Les problématiques scientifiques étudiant la biomécanique du mouvement de pédalage en cyclisme ont fait et font toujours l'objet de nombreux travaux. Ces travaux touchent de divers domaines, technologique par exemple pour l'amélioration du matériel qui a considérablement évolué, physiologique pour l'amélioration des capacités physiques et des rendements énergétiques en fonction des styles de pédalage, et biomécanique pour l'expertise, en particulier, de l'efficacité de mouvement de pédalage. Le travail présenté s'inscrit dans ce dernier champ scientifique : la biomécanique du mouvement.</br>Le travail réalisé a bénéficié d'un appel à projet de l'Agence Française de la Lutte contre le Dopage avec pour objectif : « [SIC] se réarmer vis-à-vis du dopage en adoptant des démarches qui se veulent originales et concrètes, notamment en se plaçant du point de vue de l'entourage scientifique de sportifs dopés » en se focalisant sur les thèmes « [SIC] Travail, puissance et rendement énergétique».</br>Dans ce contexte, l'objectif général des travaux est l'évaluation du profil biomécanique du coureur cycliste par mesures en laboratoire. Pour cela, une plateforme expérimentale a été validée et nous a permis d'aborder deux questions centrales i) qu'est ce qui crée la force produite à la pédale ? ii) que peut-on attendre d'une évaluation énergétique mécanique du mouvement de pédalage? Ces deux points sont abordés à partir d'un protocole de tests de type incrémentiel tel que l'exige la Fédération Française de Cyclisme. Les résultats ont été obtenus sur une cohorte de coureurs Elite. / Numerous studies investigated and still investigate pedaling motion in cycling from a biomechanical point of view. These studies involve various fields, like technologic for improving the material which has considerably evolved, physiologic for physical capacities and energy efficiencies' improvement according to pedaling styles, and biomechanics for motion's expertise and pedaling efficiency in particularly. This work takes part in the last scientific field: the biomechanics of movement.</br>This work received a call for proposals of the AFLD (Agence Française de la Lutte contre le Dopage) in order to: "[SIC] rearm regarding doping by adopting original and practical approaches, considering scientific environment of doped athletes" by focusing on the themes of "[SIC] Work, power and energy efficiency".</br>In this context, the general objective of this work is the biomechanical evaluation of cyclist's profile in laboratory conditions. For this, an experimental platform has been validated and allowed us to follow two central issues i) How is created the force produced to the pedal? ii) What can be expected from a mechanical energy evaluation of pedaling motion? These two points are discussed through incremental protocol tests as required by the French Cycling Federation. The results were obtained on a cohort of Elite cyclists.

L'emboutissage est une technique de mise en forme des tôles métalliques. L'emboutissage est généralement suivi par un phénomène de retour élastique de la tôle emboutie. Le phénomène de retour élastique correspond à une modification de la géométrie de la tôle après enlèvement de la charge d'emboutissage. L'écrouissage du matériau est l'un des facteurs les plus importants qui influence ce phénomène. Dans cette thèse, l'écrouissage de différentes tôles dédiées à l'emboutissage a été étudié en utilisant la technique d'indentation instrumentée. Cette technique permet d'obtenir la loi d'écrouissage d'un matériau à partir de la mesure de l'évolution de l'enfoncement d'une bille dans le matériau testé en fonction de l'effort appliqué sur cette bille. Trois aspects essentiels de l'écrouissage ont été étudiés : La variation de la loi d'écrouissage dans l'épaisseur de la tôle, le niveau d'écrouissage atteint par la tôle après déformation plastique et le type d'écrouissage. Le test d'indentation instrumentée a permis de caractériser chacun de ces aspects influençant le retour élastique. Cet outil peut ainsi être utile dans une démarche d'amélioration de la prédiction du phénomène de retour élastique en emboutissage. / Stamping is a forming technique of the metal sheets. Stamping is generally followed by a springback phenomenon of the stamped sheet metal. The phenomenon of springback corresponds to a modification of the geometry of the sheet after removal of the load. One of the most important factors influencing springback is the work-hardening of the material. In this thesis, the work-hardening of different sheet metals used for stamping process was investigated using the instrumented indentation technique. This technique allows obtaining the work-hardening law of a material from the measurement of the evolution of the penetration depth of a ball in the tested material as a function of the applied force on the ball. Three major aspects of the work-hardening were studied: The variation of the work-hardening law in the thickness of the sheet, the level of work-hardening obtained after plastic deformation and the type of the work-hardening. The instrumented indentation test allows characterizing each of these aspects influencing springback. This tool can thus be useful in a process of improving the prediction of the springback phenomenon in stamping.

Les problèmes liés à l'équilibre sont diagnostiqués à l'aide de systèmes de cartographies des pressions plantaires ou de plateformes de force mesurant le déplacement du centre de pressions. Ces systèmes professionnels sont restreints à une utilisation en milieu médical, et on constate qu'aucun dispositif de surveillance de l'équilibre ne donne entière satisfaction en termes de mobilité et d'acceptabilité. Dans le contexte de la télémédecine et de l'e-santé, notre objectif a consisté à développer des outils pour la surveillance ambulatoire de l'équilibre postural, et contribuer à la compréhension du contrôle de l'équilibre. Nous avons d'abord entrepris une étude théorique de la faisabilité de la mesure des pressions plantaires et du déplacement dynamique du centre de pression, à partir d'un nombre très réduit de capteurs. Nous avons proposé pour cela un modèle mécanique simplifié du pied, ainsi que les hypothèses spécifiques à ces applications. Le modèle décrit la relation physique entre la posture du pied et la répartition des pressions plantaires suivant ses caractéristiques biomécaniques. Sur la base d'un prototype de semelle instrumentée à 3 capteurs uniquement, nous avons vérifié expérimentalement la capacité du système et des méthodes à générer le stabilogramme et les cartographies de pressions plantaires. Ceux-ci ont été comparés à un système matriciel de référence, et caractérisés en termes d'incertitude dans le cas du pied normal en position debout et durant la marche. Les stabilogrammes ainsi mesurés peuvent être analysés pour caractériser la signature de l'équilibre. Nous proposons un modèle spécifique à trois dimensions, décrivant la dynamique de l'équilibre et permettant d'identifier, par simulation, les principaux paramètres physiologiques qui assurent le maintien de l'équilibre postural. / Problems of balance are often diagnosed thanks to plantar pressure cartography systems or forces platform that measure the center of pressure displacement. These professional systems are restricted in use to medical environments, and until now, the balance monitoring systems do not offer complete satisfaction in terms of mobility and acceptability. In order to overcome these limitation and in the context of telemedicine and e-health, we aimed to develop tools for ambulatory monitoring of postural equilibrium and to understand the balance control. We have first undertaken a theoretical study on the feasibility of measuring plantar pressure and dynamic displacement of the center of pressure, from a very small number of sensors. For these applications, we have proposed a simplified mechanical foot model, as well as related assumptions. The model describes the physical relationship between foot posture and distribution of plantar pressures following its biomechanical characteristics. Based on a prototype of an instrumented insole with only 3 sensors, we have verified experimentally the ability of the system and the methods to generate both the stabilogram and the plantar pressure maps. Comparison is made with a matrix reference system, and characterization in terms of uncertainty in the case of normal foot in standing position and during walking is detailed. The measured stabilogram can be analyzed to characterize the signature of balance. We have also proposed a specific three-dimensional model describing the dynamics of balance. Based on simulation, it leads to identify the main physiological parameters related to balance control.

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'influence de la vitesse de déformation sur la réponse par indentation des matériaux. Les matériaux polymères thermoplastiques, notamment le Polycarbonate (PC), le Polyméthylméthacrylate (PMMA), le Polyéthylène à Haute Densité (PEHD) et le Polyamide Nylon 6.6 renforcé à 30% de fibres de verres (PA 6.6-30% GFR), ont été choisis comme matériaux d'études en raison de leur forte sensibilité à la vitesse de déformation même à température ambiante. Les deux premières parties de ce travail sont focalisées sur l'étude du comportement thermomécanique des matériaux polymères. Une étude bibliographique sur des matériaux polymères thermoplastiques, amorphes et semi-cristallins, a été effectuée afin de comprendre leur microstructure et leur mécanisme de déformation. De plus, des essais de compression simple ont été réalisés sur les matériaux d'étude à différentes vitesses de traverse constantes puis dépouillés analytiquement. Les trois derniers chapitres de cette thèse sont consacrés à la caractérisation mécanique des matériaux par indentation. En premier lieu des simulations numériques de l'essai d'indentation conique ( =70,3°) à une vitesse de pénétration constante ( = 1 µm/s) ont été effectuées à partir des paramètres de la loi de G'sell modifiée et de la loi puissance identifiés par compression. L'identification par analyse inverse des paramètres de la loi de G'sell modifiée à 7 paramètres sur des courbes pseudo-expérimentales nous a permis de confirmer la non unicité de la solution. Ainsi, nous avons effectué l'étude théorique de l'indentation sur des matériaux pseudo-expérimentaux en utilisant la loi puissance. Un nouveau concept de déformation représentative et de vitesse de déformation représentative, basé sur l'analyse du domaine de solution regroupant l'ensemble des paramètres donnant les mêmes courbes d'indentation, a été proposé. La procédure d'identification des paramètres de la loi puissance par indentation utilisant ce concept de déformation représentative et de vitesse de déformation représentative, appliquée sur un matériau pseudo-expérimental donne des résultats très satisfaisants. Sur les matériaux d'étude en revanche la méthode n'a pu révéler son potentiel puisque la loi de comportement de ces matériaux n'est pas correctement modélisée par une loi puissance sur une large plage de déformation et de vitesse de déformation. Enfin, le concept de déformation représentative et de vitesse de déformation représentative proposé dans ce travail apporte de nouveaux outils d'analyse et d'exploitation des données de l'indentation et offre des perspectives très intéressantes. / The aim of this thesis is to study the strain rate effects through materials response from indentation test. Polymeric solid material, especially Polycarbonate (PC), Polymethyl methacrylate (PMMA), High Density Polyethylene (HDPE) and Polyamide Nylon 6.6 -30% glass fiber reinforced (PA 6.6-30% GFR), were selected as study materials due to their high strain rate sensitivity even at room temperature. The first two parts of this work were focused on the study of the thermomechanical behavior of polymer materials. Bibliographical studies of thermoplastic polymer materials, amorphous and semi-crystalline, was established in order to understand their microstructure and deformation mechanism. Moreover, compression tests were performed on study materials with several crosshead speeds values then the results was exploited analytically. The last three parts were focused on mechanical characterization using Instrumented Indentation Test (IIT). Firstly, numerical simulation of a conical indentation test ( =70.3°) with a constant rate displacement ( = 1 µm/s) was established using the identified G’sell behavior parameters and the power-law parameters from compression test. Parameter identification using Inverse Analysis from numerical material shows the non-uniqueness of G’sell parameters which gives the same indentation curve. Thus, theoretical study of conical indentation test was established considering power-law model. A new concept of the representative strain and the representative strain rate, based on solution domain which associate the set of parameters leading to the same indentation curves, was proposed. Very satisfactory results was obtained when identification process using this average representative strain rate is applied to a numerical material define by a power-law model. However, this method could not show its efficiency because the mechanical behavior of the real material is not correctly modeling with a power-law at a wide range of strain and strain rate. Finally, the new concept of the representative strain and the representative strain rate proposed on this work contributes to a new investigation tools to exploit the results form IIT and provide a very interesting perspectives.

Ce travail porte sur la caractérisation d'anches simples utilisées pour la clarinette ou le saxophone. Sachant que les musiciens perçoivent des différences importantes dans la qualité des anches de caractéristiques identiques (même marque, coupe et force), cette thèse propose des nouveaux outils pour la caractérisation des anches en situation de jeu.Un bec instrumenté utilisant des capteurs embarqués est développé de façon à mesurer le déplacement de l'anche et la différence de pression de part et d’autre de l'anche. À partir de ces signaux, il est possible d'estimer des paramètres d'anche associés à différents modèles physiques. Les résultats obtenus montrent que la complexité du modèle décrivant le comportement de l'anche doit augmenter avec la nuance de jeu. Le bec instrumenté est utilisé dans une campagne de mesures comportant 7 musiciens et 20 anches, et permet de quantifier la variabilité des résultats due aux musiciens. Des tests subjectifs sont réalisés avec ces mêmes musiciens, et montrent que les différences entre les anches se réduisent à une seule dimension (facilité de jeu ou timbre). Les corrélations entre les descripteurs subjectifs et les paramètres objectifs mesurés sont étudiées afin de mieux comprendre les différences perçues entre les anches, permettant le développement d'un modèle prédictif de la qualité des anches.De façon à éviter la variabilité produite par le musicien, une bouche artificielle aspirante est développée. La comparaison des mesures réalisées par la bouche artificielle et par un musicien permet d'identifier la plage de fonctionnement optimale où la bouche artificielle imite au mieux le jeu du musicien. / This work deals with the characterisation of single cane reeds used for clarinet or saxophone. Musicians perceive important differences of quality between reeds of the same brand, cut and strength. This thesis proposes new tools for reed characterisation in playing conditions.An instrumented mouthpiece is developed to enable the measurement of reed displacement and pressure difference on both sides of the reed using embedded sensors. From these signals, it is possible to estimate reed parameters of different physical models. Results reveal that the complexity of the physical model describing the reed behaviour must increase with the dynamic level.The instrumented mouthpiece is used in a measurement campaign involving 7 players and 20 reeds, quantifying the variability of the results due the musicians. Subjective tests conducted with these musicians show that reeds can be mainly described by one dimension (ease of playing or timbre). The correlations between the subjective descriptors and the measured objective parameters are studied to better understand the perceived differences between reeds, developing a predictive model of reed quality.In order to avoid the variability of the musician, an aspirating artificial mouth is developed. It uses the instrumented mouthpiece and it can be played by a musician or artificially. The comparison of the measurements made in both cases allows for the identification of the optimal working range in which the artificial mouth best reproduces the musician's playing according to intonation and playing level.

Les couches minces sont utilisées dans un nombre important de domaines industriels comme les Micro- et Nano- Technologies (MNT) ou le traitement de surfaces. Elles peuvent être utilisées soit comme couches de structures, soit pour apporter des fonctions de protection ou de fonctionnalisation à des surfaces. On distingue généralement deux types de couches minces : les couches minces déposées et les couches minces autoportantes. L’objectif du travail présenté dans ce manuscrit est de développer des méthodes de caractérisation mécanique du comportement élasto-plastique des couches minces autoportantes et déposées. Dans un premier temps, nous présentons un essai de microtraction à même de travailler sur des couches d’épaisseur 750 nm et les moyens techniques associés. Ces outils permettent de caractériser les propriétés élasto-plastiques et l’endommagement mécanique des couches minces autoportantes. Dans un second temps, nous nous intéressons à la mise en œuvre de méthodes d’identification paramétrique associées à des essais d’indentation instrumentée dans l’optique de caractériser le comportement élasto-plastique des matériaux en couches minces déposées. Les couches caractérisées dans cette étude sont des multicouches Au-NiCo d’épaisseur totale 22 µm et des couches minces d’aluminium élaborées à partir de plusieurs procédées dont les épaisseurs sont comprises entre 1 et 1,5 µm. / The thin films are used in a large number of industrial fields such as Micro- and Nano- Technology (MNT) or treatment of surfaces. They can be used either as layer structures, or to provide protection functions or functionalized surfaces. There are generally two types of thin layers deposited thin films and self-supporting thin layers. The objective of the work presented in this manuscript is to develop methods for mechanical characterization of elastic-plastic behavior of free-standing thin films and deposited. First, we present a microtensile test able to work on 750 nm thick layers and associated technical means. These tools allow to characterize the elastic-plastic properties and mechanical damage freestanding thin films. In a second step, we focus on the implementation of parametric identification methods associated with implementation of instrumented indentation testing in the context of characterizing the elastic-plastic behavior of the deposited thin film materials. The layers characterized in this study are multilayer NiCo In total thickness 22 microns and thin layers of aluminum produced from several procédées with thicknesses between 1 and 1.5 microns.

[pt] Este trabalho apresenta a análise do sistema de medição utilizado pelo pig instrumentado tipo palito usado para detecção e dimensionamento de perda de espessura em dutos provocada por corrosão interna. A aplicação de testes experimentais de vibração, perfilagem geométrica e análise por elementos finitos têm objetivo de avaliar o sistema de medição dos sensores palito do Pig Palito, assim como mostrar os resultados obtidos com esta nova tecnologia de dimensionamento de micro geometria. Os dutos submarinos (offshore) empregam tradicionalmente as mesmas tecnologias de inspeção usadas em dutos terrestres (onshore) e uma dessas tecnologias é o pig instrumentado. No entanto, é encontrada uma vasta quantidade de dutos offshore com diferentes tipos de obstáculos que inviabilizam o uso dos pigs instrumentados convencionais, como os Pigs Magnéticos M.F.L. (Magnetic Flux Leakage) e Ultrassônicos. Os fatores relevantes que dificultam a inspeção, especialmente em dutos offshore, são os multi-diâmetros, raios de curvatura acentuados, equipamentos instalados ao longo do duto, alta espessura de parede do duto, escoamento multifásico, etc. Atualmente, o uso de Pigs Ultrassônicos e Magnéticos são as técnica disponíveis no mercado para inspeção da corrosão. Contudo, esses pigs possuem suas próprias limitações. Dentro deste contexto, foi desenvolvido um novo pig instrumentado, chamado de Pig Palito, para detecção e dimensionamento de perda de espessura em dutos com corrosão interna. Esta ferramenta foi desenvolvida para superar diversas limitações que outros pigs instrumentados convencionais têm durante a inspeção. Os resultados obtidos pela instrumentação do sensor palito na análise experimental indicam que a vibração dos sensores pode interferir na medição de micro geometria gerando erros de interpretação. A possibilidade de detecção, minimização e/ou eliminação desta possível deficiência do sensor palito são factíveis e abordadas na presente dissertação. Os bons resultados das inspeções de campo com os Pigs Palito comprovam o sucesso e viabilidade técnica no emprego desta tecnologia. / [en] This work presents the analysis and study of the technology used by the instrumented pig called Feeler Pig, used for detection and measurement of loss of wall thickness in pipelines due to internal corrosion. Those study´s objective are the evaluation of dynamic measurement of Feeler Pig´s sensors, through the application of experimental vibration tests, geometric evaluation`s tests and finite elements analysis, so that are showed the results rewarded by this new micro geometric measurement technique. Submarine pipelines (offshore pipelines) inspection traditionally employs the same technologies used for onshore pipelines and one of such technologies is the instrumented pig. However, it is very common to find offshore pipelines with many kinds of obstacles that may prevent the use of conventional instrumented pigs, like MFL (Magnetic Flux Leakage) pigs and ultrasonic ones. The relevant factors that make the inspection difficult, particularly in offshore pipelines, are the different diameters along the pipeline, small radius bends, equipments installed in the pipeline (such as manifolds and valves), increased wall thickness, multi-phase fluids, etc. Currently available techniques in the market to inspect these pipelines are ultrasonic and magnetic pigs, which, nevertheless, have their own limitations. Focusing on this context, a new tool was developed to detect and measure the loss of wall thickness in pipelines due to internal corrosion. This tool, called Feeler Pig, was designed to be able to overcome some of the limitations of conventional inspection pigs. The results achieved by instrumentation of the feeler type sensor`s body, experimental analysis tests, proved that vibration modes of the sensor interferes in the measurement of micro geometric. The possibility of detection, mitigation and / or elimination of the deficiencies of sensor`s issues are viable and addressed in this work. These, coupled with the excellent results of Feeler Pigs field inspections prove the technical feasibility and success in using this technology.

This dissertation thesis deals with determination of the mechanical properties of weld materials based on instrumented hardness test. This work was caused by the research project between IAM Brno Ltd and CEZ corp., when the task was to develop a methodology for evaluation of mechanical material properties using NDT methods. For these reasons the development of methodology is reflected especially for use in practice focusing to determining the mechanical properties of the heterogeneous weld joint on the assembled equipment. The mechanical material properties are determined by carrying out non-destructive tests of the instrumented Vickers hardness. The developed methodology for determining of basic mechanical properties is based on the principle of inverse FEM modeling of the instrumented hardness tests, when output of the testing is indentation curve and measured surface imprint after unloading. The basic material mechanical properties are achieved by comparing the outputs of the experimental instrumented hardness tests and the outputs of the modeled hardness test using FEM.

Avec le vieillissement de la population, l’Accident Vasculaire Cérébrale (AVC) est l’un des principaux problèmes de santé et touche 15 millions de personnes par an à travers le monde. Après un AVC, de nombreux troubles moteurs et sensoriels, qui ont un impact direct sur les activités de la vie quotidienne (AVQ), peuvent apparaître comme le manque de coordination, la spasticité ou les tremblements. Afin de rétablir au maximum leurs capacités motrices et sensorielles, les patients doivent suivre un processus de rééducation long et coûteux. De plus, le suivi et l’évaluation des patients se fait à partir d’observations visuelles. Peu voire aucune information objective et quantifiable sur la réalisation des exercices n’est collectée pendant les séances de rééducation. Ainsi, des informations potentiellement cruciales sur les capacités motrices des patients ne sont pas mesurées. De nombreuses plates-formes de rééducation et de suivi ont été développées pour collecter des informations objectives à l’aide de la réalité virtuelle, augmentée, d’écrans interactifs ou de dispositifs portables. Cependant, ces plates-formes peuvent présenter des contraintes de coût, de portabilité et d’utilisabilité.L’objectif de cette thèse est de proposer des outils permettant d’améliorer l’accompagnement des patients durant la rééducation fonctionnelle en offrant aux professionnels de santé un suivi plus représentatif de l’état de santé de ces derniers séance après séance. Ce suivi s’effectue à l’aide d’informations objectives et quantifiables sur les fonctions motrices des membres supérieurs collectées par des objets instrumentés de capteurs. Sur la base de l’état de l’art et des résultats d’une étude observationnelle réalisée auprès de quatorze professionnels de santé, nous avons développé cinq objets de rééducation instrumentés pour le suivi des fonctions motrices de la main et du bras et des activités de la vie quotidienne qui se matérialisent par : (i) un osselet qui collecte des informations sur la dextérité manuelle (position et pression des doigts, orientation, mouvements irréguliers, tremblements), (ii) un cube qui collecte des informations sur la préhension globale de la main (pression globale des doigts, orientation, mouvements irréguliers et tremblements), (iii) un bracelet connecté du commerce qui collecte des informations sur les fonctions motrices du bras (mouvements du bras, mouvements irréguliers et tremblements), (iv) un vêtement instrumenté qui mesure l’angle de flexion du coude et (v) un verre qui collecte des informations sur les fonctions motrices du bras et de la main lors de séquences d’actions complexes (niveau de liquide, orientation, position sur une cible, pression des doigts et tremblements) et qui permet de reconnaître les activités de la vie quotidienne boire, s’asseoir, se lever, marcher, monter et descendre des escaliers. Nous avons conduit une étude expérimentale auprès de quatorze professionnels de santé afin d'explorer l'ensemble des fonctionnalités ainsi que le design des objets afin de récolter des retours sur de possibles améliorations. Les résultats de cette étude nous ont permis s’assurer de la validité des fonctionnalités et de développer des interfaces de visualisation visant à afficher les données de manière simple, rapide et facile à interpréter. Nous avons mené une étude auprès de six professionnels de santé afin de valider le développement de ces interfaces. Les résultats indiquent que les choix de conception de ces interfaces de visualisation sont pertinents. Enfin, nous avons mené une étude expérimentale d’utilisabilité et d’acceptabilité auprès de neuf patients victimes d’AVC. Les résultats indiquent que les critères d’efficacité et de satisfaction de l’utilisabilité sont respectés. De plus, les patients ont jugé les objets faciles à utiliser et sont volontaires pour les utiliser pendant les séances de rééducation et à domicile afin d’adapter leur programme de rééducation en fonction de leurs progrès. / As the population ages, stroke is one of the major health problems affecting 15 million people worldwide each year. After a stroke, many motor and sensory disorders, which have a direct impact on activities of daily living (ADL), can appear as lack of coordination, spasticity or tremors. In order to restore their motor and sensory abilities as much as possible, patients must undergo a long and costly rehabilitation process. In addition, patient monitoring and evaluation is based on visual observations. Little or no objective and quantifiable information on the execution of exercises is collected during rehabilitation sessions. Thus, potentially crucial information on patients' motor abilities is not measured. Many rehabilitation and monitoring platforms have been developed to collect objective information using virtual reality, augmented, interactive screens or portable devices. However, these platforms may have cost, portability and usability constraints.The objective of this thesis is to propose tools to improve the accompaniment of patients during the process of functional rehabilitation by offering health professionals a more representative follow-up of the state of health of these, session after session. This monitoring is carried out using objective and quantifiable information on the motor functions of the upper limbs collected by objects instrumented with sensor. On the basis of the state of the art and the results of an observational study conducted with fourteen health professionals, we developed five instrumented rehabilitation objects for monitoring the motor functions of the hand and arm and the activities of daily life that are materialized by: (i) a jack that collects information on manual dexterity (finger position and pressure, orientation, irregular movements, tremors), (ii) a cube that collects information on overall hand grip (overall finger pressure, orientation, irregular movements and tremors), (iii) a commercially available connected watch that collects information on arm motor functions (arm movements), (iv) an instrumented garment that measures the bending angle of the elbow and (v) a cup that collects information on the motor functions of the arm and hand during complex action sequences (fluid level, orientation, position on a target, finger pressure and tremors) and allows the recognition of activities of daily living such as drinking, sitting, standing, walking, climbing and descending stairs. We conducted an experimental study with fourteen healthcare professionals to explore the functionalities and the design of the objects in order to gather feedback on possible improvements. The results of this study allowed us to tighten the measurement perimeter and make the objects more functional. This study also allowed us to develop visualization interfaces to display data in a simple, fast and easy to interpret manner. We conducted a study with six healthcare professionals to validate the development of these interfaces. The results indicate that the design choices of these visualization interfaces are relevant. Finally, we conducted an experimental usability and acceptability study in nine stroke patients. The results indicate that the efficiency and usability satisfaction criteria are met. The results show that patients found the objects easy to use and are willing to use them during rehabilitation sessions and at home to adapt their rehabilitation program according to their progress.

The structural behaviour of pavement structures is known to be affected by the traffic-related loading and by the ambient factors to which the structure is subjected. A new mechanistic-empirical (M-E) pavement design method is under development in Sweden with the main purpose to adequately predict pavement structural response and performance. An M-E design method for a flexible pavement means application of the principles of engineering mechanics to evaluate the response of pavement structure to traffic loading and much improved design methods to carry out distress prediction or how performance changes with time. This would ensure a fundamental understanding of how the pavement structure responds to a certain action or loading conditions.  The mechanistic-empirical approach is more flexible as it is able to adapt to new situations such as new pavement materials and loading situations. It is important to take into account the real loading and climatic conditions and predict the resulting changes in material properties and structural behaviour at the time of loading as well as in the long-term. New models are therefore required for the further development of pavement design method, and it needs to be validated through reliable data obtained through realistic measurements. In this licentiate thesis, the effects of the environmental factors and loading by heavy vehicles in pavements are investigated. The results of the study are based on environmental data from multiple locations in Sweden and on measurements from two instrumented road sections located near the village of Långträsk in the northern part of Sweden. Both roads consist of thin flexible pavements, the behaviour of which is highly dependent on the variation of the temperature of the asphalt layer, the moisture content in the unbound granular layers, and frost depth conditions. The licentiate report consists of three scientific publications.  Paper 1 presents a country-specific case study in which the frost penetration depth in various Swedish roads is predicted by a statistically derived empirical model that uses the air freezing index calculated from the air temperature as an input. The model correlation is based on meteorological data from 44 meteorological stations and pavement cross-sectional temperature distribution data from 49 road weather information system (RWIS) stations over all five climatic zones throughout all of Sweden. Paper 2 focuses on the response of an instrumented test section subjected to loading by falling weight deflectometer (FWD) and heavy vehicles. The mechanical response instrumentation consisted of asphalt strain gauges (ASG), strain measuring units (εMU), and soil pressure cells (SPC) installed at different locations in the structure. The layer stiffness values were obtained via backcalculation based on the FWD surface deflections bowls. The recorded values of the mechanical response were compared against calculated values by multilayer elastic theory (MLET) based software. Three different heavy vehicles weighing from ~64 tons to ~74 tons were compared in terms of damage caused to the pavement structure. It was found that if the number of axles was increased and dual tyres were used, longer heavier vehicles were not more destructive to the pavement structure than shorter vehicles with fewer axles and higher axial load and tyre pressure. In paper 3, the effect of the seasonal variation of the environmental factors on the behaviour of an instrumented road test section was investigated. The same loading configuration described in paper 2 was used on four different measurement campaigns in different seasons over the span of 1 year. The environmental variables were monitored throughout the year by asphalt thermocouples, a frost rod, and time-domain reflectometer (TDR) probes. The mechanical response sensors and the environmental sensors were found to be a reliable data collection method throughout the entire year. By comparing the recorded response values to the MLET calculated values, it was shown that it is possible to model the mechanical behaviour of pavement structures using linear-elastic MLET if the temperature variations in the asphalt layer and the moisture variations in the granular layers are taken into account. / Utvecklingen av det strukturella tillståndet av vägbyggnader är beroende av trafikmängd samt vägkonstruktionens omgivningsfaktorer. En mekanistisk-empiriskdimensioneringsmetod för vägkonstruktioner är under utveckling i Sverige med huvudsyftet att på realistiskt sätt kunna förutsäga vägens respons och tillståndsutveckling. En M-E dimensionering betyder att man applicerar mekanistiska grundprinciper för att bestämma vägkonstruktionens respons under trafikbelastning och tillämpar sedan överföringsfunktioner för att förutsäga nedbrytningsförloppet. Att använda en mekanistiskt baserad metod innebär att man får en grundläggande förståelse av hur vägkonstruktionen svarar på en specifik påverkan eller belastning. Detta mera realistiska tillvägagångsätt ger dessutom ökad flexibilitet och gör att metoden kan appliceras vid nya belastningsfall eller under nya klimatförhållanden. Det blir därför möjligt att ta hänsyn till det riktiga belastningsfallet under de rätta klimatförhållandena. Detta gör att nyamodeller för vägkonstruktionens respons behövs och att dessa måste valideras för realistiska trafikbelastningsfall. I denna licentiatavhandling undersöks hur omgivningsvariabler och trafikbelastning från tunga lastbilar påverkar vägkonstruktioner. Resultat från denna studie bygger på omgivningsdata från ett stort antal mätstationer i Sverige och från mätningar från två instrumenterade vägsträckor nära byn Långträski Norrland. Båda vägkonstruktionerna består av tunna vägöverbyggnader och därför är responsen starkt beroende av beläggningstemperaturen och fuktinnehållet i vägbyggnadens obundna lager samt frostdjupet.Rapporten bygger på tre publikationer.Första artikeln presenterar hur frostdjup i svenska vägar kan förutsägas utifrån en statistisk modell som använder ett frostindex beräknat från lufttemperaturen. Modellen bygger på en anpassning av data från 44 meteorologiska väderstationer och 49 av Trafikverkets väderinformationsstationer distribuerade över alla fem klimatzoner i Sverige. Den andra artikeln fokuserar på responsmätningar från en instrumenterad vägtestplats där både fallvikt samt tunga lastbilar har använts för lastgenerering. Den vägtekniska instrumenteringen bestod av asfalttöjningsgivare (ASG), trycktöjningsgivare (MU), och jordtyckceller (SPC) installerade på olika djup. Styvhet av de olika lagren bakberäknades baserat på data från fallviktsmätningarna. De registrerade värdena från de vägtekniska givarna jämfördes med desom beräknades med hjälp av beräkningsverktyget ERAPave. Tre lastbilar med den totala tyngden mellan ~64 –~74 ton användes sedan för att jämföra deras relativa nedbrytningseffekt. Slutsatsen är att om antal axlar ökas med ökad tyngdoch om parmonterade däck användes är nedbrytningseffekten från 74 ton lastbil inte större än från en lättare lastbil med färre axlar. I artikel tre fokuseras det på effekten av hur klimatfaktorer påverkar vägkonstruktionens respons. Samma lastbilar som iden andra artikeln användes under fyra mätkampanjer vid olika tidpunkter på året. Omgivningsparametrarna registrerades i form av beläggningstemperatur och fukt i de obundna lagren samt frostdjupet. Vägens mekaniska respons beräknades genom att uppdatera styvhetsmodulerna utifrån beläggningens temperatur och de obundna lagrens med fuktkvoter och jämföra med de uppmätta responsvärdena. Beräkningsmetodiken visar sig ge bra överensstämmelse med det om uppmättes.