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.

Nowadays, digital human models are broadly used in many research domains and industries. A digital human can represent human body characteristics and simulate human behaviors and capacities, thus we can evaluate or predict human performances in a scenario via simulations with digital human models. Currently, ergonomic evaluation of human motions depends largely on kinematic human models and Motion Capture techniques. Dynamic human models and associated control techniques have advantages over kinematic ones in terms of physical feasibility and they may lead to a reduced number of experiments with real human subjects. However, the dynamics-based techniques are very time-consuming when they are applied in complex scenarii, especially when the environment is cluttered. In this context, this thesis aims to explore an efficient dynamics-based method for digital human motion simulation in cluttered environments. The method is aimed to be applied in ergonomic study of daily human activities, such as car-ingress or car-egress motions. At the beginning of this study, we carry out MoCap experiments in which we obtain a set of recorded human motions in some cluttered environments. We learn human motion characteristics and principles in cluttered environments by observing and analyzing the recorded motions. With the help of the obtained heuristic knowledge, we make reasonable hypotheses and choose the main problematics of this research. Then we work on the topic of balance. A simplified digital human model for balance formulation is proposed in which the human is taken as a mass point located at its center of mass (CoM) interacting with the environment via a few supports (contact or grasps). Support feasibility (stability) brings constrains on exterior wrenches applied at supports. The constraints then result in an admissible space for the pseudo-wrench (a 6D vector calculated from position and acceleration of CoM) of the model. The admissible pseudo-wrench space defines a criterion for verifying balance of a digital human model during its motions. The “stability margin” concept associated with this criterion is studied which evaluates robustness (or quality) of a balance state. Thereafter, a hierarchical framework is developed which can realize motion simulations via three levels. Firstly, a global CoM trajectory is generated at a global level. The CoM trajectory is generated by optimization under motion state imposition, balance, geometric and timing constraints. Time durations for transition phases are generated as well. Then at a local level, the trajectories of end-effectors (e.g. foot or hand) and whole-body postures are piecewisely generated under the constraints of inverse kinematics and collision-freeness. The results obtained at the previous two levels are finally used as control references in dynamic simulation. A dynamic controller actuates the dynamic digital human model to realize the generated motion. Approaches at each level of the framework are applied and tested in several scenarii. Eventually, the framework is applied in a car-ingress scenario relying on heuristics of car-ingress motions.

Optimisation du positionnement des implants lors d’arthroplastie totale de hanche primaire La prothèse totale de hanche est considérée comme l’une des plus importantes avancées médicales du XXème siècle. L’objectif de ce travail était d’étudier l’orientation anatomique des structures constituant l’articulation de la hanche et d’ensuite analyser la position des implants des prothèses totales de hanche afin d’améliorer l’implantation des composants prothétiques dans le but de réduire les phénomènes de luxation, usure, fracture et douleurs inhérents à cette chirurgie. Une étude de l’orientation anatomique du ligament transverse de l’acetabulum, du labrum et des cornes a été réalisée. Ensuite nous nous sommes intéressés au composant fémoral avec des études radiographique et tomodensitométriques de l’antéversion fémorale. Nous avons essayé de mesurer l’antéversion fémorale prothétique à partir d’une radiographie de face. Ensuite, nous avons démontré que le scanner était un moyen fiable pour localiser le centre de la tête du fémur en comparaison avec un système Motion Analysis et un bras Faro. Enfin, nous avons mesuré l’antéversion fémorale avant et après PTH ainsi que la situation du centre de tête fémorale avant et après arthroplastie. Le but était d’analyser la possibilité de reproduire, avec une tige prothétique droite, l’antéversion fémorale native. Des applications pratiques de mesure de l’amplitude de mouvement prothétique ont permis de connaître, dans des cas de luxation prothétique, si le positionnement des implants était le facteur causal. Une application clinique a montré qu’en cas de positionnement non optimal de l’implant acétabulaire, l’incidence des fractures d’insert céramique était augmentée.

En Union Européenne les accidents frontaux font 28% des accidents routiers et sont responsables de 49% de mortalité, les fractures thoraciques étant la cause principale de décès. Les modèles en éléments finis du corps humain sont un outil important pour la simulation de chocs réels et la prédiction des risques d'endommagement. Cette thèse a permis de développer un modèle simple en éléments finis de la cage thoracique suffisamment souple d'utilisation et facilement paramétrable. Ce modèle est validé expérimentalement avant d'être utilisé pour une étude paramétrique. Cette étude a permis de caractériser l'influence de différents paramètres structurels et géométriques sur le comportement de la cage thoracique sous chargement dynamique. Le travail réalisé au cours de cette thèse est divisé en trois parties : Modélisation de la cage thoracique entière avec des éléments finis de type poutre dont les propriétés mécaniques sont déterminées à partir d'essais de flexion trois points sur des segments de côtes et complétées par des éléments de la littérature, Validation du modèle dont les résultats sont suffisamment proches des résultats des essais de chargement dynamique antéro-postérieur menés par Vezin et Berthet [Vez09], Etude paramétrique sur l'influence paramètres, géométrie des sections droites et géométrie globale de la cage thoracique (inclinaison des côtes, forme et taille globale de la cage thoracique). A partir de cette étude nous trouvons que le module d'Young et l'épaisseur du cortical ont une influence identique sur la raideur globale de la cage thoracique ainsi que sur la rotation et la déformation des côtes. Avec l'augmentation de ces deux paramètres la rigidité du thorax augmente et le taux de compression maximal diminue. D'autre part les côtes tournent plus et se déforment moins. La raideur des liaisons costo-verterbales a une influence directe sur la rotation latérale qui diminue avec l'augmentation de cette raideur alors que les déformations augmentent ; tandis que la raideur globale de la cage thoracique est légèrement modifiée. L'inclinaison des côtes est le facteur ayant la plus grande influence sur la déformation des côtes et donc sur le risque d'endommagement : plus les côtes sont proches de la direction de chargement la raideur de la cage thoracique augmente et la déformation des côtes augmente.

Ce document vise à étudier dans une perspective historiographique à la lumière de la théorie des champs de Bourdieu et les représentations sociales de Abric, les processus de configuration, augmentation et saturation de l'ingénierie industrielle comme "champ" d'apprentisage de la discipline en Colombie entre 1950 et 2000. A partir de l'analyse qualitative des entretiens avec les enseignants et des documents de programmes de génie industriel de trois des meilleures universités dans le pays: Universidad Nacional de Colombia à Medellin, Universidad Industrial de Santander à Bucaramanga et Universidad de Los Andes à Bogota.Avec l’instauration du capitalisme et le renforcement de l'industrie générés après la mise en oeuvre du modèle de développement dans les années 1950 qui a commencé la production massive et a déterminé le besoin de nouvelles formes de rationalisation du travail, de façon à permettre la description des métiers, temps et mouvement du travailleur, la mise en place précise du coût de chaque opération et l'établissement de standards de travail et de salaires de production. Par conséquence il y avait un boom économique prématuré en Colombie qui a motivé la division sociale du travail et la demande d'éducationen ingénierie industrielle a grimpé à devenir saturé, le processus de diversification et de stratification a marqué le développement de la discipline et de son camp de formation. Tout cela conduit à envisager la possibilité de nouveaux discours à repenser la discipline de nouveaux modèles de production tels que l'économie équitable et solidaire ou éco-économie. / This paper aims to investigate from a historiographical perspective in light of Bourdieu's field theory and social representations of Abric configuration processes, boom and saturation of industrial engineering as "field" to learn discipline in Colombia between 1950 and 2000 from the qualitative analysis of interviews with teachers and documents of industrial engineering programs from three of the best universities in the country : Universidad Nacional de Colombia in Medellin, Universidad Industrial de Santander in Bucaramanga and Universidad from Los Andes in Bogota. With the settlement of capitalism and strengthening industry generated after the development model implementation around 1950 that started mass production and determined the need for new rationalization work forms, such as, to permit description of trades measuring time and motion of worker, the precise establishment of cost operation and the establishment of work standards and production incentives. Consequently, there was an untimely business boom in Colombia motivated the social division of labor and the demand for education in industrial engineering soared to become saturated, the process of diversification and stratification marked the development of both the discipline and its training camp. All this leads to consider the possibility of new discourses to rethinking from new productions models such as equitable economy or eco-economy. / El presente trabajo pretende indagar desde una perspectiva historiográfica a la luz de la teoría de campos de Bourdieu y de las representaciones sociales de Abric los procesos de configuración, auge y saturación de la ingeniería industrial como “campo” de saber disciplinar en Colombia entre los años 1950 y 2000 a partir del análisis cualitativo de las entrevistas realizadas a los profesores y de los documentos de los programas de ingeniería industrial de tres de las universidades más importantes del país: La Universidad Nacional de Colombia en Medellín, la Universidad Industrial de Santander en Bucaramanga y la Universidad Los Andes en Bogotá. Con el asentamiento del capitalismo y el fortalecimiento industrial generados luego de la implantación del modelo de desarrollo alrededor de 1950 que dió inicio a la producción en masa y determinó la necesidad de adoptar nuevas formas de racionalización del trabajo, tales que permitieran la descripción de oficios, la medición de tiempos y movimientos del trabajador, el establecimiento preciso del costo de cada operación y el establecimiento de estándares de trabajo e incentivos de producción. Se produjo un intempestivo auge empresarial en Colombia que motivó la división social del trabajo y la demanda por educación en ingeniería industrial se disparó hasta llegar a saturarse, los procesos de diversificación y estratificación marcaron el desenvolvimiento tanto de la disciplina como de su campo de formación. Todo lo anterior conlleva a pensar en la posibilidad de repensar nuevos discursos para la disciplina a partir de nuevos modelos de producción, como la economía equitable y solidaria o la eco-economía.

La Sûreté de Fonctionnement (SdF) est un domaine étudié de façon de plus en plus rigoureuse par les concepteurs. Si la SdF relative aux organes bénéficie de retours d'expériences sur lesquels le développement de solutions physiques peut s'appuyer, tel n'est pas le cas lorsqu'il s'agit de concevoir les architectures fonctionnelles d'un produit. L'architecte Système conceptualise et conçoit un système qui doit fournir un service selon certaines performances ; son cadre de référence, à savoir l'Ingénierie Système étant lacunaire en matière de SdF. De la sorte, l’ingénieur expert en SdF intervient après l'architecte, réalise ses propres analyses fonctionnelles, perturbant le travail réalisé et obligeant à des boucles qui pourraient être évitées. Il convient de ce fait, pour les industriels, de s'intéresser de près à l'alignement entre la SdF et l'IS. Nous avons obtenu quatre résultats. Le premier est un modèle conceptuel de l’Ingénierie de Systèmes Sûrs de Fonctionnement. Ce modèle conceptuel permet de définir les concepts et les liens entre le domaine de l'IS et celui de la SdF. Le macroprocessus présenté permet de définir l’architecture d’un système sûr. Plusieurs activités spécifiques sont présentes dans le macroprocessus. Ainsi, nous avons développé une méthode qui concerne l’analyse des risques en vue externe. Nous avons proposé une nouvelle méthode qui permet de définir les Safety Goals associé pour les scénarios critiques et une autre permettant l’analyse des architectures fonctionnelles d’un point de vue dysfonctionnel pour définir les Functional Safety Requirements. Cette méthode repose sur des mécanismes de propagation de défaillance / Safety is an area which is increasingly stringent by designers. If Safety on components benefits from experience feedback on which the development of physical solutions can support, this is not the case when it comes to designing functional architecture of a product. The System Architect conceptualizes and designs a system that must provide service according to a defined level of performance; its framework, namely the System Engineering is incomplete for safety. In this way, the safety expert comes after architects, performs his/her own functional analyzes, disrupting the work and forcing loops that could be avoided. It should therefore, for industry to pay close attention to the alignment between the SE and safety. We got four results. The first one is a conceptual model of the Safe Systems Engineering. This conceptual model, divided into three views defines the concepts and relationships between the field of SE and that of safety. The assembly has a strong semantic consistency. The proposed macroprocess permits to define the architecture of a safe system. For this, we have divided into three design phases and four views. Thus, we developed a methodology on risk analysis in external view. Given the limitations of methods like Preliminary Hazard Analysis regarding the deliverables required by the ISO 26262:2011 (Hazard Analysis and Risk Assessment), we proposed a new method for defining the Safety Goals associated for critical scenarios and another method for analyzing the functional architecture with a dysfunctional point of view to define the Functional Safety Requirements

Une approche prometteuse contre le cancer est le ciblage d’antigènes associés aux tumeurs par des ligands spécifiques couplés à des nanoparticules transportant des agents thérapeutiques ou d’imagerie. Les anticorps sont les molécules de ciblage les plus utilisées, mais présentent des limitations en termes de coûts de production élevés, de complexité structurale et de stabilité limitée. Les Affitins sont des protéines d'affinité hautement stables, dérivées à l'origine de Sac7d, un polypeptide d’archée de la famille de liaison à l'ADN de 7 kDa (Sul7d). Les Affitins montrent une affinité et une spécificité comparables à celles des anticorps, tout en étant thermiquement et chimiquement plus stable, moins coûteuses à produire, plus faciles à remodeler avec une taille 20 fois plus petite. Les nanocapsules lipidiques (LNC) possèdent une grande stabilité et une efficacité élevée pour l'encapsulation des médicaments lipophiles et les protègent de la dégradation rapide. Le ciblage de cellules cancéreuses par des LNC peut réduire de plus la concentration de médicament dans les tissus normaux et réduire la toxicité. Le but du projet est de combiner les avantages des Affitins et des LNC pour amener les médicaments anticancéreux vers les cellules cancéreuses. Le premier objectif a été d'identifier et de caractériser un membre plus court, mais toujours très stable, de la famille Sul7d pour encore améliorer la base moléculaire des Affitins, puis de générer des Affitins qui reconnaissant le biomarqueur EpCAM associé aux cellules tumorales. Le deuxième objectif a été d'attacher les nouvelles Affitins comme ligands d'affinité aux LNC et d'évaluer le ciblage de la tumeur par ces complexes. / A progressive strategy against cancer is the targeting of tumour-associated antigens by specific ligands coupled to nanoparticles, carrying therapeutic or imaging agents. Antibodies are the most widely used targeting molecules, but they possess limitations as high production costs, complex structure and limited stability. Affitins are highly stable engineered affinity proteins, derived originally from Sac7d, an archaeal polypeptide from the 7 kDa DNA-binding family (also known as Sul7d family). These binders show comparable affinity and specificity to those of antibodies, while being thermally and chemically more stable, cheaper to produce, easier to engineer and present a simpler structure and 20-fold smaller size. Lipid nanocapsules (LNCs), prepared by solvent free process, possess great stability and high efficiency for lipophilic drugs encapsulation and protect the drug from rapid degradation. Targeting drug-LNC to cancer cells can further decrease drug concentration in normal tissues and lower the toxicity. The aim of the project is to combine the advantages of Affitins as targeting agents and LNCs as carriers in order to create vehicles for delivering payloads to cancer cells. The first goal of this work was to identify and characterize a shorter member, but still very stable, of the Sul7d family in order to further improve the affinity scaffold, and then to use it for the generation of Affitins, recognizing the tumour-associated Epithelial Cell Adhesion Molecule. The last goal was to attach the new binders as affinity moieties to LNCs and to assess the tumour targeting of these complexes.

In recent years, obesity has literally reached epidemic proportions throughout the world. Gastric electrical stimulation is a recent technique that uses an implanted device to stimulate the stomach and produce a feeling of satiety for overweight and obese patients. However, to place the implant, the patient currently needs to undergo an invasive surgical procedure. Endoscopic implantation could be used to place the gastric stimulator in the stomach. This would help moderately and morbidly obese patients that are ineligible for surgery, but such a solution brings new challenges for the development of the gastrostimulator. This thesis is a first step toward a commercial implant, endoscopically implantable and treating obesity. This work mainly focuses on the design and implementation of a first endoscopically implantable prototype, to be validated on animals. This will allow us to prove the feasibility of the project, through a pre-clinical phase on animals. Compared to previous devices, the prototype developed is specifically designed to stimulate the stomach using embedded electrodes. Its design allows endoscopic implantation. Its packaging resists long-term implantation in an acidic environment, hence overcoming the shortcomings of previous gastrostimulators. A flexible and low-cost manufacturing chain is implemented. The prototype is built with discrete components, commercially available, and encapsulated with silicone rubber. This thesis also provides a method to select a silicone rubber for the encapsulation of an electronics circuit. The validation of the prototype is performed on a bench-test, in ex-vivo and in-vivo on three dogs. A new method using surface cutaneous electrodes is introduced to validate the functioning of the stimulator. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Human to computer interaction only using thoughts is no longer a science fiction topic and recent progress made in this field are astounding. This work shows the creation of a novel upper limb pointing movement performance quantification platform (eCAM test) and its validation on a group of healthy subjects. After that, it shows that functional electrical stimulation (FES) enhances these upper limbs movements performance. Furthermore, this work shows that anodal transcranial direct current stimulation (atDCS) of the cerebellum impacts brain rhythms as well as postural tremor on a patient. Also, the MRI data gathered during this work will allow to better understand the underlying mechanisms of tDCS. Following that, it has been shown that the frequency and complexity of a tapping task increase the postural tremor of the contralateral limb. The same effect has been witnessed for neuromuscular fatigue. All these advances allowed us to place the foundations of a multimodal brain computer interface (BCI) based on sensors fusion. A development phase is now required to create this interface and test it on healthy and sick subjects. / Communiquer avec un ordinateur par le biais de la pensée n'est plus un sujet de science-fiction et les progrès effectués dans le domaine sont ahurissants. Ce travail montre la création d'une nouvelle plateforme de mesure de la performance des mouvements de pointage verticaux (eCAM test) ainsi que sa validation sur une cohorte de sujets sains. Suite à cela, il montre que la stimulation électrique fonctionnelle (FES) améliore la performance de ces mouvements des membres supérieurs. En plus il démontre que la stimulation anodale trancranienne en courant continu (atDCS) du cervelet a un effet sur les rythmes des signaux cérébraux ainsi que sur le tremblement postural d'un patient. De plus des données IRM recueillies durant ce travail permettront de mieux cerner les mécanismes d'action de la stimulation tDCS. Suite à cela, il a été montré que la fréquence et la complexité d'une tâche de tapping augmentent le tremblement postural du membre controlatéral. Le même effet est constaté pour la fatigue musculaire. Toutes ces avancées installent les fondements à la création d'une interface cerveau-machine multimodale basée sur la fusion de senseurs. Une phase de développement est maintenant nécessaire pour établir cette interface et la tester sur des sujets sains et malades. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en sciences sociales, politiques et économiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished