Les assemblages d'accéléromètres sont utilisés entre autres en biomécanique afin d'estimer le champ des accélérations d'un corps rigide et, de là, les variables cinématiques décrivant les déplacements dudit corps rigide. On remarque toutefois que le progrès de cette technologie a été limité par celui des gyroscopes micro-usinés, lesquels sont plus précis que les assemblages d'accéléromètres dans la plupart des applications. Le but des recherches décrites dans cette thèse est d'améliorer la précision des estimés de vitesse angulaire produits par les assemblages d'accéléromètres. Les développements proposés portent sur deux aspects : une classe d'architectures mécaniques d'accéléromètres est proposée ayant pour but de réduire la sensibilité des capteurs aux accélérations transverses, des algorithmes robustes étant également proposés afin d'estimer la vitesse angulaire à partir de certaines ou de toutes les composantes du champ d'accélération du corps rigide. La classe d'accéléromètres proposée est inspirée des architectures de machines à cinématique parallèle (MCP) en assimilant la masse d'épreuve et le support d'un accéléromètre à l'organe terminal et à la base d'une MCP, respectivement. Une caractéristique commune aux MCP proposées ici est que leurs organes terminaux et leurs bases sont reliées par n+1 chaînes cinématiques simples, n = 1, 2, 3 étant leurs nombres de directions sensibles respectifs. Pour cette raison, on appelle accéléromètres simpliciaux multiaxiaux les capteurs résultant de ces MCP. Une version microusinée de l'accéléromètre simplicial biaxial est conçue, fabriquée et testée. En outre, la théorie permettant l'estimation de la vitesse angulaire d'un corps rigide à partir de mesures d'accélérations est réexaminée. De cette révision, quatre algorithmes permettant l'estimation de la vitesse angulaire à partir de mesures d'accélération centripète sont proposés. Enfin, un algorithme permettant l'estimation de la vitesse angulaire d'un corps rigide à partir de mesures d'accélérations centripète et tangentielle et reposant sur le filtrage de Kalman est proposé.

Plusieurs articles scientifiques et manuels de référence en médecine comportementale distinguent l'hyperactivité ou hyperkinésie de l’activité excessive en évaluant la réponse physiologique et comportementale des chiens suite à l’administration per os de 0.2 à 1.0 mg/kg de dextroamphétamine. Selon ces références, le chien atteint d’un syndrome hyperactif ou hyperkinésie, répondra de façon paradoxale à cette médication par une diminution de l’activité motrice accompagnée d’une réduction minimale de 15% de la fréquence respiratoire et de la fréquence cardiaque. L’objectif de la présente étude était de mesurer la variation de la température corporelle, de la fréquence cardiaque, de l’activité motrice et de différents comportements spécifiques chez un groupe de Beagles ayant reçu de la dextroamphétamine. La fiabilité d'un accéléromètre comme mesure objective d’activité motrice a aussi été évaluée. Dans le cadre de cette étude croisée contrôlée par placebo, douze Beagles de la colonie de recherche âgés entre 13 et 20 mois ont reçu une dose orale de 0.2 mg/kg de dextroamphétamine. Le moniteur cardiaque Polar® et un accéléromètre Actical® ont été utilisés pour enregistrer la fréquence cardiaque et l’activité motrice avant et après l’administration de la médication. La durée de chacun des comportements spécifiques a été compilée à l’aide du logiciel Noldus® et la température corporelle a été prise par thermomètre rectal. Le modèle équilibré de mesures répétées indique que les sujets ayant reçu la dextroamphétamine montrent une réduction significative (p = 0.044) de leur fréquence cardiaque comparativement aux chiens ayant reçu le placebo. Aucune variation significative n'a été observée concernant la température corporelle, l'activité motrice, et les autres comportements (léchage des babines, halètements, et bâillements) suite à l’administration de la dextroamphétamine. Une corrélation significative, linéaire et positive (p < 0,0001) entre les périodes de mouvements observées (vidéo) et les mesures d’activité enregistrées par l’accéléromètre a été observée. Les résultats de cette étude indiquent que les Beagles peuvent afficher des effets paradoxaux dans les 90 minutes suivant l’administration per os de dextroamphétamine à raison de 0.2 mg/kg. / Several veterinary behaviour texts/handbooks used in practice, distinguish hyperactivity or hyperkinesis from over-activity by using the physiological and behavioural responses of dogs given amphetamines. It is presumed that true hyperactive or hyperkinetic dogs given 0.2 - 1.0 mg/kg dextroamphetamine orally will paradoxically calm down, and have at least a 15% reduction in heart and respiratory rates. The purpose of the study was to measure the effects of an oral dose of 0.2 mg/kg dextroamphetamine on heart rate, body temperature, motor activity, and discrete behaviour sequences in Beagle dogs. Reliability of a collar mounted accelerometer, Actical® as an objective measure of motor activity was also investigated. The study design was a placebo controlled cross-over study. Twelve research colony Beagle dogs (13 - 20 months old) received an oral dose of 0.2 mg/kg dextroamphetamine as treatment. Baseline and post-treatment values for body temperature, heart rate, motor activity, and general behavioural changes, were obtained using rectal temperature, video recordings and Noldus® software, Polar® monitor (heart rate), and a collar mounted Actical®. A repeated measures model indicates that dogs receiving an oral dose of 0.2 mg/kg dextroamphetamine had a significantly (p = 0.044) reduced heart rate compared to placebo. There was no effect of treatment on the dogs’ body temperature, motor activity, or other behaviours such as “lip-licking”, “panting” and “yawning”. There is a significant linear and positive relationship between the gross motor activity as measured by observational video and the Actical® counts (p < 0.0001). Results from this study indicate that Beagle dogs may display some paradoxical effects in the 90 minutes following an oral dose of 0.2 mg/kg dextroamphetamine.

La mesure de l’activité physique des personnes âgées dans des études populationnelles est un défi. Peu des outils de mesure trouvés dans la littérature sont jugés suffisamment valides ou fiables pour être utilisés dans une étude internationale et longitudinale sur les déterminants de perte de mobilité de personnes âgées. Une étude pilote a été conduite en 2009 pour déterminer la meilleure forme d’évaluation. Les objectifs de ce mémoire sont l’étude des validité, fiabilité et capacité prédictive des données d’un accéléromètre (gold standard), de deux questionnaires choisis (PAQ, IPAQ 7d-recall). Le but est de combiner des éléments des questionnaires dans un seul pour une étude longitudinale projetée au Canada, au Brésil et en Colombie. Le PAQ évalue la fréquence et la durée d’activités de loisirs, l’IPAQ 7d-recall évalue la durée et l’intensité perçue des activités et le temps assis. La collecte de données s’est faite auprès de participants de Saint-Bruno (n=64) et de Santa Cruz (n=60), de 65 à 74 ans. Le PAQ, l’IPAQ-7d-recall et un test de performance (SPPB) ont été complétés puis des accéléromètres remis. À Saint-Bruno, la validité de critère pour l’IPAQ et le PAQ, et la validité de construit pour l’IPAQ sont bonnes. Le refus de l’accéléromètre à Santa Cruz a empêché les analyses de validité. Le PAQ présente une bonne fiabilité mais ajoute peu d’amélioration au pouvoir de prédiction de la dépense énergétique de l’IPAQ. La recherche populationnelle, voulant estimer la dépense énergétique par l’activité physique des personnes âgées, devrait utiliser des instruments mesurant l’intensité perçue (IPAQ) plutôt que les fréquence et durée d’activités concrètes (PAQ). / Assessment of the physical activity in elderly populations is a challenge in population studies. In a preliminary literature review, no measurement tool was found sufficiently valid or reliable to be used in an international and longitudinal study on elderly mobility determinants. Consequently, a pilot study took place in 2009 to build such a tool. This master’s thesis pursue the validity, reliability and predictive capacity of accelerometer’s values (gold standard) for two chosen questionnaires. The ultimate goal: combine the two questionnaires in one for an eventual longitudinal study in Canada, Brazil and Columbia. The first questionnaire (PAQ) attempts to measure energy expenses through frequency and duration of a selected list of physical leisure activities, and the second (IPAQ) attempts to estimate total energy expenses through duration of types of activities described by their intensity and through the daily sitting time. The Saint-Bruno’s sample (n=64) and the Santa Cruz’s (n=60) were asked to answer two questionnaires (PAQ, IPAQ 7 day recall), to participate to a lower limb capacity test (SPPB) and to wear an accelerometer. The PAQ’s and IPAQ’s criterion validity and IPAQ’s construct validity were only good in Saint-Bruno. Because of the refusal to wear the accelerometer in Santa Cruz, no criterion validity analysis were done. The PAQ has a good reliability in both sites but had nothing more to the predictive capacity of the energy expenditure, than does the IPAQ. Populations studies, that want an estimate of energy expenditure from physical activity of the elderly, should use measurement tools that assess the intensity (IPAQ) instead of the frequency or the duration of specific activities (PAQ).

Ce travail de thèse porte sur l'étude et la réalisation de micro-capteurs d'accélération à détection thermique. Ils sont basés sur la modification des échanges thermiques par convection naturelle dans un fluide chauffé localement lorsque le dispositif est soumis à une accélération.L'utilisation d'un fluide comme masse sismique est en rupture avec les concepts d'accéléromètres dits traditionnels. Cet avantage a pour conséquence directe leur tenue aux fortes accélérations.Un des objectifs de ce travail consiste à développer et à caractériser des accéléromètres à grande étendue de mesures (> 10 000 g). D'autre part, des études fondamentales menées en parallèle nous ont permis de mieux comprendre les phénomènes thermiques intervenant dans la cavité ainsi que d'en déduire l'effet des paramètres thermo-physiques du fluide, des conditions expérimentales et des dimensions géométriques du capteur sur la sensibilité et la bande passante.Par ailleurs, l'étude de nouveaux concepts de détection thermique basés sur l'utilisation de matériaux pyroélectriques a été entreprise pour aboutir à une amélioration de la sensibilité comme de la bande passante. Après la maîtrise des dépôts en couches minces, ce nouveau mode de détection a été mis en œuvre et le principe validé. / This PhD thesis deals with both study and fabrication of micro-accelerometers based on thermal convection. Under acceleration, convective heat transfer in a locally heated fluid is modified and induces a change in temperature profile. Using a fluid as seismic mass enhances better performances than traditional accelerometers in term of high shock reliability.One goal is to develop and characterize high-g accelerometers (> 10,000 g). Besides, analytical studies carried out in parallel have allowed us to improve our understanding of fluid thermal behaviour. Effects of thermo-physical parameters, experimental set-up and sensor size on both sensitivity and bandwidth were deduced.On the other hand, a new concept of thermal detection based on the use of pyroelectric material was undertaken to improve sensor sensitivity as well as bandwidth. First the thin-film sputtering process is developed. Then the pyroelectric thermal accelerometer principle is confirmed.

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La surveillance de santé structurelle, SHM en anglais, est un domaine en plein essor avec l'arrivée massive des composites dans les transports. Ce matériau plus léger que les alliages traditionnels investit les avions, les trains, les bateaux ou les voitures. Permettant des économies substantielles d'énergie, il présente néanmoins l'inconvénient de pouvoir développer des défauts internes invisibles par une inspection visuelle. Dès lors leur surveillance est primordiale. Les pales d'avions turbopropulseurs (A400M, ATR, etc…) répondent aux mêmes exigences. Etre capable de déterminer un endommagement de la structure par le biais de capteur est tout l'enjeu des recherches. Cet objectif implique deux points : étudier le comportement de la pale et y développer un système embarqué pour obtenir des données et/ou surveiller. Dans ce contexte, ce travail de recherche a pour objectif de mener les premières études en déterminant une premier modèle comportementale des pales; en développant un premier microsystème enregistreur de paramètres de pales; en élaborant un premier algorithme de surveillance de la pale et d'événements endommageant (impacts, survitesses, survibrations) / The structural health monitoring, or SHM, represents today a key challenge today, with a massive use of composites in the field of transport. This material, lighter than a conventional alloy, is very attractive for airplanes, trains, boats or cars manufacturing. This allows significant energy savings, but can hide internal defects invisible from the outside. At this point, dedicated supervision is essential. Blades of turboprop plane (A400M, ATR, etc.) are in face of the same problems. Determination of structural defects by the use of sensors is the key solution for the research in this field. Thus, this problem has two solutions: studying blade performances and designing an embedded system able to record data and/or monitoring the structural health. The research studies presented in this thesis represent the first results of damaged blade performances. It leads to the design of a first embedded data recorder of blade parameters and computes a first dedicated algorithm for monitoring the blade structural health and damaging events (shocks, over-speeds, over-vibrations)

La thématique générale des travaux de la thèse porte sur l’utilisation des Technologies de l’information et de la communication afin de promouvoir l’activité physique et limiter les troubles dus à la sédentarité. Ils s’inscrivent dans le cadre d’un projet qui vise à développer une solution d’évaluation de la motricité des sujets humains à faible coût, en utilisant des capteurs inertiels embarqués. L’objectif du présent travail de thèse est d’évaluer les capacités posturales au travers deux exercices de Yoga. En premier lieu, nous avons validé l’utilisation des dispositifs BodyTrack, par rapport à un système de référence (Plateforme de force), dans le cadre de l’évaluation des oscillations posturales. Ensuite, une méthodologie est proposée afin d’évaluer la performance motrice selon 3 facteurs. Le premier considère le maintien de l’équilibre postural lors des phases statique des deux exercices. Le deuxième facteur évalue la durée de ces phases statiques et le troisième permet de vérifier la bonne exécution de la posture. L’ensemble des facteurs mesurés permet de construire une vue d’ensemble de l’exercice effectué et rend compte de la performance motrice. / Balance is a key element for daily activities, that’s making balance training, is important for ev eryone. In the aim of promoting physical activity and changing exercise behaviour, BodyScoring’s balance application, using an inexpensive mobile device provided with accelerometers, gyroscope and magnetometer, proposes tow Yoga exercises (‘Tadasana and Vrksasana’), for balance improvement, an d calculates a score to determine the level skills and share it with friends. First, this thesis examines th e validity, reliability and the sensitivity of accelerometer data by comparing them to force platform data. Second, a postural scoring system is developed. Based on three key factors, it allows evaluating the postural performance, the duration and the appropriate execution of the exercise. The graphical re presentation of the score has allowed a straightforward and simple interpretation of results.

Ce mémoire décrit la conception d’un dispositif, communicant sans fil, estimant la dépense énergétique liée à une activité physique (DEAP) de patients présentant de faibles niveaux d’activité physique (post-AVC) dans un milieu sensible comme les hôpitaux en associant fiabilité et sécurité. La nécessité d’une nouvelle conception s’appuie sur les résultats d’études préalables et de tests des dispositifs commercialisés dans ce domaine basés sur des accéléromètres. Pour limiter l’impact des radiofréquences, nous utilisons une technologie optique sans fil avec un émetteur porté par le patient en mouvement (plateforme existante associée à un accéléromètre et un système d’émission par diode infrarouge) et des récepteurs fixés au plafond reliés via Ethernet à un ordinateur distant permettant l’analyse des données. La probabilité de coupure d’un lien mobile en optique sans fil par transmission diffuse a été établie théoriquement en considérant un débit faible et une haute qualité de service classique dans le domaine médical. La mesure du nombre de pertes de trame durant la communication a permis de valider les performances théoriques de la technologie optique sans fil et d’établir la fiabilité de ce type de transmission infrarouge en fonction du nombre de récepteurs. Le calcul de la DEAP a été effectué à partir d’un pré-étalonnage sur deux personnes en comparant les résultats obtenus avec ceux donnés par calorimétrie et ceux donnés par un dispositif commercial. Nous avons optimisé l’étalonnage en réalisant un protocole d’essais avec un échantillon de personnes plus vaste puis avec un échantillon de onze personnes post-AVC pour valider le prototype. / This thesis describes the design of a wireless device, communicating and estimating the energy expenditure (EE) related to physical activity of patients with low levels of physical activity (post stroke) in a sensitive environment such as hospitals by combining reliability and safety. The necessity of a new device is based on the results of preliminary studies and tests of commercially available devices (for the same use) based on accelerometers. To limit the impact of radio frequencies, we use optical technology with a wireless transmitter worn by a mobile patient (existing platform combined with an accelerometer and a system of transmission with infrared diode) and receiver fixed on the ceiling and connected via Ethernet to a remote computer for data analysis. The outage probability of a mobile wireless diffuse optical transmission was theoretically established by considering a low speed and a high quality of service in the conventional medical area. Measuring the number of frame losses during communication validates the theoretical performance of the optical wireless technology and proves the reliability of this type of mobile infrared transmission according to the number of receivers. The calculation of the EE has been performed on a pre-calibration from two people by comparing the results with those given by calorimetry and those given by a commercial device. We optimized the calibration by performing a test protocol with a larger sample of people and with a sample of eleven stroke people to validate the prototype.

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