy,…).Existent fingertip models exhibit various material properties and geometries but none of them stand out in the prediction of the mechanical behavior of the fingertip.The main topic of this PhD work is to propose general guidelines for the development of fingertip models dedicated to fine manipulation tasks. First a hyperslastic behavior law is identified, being both as simple as possible and enough complex to reproduce the non-linear behavior of the soft tissue. Then, a geometrical study permits to determine a set of geometric markers enabling the development of an idealized geometrical model. Finally, an MRI innovative experimental campaign of fingertip loading tests is performed (on 8 subjects) to expand the existent experimental database and validate the modeling assumptions made concerning the behavior law and the geometrical approach

Le mélanome est un cancer dont la mortalité augmente rapidement avec le temps. Afin d'assurer une détection précoce, des campagnes de sensibilisation ont été menées donnant des critères morphologiques pour le distinguer des grains de beauté. Mais, l'origine des différences d'aspects entre lésions bénignes et malignes reste inconnue. L'objectif est ici de relier les effets des modifications génétiques à l'aspect des tumeurs, en utilisant des outils venus de la physique macroscopique. Les mélanomes ont l'avantage d'être facilement observables et fins, ce qui en font un système idéal. Ce travail commence par rappeler les aspects physiologiques des cancers de la peau. On explique le fonctionnement de la peau saine, puis nous décrivons les différents types de lésions cutanées, et enfin nous donnons un bref aperçu des différents chemins génétiques connus menant au mélanome. Ensuite, nous faisons un rappel des différents modèles mathématiques du cancer. Nous nous attardons sur l'utilisation de la théorie des mélanges comme base théorique de mise en équation des tumeurs. Nous l'appliquons ensuite dans un modèle simplifié à deux phases en deux dimensions. Puis, nous analysons ces équations. Une étude des composantes spatiales montre la possibilité d'un processus de séparation de phases : la décomposition spinodale. L'étude temporelle permet de montrer que ces équations contiennent les ingrédients nécessaires à décrire plusieurs types de mélanomes observés in vivo. Nous terminons par l'étude des effets de la troisième dimension jusqu'alors mis de côté dans le modèle. Nous mettons en équation des mélanomes évoluant sur un épiderme ondulé, au niveau des mains et des pieds. / Melanoma is a cancer whose mortality grows rapidly with time. In order to insure an early diagnosis, advertising campaigns have emphasized the importance of morphological criteria in order to distinguish moles from melanoma. But, the origins of those criteria are still poorly understood. Our goal is to understand the link between genetic modifications and melanoma patterns using physical tools. As melanoma is easily observable and thin, this makes it an ideal system. This work begins by recalling the physiological aspect of skin cancer. Healthy skin is thoroughly described, then cancerous lesions are depictesd, and melanoma genetic pathways are briefly discussed. Then, continuous mathematical models of cancer are reviewed. We show how mixture theory is used to put cancer into equations. Then, this framework is simplified in a two phases 2D model.Those equations are analysed. The spatial study shows the possibility of a phase separation process: the spinodal decomposition. And, the time study shows thet this model contains the ingredients necessary to describe several melanoma types seen in vivo.Focussing finally on the third dimension. Melanoma evolving on a wavy epidermis (hands and feet skin) are studied. We explain how melanoma patterns should follow the skin ridges (fingerprints).

Breathing is a vital phenomenon that implies synergy of various anatomical structures that constitute the thorax. Joint physiology remains a relatively poorly-known component of the overall thorax physiology. Quantitative literature related to in vivo thorax kinematics during breathing is scarce. The present work focuses specifically on developing and applying a methodology to reach this goal. The developed method combined processing of CT data obtained at different lung volumes and infographic techniques. Detailed ranges of motion (ROMs) and axes of movement (mean helical axes, MHAs) were obtained at costovertebral joints in 12 asymptomatic subjects; rib ROMs gradually decrease with increasing rib number; lung volume and rib level have a significant influence on rib ROM; MHAs did not differ between rib levels. In addition, the method was applied on a sample of 10 patients with cystic fibrosis. The pathological condition significantly influenced CVJ ROMs while the orientation of the MHAs did not differ. Finally, the sternal displacement, sternal angle variations and sternocostal joints (SCJ at rib1 to 7) kinematics during breathing motion were analyzed. Rib ranges of motion relative to sternum decreased with increasing rib number similarly to CVJ. Orientation of the MHAs did not differ between SCJ levels. A significant linear correlation was demonstrated between sternum vertical displacement and rib ranges of motion at both CVJ and SCJ. The present work substantially contributes to 3D modelling of human thorax in breathing at a joint level both qualitatively and quantitatively. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished