Les caractéristiques mécaniques et le comportement à la déformabilité des renforts sont des connaissances essentielles pour optimiser les procédés de fabrication des composites notamment de formes complexes. Par ailleurs, les propriétés d'usinage des composites déterminent également grandement la performance en service des pièces composites. Cette thèse est consacrée aux trois aspects des procédés de fabrication et d'usinage afin d'explorer les caractéristiques particulières des propriétés mécaniques et des comportements de déformabilité des tissus tressés, qui sont des renforts textiles prometteurs et excellents pour les composites aux formes complexes. Mais également étudier les procédés d'usinage en utilisant la technique du jet d'eau abrasif afin d'améliorer encore l'efficacité de l'usinage sans sacrifier la qualité. Les caractéristiques mécaniques des renforts tressés, en particulier pour les composantes de cisaillement dans le plan, ont d'abord été étudiées et modélisées à partir d’essais de bias-test. Par ailleurs, les tresses triaxiales ont également fait l'objet d'une étude expérimentale de détermination des caractéristiques mécaniques relativement aux paramètres de tressage, tels que l'angle de tressage et le nombre de fils. Le comportement à la déformabilité des tresses triaxiales lors de l’étape de préformage a été analysé et corrélés avec les défauts associés en fonction des différentes conditions du procédé, telles que les pressions appliquées. De plus, l'évolution du comportement à la déformabilité en fonction de l'angle de tressage a été modélisée géométriquement et vérifiée par des résultats expérimentaux. La découpe améliorée multi-passe du jet d'eau abrasif a été introduite dans le processus d'usinage des composites grâce à l'exploration du mécanisme d'enlèvement de matière associée. Il a été conclu expérimentalement qu'une telle technique pouvait améliorer efficacement la qualité et l'efficacité de l'usinage. / The mechanical characteristics and deformability behaviours of reinforcements are essential knowledge to optimize manufacturing process composites with complex shapes. Meanwhile, the machining properties of composites also greatly determine the in-service performance of composite parts. This thesis is not only dedicated on the three aspects in manufacturing and machining processes to explore what characters the special features in the mechanical properties and deformability behaviours of braided fabrics, which are promising and excellent textile reinforcements for composites with complex shapes. But also to study machining processes using the abrasive water jet technique in order to further improve machining efficiency without sacrificing quality. The mechanical characteristics of braided fabrics, especially for in-plane shearing phenomenon, were originally investigated and modelled based on bias-extension test. In addition, triaxial braids were also the subject of an experimental study to determine the mechanical characteristics with regard to braiding parameters, such as braiding angle and number of yarns. The deformability behaviour of triaxial braids during the preforming step was analysed and correlated with the associated defects according to the different process conditions, such as the pressures applied. In addition, the evolution of the deformability behaviour as a function of the braiding angle was geometrically modelled and verified by experimental results. The upgraded multi-pass cutting of abrasive waterjet was firstly introduced into composites machining process based on the exploration of the corresponding material removal mechanism. It was experimentally concluded that such technique could effectively enhance the machining quality and efficiency.

On expose ici deux méthodes de déformation de globules rouges. La première méthode constituée de deux faisceaux laser contre propageant non focalisés est appelée « optical stretcher ». On y décrit les forces et stress appliqués à la cellule pour ensuite déterminer la déformation. La comparaison des résultats théoriques avec les expériences réalisées a permis de déterminer l’élasticité membranaire à (20±2)μNm-1. Une méthode originale n’utilisant aucun système d’imagerie et permettant de mesurer la déformation de la cellule déformée en utilisant le couplage résiduel dans les fibres optique est mathématiquement expliquée et les résultats théoriques utilisés pour étudier la faisabilité d’une telle expérience. La seconde méthode appelée « oscillating tweezer » est constituée d’une trappe optique à forte ouverture numérique où un modulateur acousto-optique permet de changer discrètement la position du foyer de la trappe avec une fréquence ajustable. A basse fréquence, la cellule se dandine de gauche à droite, mais à plus haute fréquence, la cellule se déforme. On expliquera donc l’origine de la déformation causée par la distribution de la force. Une théorie approximative est présentée pour calculer la déformation. Encore une fois, une comparaison avec les expériences réalisées a été effectuée. L’élasticité membranaire pour des globules rouges humains a pu être mesurée entre 20uNm-1 et 29uNm-1 et autour de 11uNm-1 pour des globules rouges de souris. / Two methods for deforming red blood cell (RBC) are studied. The first method is made of a non focalised dual beam counter-propagating optical stretcher. The stress and forces applied to the cell are described and analysed to compute the resulting deformation. The comparison with experimental result is made and allows to determinate the elasticity of human RBC at (20±2)μNm-1. An original method using no imaging system and allowing to measure the cells deformation by using the fiber-to-fiber coupling is mathematically explained and used to study the feasibility of such an experiment. The other method called oscillating tweezers is built from a high numerical aperture optical tweezers where an acousto-optic modulator allows to discretely changing the focal position at a given frequency. At low frequency, the cell moves from left to right, however at higher frequency, the RBC deform. The origin of the deformation is explained by calculating an approximate stress distribution. Here again, we compare the results with the experimental work. The value of elasticity found for human RBC is between 20uNm-1 and 29uNm-1 and around 11uNm-1 for mice RBC.

Contexte : La transmission du paludisme à Plasmodium falciparum repose sur le développement intra-érythrocytaire de parasites sexués (les gamétocytes) et leur ingestion par un moustique vecteur. Par filtration au travers d’une matrice de microsphères (microsphiltration), nous avons montré que les gamétocytes matures -normalement présents dans la circulation des sujets transmetteurs- sont déformables. Leur capacité à se déformer pour traverser la rate est essentielle à leur présence en circulation. Objectifs : Ce projet vise à découvrir des composés rigidifiant les érythrocytes contenant des gamétocytes pour bloquer la transmission du paludisme. En quelques heures, les gamétocytes rigidifiés seront exclus de la circulation sanguine -donc du cycle de transmission- par la rate. Méthodes et résultats: La microsphiltration a été miniaturisée au format microplaque et couplée à la microscopie à haut débit pour quantifier le nombre de gamétocytes retenus par les filtres. En utilisant la calyculine comme contrôle, l’activité rigidifiante d’antipaludiques de référence a été évaluée par microsphiltration. Les gamétocytes rigidifiés par la calyculine ont également été piégés dans des puces microfluidiques spléno-mimétiques. Leur clairance mécanique splénique a été confirmée dans un modèle murin adapté à la circulation transitoire des globules rouges humains parasités ou non. Conclusions: Un criblage par microsphiltration permet de sélectionner des molécules induisant la rétention mécanique splénique des gamétocytes pour bloquer la transmission du paludisme. Un post-criblage in vitro-in vivo permet de valider l’activité rigidifiante des actifs découverts par microsphiltration. / Background: Human-to-human transmission of Plasmodium falciparum malaria requires the development, within red blood cells (RBC), of sexual parasites termed gametocytes and their ingestion by Anopheles mosquito vector during a blood meal. Using filtration of RBC through microsphere layers (microsphiltration), we had shown that mature gametocytes present in the circulation of infective individuals are deformable. This deformability is a prerequisite for gametocytes circulation as they have (as any other uninfected RBC) to repeatedly cross narrow interendothelial slits in the human spleen. Objectives : This project aims at discovering compounds stiffening RBC harboring mature gametocytes, inducing their mechanical retention into the spleen, thereby removing them from the human bloodstream and interrupting malaria transmission. Methods & Results: Microsphiltration has been miniaturized to the microplate format, then coupled to high content imaging to quantify gametocyte retention in microsphere filters. Using calyculin as positive control, the gametocyte-stiffening activity of a panel of reference antimalarials was evaluated with the microsphiltration assay. Calyculin-stiffened mature gametocytes were held into spleno-mimetic microfluidic chips and were cleared from the circulation of macrophage depleted mice as rapidly as heat-stiffened control RBC, validating the outcomes of the microsphiltration assay. Conclusions: We have developped a microsphiltration assay compatible with screening. The screening/post-screening cascade has the potential to yield potent pharmacological agents blocking malaria transmission based on gametocytes deformability.

Cette thèse vise à évaluer deux techniques différentes pour la distinction d'échantillons biologiques mécaniquement altérés. Les deux approches ont été mises au point et étudiées avec un objectif à long terme qui est l'application de ces méthodes au diagnostic basé sur le phénotype mécanique. Bien que, nous avons élaboré ces approches dans le cas de globules rouges (GR), comme leurs propriétés mécaniques peuvent être affectées par des pathologies importantes, tous les concepts développés dans ce travail peuvent être adaptés à d'autres types de cellules.Nous avons caractérisé les propriétés mécaniques de GR à l'aide d'une technique microfluidique passive. L'accent a été mis sur la relaxation de globules rouges sains (GRs) à la sortie d'un canal à largeur variante et la dépendance de la réponse mécanique aux conditions expérimentales a été démontrée. Nous avons rapporté deux modes de relaxation du GR en fonction des paramètres de l'écoulement, et nous avons utilisé l'interface entre ces deux modes pour remonter aux propriétés mécaniques du GR. Lors de la seconde approche, nous avons présenté les résultats obtenus au cours de l'étude du comportement mécanique des GRs à l'aide de l'électrodeformation. Nous avons étudié l'influence des paramètres expérimentaux sur la réponse cellulaire et conclu sur des conditions optimisées pour la sollicitation des cellules sans les altérer. Pour finir, nous avons fait le point sur l'évaluation de ces deux techniques dans la discrimination des échantillons mécaniquement défaillants des sujets sains. Les avantages et inconvénients des deux approches ont été discutés / This thesis aims at evaluating two different techniques for the distinction of mechanically impaired biological samples. Both approaches were developed and investigated keeping in mind the long term objective which is the application of these approaches to diagnosis based on cell mechanical phenotype. Although, we developed these approaches on Red Blood Cells as as their mechanical properties can be affected by important pathologies, all the concepts developed in this work can be adapted to other cell types.We characterized mechanically RBCs using a passive microfluidic technique. We focused on the shape relaxation of healthy Red Blood Cells (hRBCs) flowing out of an oscillating width channel and demonstrated the dependency of their mechanical response upon the experimental conditions. We reported the existence of two relaxation modes for RBCs depending on the flow parameters, we used the interface between the two modes to extract the mechanical properties of RBC.Using a second approach, we presented the results obtained during the study of the mechanical behavior of hRBCs using electrodeformation assays. We investigated the influence of the solicitation parameters on the cell response and concluded on optimized conditions for cell solicitation without altering them. Finally, we evaluated both techniques in the discrimination of rigidified samples from healthy couterparts. Advantages and drawbacks of both techniques were discussed

L’industrie aéronautique travaille sur l’amélioration des systèmes propulsifs parl’introduction de composites dans la fabrication des aubes de soufflante afin d’alléger lastructure et ainsi de réduire la consommation en carburant des avions. Ces pièces réaliséesen tissage 3D présentent généralement des irrégularités de surface. Une manière d’optimisercet aspect est d’ajouter un pli additionnel de surface : nos travaux de thèse portent sur ledéveloppement de ce pli sous la forme d’un renfort « Non Crimp Fabric » (NCF) biaxial extrafinen fibre de carbone de module intermédiaire (IM), inférieur à 100 g/m², régulier et ayant unebonne déformabilité. Lors de nos travaux de thèse, nous avons utilisé la méthode des plans d’expériencepour améliorer la technologie d’étalement afin de répondre aux exigences demandées. Nousavons pu définir la configuration optimale d’étalement permettant d’atteindre la cible d’un pliinférieur à 50 g/m² en fibre de carbone IM. Pour réaliser un NCF extra-fin, après étalement,les plis sont assemblés par couture afin d’assurer la tenue du renfort. La combinaison decouture choisie (armure, tension, longueur, jauge …) conditionne l’aspect du NCF et sacapacité à être manipulée et déformée. Nous avons donc optimisé les paramètres de coutureafin d’obtenir les propriétés souhaitées. Après avoir optimisé l’étalement des fibres et l’assemblage des plis, nous avons réalisé et caractérisé les renforts NCF extra-fins pour valider leurs propriétés. Nous sommesfinalement parvenus à mettre au point un renfort NCF en fibre de carbone IM, inférieur à50 g/m² par pli ayant un taux de couverture supérieur à 98 % et une bonne capacité à sedéformer. / Aircraft manufacturers are working on the improvement of their engines bymanufacturing fan blades with advanced composite materials to reduce fuel consumption.However, fan blades are made from 3D woven fabrics which often have surface irregularities.It can be minimized by an additional thin layer on the surface : our thesis work is focused onthe development of a new textile structure based on ultra-thin biaxial “Non Crimp Fabric” (NCF)technology. This spread NCF made from intermediate modulus (IM) carbon fibers must belighter than 100 gsm, regular and deformable.During our thesis work, we used Design of Experiments (DOE) methodology to improvethe spreading technology used by Chomarat to make ultra-light NCF materials and meet theestablished requirements. We were able to reach the ultra-thin ply target of less than 50 gsmper ply. After optimizing the spreading process these thin ply tapes are stitched together tocreate NCF. Stability, visual aspect, handling and deformability are dependent on the stitchingsettings (stitching pattern, tension, length, gauge, etc.). Therefore we optimized the stitchingparameters to get the desired properties.After the spreading and stitching process had been optimized, the NCF weremanufactured and tested to validate the desired properties had been achieved. The testingconfirmed that we were able to develop a new carbon fiber NCF that was less than 50 gsm perply, had a coverage rate of higher than 98 % and had good deformability characteristics.

Nous avons étudié les marqueurs hémorhéologiques, hématologiques et biochimiques chez des sujets drépanocytaires homozygotes SS (HbS/HbS) et hétérozygotes composites SC (HbS/HbC) dans deux cohortes, pédiatriques et adultes, de patients drépanocytaires, et ce, à travers 7 complications récurrentes de la drépanocytose : 2 appartenant au profil hémolytique (l’ulcère de jambes et la glomérulopathie) et 5 appartenant au phénotype visqueux/vaso-occlusif (l’hypertension artérielle, le syndrome thoracique aigu (STA), la crise vaso-occlusive (CVO), la rétinopathie et l’ostéonécrose). Nous avons montré que : 1) une viscosité sanguine et une déformabilité érythrocytaire élevées sont des facteurs de risques de CVO chez les enfants homozygotes ; 2) Une viscosité sanguine élevée est associée à une hypertension artérielle systémique relative chez des adultes SS ; 3) les enfants SC présente une fonction vasculaire mieux préservée que les enfants SS pour faire face à une augmentation de la viscosité sanguine ; 4) les patients adultes SS avec une ostéonécrose présentent une déformabilité érythrocytaire plus élevée que les patients sans ostéonécrose ; 5) une viscosité sanguine élevée est associée à la présence d’une rétinopathie chez les adultes SC mais pas chez les SS ; 6) les patients adultes SS présentant une glomérulopathie ont un taux d’hémolyse élevé, une déformabilité érythrocytaire réduite et des agrégats érythrocytaires très robustes ; 7) les patients adultes SS avec des ulcères de jambes récurrents ont un taux d’hémolyse accru et une déformabilité érythrocytaire réduite. De plus, nos travaux confirment que l’-thalassémie module les propriétés de déformabilité érythrocytaire, mais montrent pour la première fois qu’elle module aussi les propriétés d’agrégation érythrocytaire, et notamment la force des agrégats érythrocytaires. En conclusion, ces travaux permettent de préciser le rôle de la rhéologie sanguine dans un certain nombre de complications de la drépanocytose et d’enrichir le modèle préexistant divisant les complications de la drépanocytose selon 2 phénotypes : hémolytique versus visqueux/vaso-occlusif. Nous montrons pour la première fois que le phénotype hémolytique est caractérisé aussi par des anomalies de la rhéologie du globule rouge : rigidité accrue et agrégats érythrocytaire robustes. / Hemorheological, hemathological, and biochemical marquers of patients with sickle cell anemia (SS) and patients with sickle cell SC disease (SC) were studied in 2 cohorts: children and adults. We focused on 7 recurrent complications: 5 belonging to the viscosity/vaso-occlusion phenotype (systemic hypertension, acute chest syndrome (ACS), vaso-occlusive crisis (VOC), retinopathy and osteonecrosis) and 2 belonging to the hemolytic phenotype (leg ulcer and glomerulopathy). Our results show that 1) high viscosity is associated with increased risk for VOC in SS children; 2) blood viscosity is increased in SS adults with systemic relative hypertension; 3) SC children have preserved vascular function compared to SS children; 4) SS adults with osteonecrosis are characterized by higher red blood cell (RBC) deformability than SS adults without osteonecrosis; 5) high blood viscosity is associated with retinopathy in SC adults but not in SS adults; 6) SS adults affected by glomerulopathy have high hemolytic rate, low RBC deformability and increased RBC aggregates strenght; 7) SS adults with recurrent leg ulcers have high hemolytic rate and reduced RBC deformability. Moreover, our studies shows that alpha-thalassemia modulate RBC deformability and RBC aggregation properties. In conclusion, this work shows for the first time that the hemolytic phenotype is characterized by an abnormal RBC rheology which may play a role in several sickle cell complications.

A l'opposé du dimensionnement de fondations d'ouvrages sur les sols, régi par des règles de calcul validées, le dimensionnement de fondations au rocher est mal maîtrisé. Jusqu'à présent, ceci n'a pas posé de problème majeur, car le dimensionnement de fondations se trouvait plutôt limité par la résistance du béton que par celle du massif rocheux. Mais la construction d'ouvrages d'art de plus en plus majestueux nécessite aujourd'hui une meilleure connaissance de ce domaine de la mécanique des roches. La première partie recense les méthodes les mieux adaptées pour déterminer la déformabilité et la résistance d'un massif rocheux. Elle présente les différentes méthodes de dimensionnement de fondations superficielle et semi-profonde au rocher. Enfin, elle analyse les textes réglementaires français et étrangers. Il existe peu de méthodes de dimensionnement de fondations qui tiennent compte du caractère discontinu des massifs rocheux ; le cas de fondations soumises à des efforts latéraux et à des moments renversants n'est quasiment pas traité. La deuxième partie consiste en l'analyse numérique du comportement de fondations superficielle et semi-profonde sur massif rocheux à l'aide du code de calcul par éléments distincts UDEC. Les résultats montrent que les discontinuités du massif rocheux ont un rôle primordial sur le comportement sous effort incliné de fondations semi-profondes. Selon leur pendage, les discontinuités peuvent diminuer considérablement la charge limite admissible. Quelques modèles analytiques simples à peu de blocs sont ensuite proposés, afin d'estimer - pour un dimensionnement préliminaire - la charge limite de rupture d'un puits marocain sous effort latéral. Les résultats numériques obtenus sont bidimensionnels; les résultats tridimensionnels peuvent être estimés à l'aide de coefficients de transfert 2D/3D, qu'il serait intéressant de vérifier à l'aide d'un code de calcul par éléments distincts tridimensionnel. Enfin, il serait nécessaire de valider les résultats de modélisation numérique sur un site réel.

La microcirculation est rapidement altérée dans le sepsis et la persistance de ces altérations est associée à un mauvais pronostic. La microcirculation est composée de vaisseaux invisibles à l’œil (< 100 µm), de l’endothélium, du glycocalyx, des cellules musculaires lisses et des éléments sanguins dont les GR. <p>De nombreuses études animales et humaines ont rapporté des altérations rhéologiques des GR dans le sepsis. Ces modifications comprennent une diminution de la déformabilité, une augmentation de l’agrégation et de l’adhérence globulaire. <p>De plus, l’altération de la déformabilité peut induire des altérations du flux microcirculatoire dans des modèles expérimentaux animaux. Ces mêmes altérations rhéologiques sont rapportées dans le diabète. Dans cette pathologie, les GR présentent une diminution du contenu membranaire en AS, comme dans les processus de sénescence. <p>La déformabilité des GR dépend des caractéristiques cellulaires incluant surtout les propriétés de la membrane, la géométrie cellulaire et dans une moindre mesure la viscosité cellulaire. Malgré la connaissance des altérations de la rhéologie dans le sepsis, peu de travaux, au contraire du diabète, s’interessent aux modifications de la membrane.<p>Nous avons étudié, par analogie aux altérations globulaires rapportées dans le diabète, la membrane des GR de patients admis en soins intensifs pour un sepsis, et comparé à des GR de patients non septiques et de volontaires sains. Le contenu membranaire en AS était significativement diminué chez les patients septiques par rapport aux patients non-septiques et aux volontaires sains. De plus, les GR des patients septiques, analysés par une technique de cytométrie en flux indépendante de la température de l’échantillon, étaient rapidement plus sphériques (dans les 24 heures du sepsis) et incapables de modifier leurs formes en hypoosmolalité. Cette technique de cytométrie a par ailleurs aussi été utilisée pour l’analyse de GR de patients diabétiques et en insuffisance rénale terminale. <p> La diminution du contenu en AS est aussi rapidement observée sur la transferrine, suggérant une augmentation de la concentration et/ou de l’activité de la neuraminidase, enzyme clivant l’AS. Dans un modèle de choc septique induit chez l’ovin, nous avons confirmé la rapidité de ce phénomène. En effet, la concentration en AS libre augmente dès la 15ième heure après induction du sepsis.<p>In-vitro, nous avons pu reproduire les modifications de forme des GR observés chez les patients septiques par incubation de GR de volontaire avec de la neuraminidase, et ce en 10 heures, quelles que soient les concentrations utilisées. Ces modifications de forme et de membrane s’accompagnent d’une augmentation significative du contenu en lactate, suggérant une stimulation de la glycolyse érythrocytaire et en 2,3-DPG, facilitant la libération de l’O2 de l’Hb vers les tissus. <p>Toutes ces modifications touchant la membrane des GR des patients de soins intensifs, surtout septiques, peuvent être responsables des altérations de rhéologie que nous avons observé grâce au LORCA sur une large population admis aux soins intensifs.<p>Une meilleure compréhension des mécanismes conduisant aux altérations rhéologiques des GR dans le sepsis, et ses effets potentiellement déletères sur la microcirculation, sont nécessaires avant d’envisager les GR comme cible thérapeutique.<p><p><p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans cette étude, les structures en maçonnerie armée des produits creux ont été étudiées. Les armatures sont noyées dans les joints horizontaux. Une campagne expérimentale est mise au point dans le but d'identifier le comportement des composants de la maçonnerie armée. Un essai original a été effectué sur un ensemble de blocs creux inclinés par rapport à la sollicitation pour déterminer les caractéristiques de cisaillement. Le comportement des joints de mortier est identifié en compression et en cisaillement. Un critère de frottement non linéaire est proposé pour l'interface bloc-joint, qui rend compte correctement des informations expérimentales La troisième partie est consacrée à la modélisation. Nous considérons la maçonnerie armée comme un matériau à deux composants : les joints de mortier (armés ou non armés) d'une part , et les éléments creux considérés comme homogènes d'autre part. Un élément de contact spécifique a été développé, il possède une rigidité élastique dans le plan du joint. Les éléments de maçonnerie ont été modélisés comme un matériau orthotrope équivalent. Des équations mathématiques décrivant le comportement de chaque matériau ont été développées. La non linéarité apparente du comportement des éléments de maçonnerie est traitée dans le cadre du formalisme de l'élastoplasticité. Enfin, une validation du modèle est menée en confrontant les résultats expérimentaux avec ceux du calcul numérique. Les résultats obtenus concordent qualitativement et quantitativement de manière satisfaisante avec l'expérimentation, le modèle peut donc être utilisé comme un outil de prédiction et d'estimation des charges ultimes supportées par les structures.