Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans le but d’améliorer le traitement des éventrations, cette thèse porte sur la biomécanique de la paroi abdominale. Plusieurs aspects de son comportement ont été étudiés: de la paroi globale aux constituants, de la paroi passive ex vivo sous chargement contrôlé à la paroi active in vivo sous chargement physiologique et enfin de la paroi saine des volontaires non-malades à la paroi lésée des patients en pré-opératoire. Un protocole a été développé pour évaluer la contribution des composants de la paroi abdominale humaine ex vivo à sa réponse mécanique globale. Les spécimens sont sollicités par pression après dissection successive des différents composants. L’analyse par stéréo-corrélation des déformations de la surface interne a montré que la gaine des rectus abdominis joue un rôle important dans la réponse de la paroi abdominale antérieure. Les examens in vivo ont permis de considérer la paroi abdominale in situ de 11 volontaires non-malades et pour la première fois de patients souffrant d’éventration (n=4) en pré-opératoire. Géométrie externe et interne, élasticité des muscles et raideurs locales ont été mesurées lors d’activités physiologiques. Les paramètres mécaniques mesurés sur les patients restent soit dans l’étendue de mesure des valeurs des volontaires non malades, soit sont plus faibles. Dans le futur, l’inclusion d’autres patients et des examens post-opératoires seront poursuivis. On disposera alors de données quantitatives de la paroi abdominale couvrant l’état sain, lésé et réparé. Des modèles numériques pourront être développés. Ils permettront d’estimer l’influence de paramètres mécaniques et géométriques sur le comportement de la paroi abdominale.

La protection des usagers et la prévention des risques sont des enjeux majeurs de la sécurité routière. La conception des véhicules inclut un grand nombre d’éléments de sécurité passive qui ont pour rôle de minimiser les séquelles corporelles des usagers si l’impact se produit. L’objectif global de cette thèse est donc de mettre en place des protocoles d’essais et d’observer ces comportements internes grâce à une technique d’imagerie récente : l’échographie ultrarapide. Une attention particulière a été portée au comportement interne des organes pleins de l’abdomen, qui sont les organes les plus souvent lésés lors des chocs automobiles. Les protocoles ont d’abord été développés sur le rein. En effet, même si celui-ci n’est pas l’organe le plus fréquemment touché, sa proximité anatomique avec le rein de porc a permis d’utiliser ce dernier pour le développement des méthodes. Puis les travaux se sont portés sur l’abdomen complet. Le modèle cadavérique a été utilisé pour l’ensemble des travaux.

Le bruit routier constitue depuis plusieurs décennies une nuisance majeure d'environnement en France et dans de nombreux autres pays. Ce document fait le point sur ma contribution de chercheur au cours de mes vingt années de carrière, pour 'lutter contre le bruit routier'. Mon action s'est concentrée sur les deux principaux outils de réduction du bruit routier : les écrans antibruit, puis les revêtements de chaussée peu bruyants. Ces derniers nécessitaient de s'intéresser de près aux mécanismes de génération du bruit de contact pneumatique-chaussée, ainsi qu'aux techniques de mesure de ce bruit. Pour chacun de ces domaines, la particularité de mon travail a été de toujours mener en parallèle le développement de connaissances amont et la mise au point d'outils plus expérimentaux répondant à des besoins de terrain. La première partie s'attache à décrire les travaux de modélisation du champ sonore autour d'un écran complexe en présence d'un revêtement poreux. Elle montre ensuite l'utilisation de ce modèle pour la mise au point d'une méthode de caractérisation expérimentale des propriétés acoustiques d'écrans antibruit. Une seconde partie traite de la modélisation du bruit de contact entre un pneumatique et une chaussée rugueuse, selon une approche physique détaillant certains mécanismes (contact, effet dièdre), puis une approche 'hybride' s'appuyant sur des mesures de bruit et de propriétés de chaussée. Cette dernière vise à fournir des outils plus opérationnels de prévision du bruit de roulement pour l'optimisation des revêtements de chaussée. Une troisième partie présente les récentes recherches appliquées et développements pour mesurer ce bruit de roulement. De telles méthodes de mesures sont utiles pour établir les modèles expérimentaux précités, mais répondent aussi à un besoin opérationnel de court terme. Enfin le dernier chapitre résume l'aboutissement de ces recherches en termes de revêtements peu bruyants.

Les phénomènes de propagation acoustique en milieu extérieur sont soumis à de fortes incertitudes et à une variabilité spatio-temporelle non-négligeable. Effets de sol, phénomènes micrométéorologiques, variabilité de la source sont autant d'éléments qui agissent de façon combinée et qui rendent ainsi les phénomènes complexes. Les niveaux sonores sont alors difficilement mesurables et/ou estimés avec la précision requise d'un point de vue réglementaire et normatif. Une méthode statistique a donc été mise en place afin de pouvoir estimer ces incertitudes pour tous types de situations rencontrées : la méthode de calibration sous incertitude. Cette méthode intègre aussi bien des données modélisées que des données expérimentales ; des bases de données représentatives de sites différents plus ou moins complexes permettent d'appliquer le processus développé et de l'améliorer pas à pas. Cette méthode rend compte de la spécification du système (réflexions sur la constitution de jeux de données), la définition des observables, la calibration du système (l'écriture de la fonction coût et l'estimation des paramètres d'intérêt), la validation du système et la prévision. La méthode désormais aboutie peut être appliquée à tout type de cas d'étude dans la limite des possibilités des modèles de prévision et des données expérimentales à disposition en regard de la complexité des phénomènes ; ces limites sont également mises en évidence.

L'analyse du mouvement basée sur des techniques de suivis de marqueurs cutanés s’est largement répandue ces dernières années. Ces méthodes reposent globalement sur un ensemble d’hypothèses simplificatrices permettant d’approcher le fonctionnement de l’objet d’étude : le corps humain. Ainsi, le corps humain est généralement modélisé comme un ensemble de segments rigides liés entre eux par des liaisons mécaniques simples et parfaites. Ces hypothèses ont montré leurs limites dans la prédiction des paramètres décrivant la cinématique et la dynamique articulaire. Un des problèmes provient du mouvement relatif entre les marqueurs cutanés et les os (appelé artéfacts des tissus mous) qui peut atteindre plusieurs centimètres et rend difficilement acceptable l’hypothèse de segments rigides. Les articulations étant des mécanismes complexes comportant un ensemble de structures périarticulaires,l’hypothèse de liaisons mécaniques simples et parfaites semble également très limitative. Le but de cette thèse sera donc de faire un bilan et une synthèse des propositions cherchant à dépasser les hypothèses classiques de modélisation existant dans la littérature et de proposer de nouvelles pistes.

A l’instar des nombreuses études consacrées à l’analyse de la tâche lors de compétitions de football, ces études quantifient pour chaque joueur la distance totale parcourue, la dis- tance, la durée ainsi que la fréquence dan s des zones d’intensité d’activité. Ces différentes études ont permis de mettre en évidence la nature intermittente de l’activité, composée de phases d’activité dont la durée moyenne est inférieure à 6 s. Elles démontrent également la spécificité par poste . Les avants sont plus impliqués dans les activités de haute intensité que les arrières. Cette différence est essentiellement liée à leur participation dans les ac- tivités statiques comme les mêlées et les regrou pements. Les arrières sont quant à eux plus i mpliqués dans les activités de sprint ( e.g. Duthie et coll. 2003 ) . Néanmoins les méthodes d’analyse actuelles présentent des limites pour apprécier la sol- licitation énergétique et la fatigue associée.

Les données biomécaniques sur les enfants sont rares et difficiles à obtenir lors d’expérimentations. Cette recherche s’intéresse à l’évaluation in vivo du comportement mécanique du tronc et des propriétés mécaniques de l’os cortical des côtes. Le comportement mécanique in vivo du tronc de l’enfant et de l’adulte sous charge pendant des manipulations de kinésithérapie respiratoire ont été étudiées. Trois formes typiques de courbes de force en fonction du déplacement ont été observées. Un plus grand décalage en temps entre les courbes de force en fonction du temps et les courbes de déplacement en fonction du temps ont été observés plus fréquemment chez les enfants que chez les adultes, ce qui conduit à différentes formes de courbes de force en fonction du déplacement entre les enfants et les adultes. Parmi les paramètres qui peuvent affecter le comportement mécanique du tronc, les propriétés mécaniques de l’os cortical des côtes ont été étudiées. Dans un premier temps, il a été constaté ex vivo que les propriétés mécaniques de l’os cortical des côtes des adultes sont liées de façon linéaire à la Densité Minérale Osseuse (DMO) mesurée par la tomodensitométrie quantitative (Quantitative Computed Tomography, QCT) et la tomographie périphérique quantitative à haute résolution (High Resolution Peripheral Quantitative Computed Tomography, HR-pQCT). La DMO peut être mesurée par QCT in vivo. Ensuite, les relations entre la DMO et les propriétés mécaniques pour l’adulte ont été appliquées aux enfants, et les propriétés mécaniques de l’os cortical de l’enfant ont pu être estimées. Les propriétés mécaniques ont été trouvées plus élevées dans la partie latérale des côtes que dans les régions antérieures et postérieures. Il a également été constaté que les propriétés mécaniques augmentent au cours de la croissance. Il s’agite la première étude qui a évalué les propriétés des matériaux de l’os cortical des côtes de l’enfant in vivo. Cette étude peut aider à mieux comprendre la réponse mécanique du tronc de l’enfant et les propriétés mécaniques de l’os cortical costal. A court terme, ces résultats mesurés in vivo seront considérés dans des modèles éléments finis du tronc de l’enfant.

La conception de produits a pour objectif de définir techniquement un produit en satisfaisant les besoins de l'ensemble des clients du cycle de vie du produit. Les enjeux industriels conduisent à développer des modèles et des outils d'aide à la conception afin de répondre aux besoins clients tout en optimisant le triptyque coût-qualité délais. L'objectif de cette thèse est de proposer une vision globale permettant d'appréhender les différents types de modélisation. Pour atteindre cet objectif, une analyse globale de ces notions est nécessaire afin d'obtenir une représentation commune du système pour les différentes activités de conception et de simulation. L'intérêt de cette approche est de pouvoir mettre en évidence les dépendances et les relations entre ces activités. Cette approche doit permettre d'appréhender les différents niveaux de détails (systémique) lors de la décomposition fonctionnelle et structurelle du produit. Elle doit également permettre de suivre l'élaboration des modèles physiques pour la simulation. Nous proposons une traçabilité du processus de conception et du processus de modélisation permettant de remettre en cause, le cas échéant, les choix de conception et les hypothèses de modélisation. Ce travail est fondé sur des concepts de GeoSpelling comme le " skin modèle ", les opérations et les propriétés. Ils sont enrichis d'autres concepts comme les modèles finis et infinis et les modèles primitif et de simulation.

Le travail de thèse exposé dans ce manuscrit s'intéresse à la simulation d'un mouvement de manipulation d'objet, plus particulièrement à la saisie suivie de la rotation d'une sphère selon un axe fixe. Le but ici est, à partir d'une analyse de mouvements réels, d'être capable de proposer un algorithme de simulation reproduisant des mouvements comparables aux données expérimentales, en fournissant en entrée le moins d'informations possibles et en essayant d'introduire de la variabilité dans le mouvement simulé. 12 sujets volontaires ont participé à l'expérimentation. Nous leur avons demandé de saisir et de tourner une sphère de 60mm de diamètre avec des amplitudes allant de 45° à 360°, dans les deux sens. L'analyse de ces données expérimentales, complétée par des simulations de l'effet des limites articulaires sur le mouvement nous ont permis d'étudier plusieurs hypothèses sur le contrôle de mouvement telles que l'hypothèse de confort final (" end-state comfort ") et le principe de travail minimum. Une des conclusions majeures est que l'anticipation posturale au moment de saisie semble être expliquée davantage par le confort en fin de mouvement qu'au moment de saisie. Basé sur ces observations, nous proposons un algorithme de simulation avec pour nouveautés la prise en compte de l'espace de mouvements admissibles par les limites articulaires ainsi que l'introduction de la variabilité au choix de la posture de saisie. Les premiers résultats semblent être en accord en grande partie avec les observations expérimentales donnant une base de travail pour aller vers des outils de simulation se rapprochant de plus en plus vers un comportement " humain ".