Thèse de doctorat : Mécanique et Energétique : Nancy 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Une séance de téléréadaptation consiste à mettre en interaction une personne sous traitement dans son lieu de résidence avec un professionnel dans une clinique, via Internet, dans le but de mener à distance une consultation ou un traitement. Un exemple typique de séances de téléréadaptation implique la tenue d'exercices sur vélo stationnaire, accompagnés entre autres de la mesure de signes vitaux. Actuellement, le système utilisé par l'équipe de recherche en téléréadaptation de l'Université de Sherbrooke mesure seulement le rythme cardiaque ainsi que la saturation d'oxygène du patient. Pour que les cliniciens puissent avoir plus d'informations sur l'activité de la personne et donc pouvoir mieux adapter leurs consignes lors des séances, il faut que des informations supplémentaires soient ajoutées, telles que le rythme respiratoire, l'échelle de Borg, la vitesse et le niveau de résistance sélectionné lors de séances sur un vélo stationnaire. Ce projet de maîtrise porte sur une de ces mesures, soit celle du rythme respiratoire sans contact. La détection sans contact est moins gênante pour le patient, non biaisée et ne demande pas le port d'un capteur supplémentaire. L'objectif principal du projet est de développer une technique de mesure du rythme respiratoire sans contact utilisant une caméra thermique pan-tilt montée sur un trépied et placée devant le vélo stationnaire. Le système doit être capable de suivre la région bouche-nez d'une personne en temps réel lorsqu'elle est en mouvement grâce à un algorithme de suivi traitant une séquence d'images. La première étape a consisté à passer en revue les techniques envisageables pour mesurer le rythme respiratoire. Ensuite, il a été nécessaire de sélectionner une technique de mesure sans contact, de l'implémenter, de la rendre robuste aux mouvements, et de la tester en conditions réelles. Enfin, les performances du système développé ont été évaluées en comparant ce dernier avec une mesure provenant d'une ceinture respiratoire. Les résultats démontrent que le système fonctionne en temps réel lorsque le patient déplace ou effectue des rotations de sa tête sur le vélo stationnaire. Des recommandations sont faites pour minimiser les limitations du système, par exemple en cas de présence de personnes dans l'arrière-plan ou lorsque le patient parle. Le système réalisé est maintenant prêt pour être déployé lors de sessions de téléréadaptation à domicile afin de vérifier l'acceptabilité et la facilité d'utilisation du système.

Certains matériaux isolants allient performances thermiques et tenue mécanique. Ces deux propriétés sont antinomiques et un compromis est obtenu en modifiant, sur ligne de production, la structure du matériau par un procédé de crêpage. Le but de cette étude est la compréhension des relations entre les paramètres de crêpage et les propriétés mécaniques du produit fini. Plusieurs approches ont été étudiées :<br />- Une analyse du procédé de crêpage à partir de vidéos numériques permettant de déterminer localement les champs de taux de déformations au sein de la crêpeuse et de quantifier la cinématique d'une crêpeuse.<br />- Une analyse du produit fini : à partir de photos de produit texturé, un outil de détermination de l'anisotropie locale a été mis en place. Cette anisotropie est liée aux performances mécaniques du produit. Cette interaction a été mise en évidence expérimentalement et une modélisation du comportement mécanique élastique anisotrope du matériau étudié a été proposée.

L'objectif des travaux présentés dans cette thèse est le développement d'un système d'imagerie ultrasonore fonctionnant dans l'air pour la mesure sans contact des mouvements vibratoires en surface du corps humain. L'étude des vibrations en surface de la peau ouvre plusieurs champs d'application. L'observation de la vitesse d'une onde de surface sur la peau à partir du film de propagation permet de caractériser l'élasticité de la couche superficielle ainsi que ses hétérogénéités. A partir de cette analyse, il est possible de détecter des objets cachés sur ou sous la peau, dans un objectif de sécurité. Une seconde application est l'observation des vibrations de surface engendrées par le battement cardiaque, la respiration et l'onde de pouls. La réalisation d'un premier dispositif monovoie a permis la mesure locale de vibrations de l'ordre de la dizaine de microns. A partir de ces premiers travaux, nous avons construit un imageur ultrasonore 2D dans l'air à haute cadence d'imagerie. Il est constitué d'un réseau carré de 256 microphones et de 12 émetteurs. La principale nouveauté de notre approche repose sur l'imagerie d'une surface spéculaire. En effet, la rugosité de la peau est négligeable comparée aux longueurs d'onde de travail, de l'ordre du centimètre pour limiter l'atténuation dans l'air. Pour répondre à cette contrainte, l'imagerie est réalisée à partir de la formation de voies émission/réception par synthèse d'ouverture en utilisant une émission séquentielle d'ondes sphériques. Après caractérisation du système, nous avons imagé la propagation d'une onde de surface sur un fantôme mimant le corps humain et l'interférence de cette onde avec un objet étranger. Une seconde version de l'imageur 2D, constituée de 36 émetteurs, a permis la mesure de la déformation du thorax lors du battement cardiaque ainsi que la propagation de l'onde de pouls au niveau de la carotide. / The aim of the work presented in this dissertation is to develop an airborne ultrasonic system for the contactless measurement of vibrations on the human body surface. The vibration study of the skin surface opens several application fields. The visualization of the surface wave velocity on the skin from the propagation movie allows to characterize the superficial layer elasticity as well as its heterogeneities. From this analysis, objects hidden on or under the skin can be detected for a security purpose. A second application is the observation of the surface vibrations generated by the heartbeat, respiration and pulse wave.The implementation of a first single-channel device allowed the local measurement of vibrations about ten microns order. From this initial work, we developed a 2D airborne ultrasonic imager with high frame rate. It is composed by a 256 microphones square array and by 12 piezoelectric transducers. The main innovation of our approach is the specular surface imaging. Indeed, the skin roughness is negligible compared to the working wavelength, of the centimeter order to limit the air attenuation. To resolve this issue, the imaging process is carried out with an emission/reception beamforming using synthetic aperture and achieved by a sequential emission of spherical waves.After the system characterization, we imaged the surface wave propagation on a phantom mimicking the human body and the interference between this wave and a foreign object. A second version of the 2D imager, composed by 36 emitters, was applied to measure the deformation of the thorax during the heartbeat as well as the pulse wave propagation in the carotid artery.

L'étude proposée porte sur l'adaptation d'une méthode de mesure optique à lamesure de la topologie d'objet de grandes dimensions et à une distance de travail proche. Laméthode optique utilisée est la projection de franges car elle permet l'étude de grands objets.Dans un premier temps, des essais expérimentaux ont été réalisés pour évaluer l'exactitudedu développement actuel ; ce dernier utilisant une analyse de franges s'appuyant sur lacombinaison d'une méthode quasi-hétérodyne utilisant une transformation de Fourier etd'une méthode de code gray.Après avoir quantifié les erreurs et déterminé leurs sources, le choix dudéveloppement d'une procédure d'étalonnage et de nouvelles équations associées à cetteprocédure se sont imposés. Le nouvel étalonnage est quant à lui basé sur une interpolationpolynomiale de points définissant un volume de grandes dimensions. Un objet étalon a étéspécialement conçu pour cette procédure de calibration. Pour évaluer l'erreur du à lacalibration, une étude systématique de cas de polynômes dont le plus haut degré varie de 1à 4 a été effectué. Cette approche a permis de déterminer le degré optimal du polynôme àutiliser. Dans le meilleur cas, l'estimation de l'erreur a permis d'évaluer la précision del'étalonnage à 1 mm sur un objet de 2 m évalué à une distance de 2 m.La méthode a été par la suite appliquée, dans un cadre industriel à l'étude deflotteurs et dans un cadre médical à l'étude du relief de la paroi abdominale. D'un point devue médical, cette méthode permet d'obtenir rapidement et facilement la morphologie ducorps humain. Elle permet aussi d'effectuer un meilleur suivi des pathologiesmorphologiques des patients. / The proposed study deals with the adaptation of an optical method to themeasurement of large objects at a low working distance. The optical method used is thefringe projection technique allowing the study of large objects. At first, experimental trials hasbeen used to evaluate the accuracy of the actual development combining the phase shiftingmethod using a Fourier transform and the gray code technique.When the errors have been quantified and their origins determined, the developmentof a calibration procedure and new associated equations have been chosen. The newcalibration is based on polynomial interpolation of points defining a volume of largedimensions. A tested object was designed specifically for this calibration procedure. Toestimate the calibration error, a systematic study of polynomials cases is performed. Thehighest degree of those cases varies from 1 to 4. This approach allows the determination theoptimal polynomial degree to be used. In the best case, the estimation of the error allows theevaluation of the calibration accuracy of about 1 mm for an object of 2 m large, measured ata distance of 2 m.The method has been subsequently applied, in an industrial setting, to the study offloats and in a medical setting to the study of the relief of the abdominal wall. From a medicalpoint of view, this method gives a rapid and easy access to the topology of human body. Itallows a better follow-up of the patient pathology.

Ce mémoire présente une étude des méthodes de calcul de la force engendrée par les champs magnétiques sur les matériaux linéaires en magnétostatique et se propose d'en comparer les performances sur les matériaux de faibles perméabilité. Les démonstrations de ces méthodes sont abordées et les hypothèses mises en évidence. Pour discriminer les formulations, courants équivalents, masses magnétiques équivalentes, tenseur de Maxwell, dérivée de l'énergie, une expérience et les mesures associées sont conçues par calcul de champ. Un matériau spécifique, de faible module d'élasticité est également synthétisé. Plongé dans un champ magnétique, un volume de test de ce matériau se déforme. Chaque formulation permet d'obtenir une répartition des contraintes sur le volume. Pour chaque répartition, la déformation du volume est calculée. Chaque déformation est comparée à celle qui est obtenue expérimentalement. Il apparaît que les méthodes énergétiques sont les plus précises.