Le tendon transmet les forces musculaires aux os et permet le mouvement. C'est un tissucomplexe et organisé, formé de cellules et d’une matrice extracellulaire (fibres collagènes,élastiques et substance fondamentale). Les fibres lui confèrent son élasticité et résistance et lasubstance fondamentale sa viscosité.La tendinopathie est souvent lié au sport, de morbidité élevée qui affecte laperformance des sportifs. Elle associe dégénérescence, douleur, rigidité et oedème local.L’imagerie quantifie et qualifie les changements morphologiques du tendon. L’homéostasietendineuse et sa physiopathologie restent peu connues, mais un changement des liaisons desfibrilles lors de la cicatrisation diminue sa résistance.L’objectif de l’étude est: mettre en place un modèle de tendinopathie chirurgicale chezla chèvre avec suivi clinique transposable (homme et cheval); développer un dispositifd’évaluation du comportement mécanique des tendons; et valider la chèvre comme modèleanimal pour l’étude de la tendinopathie. L’étude a été faite sur 84 jours avec un suivi cliniqueet échographique suivi d’un test de traction.La chèvre est un ongulé facile à héberger et manipuler. La technique chirurgicalepermet la résection de quelques fibres causant une lésion identifiable par échographie et dessymptômes cliniques. La grande variabilité du comportement mécanique ne se corrèle pas aupoids, morphologie des animaux ou section transversale du ses tendon, ce qui complique laréduction de l’effective. Notre modèle semble pouvoir être utilisé pour évaluer des traitementsde tendinopathies destinés à l’homme et/ou au cheval. Ce que n’exclue pas sondéveloppement pour renforcer sa pertinence / Tendons transmit muscles forces to bone and allow movement. It is a complexorganized tissue, composed by few cells and an extracellular matrix (collagen fibers, elasticfibers, and a ground substance. Fibers give to tendon its elastic characteristic and resistanceand ground substance its viscosity.Tendinopathy is a medical problem associated with sport, with a high morbidity whichaffects performance. It is an association of degeneration, pain, stiffness and local edema.Imaging can be used to quantify and qualify the changes in the morphology of the tendon.The tendon homeostasis and physiopathology remain poorly understood, but a change at theconnections of the fibrils, decreasing its strength.The purpose of this study is: development of surgical model of induced localtendinopathy in goats with clinical follow up transposable for humans and horses;development of a device to evaluate the mechanical properties of tendons, and demonstratethat the goat is a good experimental animal model for the study of tendinopathy. The studyhas been performed in 84 days with a clinical follow up, US imaging and tensile test.Goat is an ungulate easy to house and handle. The modified splitting allows easy andreproducible resection of some tendon fibers with an identifiable lesion in US imaging andclinical symptoms. The variability of mechanical behavior is not correlated with"macroscopic" aspects (weight, animal morphology or cross sectional area), thus reducing theeffective is difficult. However, our model appears in the state, can be used to evaluatetreatments for human and horse’s tendinopathy. The development of our model couldstrengthen its relevance.

Les enceintes de confinement sont sollicitées lors d'un accident grave par la modification thermodynamique du milieu interne qui génère une pression pouvant monter jusqu'à 5 bars, une température évaluée au maximum à 180 °C et une humidité relative pouvant aller jusqu'à la saturation. Au-delà de calculs réglementaires, la complexité de la sollicitation nécessite une bonne connaissance du comportement mécanique et thermique des matériaux et en particulier du béton dans la gamme de température et d'hygrométrie imposée afin d’être capable de mener les simulations numériques les plus réalistes possibles.Notre étude présente les évolutions des caractéristiques mécaniques et thermiques essentielles pour les simulations numériques d'un béton dans la plage de pression, température et humidité imposées lors d'un accident grave. Les essais mécanique et thermique sont réalisés sous chargement thermo-hydrique contrôlées. La température (T) est fixée à cinq valeurs cibles : 30, 90, 110, 140 et 160 °C. Les cinq degrés de saturation en eau liquide du béton (Sw) varient entre 36 % et 100 %. Les différents degrés de saturation en eau liquide des éprouvettes sont obtenus par le contrôle de l’humidité relative de l’ambiance entourant l’éprouvette pendant leur cure. L’essai DCT (Disk-shape Compact Tension) a été choisi pour déterminer l’évolution de l’énergie de fissuration, du module d'élasticité et de la résistance en traction en fonction de la température et de Sw, en raison de son caractère très compact favorable pour la mise en oeuvre des essais sous pression (essai au-delà de 100 °C). Les propriétés thermiques sont évaluées par la méthode de la Source Plane Transitoire (TPS). C’est une technique permettant de déterminer la conductivité thermique, la diffusivité thermique et d'en déduire la chaleur spécifique. L’évolution de la perméabilité relative à l’azote du béton en fonction de la température jusqu'à 90 °C et du degré de saturation en eau du béton a été évaluée également. Après avoir déterminé les propriétés thermiques et mécaniques du béton, une modélisation numérique a été réalisée afin de passer de l’échelle de laboratoire à l’échelle de la structure. Un couplage entre un modèle hydrique et un modèle d’endommagement a été réalisé. / In case of severe accident, confinement chambers are submitted to thermodynamic variations of their internal environment. Pressures can increase up to 5 bars, temperature reaches 140 °C and relative humidity attains saturation. Beyond regulatory calculations, the complexity of the solicitation needs a good knowledge of the thermo-mechanical behaviour of concrete under the imposed conditions of temperature and relative humidity. This, in turns allows to develop numerical simulations as realistic as possible. The present study investigates the evolution of the mechanical and thermal characteristics of concrete. These properties are essential to develop numerical computations under the levels of pressure, temperature and relative humidity imposed during a severe accident. Mechanical and thermal tests are carried out under controlled hydro-thermal conditions. Temperature (T) is fixed at five target values: 30, 90, 110, 140 and 160 °C. Five levels of degree of saturation (Sw) range from 36 % to 100 %. The different target values of degree of saturation are attained by controlling relative humidity in the surrounding environment of the specimens during curing. DCT (Disk-shape Compact tension) tests was chosen to determine the dependence of the fracture energy, elastic modulus and traction resistance on temperature and degree of saturation of concrete because of its compact shape that is more suitable for testing under pressure (temperature above 100°C). Thermal properties are determined by means of the Transient Plane Source (TPS) method. This technique allows to determine thermal conductivity, thermal diffusivity and hence to deduct specific heat. The dependence of the permeability to liquid nitrogen on temperature up to 90 °C and on the degree of saturation was also analysed. After determining thermal and mechanical properties of concrete, numerical simulations have been developed in order to pass from laboratory scale to the structure scale. A coupled hydro-mechanical model and a damage model are proposed.

De nombreux gestes médicaux utilisent des aiguilles. Il est proposé une solution de principe pour contrôler la trajectoire d’une aiguille lors son insertion. Ce contrôle de trajectoire permet d’éviter des obstacles et atteindre une cible avec plus de précision. La solution de principe proposée repose sur l’utilisation des alliages à mémoires de forme de type Nickel-Titane (NiTi) et des traitements thermiques localisés. Une méthode expérimentale originale pour caractériser les alliages NiTi est développée. Cette méthode repose sur l’utilisation d’un dispositif expérimental permettant de faire des mesures et analyses mécaniques dynamiques (DMA) lors d’un essai de traction ou au cours d’un balayage en température sous contrainte. Ces mesures DMA ont permis de détecter les nombreux phénomènes présents dans ces alliages : élasticité, transformation de phase, réorientation,localisation, plasticité. Les résultats des mesures effectuées sur un fil commercial de NiTi sont présentés et analysés. L’analyse de l’évolution du module de conservation a permis de mettre en évidence les différentes séquences de transformation et de définir les domaines d’existence des phases en fonction de la contrainte et de la température. Des valeurs de modules d’élasticité de l’austénite, de la martensite et de la phase R sont proposées. Enfin,des modèles d’évolution du module de conservation lors d’un essai de traction et d’un balayage en température sous contrainte sont proposés. Une dernière partie concerne l’étude des effets des traitements thermiques sur un fil NiTi étiré à froid. Une gamme de traitements thermiques a été réalisée sur un fil NiTi. Les propriétés thermomécaniques ont été investiguées à la fois par des essais de traction isothermes et des mesures DMA en balayage en température sous contrainte. / Many medical procedures use needles. A solution is proposed to control and modifyneedle trajectory during its insertion. This steerable needle must be able to avoid anobstacle and reach the target with more accuracy. The solution uses Nickel Titanium(NiTi) shape memory alloy. A new experimental method is proposed to characterize NiTiwires. This method is based on experimental device wich allows to perform DynamicMechanical Analysis (DMA) during a tensile test or during a temperature sweep understress. DMA measurements can detect many phenomena : elasticity, phase transformation,reorientation, plasticity. Results for a commercial NiTi wire are presented and analyzed.Storage modulus evolution analysis shows multistage phase transformations for which thestress-temperature diagram has been established. Values of elastic modulus are determinedfor austenite, martensite and R phase. Estimation models are proposed to determinestorage modulus evolution during tensile test with DMA and temperature sweep understress with DMA. The last part of this work studies the effect of heat treatment on acold worked Niti wire. A range of heat treatments was performed. Thermomechanicaltreatment effects were investigated both with tensile tests and temperature sweeps understress with DMA.

Avec l'intégration de circuits intégrés de plus en plus denses, le besoin d'outils de caractérisation adaptés à ces échelles se fait ressentir. Identifier et analyser les problèmes de fiabilité survenant dans ces structures à des dimensions inférieures à 100 nm demande la mise au point d'instruments innovants. Ce travail de thèse a consisté dans un premier temps à développer un appareil à champs proches sensible aux propriétés mécaniques de surface, et dans un second temps à analyser les résultats expérimentaux en s'appuyant sur des approches analytiques et/ou numériques. Désigné sous le nom de microscope à force atomique à résonance de contact (CR-AFM), cet appareil est sensible à la rigidité effective de films minces sur substrat, ce qui lui permet de cartographier la rigidité mécanique de films minces. Nous avons mené un important travail de développement instrumental afin d'obtenir des résultats expérimentaux répétables et fiables, condition indispensable à une analyse quantitative. Puis nous avons utilisé le CR-AFM sur divers échantillons : empilements modèles (films de silice sur silicium, avec épaisseurs variables de silice), films de silice avec porosité variable, structures damascènes d'interconnexion cuivre,… Des images traduisant les variations d'élasticité de surface ont ainsi pu être construites. Pour quantifier ces variations, nous avons analysé nos résultats à l'aide de différents modèles (approches analytiques et numériques). Des simulations par éléments finis ont été réalisées pour étayer ces résultats. / The reduction of feature size in integrated circuits has raised an increasing need for characterization tools displaying small-scale resolution. Reliability issues taking place in these structures with dimensions below 100 nm require the development of innovative instruments. This thesis has first focused on the development of near field apparatus displaying sensitivity to surface mechanical properties. Afterwards analytical and numerical modelings have been developed to analyze the obtained experimental data. Known as contact resonance atomic force microscope (CR-AFM), this apparatus is sensitive to the effective stiffness of thin film on substrate, allowing the mapping of the mechanical stiffness. A significant work on the apparatus setting-up and procedure has been done to obtain repeatable and reliable experimental data, which is a prerequisite for quantitative analysis. Then CR-AFM experiments have been done on various samples: model stacks (silica thin films on silicon with varying silica thickness), silica films with tuned porosity, Damascene copper interconnect structures,… The mapping of elastic stiffness of such samples has been built-up. In order to quantify these contrasts, our experimental results have been analyzed through different models (analytical and numerical). Finite element simulations were also performed to support these results.

La problématique initiale part du constat que les échecs d’implants sont souvent causés par une inadéquation entre les propriétés élastiques de l’os et celles de l’implant. Aujourd’hui, ce problème de biocompatibilité mécanique suscite un intérêt croissant et a conduit au développement d’alliages de titane β-métastables qui possèdent un module d’élasticité faible, moitié moindre que celui de l’alliage Ti-6Al-4V classiquement utilisé dans les applications d’implantologie. De plus, les structures architecturées ou treillis font, elles aussi, l’objet d’intenses recherches dans le but de réduire le module d’élasticité et de maximiser la résistance. Leur mise en forme, avec une maîtrise précise de l’architecture, est possible grâce à la fabrication additive et les nombreuses possibilités qu’elle offre : liberté de design, gain matière, pièces complexes, customisation de masse... Ce travail de thèse porte sur la mise en œuvre de l’alliage de titane à bas module d’élasticité Ti-26Nb(%at.) par la technologie de fusion laser sur lit de poudres. Une stratégie d’élaboration in situ de ces alliages à partir de poudres élémentaires de Ti et de Nb est explorée, à la fois pour permettre d’éventuels ajustements de composition, et pour pallier au manque de disponibilité des alliages de titane sous forme de poudres. La démarche est réalisée avec deux morphologies de poudre, irrégulière et sphérique. Les effets des nombreux paramètres de ce procédé (puissance du laser, vitesse et stratégie de balayage...) sur l’homogénéité et la porosité des pièces élaborées sont quantifiés. Un alliage homogène peut être obtenu sous réserve de l’utilisation d’une densité d’énergie adaptée et d’une granulométrie de poudre tenant compte des températures de fusion respectives des éléments. La caractérisation de la microstructure met en évidence une texture marquée, dépendante de la stratégie de balayage. Les pièces élaborées présentent un bas module d’élasticité associé à une résistance mécanique élevée, avec une déformation élastique favorable par rapport à un alliage de référence coulé. Par ailleurs, un algorithme d’optimisation est développé et permet de contrôler les propriétés mécaniques d’une structure architecturée à partir de ses paramètres géométriques (rayon, longueur et orientation des poutres). La combinaison de cet alliage de titane à bas module d’élasticité et d’une structure architecturée développée à partir ce cet algorithme a été appliqué à une prothèse totale de hanche, qui a fait l’objet de simulations par éléments finis. L’évaluation du phénomène de stress-shielding montre que, comparativement à un modèle massif plus rigide, ce type de prothèse permet de réduire de façon significative la déviation des contraintes. En se rapprochant du modèle dit physiologique, cette prothèse peut être qualifiée de « biomimétique » sur le plan du comportement mécanique / The initial problematic arises from the fact that implant failure is often caused by a mismatch between the elastic properties of the bone and those of the implant. Nowadays, an increasing interest is given to this mechanical biocompatibility and led to the development of β-metastable titanium alloys that possess low Young’s modulus, about half that of the conventionally used Ti-6Al-4V alloy. Moreover, lattice structures are currently being the subject of many investigations with the aim of achieving low Young’s modulus and high strength. Their fabrication, with accurate control over the architecture, is made possible thanks to additive manufacturing processes and the several possibilities they offer: design freedom, reduced material usage rate, complex shapes, mass customisation... The present work focuses on the implementation of low modulus titanium alloy Ti-26Nb(at.%) by the means of selective laser melting. An in situ elaboration strategy, based on a mixture of elemental powders, is explored in order to allow potential composition adjustments and to overcome the unavailability of titanium alloy powders. The approach is carried out using two distinct powder morphologies, spherical and irregular. The effects of the numerous parameters of the process (laser power, speed, scanning strategy...) on homogeneity and porosity of the manufactured parts is quantified. A homogeneous alloy can be obtained subject to the use of suitable energy density levels and powder size distributions that take into account the respective fusion temperatures of both elements. Microstructure characterisation highlights a pronounced texture resulting from the scanning strategy. The elaborated samples display a low Young’s modulus associated with a high strength, and hence a favourable strength to elastic modulus ratio compared to the reference cast alloy. Furthermore, an optimization algorithm is developed and allows controlling the mechanical properties of a lattice structure with its geometrical parameters (radius, length and orientation of struts). The combined use of this low Young’s modulus titanium alloy with a lattice structure developed through this algorithm was applied to the design of a total hip prosthesis that was subjected to finite element simulations. Stress-shielding evaluation shows that, compared to a solid design, this kind of prosthesis permits to reduce stress-shielding significantly. By getting closer to a physiological model, this prosthesis can be qualified as “biomimetic” in terms of mechanical behaviour

La phase sigma peut servir de prototype de phases topologiquement compactes, car la phase sigma possède une large gamme d'homogénéité et il existe de nombreuses données expérimentales disponibles pour la phase sigma. Dans le présent travail, les propriétés physiques, comprenant l'ordre atomique, le volume molaire, l'enthalpie de formation et le module d’élasticité isostatique, de la phase sigma binaire ont été étudiées en utilisant les calculs de premiers principes et la méthode CALPHAD combinée aux données expérimentales de la littérature.Tout d'abord, nous avons constaté que l'ordre atomique (c'est-à-dire la distribution du constituant atomique ou la préférence d'occupation du site sur les sites non équivalents d'une structure cristalline) de la phase sigma est affecté par le facteur de taille et la configuration électronique des éléments constitutifs. En outre, nous avons dissocié les effets de ces facteurs d'influence sur l'ordre atomique. Ensuite, nous avons mis en évidence un effet de l'ordre atomique sur l'enthalpie de formation, le module d’élasticité isostatique et le volume molaire. A l'état ordonné à 0K, la phase sigma a une faible enthalpie de formation et un grand module d’élasticité isostatique. L'influence de l'ordre atomique sur le volume molaire de la phase sigma dépend de la configuration électronique des deux éléments constitutifs. Par ailleurs, la base de données des volumes molaires des phases sigma binaires a été construite, ce qui devrait grandement faciliter la conception du matériau. Enfin, nous avons discuté de la prédiction de l'occupation du site de la phase sigma en utilisant la méthode CALPHAD combinée aux calculs de premiers principes. / The sigma phase can serve as a prototype of topologically close-packed (TCP) phases, as the sigma phase bears a broad homogeneity range and there are numerous experimental data available for the sigma phase. In the present work, physical properties, including atomic order, molar volume, enthalpy of formation and bulk modulus, of the binary sigma phase were investigated by using first principles calculations and CALPHAD method combining with the experimental data from the literature. Firstly, we found that the atomic order (i.e. atomic constituent distribution or site occupancy preference on nonequivalent sites of a crystal structure) of the sigma phase is affected by the size factor and electron configuration of the constituent elements. Furthermore, we have dissociated the effect of the individual influencing factor on atomic order. Secondly, the atomic order is found affecting physical properties, such as enthalpy of formation, bulk modulus and molar volume. When in the ordered state at 0K, the sigma phase shows a low enthalpy of formation and a large bulk modulus. The influence of atomic order on the molar volume of the sigma phase depends on the electron configuration of the two constituent elements. Thirdly, the molar volume database of the binary sigma phase has been built up within the CALPHAD framework, which can greatly facilitate material design. Finally, we tentatively discussed the site occupancy prediction of the sigma phase by using the CALPHAD method combined with first-principles calculations.

Ce mémoire présente l’évaluation du remodelage osseux autour des composantes acétabulaires non cimentées press-fit d’une arthroplastie de resurfaçage (RH) et d’une prothèse totale de hanche (PTH) après un minimum de 21 mois d’implantation. Nous avons mesuré par l’absorptiométrie à rayons X en double énergie (DEXA) la densité minérale osseuse (DMO) supra acétabulaire chez 60 patients (44 RH, 16 PTH). Aucune différence significative de la moyenne des DMO au niveau de la zone globale et de la zone centrale de l’acétabulum n’a été trouvée entre la hanche opérée et la hanche controlatérale, dans les deux groupes de traitement. Cependant, la DMO des zones corticospongieuses médiale et latérale est plus élevée du côté opéré par rapport au côté non opéré avec la cupule en chrome cobalt de la RH; (p=0,014 et 0,031 respectivement). Alors que pour la PTH avec une cupule en titane, la différence de la DMO au niveau de ces zones n’est pas significative; (p=0,130 et 0,733). Ces données semblent démontrer qu’avec des cupules plus rigides, il y a transfert des contraintes de charges vers la périphérie corticale. C’est la première étude à évaluer le remodelage osseux péri acétabulaire avec un RH. Cela montre que la DMO est relativement préservée et que le transfert des contraintes vers la périphérie peut être favorable au maintien de la stabilité de l’implant primaire et aux éventuelles révisions de la cupule press-fit du RH. / We undertook a retrospective study to evaluate bone remodeling around two uncemented press-fit acetabular components: (1. Hip resurfacing (HR) and 2. total hip replacement (THR)) at a minimum of 21 months after implantation. We measured by DEXA (Dual energy X ray absorptiometry) the bone mineral density (BMD) in the supra acetabular area in 60 patients (44 HR, 16 THR). We found no significant difference in the average BMD of the global zone and central zone of the acetabulum between the operated hip and the opposite non-operated hip in both treatment groups. However, the BMD of the medial and lateral cortico-cancellous areas on the side of surgery was significantly higher compared to non-operated side in HR group with the cobalt chrome cup; (p=0,014 and 0,031 respectively) As for THR with a titanium cup, we found no significant difference in BMD at these areas (p=0,130 and 0,733). These data show that with more rigid cups, there seems to be greater load transfer to the periphery of the acetabulum without significant stress shielding. This is the first study to assess peri-acetabular bone remodeling with HR. We showed that BMD is relatively preserved. Stress transfer to the periphery may be beneficial in maintaining the stability of the primary implant while conserving bone stock for possible revisions of the press-fit cup of the HR.

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