RESUME : Le fauteuil roulant manuel (FRM), aide technique utilisée pour compenser des problèmes moteurs, asseoit le patient et induit l'utilisation des bras comme membres moteurs. Cette fonction est non naturelle et occasionne souvent des pathologies spécifiques. L'objectif de ce travail de thèse est d'apporter une contribution scientifique à l'étude de la biomécanique de propulsion en FRM en fournissant des outils de quantification. Ces outils sont une modélisation mécanique des efforts de propulsion, le développement d'un système d'analyse cinématique et la conception d'un FRM instrumenté de terrain, nommé CERAHFIT. Nous avons montré par exemple que le paramètre de résistance au roulement est primordial pour obtenir des modélisations mécaniques réalistes. Notre système d'analyse du mouvement est constitué d'une acquisition vidéo classique associée à un mannequin numérique calqué sur le sujet filmé pour reconstruire son mouvement en trois dimensions. Ce système peut être complété par les acquisitions de CERAHFIT qui permettent de mesurer les efforts au niveau du système de soutien du corps et au niveau des mains-courantes. La prochaine étape sera des acquisitions avec sujets pathologiques dans le but d'obtenir des informations objectives pour conseiller sur les réglages d'un FRM et sa conception.

L'objet de cette thèse est de proposer une méthode de calcul de la puissance mécanique développée par les utilisateurs de fauteuil roulant manuel (FRM) pour se déplacer sur le terrain. Cette méthode est basée sur un modèle mécanique 3D intégrant la cinématique des segments du Sujet et des éléments du FRM, et les efforts exercés par le Sujet sur le FRM. La vérification expérimentale de ce modèle a nécessité l'utilisation simultanée d'un système vidéographique 3D et d'un fauteuil roulant instrumenté (FRET-1) permettant la mesure des efforts appliqués par le Sujet sur le siège et sur les mains courantes du FRET-1 au cours d'un déplacement en ligne droite sur le plat. Les paramètres de résistance au roulement ont été calculés ainsi que la puissance dissipée par ces résistances. La puissance cinétique et la puissance du poids du système {Sujet + FRM} ont également été calculées puis utilisées pour calculer la puissance mécanique interne du système {Sujet + FRM}. La méthode présentée dans cette thèse ouvre des perspectives intéressantes en termes d'évaluation des capacités physiques des utilisateurs de FRM, d'optimisation des techniques de propulsion et d'amélioration de l'accessibilité des lieux publics et privés.

Ce travail de thèse porte sur la modélisation numérique et l'analyse du cisaillement dans les milieux granulaires cohésifs. Dans le cadre de la méthode de la Dynamique des Contacts, nous avons développé un modèle de cohésion qui cherche à imiter la cohésion par cimentation. Ce modèle fait intervenir trois paramètres de résistance au niveau des contacts (une résistance à la traction, un coefficient de frottement de glissement, et un coefficient de frottement de roulement) ainsi qu'un critère de création et de rupture des liens cohésifs. Les contacts sont cohésifs au début des simulations et leur rupture entraîne la perte irréversible de la résistance à la traction. Nous avons fait varier les trois paramètres microscopiques et nous avons étudié leur influence dans la résistance au cisaillement, la dilatance, et la microstructure du milieu. Nos résultats montrent que le frottement interne et l'adhésion macroscopiques ont des origines microscopiques différentes. Nous observons aussi que la microstructure du milieu cisaillé à l'état stationnaire (aussi connu comme ``l'état critique") est fortement affectée par l'angle de frottement et la résistance au roulement au niveau des contacts. En particulier, le rôle mécanique du réseau faible change avec ces deux paramètres microscopiques, ce qui résulte de la formation d'une nouvelle structure de transmission de forces. D'autre part, nous avons appliqué cette méthode de simulation numérique à l'étude d'un processus naturel : les glissements de terrain. Nous avons développé une méthodologie qui tient compte de la morphologie initiale du système, de la résistance des géomatériaux, et d'un mécanisme de déclanchement, ce qui permet d'intégrer dans le même modèle les phases d'initiation et de propagation du glissement. Pour illustrer cette méthodologie, nous l'avons appliquée à la modélisation d'un exemple hypothétique d'avalanche déclenchée par la montée progressive du niveau d'une nappe d'eau.

Le secteur des transports représente 50% de la consommation mondiale en produits pétroliers. Une part significative de l'énergie est dissipée par le fonctionnement de la suspension et par la déformation du pneu. La texture de surface de chaussée et son interaction avec le pneu jouent un rôle certain dans cette dissipation d'énergie. Le travail présenté dans ce mémoire est consacré à la modélisation du contact entre un pneu et une chaussée en conditions de roulement dans le but d'évaluer la résistance au roulement. Le choc d'une sphère sur un demi-espace viscoélastique est d'abord étudié. Ensuite, le contact viscoélastique d'un objet roulant sur une surface lisse est modélisé avec une suspension attachant l'objet roulant à une masse qu'il supporte. Enfin, une méthode multipoint linéarisée est proposée pour l'étude du roulement sur une surface rugueuse sans suspension dans un premier temps, et avec suspension dans un second temps. La condition de roulement est introduite. Les surfaces rugueuses sont soit des surfaces composées d'aspérités sphériques, soit des surfaces de chaussées réelles. Les résultats numériques font apparaître une dissymétrie dans la distribution de pression de contact dans la direction du roulement. La force de résistance au roulement, définie comme le couple par rapport à l'axe de l'essieu divisé par le rayon de la roue, est calculée à partir de la distribution de pression. L'influence de différents paramètres sur cette force tels que la vitesse de roulement, la taille des aspérités ainsi que la raideur de la suspension est analysée / The transport accounts for about 50 percent of the fuel consumption. A significant proportion of energy is lost by the suspension and the deformation of the tyre. One of the important factors in the energy loss is the texture of the road and its interaction with the tyre. The present work deals with the numerical modelling of the contact between a tyre and a road in rolling conditions in order to evaluate the rolling resistance. First, the collision of a sphere and a viscoelastic halfspace is studied. Then the viscoelastic contact of a body rolling on an smooth surface is investigated with a suspension between a mass and the rolling body. Finally a linearised multipoint method is proposed for the study of the rolling contact on a rough surface first without suspension and then with a suspension. The rolling condition is introduced in the model. The rough surfaces are surfaces composed of spherical asperities or real road surfaces. Numerical results reveal an asymmetry in the distribution of the contact pressure in the rolling direction. The rolling resistance force, classically defined as the momentum opposing the rolling divided by the radius of the tyre, is calculated using the distribution of the contact pressure. The effects of different parameters on the rolling resistance force such as the rolling speed, the size of the asperities and the stiffness of the suspension are analysed

Le pneumatique est un élément essentiel pour la tenue de route, le confort et la sécurité d'un véhicule. Cependant, un sous-gonflage accentue les risques d'éclatement, provoque une usure rapide du pneumatique et augmente la consommation de carburant. Il est donc important de développer des systèmes de surveillance de la pression des pneumatiques (SSPP). Une première approche, dite "directe", consistant à utiliser des capteurs de pression s'avère onéreuse et peu fiable (possibilité de pannes). Les nouvelles générations de SSPP favorisent les méthodes "indirectes", sans capteur de pression. La surveillance est assurée à partir des grandeurs physiques liées à la pression. La baisse de la pression se traduit par une augmentation de la vitesse angulaire de la roue, un déplacement des modes vibratoires du véhicule, une diminution du rayon effectif de la roue et une augmentation de la résistance au roulement. L'approche basée sur la comparaison des vitesses angulaires des roues ne répond pas aux exigences concernant la chute de pression minimale que l'on doit détecter et le nombre de pneumatiques dégonflés détectables. Une solution fondée sur l'analyse spectrale des signaux de vitesses angulaires permet d'améliorer les performances mais présente un temps de convergence important. Le premier objectif de ce travail de thèse est donc de réduire le coût de calcul de ces algorithmes. Nous étudions dans le cadre de cette thèse la possibilité de se servir des modèles de la dynamique de la roue et du véhicule pour la mise en oeuvre d'observateurs de grandeurs qui dépendent de la pression. Le deuxième objectif de ce travail de thèse est de proposer des observateurs capables d'estimer conjointement le rayon effectif et la résistance au roulement des roues sans rajout de capteurs supplémentaires. Les travaux menés pendant cette thèse sont orientés vers des aspects méthodologiques et expérimentaux à travers la mise en oeuvre des méthodes et leur application à des données réelles.

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