The high degree of modification through chemical substitution afforded by the perovskite crystal structure and its related counterparts allows a systematic study of structure-property relationships critical to understand the wide variety of exotic phenomena observed in these materials where the spin, charge, orbital, and lattice degrees of freedom are highly correlated. From the multiple phenomena observed in these materials, which includes multiferroicity, catalytic activity, and high temperature superconductivity, this study is concerned with a material that displays colossal magnetoresistance (CMR), La₂₋₂xSr₁₊₂xMn₂O₇; this is a naturally bilayered manganite that exhibits CMR at a paramagnetic to ferromagnetic transition that coincides with an insulator to metal transition. The strong correlation between different degrees of freedom in the material leads to considerable variation in its magnetic properties due to doping even in the small range studied of 0.32 [less than or equal to] x [less than or equal to] 0.4, where the easy axis of magnetization changes from the c-axis to the ab plane. Magnetic force microscopy (MFM) was used for this part of the work, to visualize the local variation of the out of plane (c-axis) magnetization or magnetic microstructure of La₂₋₂xSr₁₊₂xMn₂O₇ for 0.32 [less than or equal to] x [less than or equal to] 0.4 at the exposed ab surface and its evolution due to an applied magnetic field at 4 K. For the x = 0.32 composition, which is close to the out of plane to in plane magnetization transition, a strong preferred magnetization direction within the ab plane or magnetocrystalline anisotropy was observed. The stray magnetic field of the MFM tip perturbs the magnetic microstructure of low coercivity materials like diluted magnetic semiconductors, making it unsuitable for the study of such materials. For this reason, as part of this project a scanning Hall probe microscope (SHPM), a magnetic imaging technique complementary to MFM that uses a Hall sensor that provides a magnetically non-invasive calibrated measurement of the stray fields at the surface of a sample with good resolution (~ 1 [micrometer]), was designed. The construction of a compact cryogenic variable-temperature (77 - 300 K) SHPM, highlighting its features, is described. / text

Le sous-marinage, apparaissant lorsque la ceinture pelvienne glisse au-dessus des épines iliaques antérosupérieures (E.I.A.S.) du bassin, est la cause principale des lésions abdominales sévères. Ce phénomène, conditionné par l'angle relatif entre la ceinture pelvienne et le bassin, est fortement lié à la cinématique du bassin au cours du choc. Cette dernière dépend des efforts et moments qui y sont appliqués, provenant principalement de la colonne lombaire, des hanches, du contact avec l'assise du siège ainsi que de la ceinture pelvienne. L'objectif est de caractériser le comportement de la population au regard du sousmarinage. Cela passe par l'identification des paramètres individuels influents sur le phénomène et par l'étude de leur distribution sur la population. Pour cela, neuf essais sur sujets humains post-mortem (S.H.P.M.) ont été effectués dans un environnement simplifié. Trois configurations de choc, chacune testée sur trois sujets, ont été définies. Les résultats ont ensuite servi de base pour la validation d'un modèle éléments finis d'être humain. Le modèle a été amélioré de façon globale vis-à-vis des corridors définis par les réponses S.H.P.M. et personnalisé au niveau de la géométrie, de la répartition des masses et du comportement de la colonne lombaire pour correspondre à chacun des neuf sujets. La personnalisation de ces paramètres a permis de reproduire les comportements observés en essais. Enfin, le modèle a été utilisé dans une étude numérique pour approfondir la compréhension de la cinématique du bassin, d'une part, et identifier les paramètres individuels influençant le sous-marinage, d'autre part. La répartition des masses, la raideur de la colonne lombaire et l'orientation initiale du bassin influencent l'apparition du sous-marinage. L'ouverture des ailes iliaques, la position des E.I.A.S par rapport au point H, la profondeur de l'échancrure iliaque et l'épaisseur des tissus entre le bassin et la ceinture jouent aussi un rôle.

Les études statistiques d'accidents montrent que la tête est le segment corporel le plus vulnérable lors d'un accident (chocs piétons, chocs deux-roues et chocs latéraux). Pour enrichir les modèles virtuels d'être humain et développer de nouveaux outils de prédictions lésionnelles, ce travail propose une série d'expérimentations afin d'obtenir les propriétés mécaniques homogénéisées de l'os du crâne humain (pas de distinction entre l'os cortical et spongieux).<br />Des essais ont été réalisés sur 20 SHPM (Sujet Humain Post Mortem) « frais ». Un protocole spécifique a été développé afin de prélever 19 éprouvettes par crâne. Au total, 380 échantillons ont été testés en flexion trois points. Les courbes effort/déplacement ont servi de référence pour l'identification du comportement élastique. De nombreuses relations par zones et orientations osseuses ont été obtenues.<br />Des essais de cyclage dans la zone élastique ont été réalisés sur 105 échantillons prélevés sur 7 SHPM congelés. L'effet de la vitesse de sollicitation a été étudié. Cette seconde campagne permet de comparer les éprouvettes en fonction de leur mode de conservation. Une corrélation a été mise en évidence et a permis d'extrapoler le module d'élasticité à l'état « frais » d'un SHPM testé congelé.<br />Ces deux campagnes d'essais ont permis d'aboutir à une corrélation entre le module d'élasticité équivalent et les propriétés géométriques (épaisseur et densité) d'un SHPM « frais ».<br />Les derniers travaux ont porté sur le développement d'un nouveau prototype de tête. Pour cela, 7 calottes, provenant de SHPM congelés, ont été testées en compression. Les propriétés élastiques du prototype sont issues des campagnes expérimentales précédentes et présentent une distinction entre chaque zone. Ce prototype a été validé par des essais statiques et dynamiques en compression dans différentes zones osseuses.

Le sous-marinage, apparaissant lorsque la ceinture pelvienne glisse au-dessus des épines iliaques antérosupérieures (E.I.A.S.) du bassin, est la cause principale des lésions abdominales sévères. Ce phénomène, conditionné par l’angle relatif entre la ceinture pelvienne et le bassin, est fortement lié à la cinématique du bassin au cours du choc. Cette dernière dépend des efforts et moments qui y sont appliqués, provenant principalement de la colonne lombaire, des hanches, du contact avec l’assise du siège ainsi que de la ceinture pelvienne. L’objectif est de caractériser le comportement de la population au regard du sousmarinage. Cela passe par l’identification des paramètres individuels influents sur le phénomène et par l’étude de leur distribution sur la population. Pour cela, neuf essais sur sujets humains post-mortem (S.H.P.M.) ont été effectués dans un environnement simplifié. Trois configurations de choc, chacune testée sur trois sujets, ont été définies. Les résultats ont ensuite servi de base pour la validation d’un modèle éléments finis d’être humain. Le modèle a été amélioré de façon globale vis-à-vis des corridors définis par les réponses S.H.P.M. et personnalisé au niveau de la géométrie, de la répartition des masses et du comportement de la colonne lombaire pour correspondre à chacun des neuf sujets. La personnalisation de ces paramètres a permis de reproduire les comportements observés en essais. Enfin, le modèle a été utilisé dans une étude numérique pour approfondir la compréhension de la cinématique du bassin, d’une part, et identifier les paramètres individuels influençant le sous-marinage, d’autre part. La répartition des masses, la raideur de la colonne lombaire et l’orientation initiale du bassin influencent l’apparition du sous-marinage. L’ouverture des ailes iliaques, la position des E.I.A.S par rapport au point H, la profondeur de l’échancrure iliaque et l’épaisseur des tissus entre le bassin et la ceinture jouent aussi un rôle. / Submarining occurs in frontal crashes when the lap belt slides over the anterior superior iliac spine (ASIS) and is the principal cause of AIS 3+ abdominal injuries. Submarining is the consequence of the pelvis kinematics relative to the lap belt, driven by the equilibrium of forces and moments applied to the pelvis. The four main components playing a role in the pelvis kinematics are the lumbar spine, the hips, the seat pan and the lap belt. The purpose is to characterize the population behavior regarding submarining. This requires to identify individual parameters having an effect on submarining and to examine their distribution among the population. A nine post-mortem human subject (PMHS) sled test campaign was carried out on a simplified environment. Three test configurations were defined. Each configuration was realized on three PMHS. The test results were used as reference data for a human finite element model validation. The model was improved to better fit the PMHS corridor responses and then personalized regarding the geometry, the mass distribution and the lumbar spine behavior to obtain nine models matching each PMHS. The personalized models responses were consistent with the PMHS ones. Finally, the human model was used in a numerical study. The numerical study was aimed at deepen the understanding of the pelvis kinematics on the one hand, and investigate the influence of several individual parameters on submarining on the other hand. The mass distribution, the lumbar spine stiffness and the initial pelvis orientation have revealed an influence on the submarining observation. The iliac wing angle, the position of the ASIS relative to the H-point, the iliac notch depth and the thickness of the soft tissues between the pelvis and the lap belt were also identified to have an effect on submarining.

Dans le but d’enrichir la modélisation virtuelle d’êtres humains et de mieux comprendre la biomécanique de certaines parties du squelette, ce travail propose une analyse comparative des propriétés histologiques et mécaniques de deux os appendiculaires fonctionnellement opposés : l’humérus et le fémur. La campagne a été réalisée à partir d’échantillons provenant de quatre SHPM embaumés (Sujet Humain Post-Mortem), de sexe masculin. Une étude géométrique en 3D a débuté l’expérimentation. Elle a été suivie par une analyse histomorphométrique de 153 photographies réalisées à partir de la face antéromédiale du cortex diaphysaire, à quatre niveaux de hauteur et à trois niveaux de profondeur. Des essais mécaniques ont ensuite été effectués sur 28 éprouvettes d’os cortical non congelé, provenant du même site anatomique. L’expérimentation s’est déroulée sur machine conventionnelle de traction. Elle comportait des essais en traction/compression et des essais de cyclage en traction dans le domaine élastique, à la vitesse de 0,05 mm/mn, jusqu’à rupture. Une loi d’endommagement a également été élaborée. Ces travaux ont montré que ces deux os offrent un comportement différent. L’humérus s’avère être moins résistant et plus raide que le fémur. Son endommagement intervient plus rapidement. Les valeurs mécaniques relevées sont en rapport avec la densité et la taille des ostéones actifs, ainsi qu’avec les caractéristiques de la porosité Haversienne. Les différences de comportement mécanique relevées s’expliquent par l’adaptation microscopique du tissu osseux cortical aux contraintes subies par un os porteur ou non-porteur. Les variations interindividuelles observées sont fonction de son état physiologique. / With the aim of enriching the virtual modelisation of human beings and understanding better the biomechanics of some parts of the skeleton, this work proposes a comparative analysis of histological and mechanical attributes of two functionally opposed appendicular bones: femur and humerus. The campaign has been done with samples coming from four embalmed PMHS (post mortem human subjects) of the male gender. A 3D geometric study started the experiment. It was followed by an histomorphometric analysis of 153 pictures carried out on the anteromedial face of the diaphyseal cortex at four levels of height and three levels of depth. Mechanical tests were then done on 28 specimens of non frozen cortical bone coming from the same anatomic site. The experiment took place on a conventional traction machine. It consisted of traction/compression tests and cycling tests under traction in the elastic zone, at the speed of 0.05 mm/mn until yield point. A damage law has also been elaborated. These studies have shown that these two bones offer a different behaviour. The humerus bone turns out to be less resistant and stiffer than the femur. It is damaged more quickly. The mechanical values noted are related to the density and the size of active osteons and also to the characteristics of Haversian porosity. The difference of mechanical behavior noticed can be explained by the microscopic adaptation of the cortical bone tissue to the stresses undergone by the bearing and non bearing bones. The inter-individual variations observed are linked to the physiological state of this tissue.