Il est estimé qu'une fracture se produit toutes les trois secondes autour du monde, accompagné par un risque élevé d'invalidité ou même de mortalité. La connaissance des mécanismes de fractures dans une configuration de chargement représentatif d'une chute semble être d'un intérêt majeur pour le développement de méthodes dédiées à la prédiction du risque de fracture. La ténacité est un paramètre approprié lorsqu'on s'intéresse à ces mécanismes de fracture, elle détermine l'énergie nécessaire pour propager une fissure à travers l'architecture du tissu. L'objectif de cette étude est d'évaluer la ténacité de l'os cortical humain, considérant à la fois des conditions chargement quasi-statique et représentatif d'une chute sur sites anatomiques appariés. L'acquisition d'images en micro-tomographie ainsi qu'une mesure des cross-links ont été réalisées afin d'évaluer leur influence sur les mécanismes fracture du tissu. Les résultats ont montré que dans des conditions quasi-statiques, les différents sites anatomiques présentent des propriétés mécaniques différentes : le radius résiste mieux à une propagation de fissure. Dans des conditions de chute, il n'y a plus de différences entre ces sites, mais la ténacité décroit de façon significative par rapport au chargement standard. L'os cortical résiste mieux à une propagation de fissure dans des conditions quasi-statiques. Les analyses structurales et biochimiques ont montré des différences entre les sites anatomiques qui expliquent les différences mécaniques. Les caractéristiques architecturales du tissu sont déterminantes vis-à-vis des mécanismes de fracture dans des conditions quasi-statiques. Mais leur rôle lors d'une chute est moins évident. Ces résultats impliquent que la microstructure de l'os cortical n'est pas un déterminant majeur vis-à-vis du risque de fracture. De futures études doivent être réalisées afin de déterminer les paramètres décisifs dans des conditions représentatives d'une chute / A fracture is estimated every three seconds in the world, leading to an increased risk of impairment or even mortality. The biomechanical knowledge of bone fracture mechanisms in a fall configuration of loading is of great interests for the development of clinical method for the prediction of the risk of fracture. Toughness seems to be a good candidate to investigate this fracture process as it corresponds to the energy needed to propagate a crack through cortical bone complex microstructure. The aim of this study was thus to evaluate human cortical bone toughness parameter under both quasi-static and fall-like loading conditions paired anatomical locations. Micro-computed tomography images using synchrotron radiation and collagen cross-links maturation measurements were performed to investigate the influence of the tissue architecture on crack propagation. Results found showed that under quasi-static condition, the different anatomical locations present different mechanical behavior. Radius significantly better resist crack propagation than the other studied location. Considering a fall-like loading condition, no more difference is observed between the locations but a significant decreased is measured compare to the first configuration. Human cortical bone has a better capacity to resist crack propagation under a standard quasi-static loading condition. By investigating the tissue morphometric and biochemical parameters, we observed different organization from a location to another that explains the mechanical differences. The architectural features appear to be determinant for crack propagation mechanisms under quasi-static condition, but they play a lesser role under fall-like condition. These results imply that the tissue microstructure is not a determinant when dealing with the prediction of the risk of fracture. Further work has to be done to reach out which parameters are more determinants under a specific fall-like loading condition

Les spectres de bruit mesurés en cabine d’hélicoptère montrent que la boîte de transmission principale (BTP) est un des principaux contributeurs au bruit perçu par les usagers. Elle génère en effet plusieurs raies émergeant fortement du bruit large bande et dont les fréquences se situent dans la plage de sensibilité maximale de l’oreille humaine. Dans un contexte d’amélioration permanente du confort acoustique des usagers, un modèle numérique est développé pour prédire le comportement dynamique des BTP. Les équations du mouvement sont écrites sur la base de fonctions du temps représentatives des excitations générées par l’engrènement (raideur d’engrènement et erreurs de transmission). Plusieurs éléments de validation sont présentés pour confirmer la pertinence de la formulation proposée. Différents résultats numériques et expérimentaux de la littérature sont utilisés à des fins de comparaison, montrant que le modèle s’applique aux systèmes à simple étage de réduction, par engrenage cylindrique ou spiro-conique. La validation est ensuite étendue aux systèmes à deux étages de réduction et les résultats confirment que la formulation basée sur les erreurs de transmission permet de tenir compte des corrections de profil. Finalement, le modèle est utilisé pour diverses applications. Premièrement, l’influence des erreurs de pas sur le comportement dynamique de transmissions par engrenages est discutée, ainsi que l’influence combinée du niveau de chargement appliqué. Dans un second temps, la relation entre l’erreur de transmission dynamique et différents coefficients dynamiques est étudiée. Le contenu spectral de la réponse au niveau des roulements est ensuite analysé pour des systèmes à deux engrènements cylindriques et l’influence de différents paramètres est discutée. Enfin, une application est réalisée sur un système comprenant un engrenage cylindrique et un engrenage spiro-conique. Les phénomènes de couplage entre les étages successifs sont mis en évidence ainsi que la contribution des deux engrènements au contenu spectral de la réponse aux roulements. / Noise measurements have shown that helicopters main gearboxes highly contribute to the overall cabin noise. Gear mesh vibrations propagate through the shafts to the rolling element bearings and the casing which becomes a source of radiated noise. The latter is characterized by high-amplitude tones emerging from broadband noise whose frequencies lie in the range of maximum human ear sensitivity. In the context of continuous improvement in the acoustic comfort of helicopter passengers, it is therefore necessary to analyse and optimize gearbox vibrations in order to reduce casing noise radiations. The research work presented in this memoir is focused on the development of a numerical model dedicated to the prediction of gear system dynamic behaviour, comprising several gear stages and different types of gears. This model relies on classic beam and lumped parameter elements along with specific two-node gear elements for both cylindrical (spur, helical) and spiral-bevel gears. The equations of motion are developed based on time-varying functions representative of mesh excitations which comprise: (a) mesh stiffness functions, (b) quasi-static transmission error under load, and (c) kinematic (or no-load) transmission error. A number of comparisons with benchmark numerical and experimental results from the literature are presented which demonstrate that the proposed approach is sound as far as single-stage systems with spur, helical or spiral-bevel gears are considered. Validations are then extended to double-stage gears and, here again, it is confirmed that the proposed transmission error based formulation is accurate and can account for tooth shape modifications. In the second part of the memoir, several examples of application are presented and commented upon. First, the combined influence of tooth pitch errors and load on the dynamic behaviour of gear transmissions is tackled. An extended three-dimensional model and a reduced torsional version are then confronted in order to investigate the dependency between dynamic transmission errors and mesh force / root stress dynamic factors. Further investigations on bearing dynamic response in two-stage spur gear systems are conducted and the particular contributions of profile modifications are analysed. Finally, a system combining a cylindrical gear and a spiral-bevel gear is considered and particular attention is paid to the dynamic couplings between the various meshes and their influence on bearing dynamic responses.

Les alliages d'aluminium utilisés dans les structures aéronautiques (fuselage, voilure) sont soumis à des chargements cycliques, faisant de la fatigue l'un des facteurs dimensionnant. Dans cette thèse, les mécanismes d'amorçage de ces fissures de fatigue – au niveau des particules intermétalliques – et de micropropagation sont étudiés expérimentalement et numériquement sur les alliages 2050-T8 et 7050-T7451. Les analyses des premiers chapitres portent sur la description des particules intermétalliques qui sont les plus susceptibles de donner lieu à une amorce de fissure dans la matrice d'aluminium. Les effets de la nature des particules et de leur taille sont quantifiés. La proximité entre les particules intermétalliques et les pores y est décrite. Cette analyse expérimentale fait intervenir des observations de surface en microscopie électronique à balayage (MEB), ainsi que des caractérisations tridimensionnelles (3D) réalisées à l'aide de la tomographie par rayonnement synchrotron. Dans les chapitres suivants, les analyses traitent de la prévision des chemins de fissuration à l'échelle d'un grain. Elles s'appuient sur des observations expérimentales de surface et des simulations de plasticité cristalline 3D pour comprendre les chemins de fissuration. Un modèle d'endommagement tenant compte de la cristallographie est alors proposé pour simuler la propagation de fissure par éléments finis. / Aluminium alloys used for aerospace structures (wing, fuselage) are subjected to cyclic loading. Fatigue properties of such alloys are therefore taken into account for the design of such parts. In this thesis, initiation mechanisms of fatigue cracks – near intermetallic particles – and micropropagation are studied experimentally and numerically on alloys 2050-T8 and 7050-T7451. In the first chapters, the analysis focuses on intermetallic particles which are most prone to initiate a fatigue crack in the aluminium matrix. The effects of the nature of particles as well as their size are quantified. The proximity between intermetallic particles and pores is described. This experimental analysis use surface observations obtained with a scanning electron microscope (SEM), and three-dimensional (3D) characterizations using synchrotron tomography. In the last chapters, analysis are oriented towards the prediction of crack paths at the grain size. They rely on surface experimental observations and 3D crystal plasticity modelling in order to understand crack paths. A damage model taking into account crystallography is proposed to simulate crack propagation using the finite element method.

Cette thèse aborde le problème de la compensation des déformations cérébrales survenant au cours des opérations neurochirurgicales. Ces déformations des structures cérébrales dégradent la précision des systèmes de neuronavigation, ce qui limite leur utilisation tout au long de la procédure neurochirurgicale. La compensation de ces déformations est aujourd'hui l'un des enjeux majeurs de la neurochirurgie guidée par l'image. La méthode proposée repose sur le recalage non rigide d'images échographiques intraopératoires de type main libre et d'images préopératoires obtenues par résonance magnétique nucléaire (RMN). Afin de réaliser ce recalage non rigide multimodal, un processus incluant différents traitements est détaillé dans ce manuscrit. Tout d'abord, une nouvelle méthode de reconstruction tridimensionnelle des images échographiques de type main libre est présentée. Puis, un travail portant sur le filtre de débruitage des moyennes non locales est proposé. Ce travail aborde deux aspects: l'amélioration de la qualité du débruitage avec une réduction du temps de calcul d'une part, et l'adaptation de ce filtre aux caractéristiques du chatoiement présent dans les images ultrasonores d'autre part. Finalement, une nouvelle approche du problème de recalage des images ultrasonores et des images obtenues par RMN est décrite. Ces différents traitements sont integrés au sein d'une chaîne entièrement automatique de compensation des déformations cérébrales. Les premiers résultats obtenus sur les images de quatre patients sont présentés à la fin de ce document.

L'objectif de cette thèse est, l'étude fine des effets d'amplification suite à la géologie locale, notamment dans des bassins sédimentaires, ainsi que l'évaluation des avantages et Iimites des méthodes d'estimations. La partie expérimentale est basée sur des données acquises au site test EURO-SEISTEST, le premier site-test en Europe occidentale proche de Thessalonique (Grèce). Après une évaluation des effets d'amplification au site même et une étude de leur stabilité en fonction de plusieurs paramètres, les estimations obtenues par cinq méthodes différentes (la méthode des rapports spectraux classique, la méthode des fonctions récepteurs, une inversion généralisée, une méthode de la Coda et la méthode de Nakamura) sont comparées entre elles. Les avantages et limites de chaque méthode sont évaluées. Les résultats sont dans la suite confrontés et comparés avec des modélisations uni - et bidimensionnelles. La variabilité spatiale à travers la vallée examinée est étudiée par la cohérence spatiale. La grande couverture spatiale par des stations installées au site a permis de séparer deux zones d'un comportement différent de la cohérence entre deux signaux dépendant de la distance qui les sépare. Ceci n'a jamais été remarqué dans des études précédents à cause d 'une couverture spatiale trop faible. Finalement, l'étude paramétrique des effets d'amplifications dans un milieu hétérogène en trois dimensions montre que l'effet géométrique est important et peut provoquer des amplifications significatives. La réponse d'un milieu plus complexe n'est difficilement à prévoir, dépend de l 'azimut de l'onde incidente et montre des amplifications importantes en présence d'un forte contraste d'impedence présent.

Cette thèse presente une étude numérique et analytique de la stabilité d'un écoulement incompressible de type jet tournant. L'entraînement du fluide externe par le jet est modélisé numériquement par l'hypothèse de frontières latérales et de sortie ouvertes, les conditions d'entrée correspondant à un profile de Grabowski. L'effet d'une faible viscosité dans le voisinage du nombre de swirl critique est étudié via une analyse asymptotique couplée à des simulations numériques axisymétriques. Un algorithme de continuation basé sur une méthode de projection récursive (RPM) a été implémenté pour capturer les états stationnaires et suivre ces branches de solutions dans l'espace de paramètres ainsi que leur stabilité. La continuation des solutions stationnaires vis-à-vis du paramètre de swirl montre l'existence d'une bifurcation pour les nombres de Reynolds assez grands. L'analyse asymptotique confirme ces résultats numériques. Le diagramme de bifurcation d'un jet tournant possédant une région de recirculation est déterminé dans le cas axisymétrique. Il est montré que l'état stationnaire subit une bifurcation de Hopf supercritique. Enfin, la stabilité globale tridimensionnelle d'un jet tournant avec une région de recirculation est étudiée numériquement par une méthode d'Arnoldi. L'état éclaté axisymétrique apparaît instable vis-à-vis de perturbations tridimensionnelles hélicoïdales. L'effet d'un gradient d'une pression extérieur sur le diagramme de bifurcation est étudié numériquement. Pour un nombre de Reynolds Re=1000, la branche colonnaire (solutions sans recirculation) existe dans le cas d'un gradient de pression favorable pour les grnads paramètres de swirl, mais disparaît quand le gradient de pression est zero. Ce résultat ouvre des perspectives pour une stratégie de contrôle pour retarder l'apparition de l'éclatement tourbillonnaire.

Dans le cadre de cette thèse, nous proposons un algorithme générique permettant de résoudre le problème de calcul de pose et le problème de reconstruction avec un modèle perspectif de caméra. Étant donnés une image et un modèle 3D de la scène (ou objet) visible dans l'image, le calcul de pose consiste à calculer la position et l'orientation de la caméra par rapport à la scène. Nous étudions successivement le cas de correspondances 2D 3D de points, et le cas des droites. La méthode proposée améliore de manière itérative la pose calculée avec un modèle affine de caméra (orthographique à l'échelle ou paraperspectif) pour converger, à la limite, vers une estimation de la pose calculée avec un modèle perspectif de caméra. Nous étudions les relations mathématiques et géométriques existant entre les modèles orthographique à l'échelle, paraperspectif et perspectif de caméra. Nous introduisons une façon simple de prendre en compte la contrainte d'orthogonalité associée à une matrice de rotation. Nous analysons la sensibilité de la méthode par rapport aux erreurs d'étalonnage de la caméra et nous définissons les conditions expérimentales optimales par rapport à un étalonnage imprécis. Nous étudions la convergence de la méthode sur la base de considérations numériques et expérimentales et nous testons son efficacité avec des données synthétiques et réelles. Dans un second temps, nous étendons les algorithmes de calcul de pose précédents au problème de la reconstruction euclidienne avec un modèle perspectif de caméra, à partir d'une séquence d'images. La méthode proposée converge en quelques itérations, est efficace du point de vue calculatoire, et ne souffre pas de la nature non linéaire du problème traité. Comparativement à des méthodes telles que la factorisation ou les invariants affines, notre méthode résout le problème de l'ambiguïté de signe d'une façon très simple et fournit des résultats bien plus précis. Nous décrivons la nouvelle méthode en détail, et comparons la complexité de la méthode proposée avec une méthode de minimisation non linéaire. Nous présentons ensuite une seconde approche du problème de reconstruction euclidienne en considérant un modèle affine de caméra non étalonnée montée sur le bras d'un robot. Nous montrons comment utiliser l'information euclidienne fournie par le déplacement du robot afin d'obtenir une reconstruction euclidienne, et expliquons comment obtenir l'étalonnage du modèle affine de caméra ainsi que l'étalonnage caméra-pince. Afin de pouvoir utiliser en pratique ces algorithmes de reconstruction, nous présentons une méthode de poursuite de points caractéristiques sur une séquence monoculaire d'images, puis sur une séquence stéréoscopique. Nous proposons également une méthode pour obtenir une précision sous-pixellique des positions des points dans les images pour un faible coût calculatoire.

Cette thèse a pour objet les systèmes 3D émergents et leurs problématiques de codage multi-vues-plus-profondeur, de synthèse de vues virtuelles et de perception stéréoscopique. Des solutions sont proposées au travers d'un codage de carte de profondeur efficace, d'une nouvelle méthode de synthèse par extrapolation et d'un modèle d'attention visuelle dynamique. Premièrement, le rôle de la disparité binoculaire dans le déploiement de l'attention visuelle est étudié. Suite à une analyse statistique de biais potentiels de centre et de profondeur en condition mono et stéréoscopique, un nouveau modèle de saillance est proposé combinant des attributs bas et haut niveau, dont le mécanisme visuel de séparation fond/forme. Les performances confirment la validité de l'approche et la pertinence d'une combinaison d'attributs visuels pondérés au cours du temps. En outre une nouvelle méthode de compression de carte de profondeur est présentée ; celle-ci se base sur la transmission sans perte des contours et permet une reconstruction fiable de la géométrie de la scène pour des synthèses de vues précises. Cette méthode est évaluée par des métriques de qualité objectives ainsi que par des tests subjectifs. Enfin une nouvelle méthode d'inpainting directionnelle est présentée pour l'extrapolation de nouveaux points de vues à la fois pour la 3DTV et la FTV. La structure située à l'arrière-plan est propagée en priorité dans les zones découvertes. Le calcul d'isophotes, robuste car basée tenseur, ainsi que le remplissage directionnel assurent une synthèse de vue plausible. Ces résultats sont visuellement prometteurs que ce soit à faible ou large écart de la vue d'origine.

La problématique scientifique abordée concerne la reconnaissance visuelle d'objets s'inscrivant dans une scène observée. Nous proposons une méthodologie qui va de la définition et la construction du modèle de l'objet, jusqu'à la définition de la stratégie pour la reconnaissance ultérieure de celui-ci. Du point de vue de la représentation, cette approche est capable de modéliser aussi bien la structure de l'objet que son apparence ; à partir de caractéristiques multiples. Celles-ci servent d'indices d'attention lors de la phase de reconnaissance. Dans ce cadre, reconnaître l'objet revient à " instancier " ce modèle dans la scène courante. La tâche de reconnaissance correspond à un processus actif de génération/vérification d'hypothèses régi par le principe de focalisation. Ce dernier agissant sur quatre niveaux du " spectre attentionnel " : la sélection des opérateurs pour le traitement bas niveau, la sélection de l'intervalle d'action de ceux-ci, la sélection de la résolution et la sélection de la région d'intérêt dans l'image. Le fait d'agir sur tous ces niveaux, entraîne une diminution de la combinatoire implicite dans une problématique de recherche visuelle. Sous un regard plutôt unifié, le mécanisme de contrôle de l'attention, du type bottom-up$top-down, reste implicite dans la stratégie globale de reconnaissance. La " focalisation progressive " et la représentation hybride du modèle, permettent de tirer profit des deux types de représentation classiques. D'une part, la structure de l'objet permet de focaliser le processus de reconnaissance à partir d'observations locales, d'autre part, une fois détectée la région probable de l'objet, la décision finale est faite à partir de l'apparence de celui-ci. Dans le cadre proposé, en intégrant des connaissances sur la structure de la scène (paramètres 3D), d'autres tâches comme celles de la localisation et du suivi sont intégrées d'une façon naturelle. La prise en compte de ces paramètres permet d'estimer l'évolution de la zone d'intérêt dans l'image, lorsque l'objet évolue dans le monde 3D. La méthodologie proposée a été testée pour la reconnaissance, la localisation et le suivi de visages et de piétons.

Nous étudions le ribozyme VS de Neurospora, en tant que système modèle, pour augmenter nos connaissances sur la relation entre la structure et la fonction chez les ARNs, ainsi que pour mieux comprendre le mécanisme de clivage de ce ribozyme. Il a été proposé précédemment que la boucle interne A730 dans la tige-boucle VI (SLVI) contient le site actif du ribozyme et lie un ou plusieurs ions métalliques qui pourraient participer au mécanisme réactionnel. Nous avons déterminé par spectroscopie RMN la structure de la tige-boucle SLVI contenant la boucle A730 afin d’éclaircir ce mécanisme. La structure obtenue est en accord avec les études biochimiques antérieures et présente un ou plusieurs sites de liaison au magnésium associé à la boucle interne. Suite à des études de cinétique et de mutagenèse, il a été proposé qu’une adénine localisée dans le site actif, A756, participe à la catalyse par acide/base générale. Des études de pH effectuées précédemment ont identifié un pKa catalytique (5.2-5.8) qui correspond probablement à l’équilibre de protonation du A756. À l’aide de méthodes utilisant le carbone-13, nous avons identifié un pKa modifié appartenant au A756, ce qui supporte le rôle de ce résidu dans la catalyse par acide/base générale. Les études structurales présentées ici aident donc à augmenter notre compréhension du mécanisme de clivage chez le ribozyme VS. / We are studying the Neurospora VS ribozyme as a model system to increase our knowledge of the structure-function relationship in RNA and to better understand the mechanism of the cleavage reaction. It has been previously postulated that the A730 internal loop of stem-loop VI (SLVI) forms the active site of the VS ribozyme and binds magnesium ion(s) that may participate in catalysis. To get insights into the catalytic mechanism, we have determined by NMR spectroscopy the structure of a SLVI fragment containing the A730 loop. The structure we obtained is in agreement with previous biochemical studies and contains one or more magnesium-ion binding sites in the active site. Based on kinetic and mutagenesis studies, it has been proposed that an adenine in the A730 loop, A756, is important for catalysis and may participate in general acid/base catalysis. Previous pH-dependent enzymatic studies identified a catalytic pKa of 5.2-5.8, which likely corresponds to the protonation equilibrium of this A756 adenine in the A730 loop. Using 13C NMR methods, we have identified a shifted pKa for A756, which gives additional support to the role of this residue in the general acid/base mechanism. The NMR studies presented here therefore increase our understanding of the cleavage reaction in the VS ribozyme.