Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 1996. / Bibliogr.: f. 152-156. Publié aussi en version électronique.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le ressort à lames est l'une des composantes principales d'une suspension mécanique de camions lourds. Le comportement dynamique du ressort à lames est très complexe. Cette recherche vise à développer un modèle numérique reflétant le comportement dynamique de différents types de ressorts à lames, soient oeillet-oeillet, oeillet-rouleau et rouleau-rouleau. Le comportement dynamique du ressort à lames possède un élément élastique et un élément d'hystérésis. Des essais sont effectués pour caractériser expérimentalement les ressorts à lames. Puis, un modèle hybride est développé pour représenter le comportement dynamique efficacement et à faibles coûts en combinant le modèle de Bouc-Wen et le modèle par éléments finis d'Adams Car. Le modèle de Bouc-Wen est non physique et modélise le comportement hysté- rétique du ressort à lames tandis que le modèle par éléments finis est physique et représente le mouvement vertical et longitudinal du ressort à lames suite à l'application d'une charge. / A leaf spring is the main component of the mechanical suspension on heavy trucks. The dynamic behavior of the leaf spring is very complex. This research aims to develop a numerical model that reflect the dynamic behavior of different types of leaf springs, such as: double-eye, eye-roller and roller-roller. Tests are performed to experimentally characterize the leaf springs. Then, a hybrid model is developped to represent the dynamic behavior efficiently and at low cost by combining the non-physical model of Bouc-Wen and the Adams Car finite element model. The Bouc-Wen model is non-physical and models the hysteresis behavior of the leaf spring while the finite element model is physical and represents the vertical and longitudinal movements of the leaf spring following the application of a load.

L'objectif de notre étude est de concevoir une gamme d'outils d'assistance qui puisse proposer la meilleure conception des ressorts directement à partir de l'expression des besoins. Une analyse de l'existant nous a conduit à définir les qualités que devraient posséder de tels outils pour couvrir les attentes du plus grand nombre de concepteurs, ainsi que celles des professionnels constructeurs de ressorts et ce dès la phase d'avant-projet. <br />Notre première contribution s'est traduite par la création d'un outil d'assistance pour la sélection d'un ressort de compression dans un catalogue. Cet outil propose non seulement le meilleur ressort de la base mais aussi le fonctionnement optimal associé. Trois méthodes de choix ont été élaborées pour classer les ressorts en fonction de l'objectif et des contraintes. Chacune permet d'apporter une réponse dans tous les cas de figure, notamment quand il n'existe pas de solution réalisable, le cahier des charges étant trop contraint.<br />Un deuxième outil a été proposé pour la synthèse dimensionnelle des ressorts de compression dits "sur mesure". Il gère les spécifications du cahier des charges, les normes de calcul ainsi que les contraintes de fabrication. L'optimisation a été confiée à une méthode déterministe intégrée au logiciel Excel. Notre préoccupation majeure dans cette partie a été de construire un algorithme préliminaire capable d'élaborer un point de départ de bonne qualité pour garantir la robustesse du processus.<br />Des outils équivalents ont été développés ensuite pour les ressorts de traction. Ces outils ont pu être validés par un fabricant de ressorts. Les ressorts de torsion conduisent à des problèmes plus complexes. Seule une ébauche des outils précédents a été réalisée pour les ressorts de torsion à branches tangentes. Les premiers résultats indiquent des pistes intéressantes pour les travaux à venir.

Ce travail de recherche porte sur le développement et la mise au point d'un récupérateur d'énergie vibratoire MEMS à transduction capacitive dédié aux applications biomédicales et plus particulièrement aux stimulateurs cardiaques sans sondes autonomes. Cette application impose une miniaturisation poussée (volume inférieur à 1 cm³), une puissance de sortie dans la gamme allant de 1 à 10 µW et une compatibilité vis-à-vis des systèmes d'Imagerie à Résonance Magnétique (IRM). Ces contraintes ainsi que l'effet de la gravité ont été pris en compte sur tout le flot de conception afin d'obtenir un dispositif innovant en technologie MEMS silicium capable de fournir une puissance de sortie suffisante quelle que soit son orientation une fois implanté. Afin de convertir efficacement les battements cardiaques ayant un spectre étendu (de 1 à 50 Hz) pour une amplitude d'accélération faible (inférieure à 1 g), le système emploie des bras de suspension ayant une raideur non-linéaire ce qui permet d'étendre notablement la bande passante effective du système. Cette non-linéarité est ici induite de manière originale en faisant en sorte que la forme initiale des bras de suspension soit une combinaison linéaire des modes de déformée propre d'une poutre doublement encastrée. Un soin particulier a été apporté afin de modéliser ceci dans le but de prédire la réponse mécanique du système quels que soient les stimuli imposés. Afin de réaliser les différents dispositifs de test, une technologie MEMS de type SOG (Silicon-On-Glass) a été développée. Cette technologie permet d'obtenir des structures en silicium monocristallin avec un fort rapport d'aspect tout en limitant le budget thermique et se montre donc compatible avec une éventuelle industrialisation. Ceci a été prouvé via la réalisation de multiples véhicules de test qui se sont montrés totalement fonctionnels. Ainsi la pertinence des modèles théoriques permettant de prédire le comportement non-linéaire des ressorts employés a été prouvée de manière expérimentale. De même, les récupérateurs d'énergie réalisés ont été testés en régime harmonique mais également via des stimuli cardiaques et ont montré une large bande passante avec une puissance de sortie équivalente à celle donnée dans l'état de l'art et ce, quelle que soit leur orientation par rapport à la gravité. / Present work addresses question of MEMS capacitive vibrational energy harvesting for biomedical applications, and notably for powering an autonomous leadless pacemaker system. Such an application imposes several critical requirements upon the energy harvesting system, notably the sufficient miniaturization (<1cm³), power output in range of 1-10 µW, compatibility with Magnetic Resonant Imaging (MRI). This work addresses a problematic of MEMS energy harvester design, simulation, fabrication and characterization fulfilling such a requirement. Moreover, a gravity effect is studied and taken into account in the conception of the device to ensure the power output at various orientations of the harvester. To attain a heartbeat frequencies (1-50 Hz) and acceleration amplitudes (<1g), the use of nonlinear springs is proposed. A nonlinear stiffness is implemented in original way of introducing a natural bending mode shapes in the initial beam form. A mechanical description of bending mode coupling along with its impact on a reaction force of the suspension springs is presented. An innovative clean room technology based on silicon-on-glass (SOG) wafers is developed for the fabrication of the innovative energy harvesters with high width-to-depth aspect ratio. A straightforward and rapid low-temperature process with the possibility of future industrialization is validated by multiple experimental realizations of miniaturized MEMS energy harvesters. Fabricated microsystems are tested mechanically and electrically. Proposed theoretical model of the curved beam is validated with reactive force measurements of the MEMS springs. Energy harvesting experiments are performed for both harmonic and heartbeat mechanical excitations, which demonstrate the large bandwidth in low frequencies domain and a sufficiently large state-of-the-art power output for envisaged application under different orientations with respect to the gravity.

Les traitements curatifs des cancers par irradiation avec des rayons ionisants tels que la radiothérapie conformationnelle et l'hadronthérapie sont plannifiés avec des marges d'erreur qui prennent en compte, entre autres, les statistiques de mouvements des tumeurs. <br /><br />En partenariat avec le Centre anticancéreux Léon Bérard de Lyon et dans le projet ETOILE, nous proposons de rechercher des modèles de simulations des objets déformables qui prendraient en considération, en plus de la géométrie issue directement de l'imagerie médicale, les paramètres physiologiques mesurés sur les patients afin de pouvoir garantir de meilleures marges d'erreur, dans le cas des tumeurs pulmonaires. <br /><br />Dans cette thèse, nous avons choisi de modéliser les poumons avec des systèmes masses-ressorts qui sont généralement utilisés dans le monde de l'animation pour le réalisme et la rapidité. <br />Pour rendre le système précis et directement paramétré par les données mécaniques du patient, nous nous sommes inspirés des travaux de Van Gelder qui introduit un contrôle par les caractéristiques rhéologiques d'un matériaux "2D" linéaire élastique homogène isotrope. <br />Cependant, après vérification et étude théorique de ce modèle, il est apparut que celui-ci bien que donnant des animations réalistes était erroné. <br />Nous avons donc entrepris une étude lagrangienne qui nous a permis de rendre ce modèle 2D rectangulaire, puis 3D à base de brique élémentaire cubique, paramétrable. <br />Nous avons d'autre part déterminer la robustesse de notre système à l'aide de tests d'étirement, gonflement, fléchissement et cisaillement et par comparaison à des tests effectués sur des modèles éléments finis. <br /><br />Cette thèse explique ainsi comment ce modèle paramétrable a été obtenu, et comment il pourra être relié avec les données physiologiques et dans quelle précision.

Les travaux réalisés pendant mon doctorat répondent à la problématique de la simulation physique, en temps interactif, du comportement d'objets déformables soumis à des changements topologiques. Mes travaux ont abouti à la définition d'un nouveau modèle unifié couplant un modèle topologique complet et un modèle physique, pour la simulation physique d'objets déformables décomposés en éléments surfaciques comme volumiques, tout en réalisant pendant cette simulation des changements topologiques comme la découpe ou la subdivision locale d'un élément du maillage. Cette dernière opération a permis de proposer une méthode adaptative où les éléments du maillage sont raffinés selon un critère géométrique au cours de la simulation. Nous avons fait le choix des cartes combinatoires et plus particulièrement celui des complexes cellulaires linéaires, comme modèle topologique de notre modèle unifié. Ils ont l'avantage d'être génériques par rapport à la dimension de l'objet représenté mais également par rapport à la topologie des cellules en lesquelles l'objet est décomposé. Le système masses-ressort a, quant à lui, été choisi comme modèle physique de notre modèle unifié. L'avantage de ce dernier réside dans la simplicité de ses équations, son implémentation intuitive, son interactivité et sa facilité à gérer les changements topologiques. Enfin, la définition d'un modèle unifié nous a permis de proposer un modèle évitant la redondance d'informations et facilitant la mise à jour de ces dernières suite à des changements topologiques / The work made during my PhD, respond to the problematic of physical simulation of the behavior of deformable objects subject to topological changes in interactive time. My work resulted in the definition of a new unified model coupling a complete topological model and a physical model for physical simulation of deformable objects decomposed in surface as volume elements, while performing during this simulation topological changes such as cutting or subdivision local of a mesh element. This operation allowed us to propose an adaptive method where mesh elements are refined during the simulation according to a geometric criterion. For the topological model of our unified model, we made the choice of combinatorial maps and more particularly linear cellular complexes. Their main advantage of the latter is the simplicity of its equations, its intuitive implementation, its interactivity and its ease to handle topological changes. Finally, the definition of a unified model allowed us to propose a model avoiding duplication of information and facilitate the update after topological changes

Ce travail de thèse porte sur la conception et la réalisation d'un nouveau concept d'interface tactile compacte, portable, légère, à faible coût et à haute résolution. Cette interface, dédiée aux personnes aveugles et malvoyantes, est à la base d'une nouvelle approche d'aide à la mobilité basée sur la substitution/suppléance visuo-tactile.<br /><br />En s'appuyant sur la psychophysiologie du sens du toucher associée à une technologie d'actionnement de type Alliages à Mémoire de Forme (AMF), un dispositif mécatronique a été conçu et réalisé pour générer, via le toucher, des sensations de contact à l'extrémité des doigts. Le prototype est constitué d'une matrice de 64 micro-actionneurs en AMF de 1,5 mm de diamètre offrant des courses maximales de 1,4 mm chacun. L'espacement entre les actionneurs est de 2,6 mm. Les efforts développés par chaque actionneur sont de l'ordre de 300 mN. Enfin, la bande passante maximale sans dégradation des performances est de 1,5 Hz. Le dispositif réalisé est compact et ne pèse que 200 g. Ses faibles dimensions (un cube de 8 cm de côté) le rendent facilement portable par l'utilisateur. L'interface est en mesure d'afficher un grand nombre d'informations binaires sur sa matrice 8 x 8. Par ailleurs, ses conceptions mécanique et électronique de commande peuvent être facilement redimensionnées pour un nombre supérieur d'actionneurs tout en conservant un faible coût. <br /><br />Des études psychophysiques conduites sur des sujets voyants montrent la pertinence de l'information transmise via l'interface et démontrent l'intérêt du dispositif réalisé pour l'assistance aux personnes aveugles et malvoyantes.

La présente thèse a pour but d'approfondir l'étude du geste dans le cadre de l'interaction Homme Machine. Il s'agit de créer de nouveaux paradigmes d'interaction qui offrent à l'utilisateur de plus amples possibilités d'expression basées sur le geste. Un des vecteurs d'expression du geste, très rarement traité en Interaction Homme Machine, qui lui confère sa coloration et son aspect, est ce que les théoriciens et praticiens de la danse appellent " les qualités de mouvement ". Nous mettons à profit des collaborations avec le domaine de la danse pour étudier la notion de qualités de mouvement et l'intégrer à des paradigmes d'interaction gestuelle. Notre travail analyse les apports de l'intégration des qualités de mouvement comme modalité d'interaction, fournit les outils propices à l'élaboration de cette intégration (en termes de méthodes d'analyse, de visualisation et de contrôle gestuel), en développe et évalue certaines techniques d'interaction.Les contributions de la thèse se situent d'abord dans la formalisation de la notion de qualités de mouvement et l'évaluation de son intégration dans un dispositif interactif en termes d'expérience utilisateur. Sur le plan de la visualisation des qualités de mouvement, les travaux menés pendant la thèse ont permis de démontrer que les modèles physiques masses-ressorts offrent de grandes possibilités de simulation de comportements dynamiques et de contrôle en temps réel. Sur le plan de l'analyse, la thèse a permis de développer des approches novatrices de reconnaissance automatique des qualités de mouvement de l'utilisateur. Enfin, à partir des approches d'analyse et de visualisation des qualités de mouvement, la thèse a donné lieu à l'implémentation d'un ensemble de techniques d'interaction. Elle a appliqué et évalué ses techniques dans le contexte de la pédagogie de la danse et de la performance.

La méthode de sélection de l'ovocyte pour l'insémination, dans le cadre de l'assistance médicale à la procréation chez l'homme, ne garantie pas un taux de réussite satisfaisant. Plusieurs études académiques ont été menées dans le but de compéter cette méthode par d'autres plus objectives. Nous nous sommes intéressés à la caractérisation mécanique qui exige un dispositif approprié. Dans ce contexte, nous avons effectué des travaux de conception et de fabrication pour développer une plateforme permettant la caractérisation mécanique des ovocytes humains. Le composant principal de cette plateforme est le capteur de nano-force. Ce dernier, qui emploie un principe de ressorts magnétiques passifs, est constitué d'un indenteur venant solliciter l'ovocyte. Dans cette configuration, l'indenteur est stable suivant deux directions. La troisième direction, initialement instable, est stabilisée par la réaction de l'ovocyte à caractériser. L'originalité de ce capteur réside dans l'exploitation de la direction instable pour la mesure de force. En parallèle, un travail de modélisation du comportement mécanique des ovocytes a été réalisé dans le but d'identifier d'éventuels paramètres mécaniques pertinents pour la qualification des ovocytes. Ce travail a permis, d'une part, d'effectuer une étude critique sur les modèles existants dans la littérature et d'autre part, de développer un modèle basé sur une approche plus physique qui prend en compte la structuration tridimensionnelle complexe de l'ovocyte. / The oocyte selection method for insemination, in the context of medically assisted procreation for humans, does not guarantee a good rate of success. Several academic studies have been conducted in order to complete this method by other more objective. We are interested in the mechanical characterization which requires an appropriate device. In this context, we carried out a design and a manufacturing work to develop a platform for the mechanical characterization of human oocytes. The main component of this platform is the nano-force sensor. This sensor, which uses a principle of passive magnetic springs, is composed of an indenter which compresses the oocyte. In this configuration, the indenter is stable along two directions. The third direction, initially unstable is stabilized by the reaction of the oocyte that has to be characterized. The originality of this sensor is the exploitation of the unstable direction for the force measurment. In parallel, a modeling work of the oocytes mechanical behavior was performed in order to identify some relevant mechanical parameters for their qualification. This work allowed us, first, to make a critical study of existing models in the literature, and secondly, to develop a model, based on a physical approach, which takes into account the oocyte complex three-dimensional structure.