La position assise peut être source d'inconfort, particulièrement en avion lors des vols longcourriers. Cet inconfort provient en partie de facteurs mécaniques liés à l'interaction entre le siège et le passager. Disposer de modèles biomécaniques pouvant simuler cette interaction et estimer ces facteurs permettrait d'optimiser le design du siège d'avion lors de sa phase de conception afin d'améliorer son ergonomie et réduire l'inconfort du passager. L'objectif de cette thèse est de développer un outil numérique permettant d'estimer les facteurs mécaniques menant à l'inconfort et la fatigue des passagers. Cet outil combine deux différents types de modèles. Un modèle éléments finis permettant de simuler la déformation des tissus sous-cutanés et un modèle corps rigides permettant d'estimer les efforts musculaires et articulaires. Une méthode de couplage des deux modèles a été développée permettant ainsi de simuler une position à partir de laquelle l'ensemble des facteurs d'inconfort sont estimés. Un modèle éléments finis a été développé après avoir fait une étude de sensibilité sur les différents paramètres de modélisation (maillage, géométrie, lois matériaux). Un modèle corps rigides développé par Anybody a été utilisé pour être couplé avec ce modèle éléments finis. Cette méthode de couplage itératif entre les deux modèles a permis de réaliser un ajustement de la posture initiale dans le siège. Afin de simuler l'ensemble de la population et sa grande diversité morphologique, un modèle surfacique paramétrique a été développé à partir de données 3d expérimentales, ce modèle surfacique permettant ainsi d'obtenir un modèle éléments finis représentant tout type d'anthropométrie. Différents processus de validation ont été effectués à l'aide de données et d'un modèle « sujetspécifique ». Les données de pression externe simulées ont été comparées à des données expérimentales. Une étude expérimentale sous IRM ouvert a permis de mesurer les déformations des différents tissus sous-cutanés afin de les comparer aux données simulées. Un outil numérique est donc aujourd'hui disponible pour simuler l'impact du siège sur les passagers, cependant de futures études devraient se concentrer d'une part sur les modèles en étudiant la variation morphologique interne inter individus, le positionnement dans le siège ainsi que l'influence du temps sur les tissus mous et d'autres part sur la définition de critères d'inconfort et de fatigue (inconfort considéré sur des temps longs représentatifs d'un vol long-courrier) / The sitting position could be a source of discomfort, in particular in a long haul flight. This discomfort comes partially from mechanical factors linked to the interaction between the passenger and the seat. Having biomechanical models which can simulate this interaction and estimate these factors would allow optimizing the seat design in its conception phase to improve it ergonomic quality and reduce the passenger discomfort. The objective of this thesis is to develop a digital tool allowing estimating the mechanical factors leading to discomfort and fatigue of the passenger. This tool assemble two kinds of models, a finite element model allowing to simulate the sub dermal tissue deformation and a multibody model allowing to estimate the muscular and joint forces. A coupling method of the two models have been developed allowing simulating a position from where the all discomfort factors are estimated. A finite element model has been developed after having done a sensitivity analysis on the different model parameters (mesh, geometry, material law). A multibody model developed by Anybody was used to be associated with this finite element model. This iterative coupling method between the two models allowed realizing an adjustment of the initial posture in the seat. To simulate the whole population and is large morphological diversity, a parametric shape model was developed from 3d experimental data, this shape model allowing to obtain a finite element model representing any kind of anthropometry. Different validation processes have been realized with experimental data and subject-specific model. The simulated extern pressures were compared to experimental data. An experimental study done in an open MRI allowed to measure the different subcutaneous tissue to compare it to the simulated data. A digital tool is consequently now available to simulate the impact of the seat on the passenger, however future studies should focus on the one hand on the models studying the internal morphological variations between people, the person positioning in the seat, the time influence on the soft tissue and on the other hand on the discomfort and fatigue criteria

Les échangeurs thermiques aéronautiques sont soumis à un environnement complexe combinant pression, température et vibrations. L'objectif de cette thèse est l'analyse du comportement statique et dynamique du faisceau d'un tel échangeur. Ce faisceau est une structure complexe périodique 3D composée d'un empilement alterné d'intercalaires où passe l'air chaud et froid respectivement. Différentes approches analytiques et numériques basées sur l'étude d'une cellule élémentaire de la structure sont employées pour modéliser le comportement statique global du faisceau à chaud et à froid. Les résultats statiques sont validés par essais expérimentaux sur différents types d'éprouvettes. À l'issue de cette partie, deux modèles sont proposés pour remplacer la structure réelle du faisceau : un modèle «homogène» et un modèle «stratifié». L'étude dynamique, expérimentale et numérique, montre que ces deux modèles sont capables de prédire de manière satisfaisante le comportement dynamique du faisceau.

Un assemblage est dit hybride quand il associe deux techniques d'assemblage différentes. La présente étude s'intéresse à la combinaison du collage et du boulonnage. Les jonctions longitudinales de fuselage d'avions civils, montées en simple cisaillement, constituent un cas d'application des travaux. Des outils paramétriques sous la forme de programmes informatiques sont mis au point et donnent la répartition des transferts de charge dans les substrats et dans les fixations ainsi que la répartition des contraintes adhésives, en fonction des paramètres géométriques et mécaniques de l'assemblage. Ces outils reposent sur le développement de modélisations analytiques 1D et 2D, qui supposent un comportement élastique et isotrope des matériaux, et qui sont basées sur la création de nouveaux éléments finis formulés pour simuler deux substrats collés. Un modèle 3D EF est développé afin d'accéder aux comportements mécaniques locaux, et dont l'utilisation est intéressante dans la détermination des raideurs des fixations utilisées dans les modélisations analytiques. La mesure expérimentale du taux de transfert aux fixations sous faibles charges à l'aide de boulons instrumentés valide et calibre les approches analytiques et numériques, tandis que les essais en fatigue estiment les gains en durée de vie.

Les chirurgies de l'os mandibulaire peuvent modifier la position anatomique des disques et des condyles de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM). Les modifications de contraintes qui en résultent peuvent être à l'origine d'une dislocation temporaire ou permanente du disque et peuvent provoquer des dysfonctionnements s'exprimant par des douleurs buccales et faciales. L'objectif de ce travail était de prévoir les modifications de contraintes dans l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) après un protocole de distraction symphysaire mandibulaire (DS). Ce traitement chirurgical sert à traiter les encombrements dentaires de la mandibule.De manière à étudier l'impact d'une telle intervention au niveau de l'ATM, nous avons fait le choix de réaliser un modèle d'approche numérique de mastication par éléments finis. Les données géométriques ont été obtenues à partir de l'imagerie scanner et IRM d'un patient dont les composants de l'ATM ont été maillés. La chirurgie de distraction symphysaire a été réalisée sur le modèle avec un élargissement de 10 mm dans la région médiane de la mandibule. La géométrie et le maillage du cal osseux ont été reconstruits. Le cal osseux a été caractérisé par un module d'élasticité correspondant à l'os consolidé pour prédire l'effet biomécanique à long terme de la DS. Pour simuler une fermeture de la mâchoire, les conditions aux limites ont été appliquées au modèle sous la forme de vecteurs de force. Les champs de contraintes de von Mises dans les deux disques et condyles ont été analysés et comparés avant et après la DS. Contrairement aux approches habituellement menées, le modèle proposé est complet et ne contient pas de symétrie, de manière à mettre en évidence d'éventuelles asymétries dans la répartition des contraintes. La répartition des contraintes était proche dans les disques et sur les surfaces condyliennes dans les modèles avant et après distraction. Les résultats de cette étude suggèrent que les changements anatomiques des structures de l'ATM ne prédisposent pas à une fatigue des tissus. La DS n'exposerait donc pas au risque de dysfonction des ATM et de symptômes cliniques.

L' arthroplastie de la hanche par prothèse non cimentée est une solution couramment employée pour les patients rencontrant des problèmes du système locomoteur. Une telle solution présente toutefois un inconvénient majeur, souligné par tous les utilisateurs : le manque de stabilité primaire de la prothèse. Or, cette faiblesse peut provoquer des complications graves, voire l'échec de l'opération chirurgicale. Par conséquent, parvenir à une bonne fixation primaire est un point crucial de ce type d'opération chirurgicale pour assurer cliniquement une satisfaction à court et long terme.Dans le but de mieux appréhender cette problématique centrale, une piste préopératoire a été adoptée. Un modèle éléments finis permettant de décrire le comportement mécanique du système couplé " os-prothèse non cimentée : DePuy Corail® " a été développé et validé par des expérimentations in vitro. Puis, pour tenir compte de la forte variabilité des paramètres du modèle, inhérente à la nature même du problème, une modélisation stochastique de ces derniers a été introduite et une stratégie mécano-probabiliste proposée, destinée d'une part à quantifier en termes probabilistes l'effet sur la réponse des incertitudes affectant les paramètres du modèle, et d'autre part à évaluer la stabilité primaire du système os-prothèse en contexte fiabiliste. La mise en oeuvre pratique de cette approche a été réalisée à l'aide d'outils numériques basés sur la méthode de Monte-Carlo standard et une procédure de collocation stochastique.L'originalité du travail présenté réside avant tout dans la proposition d'une méthodologie probabiliste capable de prendre en compte les incertitudes dans la problématique de la stabilité primaire des prothèses de hanche non cimentées. Elle tient également dans la potentialité de cette méthodologie à être facilement transplantable en contexte industriel.

Dans ce mémoire, une méthode subspace fitting (SF) destinée à l’identification des paramètres mécaniques et l’évaluation de l’état de santé de structures vibrantes, est présentée. La méthode SF s’attache à extraire, à partir des méthodes d’identification par sous-espaces (4SID), une matrice d’observabilité du système et de la corréler, au sens de la norme, à une matrice d’observabilité théorique. L’originalité de ce travail est de construire la matrice d’observabilité théorique sur la base d’un modèle éléments finis (EF) de la structure considérée. En ajustant les paramètres inconnus du modèle EF, les propriétés mécaniques de la structure vibrante sont identifiées. Les coûts de calcul d’une telle procédure sont réduits en considérant une méthode de réduction de modèle basée sur la position des excitations et des capteurs. La méthode est évaluée pour l’identification des fréquences propres d’une structure vibrante. Des applications numériques et expérimentales s’attachent à montrer la pertinence d’une telle approche. En particulier, il est mis en évidence que la méthode SF permet d’identifier précisément les fréquences propres d’une structure, pour des niveaux de bruit importants. / In this thesis, a subspace fitting (SF) method is presented for the identification of mechanical parameters and assessment of the health condition of vibrating structures. The SF method attempts to extract, from subspace identification methods (4SID), a system observability matrix of the system and correlate them with a theoretical observability matrix. The originality of this work is to obtain the theoretical observability matrix from a finite element model (EF) of the structure. By adjusting unknown parameters of the FE model, the mechanical properties of the vibrating structure are identified. Computational costs of such a procedure are reduced by considering a model reduction method based on the excitations and sensors location. The method is evaluated for the identification of natural frequencies of a vibrating structure. Numerical and experimental applications are assessed to show the relevance of such an approach. In particular, it is highlighted that the SF method can accurately identify the natural frequencies of a structure to high noise levels.

L’amélioration du caractère prédictif des simulations numériques requiert une meilleure maîtrise des modèles constitutifs. Des procédures d’identification exploitant des mesures de champs ont été développées afin de valider les modèles et d’identifier un jeu de paramètres constitutifs à partir d’un nombre réduit d’essais hétérogènes. Bien évidemment, les résultats de telles procédures dépendent grandement des incertitudes des mesures. Dans cette thèse, une stratégie d’identification de paramètres constitutifs à partir de mesures de champs par corrélation d’images numériques éléments finis (CIN-EF) multi-échelles est proposée et développée. Une variante régularisée du recalage par éléments finis (FEMU-R) est adaptée à cette approche multi-échelles. Elle exploite des champs de déplacements mesurés par CIN-EF d'une part à l’échelle de la structure (fournissant les conditions aux limites pour la simulation EF) et d’autre part à une échelle plus locale (fournissant des champs de déplacements mieux résolus pour la comparaison essais/calculs). Un algorithme de recalage d’images est développé pour faire le lien entre les échelles. D’abord validée à l’aide d’images de synthèse, la procédure est ensuite appliquée à un essai de traction sur plaque trouée réalisé sur un composite stratifié verre/époxy. On montre qu’une telle stratégie permet de diminuer nettement non seulement les incertitudes de mesure mais également les incertitudes d’identification. Finalement, la question d’un mouchetis adapté à cette approche multi-échelles est évoquée et des éléments de solutions sont proposés et testés. / Improving the prediction of numerical simulations requires a better control of constitutive models. Identification methods exploiting full-field measurements have been developed in order to validate models and to identify a set of constitutive parameters from a reduced number of heterogeneous tests. The results of those methods largely depends on measurement uncertainties. In this PhD thesis, a strategy is proposed and developed for the identification of constitutive parameters from full-field measurements obtained by multiscale finite element digital image correlation (FE-DIC). A Regularised Finite Element Model Updating method (FEMU-R) is adapted to this multiscale approach. It exploits displacement fields measured by FE-DIC at a structural scale (in order to obtain the boundary conditions for FE simulation)and at a local scale (giving a better resolution on the displacement field for the comparison between experiment and simulation). An image registration algorithm is developed to bridge these scales. First validated on synthetic images, the multiscale approach is then applied to an open-hole tensile test of a glass/epoxy composite laminate. It is shown that such a strategy allows to reduce not only the measurement uncertainties but also the identification uncertainties. Finally the question of a speckle pattern suitable for this approach is discussed and some first technical solutions are proposed and tested.

L' arthroplastie de la hanche par prothèse non cimentée est une solution couramment employée pour les patients rencontrant des problèmes du système locomoteur. Une telle solution présente toutefois un inconvénient majeur, souligné par tous les utilisateurs : le manque de stabilité primaire de la prothèse. Or, cette faiblesse peut provoquer des complications graves, voire l'échec de l'opération chirurgicale. Par conséquent, parvenir à une bonne fixation primaire est un point crucial de ce type d'opération chirurgicale pour assurer cliniquement une satisfaction à court et long terme.Dans le but de mieux appréhender cette problématique centrale, une piste préopératoire a été adoptée. Un modèle éléments finis permettant de décrire le comportement mécanique du système couplé « os-prothèse non cimentée : DePuy Corail® » a été développé et validé par des expérimentations in vitro. Puis, pour tenir compte de la forte variabilité des paramètres du modèle, inhérente à la nature même du problème, une modélisation stochastique de ces derniers a été introduite et une stratégie mécano-probabiliste proposée, destinée d'une part à quantifier en termes probabilistes l'effet sur la réponse des incertitudes affectant les paramètres du modèle, et d'autre part à évaluer la stabilité primaire du système os-prothèse en contexte fiabiliste. La mise en oeuvre pratique de cette approche a été réalisée à l'aide d'outils numériques basés sur la méthode de Monte-Carlo standard et une procédure de collocation stochastique.L'originalité du travail présenté réside avant tout dans la proposition d'une méthodologie probabiliste capable de prendre en compte les incertitudes dans la problématique de la stabilité primaire des prothèses de hanche non cimentées. Elle tient également dans la potentialité de cette méthodologie à être facilement transplantable en contexte industriel. / The hip arthroplasty with cementless hip prosthesis is a solution usually used for the patients suffering the problems of the musculoskeletal system. However, such a solution has a major disadvantage, pointed by all users : the lack of primary stability of the prosthesis. This weakness can cause serious complications or failure of the surgery. Therefore, to achieve a good primary fixation is a crucial point of this type of surgery to ensure a short and a long term clinical satisfaction. In order to better understand this central issue, a preoperative track is adopted. A finite element model to describe the mechanical behavior of the coupled system " femur-cementless prosthesis : DePuy Corail® "has been created and validated by the experiments in vitro. Then, in order to take into account the high variability of model parameters, inherent to the nature of the problem, the stochastic modeling of random input parameters has been introduced and a mechanical-probabilistic strategy has been proposed, on the one hand to quantify, in probabilistic terms, the effect, on the response, of the uncertainties affecting the input parameters of the model, and on the other hand to evaluate the primary stability of the bone-prosthesis system in reliability context. The practical implementation of this approach is realized by using the numerical tools based on the standard Monte Carlo method and the stochastic collocation procedure. The originality of the work presented is primarily in the proposition of a probabilistic methodology capable of taking into account the uncertainties in the problem of primary stability of cementless hip prostheses. It also lies in the potentiality of this methodology to be transplantable easily in industrial context.

Cette thèse aborde une étude biomécanique de l’appareil stomatognathique en vue d’analyser les conséquences sur les articulations temporo-mandibulaires (ATM) de la mise en place d’une prothèse complète implanto-portée. Cette étude est réalisée à l’aide de la méthode des éléments finis. Dans ce travail, deux modèles ont été créés. Un premier est basé sur la géométrie d’un sujet sain volontaire sans problèmes articulaires ni dentaires. Un deuxième, avec une restauration de la dentition par une prothèse dentaire complète sur implants, repose sur la géométrie des structures osseuses du cas sain. Une méthodologie a été mise en place pour la construction du modèle éléments finis, basé sur celle développée dans la thèse d’Alvarez. Une comparaison des résultats est effectuée entre les modèles du cas sain d’Alvarez et celui exposé dans ce travail afin d’évaluer l’influence des modifications apportées et de valider ce dernier. Puis une comparaison est effectuée entre le cas sain et restauré pour une ouverture/fermeture modérée de la mâchoire ainsi que lors de la morsure d’aliments au niveau des incisives. Une autre problématique abordée dans cette thèse est l’analyse du risque d’échec de l’implantation dans l’os dont la qualité est dégradée par la perte des dents. Deux géométries d’implants ont été testées pour différentes qualités osseuses, un implant classique et un implant nouvellement breveté / This study deals with a biomechanical analysis of the stomatognathic system in order to understand the consequences of complete fixed dental prosthesis on temporomandibular joint (TMJ). The finite element method is used to achieve this goal. Two models have been created, a healthy and restored by prosthesis ones. The first model is based on a healthy volunteer subject morphology, without dental or articular troubles. The restored model is based on the bony structures of the healthy individual. Mandibular teeth have been removed numerically and a complete fixed overdenture has been settled on the mandible. The construction of the finite element model has been set up following the method developed by Alvarez. A comparison between results obtained by both approaches on the healthy case has been done to validate our model and to evaluate the impact of the improvements proposed in this work on mandible behavior. Then a comparison between the healthy and restored cases is done for a moderate opening /closing motion of the jaw and for a foodstuff bite between the incisors. Another problematic is treated in this thesis, the risk of peri-implant bone damage. Teeth lose induce a bone quality degradation that could cause the implantation failure. Two implant geometries have been tested for different bone qualities during clenching. In the first case, the classical implants, frequently employed by dentists, have been used. In the second case, the advantages of the newly patented implant, composed of a vertical and horizontal screws, have been tested

Le stockage de grains est une problématique qui date du développement de l’agriculture afin de répondre au besoin de conservation des céréales. Afin de faciliter la vidange de silos, l’entreprise Vibrafloor propose une solution de vidange automatisée basée sur l’agitation du contenu par vibration d’un plancher flexible. L’objectif de cette thèse est de développer un modèle numérique robuste qui puisse prédire le comportement du système vibrant sous charge, au cours d’un cycle de vidange. Ces travaux peuvent être décomposés en trois parties principales : - Le développement d’un modèle numérique fiable d’un module vibrant ; - Le développement d’un modèle numérique du milieu granulaire ; - La mise en interaction de ces deux modèles. Enfin, l’exploitation de ces modèles numériques a permis de proposer des règles d’utilisation du système à l’industriel et de proposer les prémisses d’un outil d’étude du procédé de vidange dans sa globalité. / The grain storage is an issue that dates agricultural development to address the need for cereal preservation. In order to facilitate the emptying silos process, Vibrafloor provides an automated emptying solution based on the agitation of the contents by vibration of a flexible floor. The objective of this thesis is to develop a reliable numerical model that can predict the behavior of the vibrating system under load during a drain cycle. These works can be divided into three main parts: - The development of a reliable digital model of a vibrating module - The development of a numerical model of the granular media - The interaction of these two models. Finally, the exploitation of these numerical models helped provide system usage rules for industrial and the beginnings of a study tool for the entire automatic drain process.