Plusieurs études ont montré que dans les accidents réels, la vitesse d’impact de la tête n’est que rarement normale à la surface et présente une composante tangentielle non négligeable. Aucune norme, à l’heure actuelle ne propose de choc oblique avec enregistrement de l’accélération en translation et en rotation de la fausse tête. Un aspect essentiel de cette recherche a été d’aborder les descriptions d’accidents réels impliquant un motocycliste et un véhicule afin d’évaluer les conditions aux limites de la tête juste avant impact, en termes de vecteur vitesse et de localisation d’impact. Cette étude a permis d’établir le vecteur vitesse possible et de l’angle d’impact de la tête du motocycliste en situation. Une méthode de test pour évaluer le casque a été proposée. Les tests d'impact obliques, sont effectués avec une vitesse d’impact de 8.5 m/s sur une enclume inclinée de 45° permettant la rotation autour de l’axe Y X et Z. Les accélérations 6-D sont implémentés dans le modèle SUFEHM afin d’extraire la déformation axonal maximale et le risque lésionnel. Cette fusion de la méthode expérimentale et numérique donne un avantage par rapport aux normes conventionnelles, tant en termes de conditions d’impact qu’en termes de critère de blessure de la tête. / It is well know that in case of accident the head does not only impact perpendicularly to the impacted structure but presents an oblique impact condition. However none of the today helmet standards do integrate oblique impacts with the recording of the dummy head rotational acceleration. An essential aspect of the present research is to simulate real world accident and to compute the victim’s kinematic in order to extract the head impact conditions. In collaboration with University Florence (Italy) 19 cases were considered and it was shown that the head impact velocity vector presents a significative angle. A novel helmet test method has been proposed. Helmeted headfoml is impacting a 45° inclined anvil at a speed of 8.5 m/s and the 6D acceleration versus time curves are introduced into an existing head FEM in order to compute the axon strains and to derive the brain injury risk.

Les traumatismes crâniens demeurent une cause de mortalité importante et entraînent des incapacités graves. La modélisation numérique est un outil moderne pour étudier la biomécanique des chocs crâniens. L’objectif principal de cette thèse a été l’évaluation biomécanique d’un casque de cycliste issu du commerce. Des tests de caractérisation ainsi que des campagnes de chocs normatifs et tangentiels ont permis le développement d’un modèle éléments-finis du casque et sa validation. Afin d’estimer le risque lésionnel encouru lors de chocs réalistes, le modèle de casque a été couplé à un modèle de tête anatomique et différents paramètres intracrâniens ont été calculés. Les valeurs obtenues pour ces paramètres se sont révélées supérieures aux limites de tolérance. Fort de ces constats, une réflexion en profondeur sur la norme EN1078 actuelle a été menée et pour laquelle des modifications ont été proposées afin que le casque protège la tête de façon optimale vis-à-vis de critères biomécaniques. / Traumatic head injuries remain a common cause of death and severe disabilities worldwide. FE modeling of the head is a well accepted tool to study head impact biomechanics. The objective of this PhD thesis was to evaluate the head protection capability offered by a commercial bicycle helmet. Experimental characterization tests, standard and tangential impacts were performed to develop and validate the finite element helmet model. In order to estimate the injury risk sustained in case of realistic head impacts, the helmet model has been coupled to an anatomical head and intracranial parameters were computed. Calculated values were higher than published tolerance limits. An in-deep investigation of the current EN1078 European standard was then carried out and relevant modifications were proposed to assess and optimize bicycle helmets against biomechanical criteria.

Ce travail de recherche porte sur la compréhension du traumatisme crânien (TC) dans les sports de glisse alpins dans l’objectif d’améliorer et d’encadrer la conception et l’évaluation des casques de ski. Il s’est décomposé en quatre étapes :Etudier les accidents de ski conduisant au TC en identifiant des typologies d’accidents de ski et de snowboard conduisant fréquemment à l’apparition de TC. A partir d’un questionnaire rempli dans 10 cabinets médicaux et 3 hôpitaux, dix scénarios d’accident ont été identifiés ainsi que les zones de la tête les plus impactées. Cette analyse est complétée par des mesures de vitesse des skieurs.Identifier les conditions d’impact de la tête en reproduisant numériquement la cinématique de ces accidents avec un modèle multicorps de skieur. Deux types d’impact ressortent de cette analyse: les impacts sur neige, majoritaires (70%) et plutôt de faibles gravités et les impacts lors de collisions, plus rares, mais souvent plus graves.Évaluer la capacité des casques à réduire le TC en combinant approches expérimentales (impact de tête instrumentée sur neige) et simulations par éléments finis (reproduction d’impacts réalistes avec un modèle d’humain virtuel). Le casque réduit efficacement le risque de TC grave lors d’impact contre un obstacle rigide, mais son efficacité reste limitée lors d’impacts contre de la neige.Explorer des pistes d’amélioration du casque. Trois solutions ont été proposées, évaluées expérimentalement et numériquement et optimisées au regard des deux impacts cibles « neige » et « obstacle ». Le prototype proposé réduit de 30% les niveaux d’accélération de la tête lors de ces impacts par rapport aux casques traditionnels. / The aim of the project was to better understand traumatic brain injury (TBI) in alpine sports in order to improve the design and the evaluation of helmets. The work was divided in four main steps: Study skiing and snowboarding accidents leading to TBI: Ten scenarios were identified with a survey available in 10 medical centers and in 3 hospitals. The frontal and occipital zones were the most impacted parts of the head. Speed measurements were performed on ski slopes to complete the accident conditions analysis.Identify head impact conditions during these accidents: We reproduced the kinematics of these accidents using a numerical model of skier and snowboarder (multibody model). We identified two types of impact: impacts against the snow are the most frequent (70%) and are associated with mild TBI whereas impacts during collision are less frequent but are more likely to induce severe TBI. Evaluate helmet effectiveness in reducing the TBI combining experimental approach (Impacts of an instrumented head against the snow) and finite element simulations (Realistic head impacts reproduced numerically using a human model). Helmets were good at reducing the risk of severe TBI during an impact against a rigid obstacle. However the effectiveness of the helmets at reducing injury risk during an impact against the snow was limited. Improve helmet design: Three solutions were studied. These solutions were proposed, evaluated experimentally and numerically and optimized regarding the two targeted impacts “snow” and “obstacle”. The prototype of the optimized helmet reduces by 30% the acceleration of the head during these impacts compared to traditional helmets.

Introduction : La promotion du port du casque à vélo exige une bonne connaissance des déterminants du port du casque. Objectifs : Estimer l’association entre les caractéristiques sociodémographiques et le port du casque à vélo dans la population des cyclistes de Montréal et examiner les associations entre le port du casque et les comportements sécuritaires à vélo ainsi que les habitudes de vie. Méthode : Le devis est transversal à mesures répétées, via trois sondages téléphoniques complétés entre 2009 et 2010. L’échantillon analysé comprend 3309 Montréalais de 18 ans et plus ayant fait du vélo au cours des douze derniers mois. Des informations sur le port du casque, les caractéristiques sociodémographiques, les autres comportements sécuritaires à vélo, les habitudes de vie et l’environnement routier ont été recueillies. Des analyses de régression logistique, bivariées et multivariées, ont été réalisées. Résultats : Le port du casque est significativement associé à un revenu et un niveau d’éducation plus élevés, au lieu de naissance (Canada vs hors Canada), à d’autres comportements sécuritaires à vélo, à certaines habitudes de vie (non-fumeur, boire une ou deux consommations alcoolisées quotidiennement vs ne pas boire, ou boire trois consommations ou plus quotidiennement) et à l’absence d’une station de vélo en libre-service proche du lieu de résidence. Conclusion : Le port du casque s’inscrit dans l’ensemble des comportements permettant aux cyclistes de se protéger. La présence d’inégalités sociales devrait être prise en compte dans les interventions de promotion du port du casque. / Background: Cyclists are vulnerable road users. Helmet use may reduce injury severity. Yet, its promotion requires a good knowledge of the determinants related to helmet use. Objectives: The objectives are to estimate the association between sociodemographic characteristics and helmet use among cyclists’ from Montreal and to examine associations between helmet use and safe cycling behaviours as well as lifestyles behaviour. Methods: We used a cross sectional design with repeated measures through three telephone surveys completed in 2009 and 2010. The sample includes 3309 Montrealers aged 18 years and over, who had cycled in the previous 12 months. Information on sociodemographic characteristics, safe cycling behaviours, lifestyles and road environments were collected. Bivariate and multivariate logistic regression analyses were conducted. Results: Results show associations between wearing a helmet and income, higher level of education, being born in Canada, other safe cycling behaviours, some lifestyles (non-smoking and drinking one or two alcoholic beverages daily vs not drinking, or drinking three alcoholic beverages or more daily) and the absence of public bicycle share docking stations near one’s dwelling. Conclusions: Helmet use is one of the behaviours allowing cyclists to protect themselves. Social inequalities should be considered when developing interventions to promote helmet use among cyclists.

Contexte : les deux-roues motorisés (2RM) sont en forte évolution et la vulnérabilité de leurs usagers est de plus en plus manifeste. En 2013, dans le monde, les usagers de 2RM ont compté pour 23 % de la mortalité routière, devant les piétons (22 %). Dans ce contexte, la sécurité des usagers de 2RM est devenue une préoccupation sérieuse dans la plupart des pays. Contrairement à beaucoup de problèmes de santé publique, les principaux facteurs de l'insécurité routière en 2RM sont connus. L'enjeu d'aujourd'hui est surtout de quantifier leur effet sur la survenue d'accidents et d'évaluer les effets des quelques dispositifs de protection disponibles. Les objectifs de cette thèse sont de mieux connaitre les problèmes d'interaction entre les conducteurs de 2RM et les automobilistes selon différentes situations accidentelles (en particulier en intersection), de quantifier les effets des facteurs à l'origine de la survenue des accidents issus de la perte de contrôle du 2RM, et de mesurer l'efficacité des dispositifs de protection portés par les usagers de 2RM (casque intégral, blouson de moto, pantalon de moto, gants, bottes ou chaussures montantes et protection dorsale). Données : la réalisation des objectifs de la thèse s'appuie sur les données du projet VOIESUR, les données du Registre des accidents de la circulation du Rhône et les données recueillies au moyen d'une enquête postale réalisée auprès de 7 148 usagers de 2RM accidentés entre 2010 et 2014 identifiés par le Registre du Rhône. Résultats : Le problème de détectabilité des motos au niveau des intersections est confirmé. Dans la même situation d'interaction entre deux véhicules en intersection, un automobiliste a plus de difficulté à détecter une moto qu'à détecter un véhicule léger. Les facteurs suivants sont associés à la survenue des accidents de type perte de contrôle : alcool, type de moto, jour de l'accident, sinuosité de la route, adhérence de la route et vitesse. Nous soulignons le fait qu'une mauvaise adhérence de la route augmente considérablement le risque de perte de contrôle, en particulier lorsque la dégradation de l'adhérence est inattendue pour les motocyclistes en raison de la présence de gravillons, de corps gras, de nids de poule, etc. sur la route. En cas d'accident, les vêtements dédiés à la moto protègent les usagers des blessures. Ils sont efficaces pour éviter les dermabrasions et les plaies cutanées, mais ne semblent pas protéger des blessures plus graves telles que fracture, luxation ou entorse, sauf pour les bottes ou chaussures montantes qui réduisent le risque de fracture de la cheville ou du pied. Concernant les plaques dorsales, aucune efficacité n'a été montrée. Les casques intégraux protègent mieux le visage de l'usager du 2RM comparés aux non-intégraux, alors qu'aucune différence de protection du crâne ou du cerveau n'est mise en évidence entre les deux types de casques. Conclusion : Nos résultats mettent en évidence le problème de détectabilité d'un 2RM par les automobilistes en intersection et l'importance de l'état de la chaussée dans les accidents associés à une perte de contrôle du 2RM par son conducteur. Il est fortement recommandé pour les automobilistes de bien faire attention aux véhicules prioritaires venant de la gauche ou d'en face avant de tourner à gauche, particulièrement aux 2RM venant d'en face. L'amélioration de l'état de la chaussée et une signalisation adaptée représentent aussi un enjeu fort pour la sécurité des usagers de 2RM. Nos résultats soutiennent la recommandation faite par les organismes de sécurité routière du port plus systématique des équipements vestimentaires chez les usagers de 2RM. Enfin, nos résultats encouragent l'utilisation d'un casque intégral chez les usagers de 2RM afin de mieux protéger le visage / Background: Motorized two-wheelers (MTW) are evolving rapidly and the vulnerability of their users is becoming more obvious. MTW users were the most vulnerable road users, accounting for 23 % of all road traffic fatalities worldwide in 2013, in front of pedestrians (22 %). In this context, the safety of MTW users has become a serious concern in most countries. In contrast to many public health problems, the main factors of MTW road safety have been identified. The issue today is to quantify their effects on the occurrence of accidents and to measure the effects of protective devices. The present thesis aims to better understand the interaction problems between MTW drivers and automobilists according to different accident configurations (in particular at intersection), to identify and assess the effect of critical factors on the risk of MTW loss-of-control crashes, and to measure the effectiveness of protective clothing (motorcycle jacket, trousers, gloves, knee-high or ankle boots, back protection) for MTW users. Data: This study used MTW accident data collected in a French project VOIESUR, injury data from the Rhône Registry, plus data collected by means of a postal survey which was conducted among 7148 MTW riders injured between 2010 and 2014 and identified in the Rhône Registry. Results: We confirmed the problem of motorcycle detection for other road users. In the similar conditions, the motorists have more difficulty to detect a motorcycle than a car oncoming, in particular at intersections. The following factors are associated with the occurrence of motorcycle loss-of-control accidents: alcohol use, motorcycle type, weekend vs. weekday, road alignment, road adhesion and traveling speed. We emphasize that poor road adhesion significantly increases the risk of losing control, especially when deteriorated road adhesion is encountered unexpectedly, due to the presence of loose gravel, ice, oil, potholes, etc. on the roadway. In case of accident, motorcycle clothing protects users from injury. It can protect riders against injuries such as dermabrasion and laceration, but not against more serious injuries, such as fracture and sprain, except for boots, which reduce foot-and-ankle fracture risk. No effect of dorsal protectors was shown. Full-face helmets provide significantly greater protection against facial injury than do other helmets. However, no significant difference of protection against skull or brain injury is found between the two types of helmets. Conclusion: Our results highlight the problem of MTW detection for motorists at intersections and the important role of road conditions in the occurrence of accidents resulting from loss of control of MTW. It is recommended for motorists to pay extra attention to priority vehicles oncoming from their left or the opposite direction, before turning left at an intersection, especially to MTW. Regular road maintenance and immediate installment of appropriate warning signs concerning road deterioration are also highly recommended in consideration of MTW safety. Finally, our results support road safety organizations’ recommendation that protective clothing be worn: this should be more systematic for MTW users, the same for the use of full-face helmets

Les opérateurs de centres d'appels sont exposés à un bruit de fond relativement élevé, principalement composé des conversations de leurs collègues. Ce bruit de fond gêne l'intelligibilité des conversations téléphoniques et induit chez les opérateurs des comportements dommageables. Une solution pour remédier à ce problème consiste à équiper leur casque téléphonique d'un système de contrôle actif afin de réduire le bruit directement au niveau de leurs oreilles. En raison de la limitation du contrôle par feedback au contrôle des basses fréquences, nous avons envisagé l'étude d'un dispositif de contrôle par feedforward, le principe étant d'utiliser un ou plusieurs capteurs de référence détectant le bruit gênant en amont de la zone de réduction du bruit. Le contrôle par feedforward en centre d'appels peut être limité par des facteurs relevant de la physique et du traitement du signal en raison de la complexité du champ acoustique et des caractéristiques instationnaire et large-bande du bruit. Cette thèse présente l'étude acoustique, algorithmique et technologique d'un système de contrôle par feedforward sous casque, en se basant sur des simulations de contrôle réalisées à partir d'enregistrements sonores et d'une expérience de contrôle temps-réel. Nous y montrons que malgré la faisabilité acoustique et algorithmique du contrôle par feedforward dans les centres d'appels, la technologie actuelle des casques téléphoniques ne permet pas d'obtenir un contrôle satisfaisant.

L'objectif de cette recherche était d'actualiser et d'affiner les connaissances épidémiologiques sur les usagers de deux-roues motorisés accidentés qui représentent un enjeu majeur de sécurité routière et de santé publique. Les principales bases de données françaises ont été utilisées : les données nationales des forces de l'ordre, les données de l'enquête « Stupéfiants et Accidents Mortels » et celles du Registre des Victimes d'accident du Rhône. Nous avons d'abord dressé le bilan des connaissances épidémiologiques à partir des résultats de la littérature internationale sur les usagers de deux-roues motorisés et leurs accidents, et précisé les besoins en matière de recherches. En terme de sécurité primaire, nous avons étudié un certain nombre de facteurs de risque d'accidents de deux-roues motorisés, et particulièrement la dimension conduite sous l'influence de l'alcool et de stupéfiants. En terme de sécurité secondaire, nous avons présenté la typologie lésionnelle des usagers de deux-roues motorisés accidentés puis étudié les facteurs de gravité. Nous avons completécomplété nos recherches par une analyse spécifique sur l'évaluation de l'efficacité du casque et de ses éventuels effets lésionnels indésirables et terminé par l'étude des mécanismes lésionnels selon le type d'accident et le type de deux-roues motorisé. A la suite de nos travaux, nous avons proposé des recommandations pour prévenir les accidents de deux-roues motorisés et à défaut réduire leur gravité

Cet ensemble de travaux porte sur les effets acoustiques de filtrage de la tête et du corps, ou la fonction de transfert acoustique (HRTF), et son rôle dans la perception des sources sonores dans l'espace. Des méthodes pour créer une illusion auditive haute fidélité, ce qu'on appelle un espace acoustique virtuel, en utilisant l'HRTF sont explorées. Un facteur essentiel pour générer une illusion convaincante est l'utilisation des HRTFs propres à l'auditeur. À cet effet, et dans l'intérêt de produire une solution adaptée pour le marché des consommateurs, une technique permettant de sélectionner un HRTF personnalisé à partir d'une base de données à l'aide d'un ensemble de dimensions de la tête et du corps a été évaluée. La validation a utilisé des jugements perceptifs d'un test d'écoute, et la fiabilité de ces jugements a été analysée. Une étude sur l'impact du type de casque utilisé a également été effectuée.

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Malgré des développements récents dans la conception des casques électroencéphalographiques (EEG) et dans l'analyse du signal cérébrale, les interfaces cerveau-machine (ICM) sont toujours restreintes au contexte de la recherche scientifique. Toutefois, les ICM gagneraient à intégrer la réalité virtuelle (VR) car elles diminuent la distance entre l'utilisateur et son avatar en remplaçant les commandes mécaniques, et donc améliorent le sentiment d'immersion. De plus, les ICM fournissent également des informations sur l'état mental de l'utilisateur comme sa concentration, son attention ou ses points d'intérêts dans l'environnement virtuel. Dans cette thèse, nous étudions l'interaction entre ICM et VR, qui constituent une interface homme-machine dont les applications nous semblent prometteuses pour le grand public, particulièrement dans le domaine du divertissement. Nous nous concentrons sur l'utilisation d’une ICM basée sur l'EEG et sur une stimulation visuelle occasionnelle, autrement-dit une ICM basée sur la détection du P300, un potentiel évoqué positif apparaissant dans l’EEG 250 à 600 ms après l’apparition d’un stimulus. Nous étudions l’usage de cette ICM pour interagir avec un environnement simulé grâce à un casque de VR mobile utilisant un smartphone ordinaire, c’est-à-dire un matériel de VR approprié pour une utilisation grand public.Toutefois, l’intégration des ICM dans la VR pour le grand public rencontre aujourd’hui des défis d’ordre technique, expérimental et conceptuel. En effet, l’utilisation d’un matériel mobile pose des contraintes techniques considérables, et une telle technologie n’a pas encore fait l’objet d’une validation. Les facteurs influençant la performance des ICM en VR par rapport à une utilisation sur PC restent flous. Également, les caractéristiques physiologiques de la réponse du cerveau à des stimuli en VR par rapport aux mêmes stimuli présentés sous PC sont inconnues. Finalement, les ICM et la VR admettent des limites considérables, parfois incompatibles. Par exemple, l’utilisateur interagit avec la VR en bougeant, ce qui perturbe le signal EEG et diminue la performance de l’ICM. Il y a donc une nécessité d’adapter le design de l’application pour une technologie mixte ICM+VR.Dans ce travail, nous présentons une contribution dans chacun de ces domaines : une réalisation technique vers une ICM grand public en VR ; une analyse expérimentale de sa performance et une analyse des différences physiologies produites par des stimuli présentés dans un casque de VR par rapport aux mêmes stimuli sous PC - analyses menées à bien grâce à deux campagnes expérimentales portant sur 33 sujets ; une synthèse des recommandations pour un design adapté à la fois aux ICM et à la VR. / In spite of ongoing developments in the conception of electroencephalographic (EEG) headsets and brain signal analysis, the actual use of an EEG-based brain-computer interfaces (BCI) is still restricted to research settings. On the other hand, BCI technology candidates as a good complement to virtual reality as it may diminish the distance between the user and his/her avatar. A BCI can accomplish this by circumventing the usual muscular pathway between the brain and the machine, thus enhancing the immersion feeling in VR applications. Moreover, a BCI provides valuable information on the mental state of the user, such as concentration and attention for the task at hand and for the virtual objects of interest. In this thesis, we study the coupling of BCI and VR technology, a human-machine interface that is potentially ubiquitous, in particular for gaming. We focus on the use of EEG-based BCI with occasional visual stimulation, i.e., BCIs based on the detection of the P300, a positive evoked potential appearing in the EEG 250 to 600 ms after the presentation of a stimulus. We investigate the use of such a BCI to interact with VR environments obtained using a mobile head-mounted display based on an ordinary smartphone, material suiting well the general public.The fusion of BCI technology with VR faces technical, experimental and conceptual limitations. Indeed, the integration of BCI with a mobile head-mounted display is technically burdensome and has not been fully validated. The factors impacting the performance of the BCI in VR remains still unknown. Also, unknown are the physiological characteristics of the brain responses to VR stimuli as compared to the same stimuli displayed on a PC screen. Finally, both BCI and VR technologies are limited, and these limitations sometimes appears contradictory. For example, the EEG is perturbed by the user’s movements while s/he is interacting with the virtual environment, but this movement may be an essential aspect of the VR experience. Thus, it is necessary to operate a synthesis of the existing design recommendations for BCI and VR technologies from the perspective of a mixed BCI+VR application.In this work, we presents three contributions: a technical implementation of a BCI+VR system, paving the way for a general public use; an analysis of its performance and an analysis of the physiological differences produced by VR stimuli as compared to the same stimuli on a PC by means of two experimental campaigns carried out on 33 subjects; a synthesis of the recommendations to adapt the application design to BCI and VR.