Introduction : les fractures des parois de l’orbite, sont fréquentes en traumatologie maxillo-faciale. Nous avons développé et validé un modèle 3D en éléments finis (FEM) d’étude de l’orbite humaine, ensuite utilisé en simulation traumatologique.Matériel et méthodes : Un état des lieux des connaissances concernant les fractures des parois de l’orbite est proposé en première partie. Une observation clinique d’un patient ayant subi un second traumatisme après avoir bénéficié d’une reconstruction du plancher orbitaire par un implant en titane est rapporté. Un modèle 3D en éléments finis de l’orbite est créé, afin d’analyser le comportement de l’orbite, de son contenu et d’une éventuelle reconstruction par implant titane simplifié, en cas de récidive traumatique. Il est ensuite amélioré sur les bases d’une étude sur sujets anatomiques. Résultats : Les implants préformés en titane ont fait leur preuve, mais ont une morbidité propre. Leur déformation en cas de récidive traumatique peut être délétère pour le contenu orbitaire et la vision du patient. Cette déformation est reproductible expérimentalement. L’analyse en éléments finis de traumatisme orbitaires est possible ses avantages et limites sont discutées.Discussion : La précision des voies d’abords et les progrès dans les matériaux utilisés en chirurgie maxillo-faciale permettent d’éviter la plupart des complications iatrogènes. Néanmoins, le devenir des implants utilisés n’est pas toujours pris en compte dans a décision chirurgicale, notamment en cas de récidive traumatique. Les modèles d’études 3D en éléments finis constituent ici un outil de choix. / Introduction: Fractures of the middle third of the face, especially those affecting the orbit, are common in maxillofacial traumas. We developed and validated a 3D finite element model (FEM) of the human orbit, then used for trauma simulations.Material and methods: A review of existing knowledge concerning the fractures of the walls of the orbit was provided, on the basis of a systematic review of the existing literature. A clinical observation of a patient who had suffered a second trauma after benefiting from a reconstruction of the orbital floor with a titanium mesh implant (TMI) was reported. The resulting deformation of the implant, which threatened the orbital content (including the eyeball), was analysed and counterbalanced with the indications of TMI. A 3D FEM of the orbit was created, in order to investigate the behaviour of the orbit, its contents and a simplified TMI, if a traumatic recurrence should occur. It is then improved on the basis of an anatomical studyResults: preformed titanium implants have proved their worth, but also have their own morbidity. In case of traumatic recurrence, their deformity may be deleterious to the orbital content and the patient’s vision. This deformation can also be reproduced experimentally. Advantages and limits of Finite element analysis of orbital trauma are discussed.Discussion: Progress in maxillofacial surgery make it possible to avoid most iatrogenic complications. Nevertheless, the long-term evolution of the implants used is not always taken into account in surgical decisions, especially in the perspective of traumatic recurrence. 3D FEMs have proved to be a major tool here.

L'étude de la biomécanique du geste sport a pour double objectif d'améliorer la performance et de minimiser le risque de blessures. De multiples études ont appliqué les principes de la biomécanique au mouvement du swing de golf. Toutefois, des biais méthodologiques et un manque de consensus ont conduit à des résultats parfois contradictoires. Ainsi, l'objectif premier de cette thèse a été d'effectuer une analyse exhaustive de l'état de l'art de la biomécanique appliquée au swing de golf. Le second objectif a été de concevoir et de mettre en place un protocole expérimental qui permette l'analyse du swing de golf. Et le troisième objectif a été de développer les modèles et analyses permettant l'étude du swing de golf. Cette partie a été effectuée à l'aide du développement d'un modèle musculo-squelettique via le logiciel OpenSim.34 joueurs ont été analysés dans le cadre de cette thèse. Les analyses ont porté sur de multiples éléments : géométriques, cinématiques, dynamiques et énergétiques. Différents critères ont été pris en compte, dont certains couramment pris en compte dans l'analyse du swing de golf (e.g. X-factor), dans l'analyse du mouvement (e.g. dynamique articulaire), mais aussi de nouveaux critères tels que le moment moteur ou le moment cinétique moteur.Des perspectives en termes de transferts vers les équipes médicales et les entraîneurs ont été proposées. / Studying biomechanics aspects of sport movements is aiming at improving performance and reducing injury risk. Several studies have used biomechanics concepts to study golf swing. However, several methodological biases and the lack of consensus have driven to contradictions. Thus, the first objective of this thesis was to do an exhaustive literature review of the biomechanics applied to golf swing. The second objective was to establish an experimental protocol for studying golf swing. And the third objective was to develop models and analysis to study golf swing. This part was done by a musculoskeletal model developed with OpenSim software.34 golf players have been analyzed for this thesis. Those analyses tackled multiples aspects : geometries, kinematics, kinetics and energetics. Several criteria have been taken into account, some from golf swing analysis (e.g. X-factor), from movement analysis (e.g. articular kinetics) and some new ones such as motor moment and motor kinetic moment.Perspectives for transferring results to medical staff and coaches were proposed.

Cette thèse s’intéresse à la contribution des expositions professionnelles —chimiques, biomécaniques, et psychosociaux—tout au long de la vie dans les inégalités sociales de santé liés au vieillissement. Les trois papiers de la thèse essaient de combler les lacunes dans les connaissances sur les effets à long terme des expositions professionnelles et la contribution des expositions individuelles et conjointes dans ces inégalités. Le premier papier cherche à savoir si le niveau d’éducation atteint dans l’enfance modifie l’effet de l’exposition professionnelle aux solvants au cours de la carrière sur la fonction cognitive après 55 ans.. Nous avons trouvé que l’effet de l’exposition aux solvants sur la fonction cognitive était différent selon le niveau d’éducation.. Le deuxième papier discute les effets combinés des expositions biomécaniques et psychosociaux au cours de la vie professionnelle sur la santé physique et fonctionnelle après la retraite. Nous avons trouvé qu’une forte exposition à la fois aux risques physiques et psychosociaux au cours de la vie active est associée à une capacité fonctionnelle bien plus faible après la retraite que l’exposition à un seul type de risques. Aussi, l’effet était différent chez les hommes et chez les femmes. Le troisième papier est un papier méthodologique qui discute des alternatives aux formes longues des échelles généralement utilisées pour évaluer les expositions biomécaniques au travail. Nous avons cherché à vérifier si la question « Trouvez-vous votre travail fatiguant physiquement?» pourrait être une mesure de substitution acceptable pour évaluer des expositions détaillées.. Nous avons comparé la mesure à un item à une mesure plus complète de 38 expositions spécifiques dans huit domaines. Nous avons trouvé que la mesure à un item était plus valide chez les participants fortement exposés à des contraintes biomécaniques de travail. En somme, cette thèse a montré que les expositions professionnelles peuvent à la fois exacerber les disparités existantes en matière de santé et les perpétuer au delà de la retraite. / This dissertation focuses on how occupational exposures throughout the lifecourse—chemical, physical, and psychosocial—contribute to social patterns in aging outcomes, addressing the gap in knowledge about lasting effects of occupational exposures and the contribution of individual and combined exposures to social patterns in aging. The first paper explores whether childhood educational attainment modifies effects of occupational solvent exposure during the career on cognitive function after age 55. We found differential effects of solvent exposure on cognition by educational attainment. The second paper looks at combined physical and psychosocial exposures during working life and effects on physical health and functioning after retirement. This paper finds that high exposure to both physical and psychosocial hazards at work is associated with worse functional capacity in retirement than exposure to either one separately; the pattern of this relationship differs for men and women. The third paper is a methodology paper exploring alternatives to extensive testing batteries often used to evaluate physical workplace exposures. We tested whether the question “Do you find your work physically strenuous?” was an acceptable proxy measure for more detailed exposure assessments by comparing the measure to a comprehensive self-report measure of 38 specific biomechanical strains across eight domains. We found that the measure was most valid in the populations that were most highly exposed to physical strains at work. In general, this dissertation found that occupational exposures can exacerbate existing disparities in health and perpetuate disparities into and beyond retirement.

La cinématique de l’articulation du genou est complexe. Elle est déterminée par des paramètres géométriques et des paramètres mécaniques. Les paramètres géométriques sont principalement définis par la géométrie des os, des surfaces articulaires et par les insertions des différents tissus mous. Les paramètres mécaniques sont définis par les caractéristiques des tissus mous exprimés par les lois qui relient les distances entre leurs insertions et les efforts qu’ils génèrent. Les muscles, tendons et ligaments sont caractérisés par leur constante de raideur et leur pré-tension à une position donnée de l’articulation du genou : l’extension totale. Cette thèse analyse à l’aide d’un modèle multi-corps rigides le comportement de l’articulation du genou. La première partie de la thèse décrit la constitution du modèle. La seconde partie positionne le modèle dans des conditions aux limites. La troisième partie présente les résultats du modèle et les compare à différentes publications de la bibliographie. La quatrième et dernière partie fait varier les différents paramètres mécaniques et quantifie leur influence sur la cinématique du genou. Une synthèse des résultats permet de mettre en évidence les paramètres les plus influents sur la rotation interne/externe du tibia par rapport au fémur et sur l’avancée/recul du fémur par rapport au tibia pendant le mouvement de flexion du genou. / Knee kinematic is complex. It depends of geometric parameters and mechanical parameters. Geometric parameters are mainly defined by bone geometry, articular surfaces and by several soft tissues insertions. Mechanical parameters are defined by soft tissues characteristics designed by laws which link distances between their insertions and generated forces. Muscles, tendons, and ligaments are characterized by linear stiffness and pre-load at one specific position of knee joint: full extension. This work analyzes with rigid-body simulation tool, the knee joint comportment. First part of this work describes model construction. Second part places model inside external loads and constrains. Third part shows model results and compares them to several bibliographies. Last and forth part tests several values of each mechanical parameter. This part evaluates influence of parameter to knee kinematic. Synthesis of results helps to show most influent parameters on internal/external rotation of tibia relative to femur and on femur anterior/posterior displacement during knee flexion movement.

Le système pelvien féminin est un système complexe jouant un rôle primordial dans la miction, la défécation et la reproduction. Il comprend de nombreux organes, muscles et ligaments tous interconnectés. Malheureusement le système pelvien peut subir de nombreuses pathologies l’une d’entre elle étant le prolapsus, ou la descente d’organe, se définissant comme déplacement anormal d’un ou plusieurs organes génitaux. Le prolapsus est une pathologie très répandue au sein de la population féminine. 1 femme sur 3 serait concernée, 1 sur 10 subissant un traitement chirurgical au cours de sa vie. Cette pathologie a d’importantes conséquences sur la qualité de vie des patientes. Son traitement se fait principalement par voie chirurgicale, mais de gros progrès doivent être faits dans ce domaine. En effet, les taux de récidive post-traitement peuvent atteindre des valeurs de 60% dans la littérature.Malgré la nécessité d’une amélioration des techniques chirurgicales celle-ci ne pourra avoir lieu sans une meilleure compréhension du comportement mécanique global de cette région très complexe et encore assez mal connue. Une connaissance approfondie de la mobilité du système pelvien sain par rapport au pathologique permettrait le développement de nouvelles techniques plus à même de soigner efficacement les patientes.Malgré de nombreuses études, un manque de compréhension mécanique est à noter. En effet très peu de données provenant de patientes jeunes et saines sont disponibles. De plus la plupart des tests réalisés sont des tests de tractions uniaxiales, qui sont par essence limités. Un manque cruel de relation entre les modèles phénoménologiques et cliniques est également à regretter.Dans ce travail nous avons donc réalisés des tests uniaxiaux sur différents tissus de cadavres jeunes (<40 ans). Cela nous a permis de prouver l’hyper-élasticité et la grande déformabilité des tissus pelviens jeunes et de mieux comprendre les phénomènes de vieillissement et d’endommagements de ces tissus en les comparants aux nombreuses données de la littérature. Nous avons ainsi pu monter que les ligaments et le vagin subissaient un vieillissement de nature différente à la vessie et au rectum. Ce vieillissement que nous avons nommé « traumatique » entraine un allongement et un raidissement non réversible des tissus à niveau en rien comparable à un vieillissement « naturel ».Notre étude mécanique s’est également élargie en testant les accolements entre organes (vésico-vaginal et recto-vaginal) en les soumettant à une contrainte de cisaillement. Ce genre de tests est, à notre connaissance, une première pour les tissus mous biologiques. Nous avons ainsi pu montrer que le comportement mécanique de ces accolements était linéaire pour les petites déformations et bien que de rigidité faible par rapport aux tissus eux même, tout de même à prendre en compte dans de prochains modèle.Suite à cette étude purement mécanique nous avons tenté de mettre nos modèles phénoménologiques, dur d’accès aux professionnels de la santé, en relation avec des modèles cliniques, histologiques dans ce cas précis. Nous avons donc réalisé un modèle histologiquement fondée du comportement mécanique des tissus pelviens, mettant en relation les taux d’élastine et de collagène d’un tissu à son comportement mécanique. A l’aide de ce modèle, inspiré de la physique des élastomères à plusieurs phases, nous avons pu corréler les taux d’élastine et de collagène d’un tissu à sa rigidité et ainsi rendre plus accessible un modèle complexe.Nous avons ensuite voulu faire le bilan de nos connaissances sur la compréhension des prolapsus et dans quelle mesure notre étude nous a permis de l’approfondir. Nous nous sommes évidemment concentrés sur les modes d’endommagements et leurs conséquences d’un point de vue mécanique et histologique. Dans un but de clarté nous avons traités d’exemples précis afin d’illustrer nos propos, comme le vieillissement, l’accouchement par voie basse ou la cystocèle. / The pelvic floor is a complex anatomical system involved in urination, defecation and reproduction. It is composed of several organs, muscles and ligaments, all interconnected. Unfortunately the pelvic floor can suffer from several pathologies like prolapses. Prolapses are defined as an abnormal displacement of one or more pelvic organs. Prolapses are widespread in the woman population. One woman out of three would be affected, one out of ten undergoing a surgical treatment in her life. This pathology has tremendous consequences on the patient quality of life. Its treatment is mainly surgical, but big improvements are needed. Indeed, the recurrence rate could reach up to 60% in the literature.The improvement of surgical technics will only be possible with a better global mechanical understanding of the pelvic floor. A deep understanding of the healthy pelvic floor mobility compared to the pathological would allow for the development of technics to better treat patients.Even though several studies have been done, a lack of mechanical understanding is to be noted. Indeed very few data coming from healthy young patients are available. Moreover most tests are uniaxial testing, which are by essence quite limited. A lack of relationship between phenomenological and clinical models is also to be noted.Within our study we have then realized uniaxial testing of different tissues from young cadavers (<40 years old). That allowed us to prove the hyper-elasticity and the great deformability of young pelvic tissues. It also helped us to better understand the ageing and damaging processes of those tissues by comparing them to data available in the literature. We could should that the ligaments and the vagina undergo a different ageing process than the rectum and the bladder. That ageing that we defined as “traumatic” induces much stronger non-reversible stretching and stiffening of the tissues than a “natural” ageing.Our mechanical study broadened up by looking at bindings between organs (vesico-vaginal and recto-vaginal). Those bindings have been, for the first time to our knowledge, under shear conditions. We could then show that those binding have a linear mechanical behavior for small displacements and that their stiffness even though limited should be taken into account in numerical models.Following that purely mechanical study we tried to accommodate our models to a public of medical professionals, by linking our phenomenological models to clinical ones, histological in that case. We then realized a histologically based model of the mechanical behavior of pelvic tissues, linking the rate of collagen and elastin of a tissue to its mechanical behavior. Thanks to that model, inspired by the physics of polymers we could correlate the collagen and elastin rates of a tissue to its rigidity and therefore make a complex model more accessible.We then gathered our knowledge on the understanding of prolapses and observed how our study could deepen it. We focused on the ageing and damaging processes and their consequences from a mechanical and histological point of view. To help the understanding we looked at precise examples like ageing, vaginal delivery or cystocele.

L’ostéoporose ménopausique par une accélération du remodelage osseux, conduit à une masse osseuse basse et à des altérations de la microarchitecture, augmentant ainsi le risque de fracture. Les bisphosphonates diminuent l’activité du remodelage osseux en inhibant la résorption osseuse qui conduit à un maintien de la densité minérale osseuse et à une diminution du risque fracturaire. Ce traitement étant la plupart du temps chronique, l’étude de ses effets sur les différents niveaux d’organisation de l’os, du cristal à sa macrostructure, est primordiale. A travers deux études portant sur l’ibandronate et l’alendronate, nous avons montré que leur utilisation préservait la minéralisation osseuse tissulaire. Cependant, une utilisation prolongée (6,4 ans) de l’alendronate, nous a permis de mettre en évidence un mécanisme d’action impliquant des modifications de la structure des cristaux avec un effet sur les propriétés mécaniques locales. Si l’efficacité anti fracturaire de l’alendronate est démontrée après dix ans de traitement, nos résultats suggèrent des altérations de la qualité osseuse à une échelle plus locale / Postmenopausal osteoporosis is characterized by an increase in remodelling activity leading to a low bone mass and alterations in microarchitecture, increasing the risk of fracture. Bisphosphonates slowdown remodeling inhibiting bone resorption, thus bone mineral density is preserved with a decrease in the risk of fracture. Such a treatment is often chronic, making the study of their long-term effects on multiscale bone quality (from the crystal to the macrostructure) of clinical relevance. Thank to two different studies on ibandronate and alendronate, we showed that these treatments preserved the mineralization of bone tissue. However, we firstly described that a long-term treatment with alendronate alter the structure of bone mineral crystals with a direct effect on micromechanical properties. Even if, the reduction in the risk of fracture under alendronate has been established after a ten year treatment, our results suggest alterations in bone quality at tissular and sub-tissular levels of organization

Les rongeurs utilisent leurs vibrisses pour sonder tactilement leur environnement. Tout contact induit des contraintes mécaniques lentes quasi-statiques et rapides vibratoires, qui se propagent jusqu'en base de vibrisse où des mécanorécepteurs dédiés les détectent. C'est cette étape de transduction mécanique de l'information tactile opérée par les vibrisses, avant tout codage neuronal,que nous avons étudiée.En combinant expériences biomimétiques et modélisations, nous avons cherché à isoler les contributions relatives des composantes lentes et rapides pour la détection etlocalisation d'objets, et la perception de textures. Un des enjeuxétait de comprendre ce qui d'un point de vue mécanique confère aux rongeurs leur rapidité et acuité remarquables. Pour cela, nous avons d’abord étudié la dynamique de choc vibrisse-objet, et montré que la position radiale de l’objet pouvait être encodée à la fois dans le taux de variation de la composante quasi-statique du moment en base et dans l’amplitude et la fréquence des vibrations induites. En mimant le mouvement de whisking, nous avons de plus montré qu’utiliser la composante vibratoire permet aux rongeurs une détection des contacts plus rapide et plus robuste. Nous avons ensuite étudié la perception de textures élémentaires, et montré que la variation maximale du moment en base dépendait de manière univoque de leur taille. Des expériences sur rats anesthésiés combinant suivi des vibrisses et mesures d’activité neuronale dans le cortex nous ont enfin permis de proposer un mécanisme d’encodage des textures où la topographie de la surface est modulée par les propriétés de vibrations de la vibrisse et démodulée au niveau neuronal. / Rodents use their facial whiskers to probe their environment by touch. Any contact induces both slow quasi-static and fast vibratory mechanical stresses that propagate down to the base of vibrissae where dedicated mechanoreceptors detect them. It is this phase of mechanical transduction of the tactile information operated by the whiskers, prior to any neural coding, that we have studied here. By combining biomimetic experiments and theoretical modeling, we have sought to separate the relative contributions of both slow and fast components, for the detection and localization of objects, as well as the perception of textures. One of the challenges of this work was to understand what determines from a mechanical point of view, rodents remarkable temporal and spatial precision.For this, we have first studied the shock dynamic between a whisker and an object and shown that the radial position of the object could be encoded both in the rate of change of the quasi-static component of the base torque as well as in the amplitude and frequency of the induced vibrations. In addition, by mimicking the whisking mode adopted by rodents, we have shown that using the vibratory component allows rodents to detect contacts faster and more robustly.We then studied the perception of elementary textures and showed that the maximum variation of the base torque depends univocally on their size. Experiments on anesthetized rats, combining whisker optical tracking and cortical neural activity measurements, led us to propose an encoding mechanism of texture perception where the surface topography is modulated by the vibration properties of the whiskers and demodulation occurs at a neuronal level.

Le rachis est une structure ostéo-disco-ligamentaire complexe jouant un rôle majeur dans la stabilité et la mobilité du corps humain. Dans certaines conditions, des blessures traumatiques ou de fatigue peuvent survenir. Chaque année, plus de 700000 nouveaux traumas rachidiens sont comptabilisés au niveau mondial. Les blessures de fatigue, résultant d’une sur-sollicitation des structures vertébrales, sont fréquentes dans le domaine sportif. La spondylolyse est la blessure la plus commune parmi les blessures de fatigue dues au sport, notamment chez les adolescents. Cette thèse vise à améliorer la compréhension des mécanismes de blessures du rachis lombaire dans des conditions traumatiques et sportives en tenant compte des facteurs intrinsèques (posture, propriétés mécaniques des ligaments) et extrinsèques (conditions de chargement). Le volet expérimental décrit la caractérisation des ligaments du rachis thoracique et lombaire humain en traction uni-axiale dynamique. Le volet numérique porte sur l’analyse par éléments finis des pathomécanismes du rachis lombaire en conditions traumatiques, d’une part, et pour l’étude des risques de spondylolyse dans le domaine sportif d’autre part. Cette thèse a été réalisée en cotutelle entre Polytechnique Montréal et le Laboratoire de Biomécanique Appliquée (UMRT21 Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux/ Aix-Marseille Université) et s’inscrit dans les travaux de recherche du Laboratoire international – Imagerie et biomécanique du rachis (iLab-Spine) et de la Chaire de recherche industrielle CRSNG/Medtronic en biomécanique de la colonne vertébrale. / The spine is an osteo-disco-ligamentous structure playing a major role in the human body’s stability and mobility. In some conditions, traumatic or stress injuries may happen. Each year, more than 700,000 new traumatic injuries are diagnosed worldwide. Stress injuries result from overuse of spinal structures because of repetitive movements and sport practice is a common cause. The spondylolysis is the most common stress injuries due to sport activities, particularly in adolescents. The objective of this thesis was to improve the understanding of the lumbar injury mechanisms in traumatic and sport-related conditions taking into account intrinsic (posture, ligament mechanical properties) and extrinsic factors (loading conditions). The experimental part deals with the lumbar and thoracic ligament characterization under uni-axial dynamic tensile tests. The numerical part was performed to assess the pathomechanisms of the lumbar spine in traumatic conditions and related to the risk of spondylolysis in sport-related conditions. This project was done as a joint program between Ecole Polytechnique de Montreal and the Laboratoire de biomécanique appliquée (UMRT21 Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux/ Aix-Marseille Université) and was a part of the research work of the iLab-Spine (International Laboratory - Spine Imaging and Biomechanics) and the Industrial Research Chair program CRSNG/Medtronic on the spinal biomechanics.

Contexte: La mammographie est une modalité d’imagerie médicale à faible dose permettant la détection du cancer mammaire à un stade précoce. Lors de l'examen, le sein est comprimé entre deux plaques afin d'uniformiser son épaisseur et d'étaler les tissus. Cette compression améliore la qualité clinique de l'examen mais elle est également source d'inconfort chez les patientes. Bien que la mammographie soit la méthode de dépistage la plus efficace du cancer du sein, l’inconfort ressenti peut dissuader les femmes de passer cet examen. Par conséquent, une technique alternative de compression du sein prenant en compte le confort de la patiente, en plus de l’amélioration de la qualité d'image, présente un grand intérêt.Méthodes: Dans ce travail, nous avons proposé un nouvel environnement de simulation permettant l'évaluation de différentes techniques de compression du sein. La qualité de la compression a été caractérisée en termes de confort de la patiente, de la qualité d'image et de la dose glandulaire moyenne délivrée. Afin d'évaluer la déformation du sein lors de la compression, un modèle biomécanique par éléments finis du sein a été développé. Ce dernier a été calibré et évalué en utilisant des volumes IRM d'une volontaire dans trois configurations différentes (sur le dos, le ventre et de côté). Par ailleurs, la qualité d'image a été évaluée en utilisant un environnement de simulation d'imagerie auparavant validé pour la simulation de l'acquisition d'images en mammographie.Résultats: La capacité de notre modèle biomécanique à reproduire les déformations réelles des tissus a été évaluée. Tout d'abord, la géométrie du sein dans les trois configurations a été estimée en utilisant des matériaux Néo-Hookeens pour la modélisation des tissus mous. Les propriétés mécaniques des différents constituants du sein ont été estimés afin que les géométries du sein dans les positions couchée sur le ventre et couchée soient le plus proches possibles des mesures. La distance de Hausdorff entre les données estimées et les données mesurées est égale à 2.17 mm en position couché sur le ventre et 1.72 mm en position couché sur le dos. Le modèle a ensuite été évalué dans une troisième configuration sur le côté, avec une distance de Hausdorff étant alors égale à 6.14 mm. Cependant, nous avons été montré que le modèle Néo-Hookeen ne peut pas décrire intégralement le comportement mécanique riche des tissus mous. Par conséquent, nous avons introduit d'autres modèles de matériaux basés sur la fonction d'énergie de Gent. Cette dernière hypothèse a permis de réduire l'erreur maximale dans la configuration couchée sur le ventre et dos incliné d’environ 10 mm.Le couplage entre la simulation de la mécanique du sein et la simulation d'aquisition d'image nous ont permis d'effectuer deux études préliminaires. Dans la première étude, les différences entre les pelotes de compression standard rigide et flex ont été évaluées. Selon les simulations effectuées, l'utilisation de la pelote flex pour la compression du sein a le potentiel d'améliorer le confort de la patiente sans affecter la qualité de l'image ou la dose glandulaire moyenne.Dans la seconde étude, l'impact du positionnement du sein sur la mécanique globale de la compression mammaire a été étudié. Nos simulations confirment que rapprocher la pelote de compression de la cage thoracique peut augmenter l'inconfort de la patiente. Selon les données estimées, pour une même épaisseur du sein sous compression, la force appliqée au sein peut être s'accroitre de 150%.Conclusion: L'estimation réaliste de la géométrie du sein pour différentes configurations sous l'effet de la gravité, ainsi que les résultats conformes aux descriptions cliniques sur la compression du sein, ont confirmé l'interêt d'un environnement de simulation dans le cadre de nos études. / Background: Mammography is a specific type of breast imaging that uses low-dose X-rays to detect breast cancer at early stage. During the exam, the women breast is compressed between two plates in order to even out the breast thickness and to spread out the soft tissues. This compression improves the exam quality but can also be a source of discomfort. Though mammography is the most effective breast cancer screening method, the discomfort perceived during the exam might deter women from getting the test. Therefore, an alternative breast compression technique considering the patient comfort in addition to an improved clinical image quality is of large interest.Methods: In this work, a simulation environment allowing the evaluation of different breast compression techniques was put forward. The compression quality was characterized in terms of patient comfort, image quality and average glandular dose. To estimate the breast deformation under compression, a subject-specific finite element biomechanical model was developed. The model was calibrated and evaluated using MR images in three different breast configurations (supine, prone and supine tilted). On the other hand, image quality was assessed by using an already validated simulation framework. This framework was largely used to mimic image acquisitions in mammography.Findings: The capability of our breast biomechanical model to reproduce the real breast deformations was evaluated. To this end, the geometry estimates of the three breast configurations were computed using Neo-Hookean material models. The subject specific mechanical properties of each breast's structures were assessed, such as the best estimates of the supine and prone configurations were obtained. The Hausdorff distances between the estimated and the measured geometries were equal to 2.17 mm and 1.72 mm respectively. Then, the model was evaluated using a supine tilted configuration; with a Hausdorff distance of 6.14 mm was obtained in that case. However, we have showed that the Neo-Hookean strain energy function cannot totally describe the rich mechanical behavior of breast soft tissues. Therefore, alternative material models based on the Gent strain energy function were proposed. The latter assumption reduced the maximal error in supine tilted breast configuration by about 10 mm.The coupling between the simulations of the breast mechanics and the X-ray simulations allowed us to run two preliminary studies. In the first study, the differences between standard rigid and flex compression paddles were assessed. According to the performed simulations, using the flex paddle for breast compression may improve the patient comfort without affecting the image quality and the delivered average glandular dose.In the second study, the impact of breast positioning on the general compression mechanics was described. Our simulations confirm that positioning the paddle closer to the chest wall is suspected to increase the patient discomfort. Indeed, based on the estimated data, for the same breast thickness under compression, the force applied to the breast may increase by 150%.Conclusion: The good results we get for the estimation of breast deformation under gravity, as well as the conforming results on breast compression quality with the already published clinical statements, have shown the feasibility of such studies by the means of a simulation framework.

L’objectif de cette thèse était d'évaluer la force d’impact dans des conditions proches de la pratique des Sports de Combat et des Arts Martiaux (SCAM) à l'aide d'un ergomètre composé d’un bloc-cible instrumenté avec un accéléromètre et un dynamomètre, et monté sur une lame flexible fixée verticalement sur le sol. La force d'impact a été calculée à partir des trois composantes mesurées par le dynamomètre, d'une part, et à partir de l'accélération du bloc-cible, grâce à un modèle mécanique original, d'autre part. Les mesures dynamiques ont été associées à des mesures cinématiques 3D à haute vitesse afin de caractériser les gestes de frappe de quatre boxeurs en situation d'entraînement, et d'en identifier les paramètres d'optimisation : gamme des énergies cinétiques pic et incidente du membre supérieur, gamme des pics de force d’impact, et forces intra articulaires au poignet, au coude et à l'épaule, calculées par dynamique inverse. Parallèlement, l’évaluation mécanique de quelques protections de boxe française (gants et bandages) et de karaté (gants, protège-pieds et protège-tibias) a montré que le test défini par la norme NF EN 13277-2 était insuffisant pour caractériser leurs propriétés amortissantes. Les résultats des mesures en situation et en laboratoire ont mis en évidence la qualité discutable de certains gants de boxe française et l'absence d’effet protecteur des bandages. La Fédération Française de Boxe Française (FFSBFDA) doit encore tirer toutes les conclusions de ces résultats. Les résultats des protections de karaté ont permis à la Fédération Française de Karaté (FFKDA) d'en définir les caractéristiques souhaitables, qui ont été approuvées par la Fédération Mondiale de Karaté (WKF). Au-delà de ces conséquences pratiques, la cible-ergomètre conçue, fabriquée et mise en oeuvre dans cette thèse, et le modèle mécanique associé présentent des avantages expérimentaux et ergonomiques qui ouvrent des perspectives d’évaluation de la force d'impact de nombreuses techniques de frappe utilisées dans les Sports de Combat et les Arts Martiaux. / The purpose of this thesis was to assess the impact force in conditions close to the practice of Fighting Sports and Martial Arts using an ergometer composed of a target-block instrumented with an accelerometer and a dynamometer, and mounted on a flexible lath vertically fixed on the floor. The impact force was computed from the three components measured by the dynamometer, and also from the acceleration of the target-block, using an original mechanical model. The dynamic measurements have been combined with those of a 3-D high speed kinematic analysis in order to characterize the striking movements of four French Boxers in training conditions, and to identify their optimization parameters : range of maximal and incident linear kinetic energies, range of impact force peaks, and joint forces at the wrist, the elbow and the shoulder, computed by inverse dynamics. Concurrently, the mechanical evaluation of some protective gears for French Boxing (gloves and handwraps) and Karate (gloves, leg-protections and shin protections) has shown that the test defined by the NF EN 13277-2 norm was not sufficient for assessing their damping properties. The results of practice and laboratory measurements exhibited the doubtful quality of some French Boxing gloves and the lack of damping effect of handwraps. The French Federation of French Boxing (FFSBFDA) should still draw all the conclusions of these results. The results of the Karate protective gears have allowed the French Karate Federation (FFKDA) to define their desirable characteristics, which have been approved by the World Karate Federation (WKF). Beyond these practical outcomes, the striking ergometer, designed, built and used in this thesis, and the associated mechanical model have / possess experimental and ergonomic advantages, which open wide perspectives for assessing the impact force of many striking techniques used in Fighting Sports and Martial Arts.