L'existence d'une lésion transfixiante de la coiffe des rotateurs est très fréquente dans la population générale avec une prévalence de près de 20%. Cette prévalence augmente avec l'âge tout comme l'existence de lésions asymptomatiques. Comment explique-t-on l'existence de lésions tendineuses qui ne provoquent pas de symptômes ?Le rôle essentiel de la coiffe des rotateurs est de center la tête humérale en face de la glène pour permettre une action optimale du deltoïde. Cette action de centrage est toujours possible en cas de lésion du supra-spinatus et l'épaule peut conserver une fonction satisfaisante à condition que l'équilibre soit conservé entre la coiffe antérieure (Sub-Scapularis) et la coiffe postérieure (Infra-Spinatus et Teres Minor). Comment expliquer alors que des lésions, même petites du supra-épineux peuvent-être à l'origine d'une impotence fonctionnelle de l'épaule ?Il existe une réelle dissociation anatomo-clinique des ruptures de la coiffe des rotateurs et l'expression clinique des lésions de la coiffe est multifactorielle et inconstante. Elle dépend de la taille de la lésion et de son évolutivité, de l'existence d'une bursite sous-acromiale et de l'existence d'une tendinopathie du long biceps.La comparaison de sujets symptomatiques et de sujets asymptomatiques présentant une rupture de coiffe a permis de pointer du doigt l'importance des muscles péri-scapulaires dans la compréhension du retentissement des lésions de coiffe des rotateurs. En effet, ces muscles péri-scapulaires ont pour fonction d'orienter la scapula et la glène lors des mouvements du bras. Lorsque ceux-ci sont altérés, les anomalies d'orientation de la scapula sont appelés dyskinésies scapulaires.Lors de précédents travaux, nous avons étudié la faisabilité d'étude pseudo-cinématique de la scapula par rapport au thorax lors d'un mouvement d'élévation du bras à l'aide de stéréoradiographies basse-dose EOS®. Cependant cette technique basée sur la localisation de points précis de la scapula sur les différentes vues radiographiques s'est montrée peu reproductible et difficile à utiliser en routine clinique.L'objectif de ce travail de Thèse était tout d'abord d'optimiser cette technique d'analyse prometteuse et peu-irradiante afin d'obtenir une analyse fonctionnelle quantitative fiable et reproductible de la scapula. Ensuite, nous avons souhaité utiliser cette technique in-vivo, sur une cohorte de sujets pour évaluer le comportement de la scapula dans différentes situations pathologiques. / Existence of a full thickness rotator cuff tear is really common in the general population with prevalence near 20%. This prevalence increases with age as the existence of asymptomatic cuff tear. How can we explain that tendinous injuries do not cause symptoms?The essential action of the rotator cuff is to center the humeral head in front of the glenoid cavity in order to enable a maximal action of the deltoid muscle. This centering action is still possible in case of supra-spinatus tendon tear and the shoulder can keep a satisfying function if equilibrium is conserved between the anterior cuff (Sub-scapularis muscle) and the posterior cuff (Infra-spinatus and Teres Minor muscles). How can we explain that supra-spinatus tears, even small, can induce functional impairment of the shoulder?There is a real dissociation between anatomy and clinic for the rotator cuff tears and the clinical expression of cuff tears is multifactorial and variable. It depends of the size of the tear and its evolution, of the existence of a sub-acromial bursitis and of the existence of a long head biceps tendinopathy.Comparison between symptomatic and asymptomatic subjects which present a rotator cuff tear permitted to show the importance of the periscapular muscles for the understanding of the rotator cuff tears. Indeed, the function of the periscapular muscles is to orientate the scapula and the glenoid during arm movements. When periscapular muscles are altered, there are anomalies in the scapular orientation which are called scapular dyskinesis.In previous works, we studied the feasibility of pseudo-kinematic studies of the scapula during arm elevation according to the thorax coordinate system derived from low-dose EOS® stereoradiographs. However, this method which was based on the location of specific scapular bony landmarks on each stereoradiographs, presented a low reproducibility and was difficult to use in clinical conditions.The aim of this Thesis was first to optimize this promising method In order to obtain a functional quantitative analysis of the scapula reliable and reproducible. Then, we would like to use this method in-vivo in order to assess the orientation of the scapula during arm elevation on pathologic subjects.

Ces travaux de thèse sont le fruit d’un constat : le développement des matériaux organiques dans les MEMS ne cesse de croître. Cela est dû à leurs procédés de fabrication à moindre coût et à leurs propriétés qui diffèrent de celles des matériaux inorganiques. D’un point de vue biologique,les propriétés physiques et chimiques des matériaux organiques sont également plus proches des propriétés de l’environnement extra-cellulaire. Les MEMS sont des systèmes très polyvalents permettant de mesurer de nombreuses grandeurs physiques. Leur utilisation dans le domaine biologique n’est donc pas étonnante et il est intéressant de combiner les MEMS avec des matériaux organique pour l’étude de cellules. L’objectif de ces travaux est de fabriquer et d’utiliser des résonateurs MEMS organiques piézoélectriques dans le but d’étudier la biomécanique et l’adhésion de cellules. En effet,la biomécanique des cellules est un domaine d’étude qui renseigne sur de nombreux processus opérés par les cellules, comme l’adhésion cellulaire, ainsi que sur leur bien être. Dans un premier temps, le procédé de fabrication des résonateurs a été établi et optimisé afin d’obtenir une efficacité d’actionnement piézoélectrique maximale. Dans un deuxième temps, un système d’actionnement et de mesure électrique a été réalisé, comportant une carte électronique ainsi qu’une enceinte étanche. L’influence de la température, de la densité et de la viscosité du milieu sur la résonance des MEMS a également été étudiée. Finalement, les résonateurs créés ont été utilisés dans le suivi en temps réel de l’adhésion de cellules souches mésenchymateuses. D’autres applications ont été réalisées avec les résonateurs piézoélectriques comme l’étude de la position d’une masse sur les résonateurs, la détermination de la rigidité d’un matériau ainsi que de la viscosité d’un liquide. / This PhD thesis is the result of an assessment : the use of organic materials in MEMSis in a constant increase. Organic materials are attractive because of their low-cost fabrication processand their properties that are different from the inorganic ones. From a biological point of view, theirphysical and chemical properties are closer to the properties of extracellular environment. MEMS arevery versatile systems that are able to measure a lot of physical quantities. Therefore, it is not surprisingto use them in biology, and combining MEMS with organic materials is really promising tostudy biological cells behavior. The objective of this work is to fabricate and use piezoelectric organicMEMS resonators to study cell biomechanics and adhesion. In fact, the study of cell biomechanicsgives information on a lot of cellular processes, like the cellular adhesion, as well as on their well-being.Firstly, the resonators fabrication process has been developed and optimized in order to maximize thepiezoelectric actuation. Secondly, an electronic actuation and measurement system has been realized,including an electronic card and a watertight enclosure. The influence of the temperature, mass densityand viscosity of the environment on the dynamic response of the resonators has also been evaluated.Finally, real time measurements of the adhesion of mesenchymal stem cells have been carried out usingthe resonators. The resonators have also been used to study the influence of the position of a mass onthe resonators, to determine the rigidity of a deposited material as well as the viscosity of liquid media.

Cette étude aborde le problème de l’aggravation du risque de fractures de côtes chez les automobilistesâgés en choc frontal. L’analyse de la bibliographie fait ressortir que les moyens actuels d’évaluationdu risque de fractures ne permettent pas de prendre en compte les différences anatomiques et depropriétés mécaniques du thorax observées chez les personnes âgées. Les modèles éléments finis (EF)personnalisés du corps humain offrent un grand potentiel en tant qu’outil avancé d’évaluation durisque de blessures. Toutefois, des données expérimentales sont nécessaires pour valider ces modèlesdans des conditions réalistes. De plus, le choix du niveau de personnalisation et la sensibilité de laréponse du modèle à celle-ci doivent être évaluées.Des expérimentations in vivo menés sur des volontaires ceinturés en choc léger, de différents âges etanthropométries, ont été réalisées. Ces tests ont permis d’étudier l’influence de l’âge et de lacorpulence sur la réponse mécanique du thorax et ont permis l’obtention de corridors nécessaires à lavalidation de modèles EF personnalisés. La géométrie du modèle numérique THUMS a été adaptée àcelle des volontaires et les propriétés mécaniques du thorax ont été modifiées au vu du vieillissementpour effectuer une analyse similaire dans le domaine lésionnel. Les simulations numériques ont mis enévidence un risque accru de fracture de côtes pour certains modèles personnalisés.Cette étude devrait permettre de mieux estimer le risque de blessure pour les automobilistesvulnérables. Elle devrait contribuer ainsi à promouvoir les modèles personnalisés du corps humaincomme outil avancé d’évaluation du risque de blessures. / This study deals with the topic of increased risk of rib fractures among elderly drivers infrontal impact. The analysis of the literature reveals that actual thorax injury assessment tools do nottake into account for the differences in anatomical features and biological material properties observedbetween adults and elderly. Personalized human body finite element (FE) models have great potentialas improved thorax injury assessment tools. However, experimental data are needed to validate thesemodels under real-world conditions. In addition, the choice of the level of personalization of the modeland the sensibility of the model response to this personalization must be assessed to predict thoracicinjury risk.In vivo sled tests were performed on belted volunteers of various anthropometries and age. These testswere used to assess the influence of age and corpulence on thorax mechanical response and allowed toobtain corridor responses needed to validate personalized FE models. The geometry of the FE modelTHUMS was adapted to the volunteers and the thorax material properties were modified consideringaging to carry out a similar analysis in the injurious domain. Numerical simulations highlighted anincreased risk of rib fractures for specific personalized models.This study should help to better estimate the injury risk for car occupants. It should contribute topromote personalized human body models as attractive thorax injury assessment tool ofvulnerable individuals.

L’analyse 3D du mouvement humain repose généralement sur un ensemble d’hypothèses permettant de modéliser et d’approcher la complexité du corps humain. Le but de ce travail de thèse est de s’affranchir des hypothèses les plus classiques (liaisons simples et parfaites de type rotule ou pivot) dans les calculs de cinématique et de dynamique inverse allant jusqu'à l'estimation des forces musculo-tendineuses. La première partie de la thèse traite de la cinématique articulaire du genou à l’aide de modèles cinématiques « géométriques » représentant les structures anatomiques par des éléments simples (sphère, plan, barre). Ces modèles apparaissent sous la forme de contraintes lors des calculs de cinématique (effectués notamment par optimisation multi-segmentaire). Le travail réalisé a consisté à introduire des ligaments déformables par l’utilisation de méthodes de pénalités pour la gestion de cescontraintes. Il a été montré que ces méthodes, utilisées avec un modèle géométrique générique, permettaient une amélioration de l’estimation de la cinématique du genou in-vivo basée sur des marqueurs cutanés (par rapport aux autres méthodes classiques) en introduisant des couplages articulaires physiologiques. La flexibilité des méthodes permet également d’envisager lapersonnalisation des modèles. La seconde partie se penche sur la dynamique du membre inférieur en étudiant l’influence des actionspassives des structures péri-articulaires durant la marche. Le travail a consisté en une étude locale et une étude globale de ces actions. L’étude locale a montré que l’influence des moments passifs ligamentaires reste limitée sur les forces musculo-tendineuses et les forces de contact articulaire. L’étude globale a montré que les moments passifs de l’ensemble des structures péri-articulaires ontune contribution substantielle aux moments moteurs durant la marche et que les modèles de moments passifs ligamentaires disponibles dans la littérature ne sont pas fiables. L’ensemble de ces développements cherche, à terme, à permettre une approche multi-échelle de la modélisation du membre inférieur. Dans cette optique, la modélisation articulaire proposée (avec desliaisons qui ne sont plus ni simples ni parfaites) permet un couplage plus adapté entre les différentes modélisations (de type multi-corps rigides articulés et éléments finis). / The main objective of this work is to overcome the most classical hypotheses used in kinematics (lower pair mechanical joints) and inverse dynamics computation (joints without resistance) including the estimation of muscular forces. Kinematics is addressed in the first part of the thesis by using “geometric” kinematic models consisting in simple elements (sphere, plane, shaft) modeling the anatomical structures. These models correspond to constraints in the kinematic computation (especially in multi-body optimization). The work consisted in introducing deformable ligaments by using a penalty-based method. It has beenshowed that this method used with a generic geometric model improved the estimation of the knee kinematics from the skin markers, when compared to more classical methods, and introduce physiological couplings between the degrees of freedom. Model personalization is also considered thanks to the flexibility of the method. The influence of the passive structure actions during gait is studied in the second part of the thesis. The work consisted in a local and a global study of those actions. The local study showed that the influence on the joint contact and musculo-tendon forces of the ligament passive moments is limited. The global study showed that the passive moments of the whole peri-articular structures contribute to the motor moments during gait and that the passive ligament moments available in the literature are not appropriate. The long term objective of those studies is to develop a multi-scale approach of the lower limb modeling. The proposed articular modeling (with more complex joints) allows a better interaction between the different scales of modeling (rigid multi-body vs. finite elements).

Les blessures de l'abdomen représentent une faible proportion (5%) des blessures lors d'accidents de la route mais elle augmente fortement pour les blessures sérieuses à sévères (16%). L'abdomen du mannequin THOR (Test Device for Human Occupant Restraint), destiné aux futures réglementations de choc frontal, nécessite des améliorations de sa biofidélité et un critère de blessure. Le travail présenté est en trois parties :Premièrement, les paramètres principaux de la réponse mécanique de l'abdomen du THOR et de Sujets Humain Post Mortem (SHPM) sous chargements impacteur et ceinture furent identifiés à l'aide d'un modèle mécanique simplifié. La comparaison des paramètres mécaniques du THOR et des SHPM a mis en évidence les changements nécessaires pour l'amélioration de la biofidélité. Il apparaît que la viscosité équivalente du THOR doit être augmentée d'un facteur 5 et que l'interaction avec la pièce bassin doit être modifiée du fait qu'elle augmentait la rigidité d'un facteur 8. Ces changements furent inclus dans le modèle Éléments Finis (EF) d'un abdomen prototype incluant des capteurs de pression APTS (Abdominal Pressure Twin Sensors) pour caractériser le chargement de l'abdomen.Deuxièmement, la réponse mécanique du prototype a été évaluée en simulations d'essais charriot, ce qui a montré que l'abdomen prototype a peu d'influence sur la cinématique globale du mannequin mais que la flexion du tronc peut faire augmenter la pression dans les APTS. Cela a mené à des recommandations supplémentaires au niveau de la conception de l'abdomen.Finalement, en vue de définir un critère de blessure pour l'abdomen, la pression des APTS a été corrélée aux blessures des organes décrites dans les études sur SHPM de la littérature ou prédites par le modèle EF humain THUMS / Abdominal injuries represent a small proportion (5%) of road crash injuries but their proportion increases considerably with regard to serious and severe injuries (16%). The abdomen of the Test device for Human Occupant Restraint (THOR), intended to be used in future frontal impact assessments, needs further developments regarding its biofidelity and injury criterion. The work performed in this thesis project was in three folds: Firstly, the main parameters of the THOR and Post Mortem Human Subjects (PMHS) abdomen responses under impactor and seatbelt loadings were identified using a lumped element model. The comparison between the THOR and the PMHS mechanical parameters highlighted desired changes for THOR abdomen biofidelity improvement. It was found that THOR material viscosity should be increased by 5 and that interaction with the pelvis flesh should be modified as it increased by 8 the abdomen stiffness. These changes were included in the Finite Element (FE) model of an existing abdomen prototype which is equipped with Abdominal Pressure Twin Sensors (APTS) to quantify the abdomen load. Secondly, the response of the prototype was evaluated in sled test simulations which showed that the prototype abdomen had little influence on the dummy overall kinematics but that the torso flexion could increase the pressure in the APTS. This led to additional recommendations regarding the abdomen design. Finally, for the abdominal injury criterion definition, the APTS pressure was correlated with organ injuries as reported in published PMHS tests or as predicted by THUMS human FE model

La scoliose infantile est une déformation rachidienne évolutive survenant chez l'enfant de moins de 3 ans. La technique de correction la plus répandue actuellement est celle des « tiges de croissance ». Cependant, la rigidité du matériel provoque la dégénérescence des disques intervertébraux, ce qui di-minue l'efficacité du traitement. Des études récentes ont montré l'effet bénéfique d'implants flexibles sur les disques. Notre équipe a donc développé le concept d'une suspension implantable qui permet de garder la mobilité axiale des segments instrumentés, associé à un nouveau système de fixation rotulée. Cepen-dant, quelle valeur de raideur permet de préserver les disques tout en corrigeant efficacement la sco-liose ? Cette thèse a donc pour objectifs de démontrer l'intérêt d'une suspension pour les disques inter-vertébraux et d'obtenir des informations quantifiables sur la valeur optimale de raideur. Pour cela des prototypes de suspension avec fixation rotulée, implantables chez le mammifère quadrupède et l'Homme, ont été développés afin d'étudier in vivo et in silico plusieurs gammes de flexibilité. Une étude in vivo sur chèvres adultes saines a été menée pour tester ces prototypes pour 2 raideurs différentes. L'état des disques intervertébraux après 6 mois a été évalué par IRM et par coupes histologiques. En parallèle la biomécanique d'un rachis humain sain puis scoliotique, instrumenté avec différents disposi-tifs (tiges classiques, suspensions, avec ou sans rotules), a été étudiée avec un modèle numérique mul-ti-corps rigides, préalablement validé par comparaison avec des données in vitro de la littérature. Les résultats de l'étude in vivo n'ont pas montré de différence significative entre les différentes instrumentations testées. Un temps d'essai plus long semble nécessaire pour voir apparaître la dégéné-rescence discale. Les simulations numériques ont montré une nette amélioration de la mobilité des segments ins-trumentés avec une suspension rotulée. La majorité de la mobilité est cependant assuré par le nouveau système de fixation et non par la présence d'une plus grande souplesse axiale. La suspension permet néanmoins un gain supplémentaire pour certains mouvements du rachis. Aucune différence significative n'a été constatée entre les 2 valeurs de raideurs étudiées. La présence de fixations rotulée diminue par contre fortement la correction obtenue lors des simulations de chirurgie de distraction. La suspension seule présente un intérêt certain lors de la correc-tion en diminuant les efforts transmis au matériel. Les développements futurs s'orienteraient donc vers une suspension combinée à des fixations rotulées présentant également des raideurs en rotation pour conserver correction et mobilité / Infantile scoliosis is a progressive spinal deformity occurring in children under 3 years-old. The most common currently correction technic is the "growing rods" one. However, the implant rigidity causes intervertebral discs degeneration, which decreases the treatment efficiency. Recent studies have shown the benefic effect of flexible implants on discs. Our team has developed the concept of an implantable suspension that keeps the axial mobility of the instrumented segments, associated with a new fastening ball joint system. However, which is the stiffness value that preserves discs while correcting scoliosis? This thesis goal is to demonstrate the effectiveness of a suspension device for preserving inter-vertebral discs health and obtain quantifiable information on the optimum stiffness value. Prototype suspensions with ball joint fastenings, implantable in quadruped mammals and humans, have been de-veloped to study several ranges of stiffness values in vivo and in silico. An in vivo study on healthy adult goats was conducted to test these prototypes for two different stiffness values. The intervertebral discs health after 6 months was evaluated by MRI and histological sections. In parallel the biomechanics of a human spine was studied with a rigid multi-body numerical model previously validated against in vitro literature data. Healthy and scoliosis subjects instrumented with different devices (traditional rods, sus-pensions, with or without the ball) were modeled. The results of the in vivo study showed no significant difference between the several instrumen-tations. A longer test time seems necessary to observe the onset of disc degeneration. Numerical simulations have shown a marked mobility improvement for the segments in the in-strumented area with a suspension device associated with a ball joint system. However, the majority of the mobility is provided by the new fixing system and not by a greater axial flexibility. The suspension still allows additional gain for certain spine movements. No significant differences were found between the two studied stiffness values. The presence of a ball joint fastening decreases strongly the correction obtained during surgery distraction simulations. The suspension has an interest during correction by reducing the forces trans-mitted to the material when used alone. Future developments thus would lead to a suspension device associated with ball joint fasten-ings that also have rotational stiffness to keep both good scoliosis correction and segments mobility

Notre travail de thèse s'est attaché à comprendre les mécanismes mis en jeu par une expérience d'adaptation visuomanuelle inspirée de l'adaptation saccadique, qui a été décrite par [Magescas 2006a]. Le premier chapitre visait à montrer que le paradigme de [Magescas 2006a] induisait peu ou pas d'effets sensoriels. Dans le deuxième chapitre, nous nous sommes intéressés au processus exact de généralisation de l'adaptation au niveau de la seule articulation du coude. Nos résultats nous permettent d'avancer l'idée que le paradigme étudié induisait une modification spécifique du gain moteur pour le groupe de muscles extenseurs du coude. Le troisième chapitre présente le développement de méthodes d'enregistrement de la chaîne articulaire du membre supérieur. Cette méthodologie a permis une comparaison précise entre des hypothèses de généralisation de l'adaptation dans l'espace des tâches et dans l'espace articulaire. Dans un quatrième chapitre, suivant une démarche exploratoire, nous avons imaginé deux protocoles de transposition de l'expérience de [Magescas 2006a], afin d'élargir nos possibilités pour une future étude sur des patients ayant un déficit moteur. A l'issue de ce travail, nous disposons à la fois : de moyens méthodologiques pour l'enregistrement et la modélisation de la chaîne articulaire du membre supérieur ; d'un modèle théorique du fonctionnement de l'adaptation motrice étudiée ; et d'un protocole d'adaptation de la saisie, mieux adapté à la clinique que le protocole d'adaptation du pointage. / We investigated the underlying mechanisms of an visuomanual adaptation experiment mimicking the well-known saccadic adaptation paradigm, described by [Magescas 2006a]. The first chapter aims at giving evidence that the [Magescas 2006a]'s paradigm induced little if any perceptual effects, which means it implicated the only phase of motor commands generation. The second chapter deals with the generalization process of adaptation at the level of one joint (the elbow). Our results suggest that the studied paradigm induced a focused change of the motor gain of the group of elbow extensor muscles. The third chapter details the development of methods to record the arm joint configuration. Such a methodology allowed to precisely compared the hypothesis of generalisation of adaptation in task space and in joint space. In chapter 4, following an explorative approach, we have designed two protocols transposing the [Magescas 2006a]'s experiment, in order to widen our ressources for a future research on patients with motor deficit. At the end of the present work, we have : methodological means of recording and of modeling the joint chain of the arm ; a theoretical model of the studied motor adaptation ; and a new protocol of adaptation of grasping, which is more convenient than adaptation of pointing for clinical purposes.

Ce travail porte sur le comportement mécanique de la cupule acétabulaire de prothèse de hanche dans le milieu osseux. Un intérêt particulier est porté au développement d'une méthode d'analyse de signaux d'impacts visant à caractériser les propriétés biomécaniques de l'interface entre la cupule acétabulaire et l'os périacétabulaire. Dans un premier temps, l'insertion de la cupule par impacts reproductibles est étudiée expérimentalement. Il est démontré que les signaux de force des impacts sont sensibles aux conditions d'insertion de l'implant acétabulaire. Un modèle analytique empirique considérant une configuration poinçon plat est utilisé pour modéliser les conditions de contact entre l'os et l'implant. La stabilité de l'implant acétabulaire est ensuite évaluée dans différentes configurations osseuses. Une analyse des signaux d'impact permet d'estimer cette stabilité. Dans un deuxième temps, un marteau est instrumenté avec un capteur de force et utilisé pour enregistrer les signaux de force des impacts. La méthode d'analyse des signaux est adaptée et permet d'évaluer la stabilité primaire de l'implant acétabulaire. Pour permettre le transfert de l'approche vers une application clinique, une étude cadavérique est ensuite réalisée. Il est montré que la méthode est utile pour prévoir la stabilité primaire de la cupule acétabulaire dans des hanches cadavériques. Le troisième volet de cette thèse est composé d'études de simulation numérique pour mieux comprendre le comportement mécanique de la cupule acétabulaire. Un modèle est développé pour investiguer les procédés dynamiques ayant lieu lors de l'impaction de la cupule acétabulaire et pour estimer le potentiel de la méthode d'analyse d'impacts pour déterminer les conditions d'insertion de la cupule acétabulaire. Différentes conditions d'interférence et différentes vitesses d'impaction sont considérées. Il est montré que les signaux d'impacts sont sensibles à surface de contact entre l'os et l'implant. Un second modèle étudie l'influence des propriétés mécaniques de l'os périacétabulaire au comportement mécanique de la cupule / While hip arthroplasty has become a common surgical procedure, failures still happen due to inadequate mechanical behavior of the prosthesis. This work studies the behavior of the acetabular cup (AC) implant within bone tissue and develops an impact analysis method to assess its insertion conditions. In the first part, AC insertion within bovine bone tissue are performed using reproducible mass drops. The impact force signals are recorded and are shown to be sensitive to insertion conditions of the AC implant. An empirical analytical model considering a flat punch configuration to model the bone-implant contact conditions is used to understand the variations of the signals. The AC implant tangential stability is further evaluated for different bone cavity configurations. An impact signals analysis enables to assess the AC implant primary stability in vitro. In the second part, a hammeris instrumented with a force sensor and is used to record the impacts force signals. The impact signals analysis allows to evaluate the AC implant stability. In order to transfer the approach to a situation closer to the clinical application, tests are then realized with cadaveric hips. The method is found useful to predict the AC implant stability ex vivo. In the third part, finite element models are developed to improve the understanding of the AC implant mechanical behavior within bone tissue. A model investigates the dynamic processes occurring during the AC implant impaction. The impact signals analysis allows to evaluate the bone implant contact area. A second model studies the influence of the peri-implant anisotropic bone mechanical properties on the mechanical behavior of the AC implant. By coupling experimental and numerical approaches, this work provides new features concerning the mechanical processes responsible for the AC implant stability. Moreover, the feasibility of a medical device that could assess peroperatively the AC implant stability is proved

Le phénomène de vibration offre deux facettes dans le monde sportif. Bien maîtrisé, il peut être bénéfique pour le renforcement musculaire, pour la rééducation mais dans le cas contraire ce phénomène engendre des effets délétères pour le corps humain. Ces effets délétères dépendent de la nature de la vibration mais aussi de son environnement de propagation, structural ou humain. Les vibrations ressenties par l'homme ne peuvent pas, le plus souvent, être découplées de l'analyse de mouvement et de l'analyse de la fatigue musculaire. Ainsi cette thèse s'inscrit autour de trois notions : la vibration, le mouvement et la physiologie. L'objectif est de définir les caractéristiques de performance et de santé à travers l'étude de la réponse vibro dynamique et physiologique du corps humain. / Vibration phenomenon presents two faces in the sports world. Got under control ; it can be useful in body and muscle building and muscle re-education ; otherwise this phenomenon leads deleterious consequences for the human body. These deleterious effects depend on the vibration nature but also of its propagation background : structural or human. Usually, the vibration suffered by the human body cannot be decoupled either the motion analysis or the analysis of muscular fatigue. This topic research is based in three notions : vibration, motionand the physiologie. The aim of this work will be to define the characteristics of performance and health through the study of the dynamical and physiological response of the human body.

Notre étude vise à modéliser l’écoulement pulsé sanguin dans le réseau vasculaire humain. Celui ci est constitué d’un très grand nombre de vaisseaux disposés dans un vaste réseau ayant différentes propriétés mécaniques. Le modèle simplifié unidimensionnel (1D) permet une étude numérique dans le réseau sanguin et plusieurs applications seront proposées.Le modèle 1D est établi grâce aux hypothèses de grande longueur d’onde de l’onde de pouls comparée aux rayons des vaisseaux et de profil de vitesse de révolution, en moyennant transversalement les équations de Navier-Stokes et de conservation de la masse. Un modèle viscoélastique de Kelvin-Voigt est adopté pour l’équation constitutive du tube. Cela conduit à un système hyperbolique-parabolique non linéaire, qui est ensuite résolu avec quatre schémas numériques, à savoir: MacCormack, Taylor-Galerkin, schéma monotone décentré pour les équations de loi de conservation (MUSCL) et Galerkin discontinu local. Les schémas sont mis en oeuvre dans un premier temps dans MATLAB et les solutions numériques sont vérifiées favorablement à des solutions semi-analytiques et des observations cliniques. Des comparaisons entre les schémas sont faites pour quatre aspects importants: la précision, la capacité de capturer desphénomènes de type choc, la vitesse de calcul et la complexité de la mise en oeuvre, enfin les conditions appropriées pour l’application de chaque système sont discutées. Après cela, un code objet général en C++ est développé et testé sur plusieurs réseaux: un cercle d’artères, un réseau systémique humain de 55 artères et un rein de souris avec plus d’un millier les segments. La répartition en fonction du temps de la pression dans les réseaux est visualisée et les modes de propagation des ondes sont bien capturés. Une bonne accélération est atteinte par parallélisation du code.Le code développé est ensuite appliqué dans trois études. En premier lieu, les coefficients de frottement du fluide et la viscosité de la paroi sontdéterminés avec des dispositifs expérimentaux bien définis constitués de tuyaux élastiques in vitro. Ces deux facteurs amortissant les ondes de pouls, ils sont difficiles à évaluer séparément. Nous les estimons par ajustement du modèle viscoélastique 1D avec les ondes de pression mesurées expérimentalement. Les valeurs ajustées des paramètres viscoélastiques sont conformes aux valeurs estimées avec d’autres méthodes. Les deux effets visqueux sont du même ordre de grandeur. In vivo, des séries chronologiques de la pression du diamètre en différents points d’un réseau artériel de mouton, sont analysées et les paramètres de viscoélasticité sont estimés. Le réseau du mouton est ensuite simulé, on montre que la viscoélasticité amortit de manière significative les hautes fréquences. En troisième lieu, la variation de la circulation induite par des anastomoses axillo- et fémoro-fémorales avec une sténose iliaquesévère est simulée. L’influence de la voie de contournement est étudié. / The vascular network consists of a very large number of segments with various properties and thus the pulsatile blood flow inside is very complicated. With the time-domain-based nonlinear 1D model, this thesis studies the blood flow in networks, focusing on the numerical computing and several applications.With assumptions of long wave and axisymmetric velocity profile, the 1D governing equations of mass and momentum are derived by integrating the continuity and Navier-Stokes equations along the radius.A Kelvin-Voigt viscoelastic model is adopted for the constitutive equation of the tube.This leads to a nonlinear hyperbolic-parabolic system, which is then solved with four numerical schemes, namely: MacCormack, Taylor-Galerkin, Monotonic Upwind Scheme for Conservation Law (MUSCL) and local discontinuous Galerkin.The schemes are implemented in MATLAB and the numerical solutions are checked favorably against analytical, semi-analytical solutions and clinical observations.Among the numerical schemes, comparisons are made in four important aspects: accuracy, ability to capture shock-like phenomena, computational speed and implementation complexity. The suitable conditions for the application of each scheme are discussed.After this, a general purpose C++ code is developed and tested on several networks:a circle of arteries, a human systemic network with 55 arteries and a mouse kidney with more than one thousand segments. The time dependent distribution of pressure in the networks is visualized and the propagation patterns of the waves are well captured.Good speedup is achieved by parallelizations of the code.The developed code is applied in three studies.First, the coefficients of fluid friction and wall viscosity are determined with aides of a well defined experimental setup.Because both the two factors damp the pulse waves, they are difficult to evaluate separately.We estimate them in pairs by fitting the 1D viscoelastic model against pressure waves measured on the experimental setup. The fitted values of viscoelastic parameters are consistent with values estimated with other methods.The effect of wall viscosity on the pulse wave has been shown in the same order of that of fluid viscosity.Second, with time series of pressure and diameter measured in several locations of the sheep arterial network,the viscoelasticity parameters are estimated.With those values, the pulse waves in the sheep network are simulated and the effect of viscoelasticity is investigated.Numerical solutions show that the viscoelasticity damps significantly the high frequency components of the pulse waves.Third, we simulate the change of blood flow induced by the axillofemoral and femoral-femoral anastomoses with a severe iliac stenosis.The influence of the bypassing path is studied.