Bien que les organes creux (intestins, etc.) puissent être lésés lors d'accidents automobiles, les recherches biomécaniques passées se sont principalement intéressées aux organes pleins. Deux axes de recherche ont été explorés dans cette étude : - le comportement mécanique du mésentère humain, qui est le principal moyen de fixité de l'intestin grêle, a été caractérisé lors d'essais de traction sur échantillons. Le mésentère s'est comporté comme un matériau anisotrope sensible à la vitesse de déformation. Des valeurs de raideur et déformation à rupture ont été proposées. - les effets des conditions aux limites entre organes sur les réponses interne et externe de l'abdomen ont été étudiés par simulation. Des modélisations permettant ou non le glissement entre un solide représentant les intestins, les organes pleins et la cavité abdominale ont été implémentées dans trois modèles éléments finis qui ont été soumis à des impacts correspondant à une étude de la littérature. Les relations force-déflexion, et les cinématiques internes et externes étaient très similaires pour les trois modèles. Les déformations prédites dans un mésentère très simplifié étaient supérieures aux déformations à rupture obtenues expérimentalement sur échantillons. Toutefois, aucune lésion du mésentère n'était décrite dans l'étude de référence. Ce résultat pourrait remettre en cause la représentation des intestins par un solide unique typiquement utilisée dans les modèles existants ainsi que celle du mésentère utilisée dans cette étude. En l'absence de données internes sur les organes et le mésentère lors d'un choc, il est difficile de savoir comment ces modélisations devraient évoluer.

La peau humaine est un matériau biologique complexe. Elle est constituée de trois couches d'épaisseurs très différentes : épiderme, derme et hypoderme. Cette complexité structurale donne à la peau des propriétés mécaniques complexes : hyperélastique, nonlinéaire, viscoélastique et soumises à la pré-tension. Un dispositif d'indentation composé de 6 niveaux de chargement et fonctionnant dans l'environnement de l'IRM a été développé. Des tests d'indentation ont été effectués sur la partie dorsale de l'avant-bras gauche de 9 sujets d'âges variant de 26 à 40 ans. Pour chaque sujet, 28 images issues de l'IRM ont été construites. Chaque image représente une coupe de l'avant-bras. Les images ont été ensuite traitées via un logiciel de traitement d'images médicales développé en interne afin de segmenter les couches cutanées, les muscles et les os. Enfin, un modèle des éléments finis en 2D a été construit à partir des images IRM à la configuration initiale (sans charge) grâce à un pré-post processeur MSC.Patran 2005. Ce modèle est constitué de 4 couches de matériaux différents : trois couches cutanées et une couche de muscles. Les os étaient supposés rigides et fixes. La loi de comportement hyperélastique incompressible de type de Néo-Hooke avec un seul paramètre à identifier C10 a été utilisée pour toutes les 4 couches de matériaux (C10,Epi., C10,Der., C10,Hyp., C10,Mus.). Les tests d'indentation ont été simulés en utilisant un solveur MSC.Marc 2005. L'erreur entre les résultats de la simulation et ceux de l'expérimentation a été mesurée par une fonction objective. L'identification des paramètres de la loi de comportement a été réalisée par la minimisation de la fonction objective via un algorithme de Levenberg-Marquardt développé sous l'environnement MatLab. La validation numérique du processus d'identification a montré que le minimum est unique dans le cas où les deux premières couches (épiderme et derme) se comportent comme une seule couche (C10,E+D). Les résultats d'identification donne une gamme des valeurs pour une population de 9 sujets : C10,E+D = [60-370] kPa; C10,Hyp. = [0,04-4] kPa; C10,Mus. = [0,7-1,7] kPa. Ces résultats montrent la variabilité humaine des propriétés mécaniques.

Les propriétés mécaniques d’un ski alpin, dont sa longueur, le profil des carres (aussi nommé le profil de largeur), le profil de cambrure et les distributions de rigidités en flexion et en torsion, sont des facteurs déterminants de sa performance. Un des aspects essentiels de cette performance est la stabilité directionnelle du ski en virage; il est généralement accepté qu’un ski pour experts nécessitera une plus grande stabilité qu’un ski pour skieurs débutants ou intermédiaires. Cependant, il n’existe aucune étude sur l’étendue du niveau de stabilité que présentent les différents skis alpins modernes. Ce projet a pour but d’identifier cette étendue du niveau de stabilité par le biais de simulations numériques, ainsi que d’explorer l’effet des différentes propriétés mécaniques sur la stabilité d’un ski. Afin d’y parvenir, une nouvelle méthode a été développée afin de mesurer les distributions de rigidités en flexion et en torsion et les profils de cambrure et des carres d’un ski en moins de 5 minutes avec une précision d’environ 5%. Cette méthode a été utilisée pour mesurer les propriétés mécaniques de 179 skis de différents types (skis de courses, skis récréatifs, skis de haute randonnée, skis de neige poudreuse, etc.), soit un échantillon varié de la gamme entière des skis alpins commercialement disponibles. Un outil de simulation numérique a été développé et utilisé afin d’évaluer la stabilité de ces skis. Un modèle simple pour rapidement estimer la stabilité a été développé et est fortement corrélé avec les niveaux de stabilité évalués par le biais des simulations. Ce modèle simple permet d’estimer la stabilité d’un ski sans avoir recours à des simulations ou des essais expérimentaux. Ce modèle simple permet aussi de comprendre l’effet des différentes propriétés mécaniques d’un ski sur son niveau de stabilité.

Bien que les organes creux (intestins, etc.) puissent être lésés lors d’accidents automobiles, les recherches biomécaniques passées se sont principalement intéressées aux organes pleins. Deux axes de recherche ont été explorés dans cette étude : - le comportement mécanique du mésentère humain, qui est le principal moyen de fixité de l’intestin grêle, a été caractérisé lors d’essais de traction sur échantillons. Le mésentère s’est comporté comme un matériau anisotrope sensible à la vitesse de déformation. Des valeurs de raideur et déformation à rupture ont été proposées. - les effets des conditions aux limites entre organes sur les réponses interne et externe de l’abdomen ont été étudiés par simulation. Des modélisations permettant ou non le glissement entre un solide représentant les intestins, les organes pleins et la cavité abdominale ont été implémentées dans trois modèles éléments finis qui ont été soumis à des impacts correspondant à une étude de la littérature. Les relations force-déflexion, et les cinématiques internes et externes étaient très similaires pour les trois modèles. Les déformations prédites dans un mésentère très simplifié étaient supérieures aux déformations à rupture obtenues expérimentalement sur échantillons. Toutefois, aucune lésion du mésentère n’était décrite dans l’étude de référence. Ce résultat pourrait remettre en cause la représentation des intestins par un solide unique typiquement utilisée dans les modèles existants ainsi que celle du mésentère utilisée dans cette étude. En l’absence de données internes sur les organes et le mésentère lors d’un choc, il est difficile de savoir comment ces modélisations devraient évoluer. / While hollow organs (intestines, etc.) can be injured during automotive accidents, past biomechanical research were largely focused on solid organs. Two research topics were developed in the current study: - the mechanical response of the human mesentery – which is the main attach point of the small intestines – was characterized during tensile tests conducted on samples. The mesentery behaved like an anisotropic strain rate sensitive material. Stiffness and failure strain values were proposed. - the effects of the boundary conditions between organs on the internal and external response of the abdomen were studied using simulations. Different modelling approaches allowing or not sliding between a solid component representing the intestines, the solid organs and the abdominal cavity were implemented in three finite element models that were subjected impacts derived from a literature study. The relationship between force and deflection, and the internal and external kinematics were very similar for all models. The strains predicted in a very simplified mesentery were larger than the failure strains observed in testing. However, no mesenteric injuries were described in the reference study. This questions both the choice of a single solid component for the intestines typically used existing finite element models and the simplified representation of the mesentery of the current study. In the absence of internal data on organ and mesenteric kinematics during an impact, it is difficult to define which strategy should be used in future modelling efforts.

Doctorat en kinésithérapie et réadaptation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le comportement mécanique du bois dépend fortement de la température, de la teneur en humidité, de la géométrie de la pièce, ainsi que de l’historique de sorption. Il est alors indispensable de caractériser le comportement du bois sous l’action mixte de la température, de l’humidité relative et d’une charge mécanique pour en prédire le comportement durant l’utilisation et pour mieux maîtriser les procédés de transformation et également obtenir un matériau pouvant répondre à des besoins bien spécifiques. L’objectif de cette étude a été de déterminer le comportement viscoélastique et mécanosorptif du bois d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.), en utilisant des essais de fluage-recouvrance sous conditions d’humidité relative constantes et variables. Les essais de fluage-recouvrance ont été réalisés sur des échantillons de bois d’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.), de 110 mm de longueur (R), 25 mm de largeur (T) et 7 mm d’épaisseur (L). Des essais ont été réalisés dans un environnement contrôlé à 30°C ± 0,5°C de température et à 37%, 67% et 83% ± 2% d’humidité relative pour les essais en conditions constantes et entre 37% et 83% d’humidité relative pour les essais en conditions variables. Les essais ont été réalisés sous différents niveaux de charge appliquée. Ils ont permis de mesurer simultanément la déformation superficielle en utilisant des jauges électriques et la flèche maximale en utilisant des capteurs de déplacement. Les résultats ont montré l’impact des niveaux de charge et de la teneur en humidité d’équilibre sur le fluage du bois. Les résultats ont aussi confirmé le comportement linéaire viscoélastique du fluage du bois et la présence de l’effet mécanosorptif pendant les changements d’humidité relative. Les résultats obtenus peuvent aider à mieux comprendre le comportement des planchers de bois d’érable à sucre pendant leur utilisation.

L'évolution du génie tissulaire a permis la création de tissus accessible pour le traitement de différentes maladies et traumas. La disponibilité d'un substitut vasculaire tridimensionnel reconstruit par génie tissulaire (TEBV, Tissue-engineered blood vessel) offre un bon outil de recherche en physiologie cellulaire. Notre groupe fut le premier à créer un TEBV ne contenant aucun matériel exogène. Cette avancée se fit à l'aide de la technique d'auto-assemblage qui se base sur la production endogène de matrice extracellulaire (MEC) par les cellules et les conditions de culture cellulaires dynamiques mimant la physiologie vasculaire. La caractérisation de ce substitut est importante pour d'éventuels essais cliniques, mais aussi en recherche fondamentale. Dans cette étude, nous avons utilisé ce modèle pour caractériser les réponses endothéliales face aux forces hémodynamiques ainsi que le comportement biomécanique du TEBV en présence de ces contraintes. Les modèles ont été maintenus dans un bioréacteur relié à une pompe péristaltique qui créée un flux pulsatile dans la lumière du TEBV générant ainsi des contraintes de cisaillements. Les résultats histologiques montrent une bonne fusion entre les 3 tuniques du TEBV. De plus, les tests biomécaniques donnent des résultats s'approchant des valeurs physiologiques ce qui nous indique une maturation appropriée des différentes couches et reflète bien son potentiel clinique. Les observations en immunofluorescence révèlent que les cellules endothéliales (CE), connue pour être des senseurs des forces présentes, expriment des marqueurs fonctionnels comme PECAM, Ve-Cadhérine, ZO-1 et le facteur von Willebrand. Ces observations nous ont aussi permis de constater que les CE s'alignaient en direction du flux conformément à ce qui est observé in vivo. Les analyses des MAPK ERK 1/2 et p38 et de la petite GTPases Rapl en western blot et précipitation sélective indiquent que les CE du TEBV peuvent déclencher certaines voies de signalisation impliquées en mécanotransduction. Du même fait, les PCR quantitatifs montrent l'expression de Tintégrine ctvp3, molécule d'adhésion cellule-matrice communément retrouvée dans Tendothélium. En conclusion, notre TEBV exhibe des propriétés adéquates, autant au niveau biomécanique qu'endothélial, pour un modèle in vitro ou encore pour de futures études précliniques.

Ce travail évalue le comportement mécanique des matériaux cimentaires à différentes échelles de distance. Premièrement, les propriétés mécaniques du béton produit avec un bioplastifiant à base de microorganismes efficaces (EM) sont etudiées par nanoindentation statistique, et comparées aux propriétés mécaniques du béton produit avec un superplastifiant ordinaire (SP). Il est trouvé que l’ajout de bioplastifiant à base de produit EM améliore la résistance des C–S–H en augmentant la cohésion et la friction des nanograins solides. L’analyse statistique des résultats d’indentation suggère que le bioplastifiant à base de produit EM inhibe la précipitation des C–S–H avec une plus grande fraction volumique solide. Deuxièmement, un modèle multi-échelles à base micromécanique est dérivé pour le comportement poroélastique de la pâte de ciment au jeune age. L’approche proposée permet d’obtenir les propriétés poroélastiques requises pour la modélisation du comportoment mécanique partiellement saturé des pâtes de ciment viellissantes. Il est montré que ce modèle prédit le seuil de percolation et le module de Young non drainé de façon conforme aux données expérimentales. Un metamodèle stochastique est construit sur la base du chaos polynomial pour propager l’incertitude des paramètres du modèle à travers plusieurs échelles de distance. Une analyse de sensibilité est conduite par post-traitement du metamodèle pour des pâtes de ciment avec ratios d’eau sur ciment entre 0.35 et 0.70. Il est trouvé que l’incertitude sous-jacente des propriétés poroélastiques équivalentes est principalement due à l’énergie d’activation des aluminates de calcium au jeune age et, plus tard, au module élastique des silicates de calcium hydratés de basse densité. / This work assesses the mechanical behavior of cement-based materials through different length scales. First, the mechanical properties of concrete produced with effective microorganisms (EM)-based bioplasticizer are investigated by means of statistical nanoindentation, and compared to the nanomechanical properties of concrete produced with ordinary superplasticizer (SP). It is found that the addition of EM-based bioplasticizer improves the strength of C–S–H by enhancing the cohesion and friction of solid nanograins. The statistical analysis of indentation results also suggests that EM-based bioplasticizer inhibits the precipitation of C–S–H of higher density. Second, a multiscale micromechanics-based model is derived for the poroelastic behavior of cement paste at early age. The proposed approach provides poroelastic properties required to model the behavior of partially saturated aging cement pastes. It is shown that the model predicts the percolation threshold and undrained elastic modulus in good agreement with experimental data. A stochastic metamodel is constructed using polynomial chaos expansions to propagate the uncertainty of the model parameters through different length scales. A sensitivity analysis is conducted by post-treatment of the meta-model for water-to-cement ratios between 0.35 and 0.70. It is found that the underlying uncertainty of the effective poroelastic proporties is mostly due to the apparent activation energy of calcium aluminate at early age and, later on, to the elastic modulus of low density calcium-silicate-hydrate.

Les maladies cardiovasculaires représentent une des principales causes de décès dans le monde et différentes actions sont en place depuis des décennies pour comprendre les mécanismes d’action de ces maladies et leur impact sur le corps humain. Dans l’optique de venir en aide aux personnes souffrant de ces maladies, le génie tissulaire vasculaire émerge comme une technologie prometteuse afin de favoriser la régénération des tissus et des organes endommagés. Cependant, les modèles issus du génie tissulaire, en plus d’être biologiquement et chimiquement comparables au tissu natif, doivent également présenter des propriétés mécaniques permettant aux modèles de répondre aux différentes fonctions physiologiques. Dans cette optique, il est nécessaire de concevoir, optimiser et développer une série d’essais permettant de vérifier les performances mécaniques des constructions regénérées. De nombreuses approches ont été déployées dans ce domaine contenant chacune ses avantages et ses inconvénients, mais il n’existe pas, à l’heure actuelle, aucun standard sur le protocole des essais mécaniques à préconiser avec un échantillon spécifique. Dans ce contexte, le projet de ce mémoire a été de concevoir et de valider des protocoles de caractérisation mécanique non-conventionnels appliqués spécifiquement à des tissus vasculaires. Tout d’abord, un protocole pour la caractérisation mécanique de gels de collagène en configuration plane à été développé. Ensuite, ce protocole à été étendu pour la modélisation numérique afin d’étudier l’applicabilité d’un modèle poro-viscoélastique. Par la suite, des protocoles expérimentaux ont été développés afin de permettre la densification de gel de collagène ainsi que leur caractérisation mécanique. Enfin, une caractérisation expérimentale d’aortes de souris calcifiées à été réalisée. Dans son ensemble, l’étude exécutée dans le cadre de cette maîtrise à permis l’approfondissement des connaissances dans le domaine de la caractérisation mécanique des tissus mous viscoélastiques. Ce mémoire présente également d’autres techniques de caractérisation mécanique pour différents types de tissus vasculaires. D’autres protocoles de tests développés dans le cadre de collaboration avec d’autres groupes de recherche sont décrits dans ce mémoire. / Cardiovascular diseases represent one of the principal causes of death worldwide. It is therefore of high importance to improve our understanding of their mechanisms of action and their impact on health. To help people suffering from these diseases, tissue engineering is emerging as a promising technique for developing regenerated constructs to replace diseased tissues and organs. However, apart from being biologically compatible, the developed construct also needs to have mechanical properties like the one of native tissues. It is therefore necessary to perform mechanical characterization on the tissue engineered construct to validate its suitability. When it comes to mechanical characterization, a lot of approaches are used by different research groups as there is absolutely no standard in this field. In this context, the objective of this thesis is to develop and validate non-conventional mechanical characterization protocols specific to soft tissues for vascular application. First, a testing protocol was developed to characterize disk-shaped collagen gel samples. Secondly, the same collagen gel, but in tubular geometry, were densified and also characterized. Finally, a mechanical testing protocol and device was developed in order to characterize very small caliber blood vessels, such as mouse aortas. This thesis also presents other techniques for mechanical characterization used for vascular tissue, as along with protocols developed in the process of external collaboration with different research groups.

Cette étude décrit un élément clef du projet COSTA-Canada (Continental Slope Stability), visant à étudier la dynamique d'écoulement de mouvements de masse sous-marins. C'est maintenant bien connu que les glissements sous-marins sont beaucoup plus mobiles et impliquent de plus grands volumes de sédiments que leurs homologues subaériens. Lorsqu'on est confronté aux risques naturels de nature géologique, il est important de bien comprendre l'influence des caractéristiques rhéologiques sur les glissements subaériens et sous-marins. En effet, les glissements sous-marins représentent un danger pour les vies humaines et les biens, et aussi un risque potentiel de tsunamis. Dans la phase post-rupture, le sol peut faire l'expérience de grandes déformations sous certaines plages de contraintes de cisaillement. Ce phénomène peut réduire la résistance au cisaillement du sol lors du cisaillement avec ajout d'eau. Les caractéristiques des sédiments sont contrôlées par leurs propriétés rhéologiques. Il est clair que le comportement visqueux du sol est ainsi dominant sur le frottement dans le cas des mouvements de masse sous-marins. Il reste encore plusieurs points importants à éclaircir, comme la caractérisation des matériaux composant la coulée et les limites critiques des matériaux visqueux et granulaires. Le comportement rhéologique peut également être influencé par la granulométrie, la minéralogie, et la salinité. De plus, les liens structuraux peuvent avoir un impact significatif sur les propriétés rhéologiques. Ce comportement est aussi relié à l'effet de la viscosité pseudo-Newtonienne. Afin d'examiner des paramètres géotechniques et rhéologiques, trois groupes de sols ont été choisis : (1) matériau non-gonflant; (2) matériau gonflant; (3) matériau silteux. En plus, la compatibilité entre des modèles rhéologiques bien connus et les donnés expérimentales a été étudiée. Les principales contributions que cette thèse amène sont: (1) une estimation simple de plages possibles des propriétés rhéologiques pour différentes granulométries; (2) une meilleure compréhension des comportements rhéologiques des matériaux gonflants et silteux dans un mouvement de masse sous-marin comparé aux matériaux non-gonflants; (3) une meilleure compréhension des transformations de la coulée lors d'infiltration d'eau causant l'augmentation de la mobilité du mouvement de masse sous-marin; (4) une évaluation du seuil d'écoulement et de la viscosité critiques déterminant le passage de l'état remanié à l'état fluide. / This study describes one of the key objectives of the COSTA-Canada (Continental Slope Stability) project, which aims at studying the flow dynamics of submarine mass movements. It is now well known that submarine landslides are much more mobile and tend to involve larger volumes than subaerial landslides. When dealing with natural geo-hazards it is important to understand the influence of flow characteristics on the subaerial and subaqueous mass movement. Indeed, submarine landslides represent a significant hazard to the property and life as well as the potential tsunamis hazard. In the post-failure stage, the soil could experience a large deformation within a certain range of shear rates. This process can reduce the inherent shear strength during mixing with ambient water. As a result, the characteristics of sediments are most likely governed by the rheological properties. Therefore it seems clear that the viscous effects are dominant rather than frictional behavior in subaqueous debris flows. There are still many important questions that need answering: for example, the characterization of the material from which the flow is composed and the critical limit from viscous to granular behavior. Also, the rheological behavior can be influenced by the grain size, mineralogy, and salinity. In addition, the structural bondings at low shear rate can have a significant impact on the rheological properties. It is also related to the effect of pseudo-Newtonian viscosity. To investigate the geotechnical and rheological properties, three groups of soils were selected for convenience : (1) non-swelling material ; (2) montmorillonite-rich material ; (3) silt-rich material. Furthermore, the compatibility of well-known rheological models on the experimental data was examined. The main contributions of this thesis are : (1) a simple estimate of possible range of rheological properties with respect to the grain sizes and/or liqudity indices; (2) a better understanding of rheological behaviors of swelling and silt-rich materials in submarine mass movements compared to the non-swelling materials; (3) a better understanding of flow transformation due to water infiltration causing the high mobility in submarine mass movements; (4) an evaluation of the critical yield stress and plastic viscosity to transform from remoulded into fluidized state.