Dans un contexte de performance sportive, de réhabilitation ou de santé, les étirements sont couramment utilisés dans le but de préparer le système neuromusculaire à l’exercice subséquent. Si la littérature montre majoritairement que les étirements altèrent de façon aigue la performance musculaire et/ou fonctionnelle, il existe toutefois des études dont les résultats diffèrent, suggérant l’influence d’un certain nombre de facteurs sur la variabilité des réponses du système neuromusculaire. Pour une meilleure compréhension de cette variabilité et des mécanismes impliqués, cette thèse avait pour objectif d’examiner l’influence de différents paramètres sur le système neuromusculaire : la durée d’étirement, le groupe musculaire et la modalité d’étirement. Au travers de quatre études, il a été montré que les étirements statiques pouvaient altérer la production de force maximale et les propriétés neuromusculaires indépendamment de la durée d’étirement. Cependant, il est apparu que ces modulations étaient spécifiques au muscle, et plus précisément à la raideur relative du système musculo-tendineux. Indépendamment de la durée d’étirement, les étirements statiques ne seraient pas efficaces pour préparer le système neuromusculaire à une activité musculaire subséquente, et notamment pour des muscles raides. Plus particulièrement, les étirements dynamiques ne paraissent pas plus efficaces. Même si les effets néfastes ont été diminués comparativement aux étirements statiques, ils ne favoriseraient pas davantage la production de force ni la commande nerveuse. Toutefois, il est intéressant de noter qu’une durée courte d’étirements dynamiques peut réduire la résistance passive à l’étirement, et donc augmenter potentiellement l’amplitude articulaire maximale, sans affecter les capacités de production de force. Finalement, les étirements dynamiques pourraient être envisagés comme une activité musculaire dynamique, qui compense partiellement les effets néfastes de l’étirement sur la performance musculaire. D’un point de vue pratique, ceci suggère que ce type d’étirements peut être réalisé avant une performance, mais néanmoins accompagnés d’une activité musculaire de plus haute intensité, afin d’optimiser les effets de l’échauffement musculaire sur le système neuromusculaire. En définitive, la variabilité des réponses du système neuromusculaire serait dépendante de facteurs spécifiques, tels que la modalité d’étirement et la raideur relative du système musculo-tendineux, soulignant l’importance de les prendre en considération dans la pratique. / Stretching is traditionally incorporated into pre-exercise routines in health, rehabilitation and sporting environments to condition the neuromuscular system for exercise. While a large body of evidence reported that stretching may acutely impair the subsequent muscular performance, some conflicting results highlight possible mitigating factors of neuromuscular responses variability. Because the limited data available do not present a clear consensus, the aim of this thesis was to investigate the effects of different factors on neuromuscular responses to stretch: the muscle group, the stretch duration and modality. By means of four studies, it has been shown that static stretching may alter maximal voluntary torque and neuromuscular properties, irrespective of the stretch duration. However, these modulations were dependent on the muscle group, and more specifically on the intrinsic stiffness of the muscle-tendon system. Regardless of the stretch duration, static stretching appears to be not effective, or even detrimental, to prepare the musculotendinous system for subsequent exercises, and especially for stiff muscles. It is also relevant that dynamic stretching was not better than static stretching. Even if stretch-induced impairments were mitigated compared to static stretching, dynamic stretching would not optimize muscle strength capacities and central nervous system. However, a short duration of dynamic stretching may be sufficient to reduce passive resistive torque, and therefore potentially increase maximal range of motion, without affecting muscle strength capacities. Finally, dynamic stretching could be considered as dynamic muscle activity, which would partly counteract deleterious muscle-tendon stretching effects. From a practical point of view, dynamic stretching could be a part of warm-up procedure, but should be associated to stronger contractions to optimize the improvement in muscle strength capacities. In summary, the variability of neuromuscular responses to stretch would be dependent on specific factors, such as stretching modality and relative stiffness of the musculotendinous system, emphasizing the importance of taking it into consideration in practice.

L’objectif de cette thèse était d’appréhender les effets de la croissance et de l’expertise sur les propriétés biomécaniques des membres inférieurs de l’Homme. Pour ce faire, une série d’expérimentations se basant sur un modèle “masse-ressort” associé à des tâches de sauts verticaux ont été menées dans des conditions de terrain. Nous avons démontré dans un premier temps qu’un système accélérométrique transportable et autonome pourrait être utilisé, in situ, d’une manière fiable et valide afin d’estimer l’ensemble des paramètres mécaniques et indices neuromusculaires étudiés au cours de ce travail de recherche. Ensuite, au cours d’une étude croisée, nous avons identifié un âge d’or pour la maturation des paramètres neuromusculaires des membres inférieurs qui se situe autour de 15-16 ans, âge de début de différenciation fille/garçon et d’évolution des propriétés neuromusculaires du cycle étirement-renvoi vers l’âge adulte. Enfin, nous avons étudié l’effet de l’expertise sur les qualités physiques du sportif. Les résultats montrent clairement que le comportement neuromécanique des membres inférieurs évolue avec l’expertise sportive, d’une façon spécifique à l’activité. / The aim of this thesis was to apprehend the growth and expertise effects on the biomechanicalproperties of the human lower limb. For that aim, we basically used a “spring-mass” model whichwas associated to in-field vertical jump tasks. Firstly, we demonstrated that a transportable andautonomous accelerometric system was reliable and valid for assessing the whole mechanical andneuromuscular parameters which we studied in the current research work. Secondly, we identified agolden age for the maturation of the lower limb neuromuscular properties through a crossover study.That was the age of 15-16 years, which corresponds to a beginning of a gender differentiation and anevolution of the neuromuscular properties of the stretch-shortening cycle to the adulthood. Finally, westudied the effects of expertise on the sportsman physical abilities. The results clearly show that theneuromechanical behaviour of the lower limbs evolves with expertise by following an activity-relatedspecific way.

En microscopie à force atomique (AFM), l'étude des échantillons est réalisée à l'aide d'une pointe montée sur un microlevier. Le coeur de la technique est la mesure de la force d'interaction pointe-surface, directement proportionnelle à la déflexion du levier. Plus généralement, la compréhension profonde des propriétés mécaniques des microstructures joue un rôle significatif dans le développement des microsystèmes électromécaniques (MEMS), ou encore de capteurs chimiques ou biologiques miniatures.<br /><br />Au delà du dispositif traditionnel de mesure de déflexion angulaire, nous avons conçu et réalisé un AFM avec une détection interférométrique différentielle (entre la base encastrée et l'extrémité libre du levier). La résolution ultime est de 10^-14 m/Hz^1/2, la mesure est de plus intrinsèquement calibrée, indifférente aux dérives thermiques lentes et sans limitation de la plage d'amplitude de la déflexion. <br /><br />Grâce à notre dispositif, nous mesurons le bruit thermique le long du levier. Une reconstruction de la forme spatiale des quatre premiers modes propres en flexion révèle un excellent accord avec le modèle de poutre de Euler-Bernoulli. Un ajustement simultané sur les quatre résonances thermiquement excitées est réalisé à l'aide d'un seul paramètre libre : la raideur du levier, qui est ainsi mesurée avec une grande précision et robustesse. <br /><br />Les fluctuations thermiques de déflexion à basse fréquence démontrent qu'un modèle d'oscillateur harmonique avec dissipation visqueuse n'est plus pertinent hors résonance. De plus, on observe des différences substantielles entre les leviers avec et sans revêtement métallique. Pour ces derniers, l'approche hydrodynamique de Sader rend compte fidèlement du comportement des fluctuations en dessous de la résonance dans l'air. La présence du revêtement introduit une deuxième source de dissipation : la viscoélasticité. Elle se manifeste comme un bruit en 1/f à basse fréquence. L'utilisation du Théorème Fluctuation-Dissipation (TFD) et des relations de Kramers-Kronig permettent une caractérisation complète de la réponse du levier à l'aide des spectres de fluctuations. Une estimation quantitative de la viscoélasticité et de sa dépendance en fréquence est notamment obtenue.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'amélioration des modèles de raideur pour les robots sériels et parallèles possédant des articulations passives. Contrairement aux travaux précédents, la raideur du robot est évaluée en présence de chargement en vérifiant les équations d'équilibre du système. Cette modélisation prend en compte les chargements externes ainsi que les pré-charges internes et des charges distribuées comme les forces dues à la gravité. Il est ainsi possible d'écrire la relation entre la charge et le déplacement de l'effecteur en tout point de l'espace de travail et de la linéariser en prenant en compte les modifications de la matrice jacobienne à cause du chargement. Ceci permet au concepteur de robot d'évaluer les contraintes critiques qui peuvent engendrer un comportement non linéaire de la raideur comme une défaillance soudaine due à une instabilité élastique (flambement) qui n'a jamais été étudiée dans la littérature robotique. Il est supposé que l'élasticité du robot est décrite par un modèle avec des flexibilités localisées, qui se compose d'une chaîne de corps rigides reliés par des ressorts virtuels à 6 degrés de liberté. Chaque ressort caractérise la flexibilité du corps correspondant ou de l'articulation actionnée et tient compte à la fois de leur souplesse translation / rotation et du couplage entre eux. Pour augmenter la précision du modèle, les raideurs des ressorts sont évaluées en utilisant une technique d'identification basée sur une modélisation par éléments finis. Avec cette méthode, il est possible d'obtenir une précision proche de celle des modélisations par éléments finis, mais réduit drastiquement les temps de calcul en éliminant les remaillages répétitifs lorsque l'on change la position de l'effecteur ainsi que la taille des matrices à inverser.

La stabilisation de la tête est une tâche capitale : elle détermine l'équilibre corporel, la prise d'informations sensorielles et la protection des centres nerveux. Elle est déterminée en grande partie par la raideur musculo-tendineuse des muscles cervicaux qui, à notre connaissance, n'a jamais été étudiée auparavant. Par ailleurs, la méthode de détentes rapides élaborée pour évaluer la raideur musculo-tendineuse de certaines articulations n'a jamais été appliquée à des segments corporels multi-articulaires. Les objectifs de ce travail sont de développer une méthode d'évaluation de la raideur musculo-tendineuse du segment tête-cou par application de détentes rapides, de modéliser le segment tête-cou en un système mono-articulaire et d'étudier les effets de la fatigue périphérique sur la raideur musculo-tendineuse du segment tête-cou. L'analyse cinématique de la tête lors de détentes rapides par accélérométrie montre que la relation entre le déplacement angulaire et le niveau de force est positive et reproductible. Les résultats obtenus ne nous ont pas permis de mettre en évidence une relation entre la raideur musculo-tendineuse et le niveau de force. L'analyse de la cinématique du segment tête-cou à l'aide d'un procédé d'optimisation nous a permis de mettre en évidence une augmentation significative de la raideur musculo-tendineuse avec le niveau de force. Les résultats montrent que les variations d'ordre géométrique générées par les spécificités structurelles de la zone cervicale étaient en partie responsables de l'augmentation de la raideur musculo-tendineuse du segment tête-cou en fonction du niveau de force. Le procédé d'optimisation nous a permis d'émettre l'hypothèse que la fatigue périphérique ne générait pas de modifications de la raideur musculo-tendineuse des muscles cervicaux. Les résultats obtenus à l'issue de ces travaux montrent que l'application de détentes rapides, associée à une modélisation du segment tête-cou en un système mono-articulaire, semble aboutir à une estimation fiable de la raideur musculo-tendineuse du segment tête-cou.

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.

Ce travail porte sur l'étude de structures multicouches à gradient de propriétés (FGM : Functionnally Graded Materials). Ces matériaux sont apparus afin d'obtenir des dépôts aux caractéristiques nouvelles et innovantes. Les FGM sont désormais présents dans divers applications de haute technologie.Un système multicouche à gradient de composition entre le cuivre et le nickel, a fait l'objet d'une étude expérimentale par l'application de la technique des ultrasons laser (LU) couplée à une étude numérique basée sur le formalisme de Stroh et la méthode de la matrice de raideur. Le travail de thèse est organisé autour de quatre chapitres. Le premier chapitre est dédié à l'aspect théorique de la propagation des ondes de surface dans une structure multicouche et à gradient de propriétés. Ainsi, un développement des méthodes numériques pour les matériaux dotés de la piézoélectricité est fourni. Le second chapitre se consacre à l'élaboration des échantillons utilisés dans notre étude et obtenus par pulvérisation cathodique. Le troisième chapitre présente la méthode opto-acoustique utilisée pour caractériser les échantillons réalisés. le dernier chapitre présente les résultats expérimentaux, confrontés aux résultats théoriques, décrivant le comportement dispersif des multicouches submicrométriques. / This thesis focuses on the study of multilayered and FGM systems (FGM : Functionnally Graded Materials). The main purpose of this type of materials is to obtain deposits with new and innovative features and to increase the fracture toughness. From now on, FGM have been used in various high technology applications.A multilayer system with a composition gradient of copper and nickel was studied experimentally by the application of the laser ultrasonics (LU) technique which was coupled to a theoretical study based on the ordinary differential equations (ODE) and the Stiffness Matrix Method (SMM). This PhD thesis is organized around four chapters. The first chapter is dedicated to a theoretical study of the propagation behavior of surface acoustic wave (SAW) in a multilayer system with à gradient of properties. Thus, the numerical methods developped for the piezoelectric materials (FGPM) are presented. The second chapter is devoted to describe the setup for making the samples used in this study which were obtained by sputtering technique. The third chapter presents the experimental study dedicated to the measurement of surface wave velocities in many crystal orientations. The last chapter of the manuscript presents experimental results, compared to the theoretical results, describing the dispersive behavior of submicrometer multilayers.

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 / Data on the biomechanical behaviour of the abdominal wall are limited. This lack of knowledge is a limiting factor for the development of numerical models of this anatomical area. Therefore, the objective of this thesis is to provide quantitative data on the biomechanical behaviour of the abdominal wall, adopting a global experimental approach ranging from ex vivo to in vivo. As a first step, a protocol for ex vivo characterization is develop and validated on porcine specimens and then applied to human anatomical specimens. This protocol allows testing a same abdominal wall under two loading types (pressure and contact) in the elastic range. It also enables to assess the influence of an incision and of a repair with a surgical implant on the mechanical response. Measurements by 3D digital image correlation performed simultaneously on the internal and external surfaces quantify differences in strain distribution of the abdominal wall. As a second step, in vivo examinations on volunteers enable to take into account muscle activity. A local stiffness is thus assessed for various physiological activities. This stiffness increases with the level of muscle contraction and reaches on average six times the stiffness at rest. In conclusion, this research proposes a methodology to better understand the global mechanical behaviour of the abdominal wall. This methodology can now be used in order to study the influence of the different components of the abdominal wall. Beyond this thesis, these data will contribute to the construction and validation of a numerical model of the abdominal wall

Tandis que les bénéfices physiologiques de chaussures de référence dans le milieu de la course à pied d’endurance sont montrés dans la littérature scientifique, les effets spécifiques et contrôlés de certaines propriétés mécaniques des chaussures demeurent peu connus. L’objectif général de ce travail de thèse était d’étudier les effets du retour d’énergie des semelles intermédiaire des chaussures et de la raideur en flexion des chaussures sur la performance physiologique et biomécanique en course à pied d'endurance. Que ce soit à court-terme ou lors d’une course à pied prolongée, le coût énergétique métabolique (critère utilisé pour évaluer la performance en course à pied) n’était pas significativement modifié par les propriétés mécaniques testées en moyenne parmi le groupe complet de participants. En revanche, les réponses spécifiques aux participants, à la fois à court-terme et lors d’une course à pied prolongée, ont permis de mettre en évidence des combinaisons de réponses biomécaniques et de caractéristiques intrinsèques aux participants expliquant les variations du coût énergétique métabolique en fonction des propriétés mécaniques chaussantes. Une nouvelle stratégie a notamment été mise en évidence chez les participants bénéficiant de la raideur en flexion des chaussures qui se traduisait par une redistribution descendante des activations musculaires des articulations de la hanche et du genou vers l’articulation de la cheville avec la durée de course. Ce travail de thèse soulignait l’importance de considérer une offre de conception de chaussures adaptées à des groupes de coureurs aux réponses biomécaniques et/ou aux caractéristiques intrinsèques similaires. / While physiological benefits of baseline running racing shoes are shown in the scientific literature, the specific and controlled effects of some shoe mechanical features remain not well known. The main purpose of this work was to study the effects of the midsole energy return and the shoe longitudinal bending stiffness on the physiological and biomechanical performance during endurance running. In both short-term and prolonged running duration, the metabolic energetic cost (criteria used to evaluate the endurance running performance) was not significantly altered by the tested mechanical features in average over the group of participants. The main finding was that the shoe mechanical features induced different effects on the metabolic energetic cost depending on the participants. Taking into account the participant-specific responses (in both short-term and during a prolonged running duration) enabled to highlight combinations of biomechanical responses and intrinsic participant characteristics explaining the variations of the metabolic energetic cost as a function of shoe mechanical features. A novel strategy has been highlighted in participants benefiting from the shoe longitudinal bending stiffness resulting in descendant redistribution of the muscular coordination from the hip and knee joints to the ankle joint with the running duration. This work showed the importance of considering a footwear design offer suitable to groups of runners with similar biomechanical responses and/or intrinsic characteristics.