En ventilation assistée, les interactions patient-ventilateur, qui sont associés au pronostic, dépendent pour partie des algorithmes de ventilation. Objectifs : Caractériser l'intérêt potentiel des nouveaux algorithmes de ventilation dans l'optimisation des interactions patient-ventilateur : 1) en ventilation invasive, deux modes et leurs algorithmes nous ont semblé novateurs et nous avons cherché à personnaliser l'assistance du ventilateur en fonction de l'effort respiratoire du patient au cours de ces modes proportionnels : ventilation assistée proportionnelle (PAV+) et ventilation assistée neurale (NAVA) ; 2) en ventilation non-invasive (VNI) nous avons évalué si les algorithmes VNI des ventilateurs de réanimation et des ventilateurs dédiés à la VNI diminuaient l'incidence des asynchronies patient-ventilateur. Méthodes : 1) En PAV+ nous avons décrit un moyen de recalculer le pic de pression musculaire réalisée par le patient à chaque inspiration à partir du gain réglé et de la pression des voies aériennes monitorée par le respirateur. Nous avons alors évalué la faisabilité clinique d'ajuster l'assistance en ciblant un intervalle jugé normal de pression musculaire. 2) Nous avons comparé une titration de l'assistance en NAVA et en aide inspiratoire (AI) en se basant sur les indices d'effort respiratoire. 3 et 4) En VNI, nous avons évalué l'incidence des asynchronies patient-ventilateur avec et sans l'utilisation d'algorithmes VNI : sur banc d'essai au cours de conditions expérimentales reproduisant la présence de fuites autour de l'interface ; en clinique chez des patients de réanimation. Résultats : En PAV+, ajuster le gain dans le but de cibler un effort respiratoire normal était faisable, simple et souvent suffisant pour ventiler les patients depuis le sevrage de la ventilation mécanique jusqu'à l'extubation. En NAVA, l'analyse des indices d'effort respiratoire a permis de préciser les bornes d'utilisation et de comparer les interactions patient-ventilateur avec l'AI dans des intervalles d'assistance semblables. En VNI, nos données pointaient l'hétérogénéité des algorithmes VNI sur les ventilateurs de réanimation et retrouvaient une meilleure synchronisation patient-ventilateur avec l'utilisation de ventilateurs dédiés à la VNI pour des qualités de pressurisation par ailleurs identiques. Conclusions : En ventilation invasive, personnaliser l'assistance des modes proportionnels optimise les interactions patient-ventilateur et il est possible de cibler une zone d'effort respiratoire normale en PAV+. En VNI, les ventilateurs dédiés améliorent la synchronisation patient-ventilateur plus encore que les algorithmes VNI sur les ventilateurs de réanimation, dont l'efficacité varie grandement selon le ventilateur considéré. / During assisted mechanical ventilation, patient-ventilator interactions, which are associated with outcome, partly depend on ventilation algorithms.Objectives: : 1) during invasive mechanical ventilation, two modes offered real innovations and we wanted to assess whether the assistance could be customized depending on the patient's respiratory effort during proportional ventilatory modes: proportional assist ventilation with load-adjustable gain factors (PAV+) and neurally adjusted ventilator assist (NAVA); 2) during noninvasive ventilation (NIV): to assess whether NIV algorithms implemented on ICU and dedicated NIV ventilators decrease the incidence of patient-ventilator asynchrony.Methods: 1) In PAV+ we described a way to calculate the muscle pressure value from the values of both the gain adjusted by the clinician and the airway pressure. We then assessed the clinical feasibility of adjusting the gain with the goal of maintaining the muscle pressure within a normal range. 2) We compared titration of assistance between neurally adjusted ventilator assist (NAVA) and pressure support ventilation (PSV) based on respiratory effort indices. During NIV, we assessed the incidence of patient-ventilator asynchrony with and without the use of NIV algorithms: 1) using a bench model; 2) and in the clinical settings.Results: During PAV+, adjusting the gain with the goal of targeting a normal range of respiratory effort was feasible, simple, and most often sufficient to ventilate patients from the onset of partial ventilatory support until extubation. During NAVA, the analysis of respiratory effort indices allowed us to precise the boundaries within which the NAVA level should be adjusted and to compare patient-ventilator interactions with PSV within similar ranges of assistance. During NIV, our data stressed the heterogeneity of NIV algorithms implemented on ICU ventilators. We therefore reported that dedicated NIV ventilators allowed better patient-ventilator synchronization than ICU ventilators, even with their NIV algorithms engaged.Conclusions: During invasive mechanical ventilation, customizing the assistance during proportional ventilatory modes with the goal of targeting a normal range of respiratory effort optimizes patient-ventilator interactions and is feasible with PAV+. During NIV, dedicated NIV ventilators allow better patient-ventilator synchrony than ICU ventilators, even with their NIV algorithm engaged. ICU ventilators' NIV algorithms efficiency is however highly variable among ventilators.

Des asynchronies patient-ventilateur sont fréquemment observées en ventilation assistée. Objectif : Déterminer l'incidence et les facteurs favorisants des asynchronies, venant du patient, du ventilateur ou des réglages, et préciser le réglage optimal du ventilateur. Méthodes : Nous avons évalué l'incidence des asynchronies avec une méthode simple et non invasive basée sur l'analyse des courbes du ventilateur. Chez les patients qui présentaient des efforts inefficaces, nous avons mesuré l'effort inspiratoire avec une sonde œsophagienne afin d'optimiser le réglage du ventilateur. Nous avons évalué l'impact du mode ventilatoire sur la qualité du sommeil avec une polysomnographie complète. Enfin, tous les ventilateurs de réanimation ont été testés sur banc afin de comparer les performances en termes de trigger et pressurisation. Résultats : Près d'un quart des patients présentaient des asynchronies fréquentes. La durée de ventilation de ces patients était plus longue et le sevrage plus difficile. Les efforts inefficaces, qui représentaient les asynchronies les plus fréquentes, étaient favorisés par une assistance ventilatoire excessive. La réduction du niveau d'aide inspiratoire (AI) permettait d'éliminer quasi-complètement les efforts inefficaces, sans augmenter l'effort inspiratoire et sans modifier la vraie fréquence respiratoire du patient. Le mode ventilatoire n'avait pas d'influence sur la qualité du sommeil et les asynchronies. Les efforts inefficaces survenaient aussi bien en AI qu'en ventilation assistée contrôlée. Avec un niveau d'AI adéquat, les apnées centrales étaient peu nombreuses et n'avaient pas d'influence sur la qualité du sommeil. Les performances insuffisantes observées avec certains ventilateurs peuvent également altérer la synchronisation. Conclusion : Les asynchronies patient-ventilateur sont fréquentes et associées à une durée de ventilation prolongée. Une « dose de ventilation » excessive favorise les efforts inefficaces, mais un réglage optimal du ventilateur permet de minimiser ces asynchronies. Cette thèse est un support pour déterminer dans une étude plus large si une synchronisation adéquate peut réduire la durée de ventilation. / Major patient-ventilator asynchrony seems common on ventilator screen during assisted mechanical ventilation. Objectives: To evaluate the incidence of major asynchrony and to identify factors related to patient's characteristics and ventilator parameters associated with asynchrony, and to determine optimal ventilator adjustments. Methods: We evaluated the incidence of major patterns of asynchrony easily detected using a noninvasive method based on flow and airway pressure curves. In patients with frequent ineffective efforts we measured patient's effort using esophageal pressure measurements to optimize ventilatory settings. We evaluated the impact of ventilatory mode on sleep quality using a complete polysomnography. All intensive-care-unit ventilators were compared on a bench test in terms of trigger performance and pressurization capacity. Results: One-fourth of intubated patients exhibited major asynchrony. Duration of mechanical ventilation was longer and weaning more difficult in patients with asynchrony as compared to patients without asynchrony. Ineffective triggering was the main pattern of asynchrony and was promoted by excessive ventilatory assistance. Reducing the pressure-support completely eliminated ineffective efforts in most of patients, without inducing excessive respiratory muscle effort and without modifying the true patient's respiratory rate. Ventilatory mode did not influence sleep quality and asynchrony. Ineffective efforts were detected during both pressure-support ventilation and assist-control ventilation, and central apneas were not common using adequate level of pressure-support. Some ventilators exhibited poor performances which could promote patient-ventilator asynchrony. Conclusion: Patient-ventilator asynchrony is frequent during assisted ventilation and associated with prolonged duration of mechanical ventilation. Excessive ventilatory support could promote ineffective efforts although optimal ventilatory settings could minimize asynchrony. This work is a starting point to determine in a large study, whether optimization of ventilatory settings could shorten duration of mechanical ventilation.

par assistance respiratoire mécanique partielle. Nous avons essayé de préciser la description du système hybride {Patient, Ventilateur} afin de construire un outil clinique de surveillance de l'IPV. Dans un premier temps, nous avons proposé d'aborder l'IPV comme la phénoménologie locale d'un réseau biologique communicant. L'IPV est alors la traduction de la communication établie à travers l'appareil respiratoire entre un oscillateur biologique et un oscillateur mécanique. Cette approche biologique permet à la fois d'utiliser les résultats de la théorie de la communication pour élaborer un score de désynchronisation, et de construire l'outil nécessaire pour calculer ce score en clinique. L'outil est un détecteur non-invasif de l'activité musculaire à partir de l'estimation de la pression musculaire par un modèle de la mécanique du système ventilatoire dont le traitement de signal est suffisamment robuste pour permettre son automatisation. Nous avons ensuite validé ces constructions chez des patients sous assistance partielle. Le score de désynchronisation est spécifiquement augmenté par la combinaison d'altérations de la voie de communication ou de la génération de l'activité inspiratoire à transmettre. La quantification automatique de l'IPV par un score spécifique de désynchronisation, reflet de l'altération de la transmission de l'information entre le patient et son ventilateur, et par une détection de l'activité inspiratoire, reflet du message à transmettre, devrait permettre d'améliorer l'analyse clinique du comportement des patients sous assistance partielle

Aujourd’hui, la fabrication des turbomachines est conditionnée par des normes de plus en plus restrictives. L'enjeu industriel pour les chercheurs est d'envisager des solutions optimales visant à réduire les sources de perte d'énergie, d'instabilité et du bruit, en particulier l'écoulement de jeu (débit de fuite). Des actions préliminaires ont été élaborées à Arts & Métiers ParisTech sur le rotomoulage du ventilateur axial de refroidissement d'automobile. L'idée de ce travail est d'utiliser la forme creuse induite par le rotomoulage afin de l'exploiter dans le controle de l'écoulement de jeu radial par soufflage rotatif. Pour cela, la virole comporte des trous d'injection orientés de façon à réduire simultanément le débit de fuite et le couple. Dans ce travail, trois parties ont été traité. La première concerne la réalisation du ventilateur par rotomoulage. La deuxième concerne l'étude expérimentale menée dans le banc d'essai ISO 5801. Cette étude comporte la réalisation d'un montage dédié au contrôle par soufflage rotatif, la métrologie menée pour la détermination des performances globales et la caractérisation de la vitesse axiale du sillage proche. La troisième partie traite la modélisation numérique des conditions expérimentales rentables ensuite l'extrapolation du travail vers des taux d'injection importants. Pour ce dernier, on arrive à annuler le débit de fuite avec un gain considérable du couple mettant ainsi le ventilateur en autorotation. / Nowadays, the manufacture of turbomachinery is conditioned by more and more restrictive rules. The industrial challenge for researchers has to consider optimal solutions to reduce sources of energy loss, instability and noise, particularly the tip clearance flow (leakage flow rate). Preliminary actions have been developed at Arts & ParisTech on rotational molding process used for the automobile cooling axial fan. The idea of this work is to use the hollow shape induced by rotational molding process in order to exploit it in the control of tip clearance flow through rotary steady air injection. For this, the shroud ring is composed of injection holes oriented in such away to reduce both of leakage flow rate and the torque. In this work, the thesis focuses on three parts. The first concerns the build of the fan by rotational molding process. The second concerns the experimental study carried out in the ISO 5801 test bench. This study involves the realization of drive system dedicated to rotary steady air injection, metrology for performance determination and the characterization of the near wake axial velocity. The third part deals with the numerical modeling of efficient experimental conditions, then the extrapolation of work towards high injection rates. For this latter, it is possible to cancel leakage flow rate with a considerable gain of the torque thus putting the fan in autorotation.

Résumé : La réduction du bruit tonal des ventilateurs basse vitesse est un défi très important pour l’industrie. Lorsqu’il émerge du bruit large bande, ce rayonnement est la source de gênes auprès de la population, que ce soit pour de petits ventilateurs d’ordinateurs ou de gros ventilateur miniers. Afin de contrôler le bruit tonal, de nombreuses techniques ont été développées au fil de ces dernières décennies. Une méthode alliant simplicité et efficacité se démarque néanmoins : le contrôle par obstruction de l’écoulement. Malgré les études menées jusqu’alors, les mécanismes aéroacoustiques de réduction du bruit associés à cette méthode restent mal compris. Pour répondre à cette problématique, ce projet de Doctorat s’intéresse à l’étude de l’intéraction entre l’obstruction et le ventilateur au moyen de simulations aéro-acoustiques. De plus, une méthodologie numérique de design de l’obstruction est proposée afin de réduire les coûts associés aux multiples test expérimentaux. / Abstract : Tonal noise radiated by low-speed fans is a prime challenge for many industries. When this component emerges from the broadband noise, the acoustic radiation is particularly harsh for the human ear, whether it comes from a small computer cooling fan or from a large mine ventilation fan. Several methods have been developed over the last decades to control tonal noise. Nevertheless, one simple and efficient technique stands out: the adaptive passive control with flow obstruction. Despite all the research conducted on this method, the aeroacoustic mechanisms responsible for the noise reduction are not fully understood. Therefore, the present thesis aims at investing the obstruction-fan interaction using aeroacoustic simulations. Moreover, a numerical design methodology is proposed to reduce the cost induced by extensive experimental tests.

Ce mémoire présente une étude numérique du bruit aéroacoustique large bande d'une roue de ventilateur centrifuge. La recherche bibliographique démontre qu'il existe peu de méthod~s pour identifier les zones responsables de la propagation du bruit large bande des centrifuges due à la complexité de la géométrie du ventilateur. La connaissance de ces zones responsables de ce type de bruit orientera la conception d'un ventilateur silencieux. Afin d'accroître la gamme de méthode pour la localisation de ces zones, un code spécifique a été développé et présenté dans ce mémoire. L'approche utilisée vise à simuler d'une part, l'écoulement dans le ventilateur par la LES (Large Eddy Simulation) sous le logiciel Fluent. En effet, la LES permet d'avoir accès aux petites échelles responsables du bruit large bande. Ensuite, les fluctuations de pression pariétales émanant de cette simulation sont récupérées pour alimenter l'analogie acoustique. D'autre part, la puissance acoustique rayonnée est calculée par le biais du code spécifiquement développé. Ce code s'appuie sur la méthode de la décomposition modale (DOP). Finalement, on extrait les modes et les zones qui rayonnent le plus sur les pales de la roue (principale source de bruit large bande). Les résultats de validation numériques entre le code développé et le logiciel Fluent sont convaincants. En effet, les variations des champs acoustiques des deux codes sont comparables avec une différence en moyenne de 2.5dB. De plus, on obtient une atténuation du bruit par la distance qui correspond à la décroissance d'une onde plane en fonction de la distance. Les résultats d'identification des zones de la pale qui contribuent le plus au rayonnement acoustique sont également présentés dans ce mémoire. Cette technique permettra aux concepteurs d'aiguiller les modifications à faire pour rendre la roue de ventilation plus silencieuse.

Cette thèse propose une approche de la collaboration homme-machine, inspirée de la théorie de l'Enaction, dans le domaine de l'interprétation de données complexes. L'autonomie des deux partenaires vise à leur permettre de réaliser une interprétation en s'appuyant sur leurs compétences. Pour préserver leur autonomie, la communication du système avec son partenaire est réalisée au moyen d'annotations. Cette approche est appliquée à la conception d'un système multi-agents pour l'interprétation collaborative de signaux physiologiques de patients en réanimation médicale, i.e. des séries temporelles multivariées. Ce système est capable de construire une interprétation des séries temporelles par la construction (1) de modèles d'évènements et de scénarios (ensembles d'évènements reliés par des relations temporelles) et (2) d'annotations à partir de ces modèles. Les modèles qu'il construit évoluent au cours de l'interprétation pour prendre en compte les annotations du partenaire humain.

Les nuisances sonores sont devenues une importante préoccupation environnementale. L'accroissement des exigences de confort et le durcissement des réglementations européennes et mondiales ont rendu la réduction du bruit aérodynamique des turbomachines un enjeu primordial pour plusieurs industries. Ce travail a pour objectif principal le développement d'outils de modélisation de la composante à large bande du bruit des ventilateurs de façon à l'intégrer comme critère d'optimisation dès leur phase de conception. L'étude est concentrée sur les deux sources reconnues pour leurs contributions significatives dans le bruit rayonné : l'interaction des pales avec l'écoulement turbulent amont et la diffraction de la couche limite turbulente au niveau du bord de fuite. Dans un premier temps, une approche reposant sur la formulation analytique d'Amiet pour la prédiction du bruit d'un profil isolé disposé dans un écoulement turbulent est mise en oeuvre. L'effet de l'épaisseur n'est pas pris en compte dans la formulation initiale d'Amiet. Une correction gaussienne a été proposée sur la base des travaux de Gershfeld améliorant ainsi considérablement les résultats de calculs. Une extension vers la turbomachine est ensuite proposée et validée expérimentalement. Un ventilateur axial est disposé à l'amont de différents écoulements incidents turbulents générés par cinq dispositifs de contrôle de turbulence. La turbulence incidente est caractérisée par le modèle spectral de von Kármán à partir des mesures à fils chauds. La confrontation des spectres de puissance acoustique calculés à ceux mesurés donne un accord satisfaisant sur une large bande fréquentielle audible. Dans la deuxième partie, une modélisation hybride combinant des Simulations des Grandes Echelles avec une solution intégrale dans le domaine temporel de l'analogie de Ffowcs Willimas & Hawkings est développée. Une validation complétée par une étude des erreurs numériques du code acoustique développé sur la base de la formulation intégrale 1A de Farassat avec une surface perméable de Di Francescontonio a été réalisée. Les simulations LES bidimensionnelles de l'écoulement turbulent autour d'un profil ont reproduit la transition de la couche limite turbulente et le détachement tourbillonnaire au bord de fuite. L'analyse des spectres de pression pariétale a révélé que l écoulement amont a un important effet sur les fluctuations de pression pariétale et leurs localisations.

Les nuisances sonores sont devenues une importante préoccupation environnementale. L'accroissement des exigences de confort et le durcissement des réglementations tant européennes que mondiales ont rendu la réduction du bruit aérodynamique des turbomachines un enjeu primordial pour de nombreuses industries. Ce travail a pour objectif principal le développement d'outils de modélisation de la composante à large bande du bruit des ventilateurs de façon à l'intégrer comme critère d'optimisation dès leur phase de conception. L'empilement (dévers) étant connu pour avoir une influence sur les émissions acoustiques des ventilateurs, trois ventilateurs à empilements différents seront comparés tout au long de ce mémoire. Un banc d'essai permettant l'acquisition des pressions moyennes et instationnaires sur les pales des ventilateurs est conçu puis fabriqué. Ces données sont nécessaires comme entrées d'un modèle de prévision du bruit de bord de fuite. Les spectres de pressions mesurés sont comparés à différents modèles puis utilisés pour obtenir le spectre acoustique en champ lointain à partir du modèle d'Amiet de bord de fuite. Ce modèle prévu pour un profil fixe est adapté pour un ventilateur. Puis une simulation numérique RANS avec modèle de turbulence du deuxième ordre, de ces trois ventilateurs, est réalisée afin d'obtenir : les performances globales des ventilateurs à différents débits, la morphologie de l'écoulement notamment les profils des vitesses aval, les composantes du tenseur des contraintes de Reynolds, les champs de pression sur les pales et les variables de la couche limite. Toutes ces données sont comparées avec différentes mesures sur un banc normalisé permettant la mesure du débit de fonctionnement

Cette étude présente des contributions en traitement statistique du signal avec des applications biomédicales. La thèse est divisée en deux parties. La première partie traite de la détection des hotspots à l'interface des protéines. Les hotspots sont les résidus dont les contributions énergétiques sont les plus importantes dans l'interaction entre protéines. Les forêts aléatoires (Random Forests) sont utilisées pour la classification. Une nouvelle famille de descripteurs de hotspot est également introduite. Ces descripteurs sont basés seulement sur la séquence primaire unidimensionnelle d'acides aminés constituant la protéine. Aucune information sur la structure tridimensionnelle de la protéine ou le complexe n'est nécessaire. Ces descripteurs, capitalisant les caractéristiques fréquentielle des protéines, nous permettent de savoir la façon dont la séquence primaire d'une protéine peut déterminer sa structure tridimensionnelle et sa fonction. Dans la deuxième partie, le RDT (Random Distortion Testing), un test robuste d'hypothèse, est considéré. Son application en détection du signal a montré que le RDT peut résister aux imperfections du modèle d'observation. Nous avons également proposé une extension séquentielle du RDT. Cette extension s'appelle le RDT Séquentiel. Trois problèmes classiques de détection d¿écart/distorsion du signal sont reformulés et résolus dans le cadre du RDT. En utilisant le RDT et le RDT Séquentiel, nous étudions la détection d'AutoPEEP (auto-Positive End Expiratory Pressure), une anomalie fréquente en ventilation mécanique. C'est la première étude de ce type dans la littérature. L'extension à la détection d'autres types d'asynchronie est également étudiée et discutée. Ces détecteurs d'AutoPEEP et d'asynchronies sont les éléments principaux de la plateforme de suivi de manière automatique et continue l'interface patient-ventilateur en ventilation mécanique.