Le PP renforcé par un copolymère éthylène-propylène sous forme nodulaire est utilisé comme élément de structure pour sa bonne résistance à la rupture. L'étude des mécanismes qui interviennent au cours de son endommagement constitue donc un enjeu important pour la compréhension et la maîtrise du renfort au choc. Le principal phénomène qui va déterminer le comportement du matériau dans son état endommagé est la cavitation des particules d'élastomère. Suite au fort contraste de propriétés mécaniques entre la phase élastomère et la matrice, la sollicitation du matériau se traduit par le développement d'une dépression interne dans les particules qui va conduire, au delà d'un certain seuil, à leur destruction. Expérimentalement, la cavitation se manifeste par une augmentation de volume non élastique et par une modification des propriétés optiques du matériau (blanchiment). L'utilisation d'un mode de sollicitation uniaxial couplé avec une analyse par microscopie nous a permis de recueillir des informations précises concernant la séquence de cavitation des particules et les relations structure-propriétés du matériau. D'autre part, le rôle de la microstructure et la compétition entre les différents micromécanismes de déformation a clairement été mis en évidence par l'intermédiaire de calculs éléments finis. C'est dans le cas d'un mode de sollicitation multiaxial que la cavitation prend toute son importance en permettant d'accommoder l'augmentation de volume imposée par l'état de contrainte et conduisant au passage d'un état de déformation à un état de contrainte plane. La plasticité se développe de manière plus extensive et l'énergie consommée au sein du matériau augmente fortement. La dépression interne critique est identique qu'elle soit évaluée à partir d'essais uniaxiaux ou triaxiaux, ce qui confirme son unique dépendance de la nature de la phase élastomère. En sommet de fissure, les interactions élastiques entre particules sont de très faible ampleur, ce qui va entraîner une cavitation brutale des nodules pour une certaine valeur de la contrainte imposée. L'ensemble de nos travaux permet de dégager les perspectives de développements futurs dans le but d'une analyse prédictive du comportement en sommet de fissure en fonction des caractéristiques de plasticité et de dilatance des phases en présence.

L'emploi de textiles comme additif à des ouvrages en terre est devenu un des procédés majeurs d'amélioration des sols. Ce rmémoire aborde ainsi le thème général de l'interaction d'un milieu fibreux et d'un milieu granulaire sous ses différents aspects géomécaniques. Une première partie est consacrée à la fonction hydraulique d'un géotextile et la seconde partie à la fonction de renforcement. 1 - Fonction hydraulique d'un géotextile : Une loi de perméabilité est proposée pour les milieux fibreux, prenant en compte les paramètres de structure, fibrométrie, porosité, liaisons inter-fibres et anisotropie. A partir des résultats obtenus sur deux fluides, on définit un nombre de Reynolds critique, en -dessous duquel on peut garantir la précision de la mesure. L'application de l'analyse morphométrique permet une formulation de la porométrie d'un textile non-tissé en fonction de la densité des fibres. A partir de là l'auteur propose une détermination théorique de l'ouverture maximale du géotextile (paramètre standard des critères de filtres) basée sur la probabilité de passage d'une particule au travers d'une épaisseur textile de porométrie définie et en déduit une interprétation des divers modes opératoires relatifs à cette mesure . En ce qui concerne le comportement en filtration, l'auteur fait apparaître les contradictions existant entre les différents critères actuellement proposés et une étude expérimentale est présentée, portant principalement sur ces cas de divergence : le mécanisme de rétention des particules par le filtre dépend essentiellement de l'uniformité du sol, de la contrainte de confinement et du gradient hydraulique . 2- Fonction de renforcement d'un géotextile : Les géotextiles constituent des armatures à faible rigidité en traction et à faible raideur en flexion . Le calcul à la rupture d'un sol renforcé devra donc prendre en compte les grandes déformations du complexe sol-textile. Une fois défini le comportement en traction et en ancrage d'une nappe textile, l'auteur présente le traitement complet d'un problème type : il s'agit du poinçonnement d'un bicouche sol pulvérulent sur sol mou, renforcé à l'interface, représentant le problème d'une chaussée sur sol compressible. L'étude comprend une partie expérimentale synthétisant les résultats d'essais de chargement quasi -statique ou cyclique effectués en grande cuve, et une partie théorique où il est proposé une estimation du gain de portance dû au géotextile à partir de la théorie des membranes et de la définition des lois d'interaction sol-textile. Le mécanisme proposé considère un double effet du renforcement, un effet membrane et un effet répartiteur.

Cette étude a pour but de contribuer à une meilleure connaissance du comportement mécanique des chaussées en béton armé continu vis-à-vis de la fissuration. Après avoir effectué des rappels sur le béton, une analyse de la liaison mécanique entre le béton et l'acier, on présente comment les problèmes de contact peuvent être traités par la méthode des éléments finis. Une amélioration des essais d'adhérence nous a permis de pratiquer un nouveau test : l'essai ABA. Les résultats tirés de cette étude expérimentale ont permis de caler les paramètres intervenant dans la modélisation numérique de l'interface acier-béton. Pour mieux comprendre l'origine de la fissuration, un dispositif et un processus expérimental ont été mis au point pour permettre de simuler, en laboratoire, sur des essais en vraie grandeur, ce type de comportement. Il a permis de mettre en évidence les déformations thermiques au jeune âge durant la prise du béton. On a montré l'importance de l'épaisseur de béton et du taux d'acier, l'importance de la nature de la liaison entre la dalle et son support, et, pour le schéma de fissuration, l'influence du type d'armature (HA ou Flexarm). En outre, le développement des caractéristiques mécaniques et l'évolution du retrait libre ont été précisés à partir d'éprouvettes témoins. Pour finir, une comparaison des résultats obtenus avec ceux donnés par le modèle numérique est menée.

A l’heure actuelle où la préservation de notre environnement est primordiale, les constructions en béton font intervenir de plus en plus des ciments comprenant des ajouts minéraux, tels que le laitier, les cendres volantes… En effet, la production des ciments composés permet de réduire le dégagement des gaz à effets de serre et de réutiliser des déchets industriels. Les bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau (CEM III) sont également largement utilisés suite à leur bonne résistance aux réactions alcali-silices, à la diffusion des chlorures et aux attaques sulfatiques… Cependant, certains ouvrages construits avec ce type matériau ont présenté au jeune âge des problèmes de fissuration liés à la restriction de leurs déformations différées, telles que le retrait endogène, thermique et de dessiccation. Suite à cette observation, des essais préliminaires ont été réalisés au laboratoire du service BATir de l’Université Libre de Bruxelles. Ils ont mis en avant plusieurs caractéristiques du comportement de ces matériaux : 1. Lors du suivi du retrait restreint à l’aide de l’essai à l’anneau en condition de dessiccation, le béton formulé à base de ciment au laitier de haut-fourneau a fissuré bien avant le béton formulé à base de ciment Portland. 2. Le retrait total en condition libre du béton formulé à base de ciment au laitier de haut-fourneau est nettement supérieur à celui du béton formulé à base de ciment Portland. Cette différence de comportement est principalement due à l’accroissement rapide et plus élevé du retrait endogène des bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau. Au vu de ces résultats expérimentaux, il a semblé intéressant de déterminer quel était l’impact de la déformation endogène des bétons formulés à base de ciments au laitier de haut-fourneau (CEM III) sur leur sensibilité à la fissuration. Afin de répondre à cette question, les déformations différées (retrait endogène, fluage propre en compression et en traction) au jeune âge de trois compositions de béton avec différentes teneurs en laitier (0, 42 et 71%) ont été étudiées expérimentalement en conditions libre et restreinte. Cependant, le suivi du retrait endogène libre et restreint a nécessité le développement de plusieurs dispositifs expérimentaux limitant au maximum les artefacts de mesure, tels que la TSTM (Temperature Stress Testing Machine). De plus, l’interprétation de ces résultats expérimentaux a également nécessité une caractérisation du comportement de ces matériaux à l’échelle macro- et microscopique. Finalement, cette étude a montré que malgré une déformation endogène plus élevée, les bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau fissurent après le béton formulé à base de ciment Portland. Ce comportement est dû à : -l’impact du laitier sur la réaction d’hydratation du matériau cimentaire ; -la présence d’une expansion de la matrice cimentaire des bétons formulés à base de ciment au laitier de haut-fourneau au jeune âge qui retarde l’apparition des contraintes de traction au sein du matériau ; -la plus grande capacité de ces matériaux cimentaires à relaxer les contraintes de traction/ Today, the use of concretes with mineral additions (fly ash, slag) for civil engineering structures is spreading worldwide. Indeed, the production of blended cements is more respectful of the environment than the production of Portland cement, because it allows reducing greenhouse gas emissions and using industrial wastes. Slag cement concretes are also largely used for their good resistance to alkali-silica reactions, sulphate attacks and chloride diffusion. However, some of constructions built with slag cement concretes have exhibited cracking at early age due to their restrained deformations, such as thermal, autogenous and drying shrinkage. Following these observations, a preliminary experimental study was realized in the laboratory of BATir Department at ULB. It revealed several characteristics of the behaviour of slag cement concretes: 1. The study of restrained deformations under drying conditions by means of ring tests showed that the slag cement concretes seem more prone to crack than the Portland cement concretes; 2. The total free shrinkage for slag cement concrete is clearly larger than for Portland cement concrete. This difference of behaviour is mainly due to the fast and large increase in the autogenous deformation of the slag cement concrete. Following these experimental results, the effect of the autogenous deformation on the cracking sensibility of slag cement concretes seemed interesting to investigate. Their deformations (autogenous deformation, compressive and tensile basic creep) have been studied at early age for three concretes characterized by different slag contents (0, 42 and 71%) under free and restrained conditions. For monitoring free and restrained autogenous deformations, several test rigs aimed at limiting artefacts were designed, like the TSTM (Temperature Stress Testing Machine). Moreover, the behaviour of these concretes was also characterized by a study at a macro- and microstructure scale. Finally, this study shows that the slag cement concretes under sealed and fully restrained conditions crack later than the Portland cement concrete, despite the fact that they are characterized by the largest autogenous deformation. This behaviour is due to: - the slag effect on the hydration reaction of cementitious material; - the cement matrix expansion of the slag cement concretes at early age which delays the occurrence of tensile stresses inside the material; - the largest capacity of this concrete to relax tensile stresses.

L'emploi du boulonnage comme soutènement ou renforcement des galeries dans les mines souterraines est une méthode qui ne cesse pas de se développer . Avec l'introduction de techniquesnouvelles, son éventail d'application s'élargît de plus en plus. Ce mémoire est le fruit d'une étude, entreprise à la mine de La Mure des Houillères du Bassin du Dauphiné, concernant le boulonnage comme méthode de soutènement. En effet, le boulonnage implanté définitivement dans cette mine depuis 1977, est appelé à soutenir, dans un avenir prochain, 70 % des voies au rocher. Afin d'aboutir à un modèle mathématique rendant compte des déplacements survenus dans ces voies et la façon de les contrôler par le biais du boulonnage, nous avons suivi les étapes suivantes: 1. Une étude bibliographique sur la géologie et la tectonique de la région, complétée par un aperçu de l'état actuel de la mine: ses méthodes d'exploitation et les problèmes les plus souvent rencontrés. 2. Une caractérisation mécanique, en laboratoire, des roches constituant le massif dans lequel les voies ont été creusées. 3. La poursuite, in situ, des déformations suivies par ces voies. 4. Une analyse des essais de traction effectués Sur les boulons mis en place. Ces étapes, surmontées, nous avons modélisé notre voie. 5. La modélisation a porté sur un massif à comportement élastique, orthotrope et hétérogène contenant la voie, par application du programme ELFI 3F. Les résultats de la modélisation sont ensuite comparés à ceux trouvés in situ.

Development of electric vehicles is motivated by global concerns over the need for environmental protection. In addition to its zero-emission characteristics, an electric propulsion system enables high performance torque control that may be used to maximize vehicle performance obtained from energy-efficient, low rolling resistance tires typically associated with degraded road-holding ability. A simultaneous plant/controller optimization is performed on an electric vehicle traction control system with respect to conflicting energy use and performance objectives. Due to system nonlinearities, an iterative simulation-based optimization approach is proposed using a system model and a genetic algorithm (GA) to guide search space exploration. The system model consists of: a drive cycle with a constant driver torque request and a step change in coefficient of friction, a single-wheel longitudinal vehicle model, a tire model described using the Magic Formula and a constant rolling resistance, and an adhesion gradient fuzzy logic traction controller. Optimization is defined in terms of the all at once variable selection of: either a performance oriented or low rolling resistance tire, the shape of a fuzzy logic controller membership function, and a set of fuzzy logic controller rule base conclusions. A mixed encoding, multi-chromosomal GA is implemented to represent the variables, respectively, as a binary string, a real-valued number, and a novel rule base encoding based on the definition of a partially ordered set (poset) by delta inclusion. Simultaneous optimization results indicate that, under straight-line acceleration and unless energy concerns are completely neglected, low rolling resistance tires should be incorporated in a traction control system design since the energy saving benefits outweigh the associated degradation in road-holding ability. The results also indicate that the proposed novel encoding enables the efficient representation of a fix-sized fuzzy logic rule base within a GA.

Development of electric vehicles is motivated by global concerns over the need for environmental protection. In addition to its zero-emission characteristics, an electric propulsion system enables high performance torque control that may be used to maximize vehicle performance obtained from energy-efficient, low rolling resistance tires typically associated with degraded road-holding ability. A simultaneous plant/controller optimization is performed on an electric vehicle traction control system with respect to conflicting energy use and performance objectives. Due to system nonlinearities, an iterative simulation-based optimization approach is proposed using a system model and a genetic algorithm (GA) to guide search space exploration. The system model consists of: a drive cycle with a constant driver torque request and a step change in coefficient of friction, a single-wheel longitudinal vehicle model, a tire model described using the Magic Formula and a constant rolling resistance, and an adhesion gradient fuzzy logic traction controller. Optimization is defined in terms of the all at once variable selection of: either a performance oriented or low rolling resistance tire, the shape of a fuzzy logic controller membership function, and a set of fuzzy logic controller rule base conclusions. A mixed encoding, multi-chromosomal GA is implemented to represent the variables, respectively, as a binary string, a real-valued number, and a novel rule base encoding based on the definition of a partially ordered set (poset) by delta inclusion. Simultaneous optimization results indicate that, under straight-line acceleration and unless energy concerns are completely neglected, low rolling resistance tires should be incorporated in a traction control system design since the energy saving benefits outweigh the associated degradation in road-holding ability. The results also indicate that the proposed novel encoding enables the efficient representation of a fix-sized fuzzy logic rule base within a GA.

L'industrie des réparations en béton a pris un essor considérable ces dix dernières années. Un nombre important d'ouvrages du génie civil nécessitent des réparations afin de maintenir leur état de service. Les techniques et les matériaux pour les réparations sont toutefois mal compris ou mal appréhendés.<br />Cette thèse a pour objectif d'étudier le comportement des réparations structurales en béton sous l'effet couplé d'un chargement hydrique et mécanique. La thèse est divisée en trois parties principales. Nous étudions tout d'abord les différents mécanismes physiques agissant dans les réparations. Dans la seconde partie, nous effectuons une étude expérimentale sur des structures<br />réparées. Enfin, dans la dernière partie, nous proposons un modèle numérique permettant d'analyser et de prévoir le comportement des réparations.<br />Plusieurs études récentes ont montré que le retrait de séchage a un effet préjudiciable pour les réparations en béton et peut mener à de sévères problèmes de durabilité. Le fluage en traction peut à l'inverse avoir un rôle positif en permettant de relaxer les contraintes.<br />Dans l'étude expérimentale, nous étudions le comportement de poutres en béton armé, de quatre mètres de longueur, réparées dans la partie tendue. L'étude théorique et numérique, basée sur des modèles phénoménologiques, permet d'analyser un plus grand nombre de paramètres. L'outil numérique donne des résultats en accord avec les données expérimentales. Ces études montrent l'importance du retrait de séchage. Il apparaît que plus le séchage est élevé, plus la couche réparée fissure. Ce comportement est modéré par le fluage qui permet de ralentir, voire d'éviter la fissuration. Les essais de conditionnement réunissant séchage et chargement mécanique<br />indiquent qu'il apparaît une fissuration différée non négligeable par rapport à la fissuration due au chargement mécanique. Cette fissuration est significativement affectée par le retrait et le<br />fluage. Dans ce dernier cas, une augmentation du fluage tend à accentuer la fissuration. Vis à vis d'un chargement mécanique jusqu'à rupture, les éléments réparés ont un comportement similaire<br />à celui des éléments sains.<br />L'étude expérimentale a ainsi permis de compléter les banques de données sur les réparations en béton. L'outil numérique développé dans cette thèse peut permettre d'étudier des réparations plus complexes (géométrie, conditions limites, ...).

Ce mémoire de thèse rapporte des résultats sur deux problèmes de la physique des mousses aqueuses tridimensionnelles : le transport de fluide par imbibition capillaire et la rhéologie. Ils sont tous deux traités par une approche physico-chimique et multi-échelles, les mesures en volume étant reliées à des mesures aux interfaces gaz / liquide. Lors de ce travail, les types de tensioactif et de gaz ont été variés de façon à contrôler les propriétés interfaciales. En plus de ces paramètres, l'effet de la fraction volumique de liquide a été étudié.<br />Les caractéristiques de l'imbibition capillaire ont été mesurées par des techniques optiques et électriques au cours de vols paraboliques, permettant de supprimer la composante gravitationnelle du drainage. Les équations théoriques décrivent correctement les résultats expérimentaux en dessous d'une fraction volumique de liquide de 0,12. Au delà, j'ai calculé une nouvelle équation pour tenir compte d'une autre répartition du liquide dans la mousse. Des résultats d'essais techniques liés à l'avancement de programmes ESA / CNES sont également exposés.<br />La rhéologie a été mesurée en modes oscillatoire et continu. Le premier mode permet d'attribuer l'origine de la viscoélasticité des mousses aqueuses à la pression de Laplace, avec une possible correction par l'épaisseur des films. En outre, j'ai développé un modèle basé sur l'analogie de la fraction volumique de liquide à une température. Le second mode, assisté par la DWS (Diffusing-Wave Spectroscopy), permet de relier l'écoulement macroscopique à des réarrangements microscopiques, tout en tenant compte du glissement en paroi. Des phénomènes de dilatance ont été mis en évidence pour la première fois dans les mousses. Ils conduisent à des écoulements de la phase liquide, qui semblent être contrôlés, à première vue, par les mêmes paramètres que les écoulements de drainage.

Einfluss von Traktion auf das Bewegungsverhalten im Fußball - Interaktion zwischen Sohlenkonfigurationen von Fußballschuhen und Kunstrasen der dritten Generation Einleitung/Zielstellung: In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Kunstrasen im Fußball enorm an Bedeutung zugenommen. Dabei sind qualitativ hochwertige Kunstrasenplätze (3. Generation, FIFA 2-Star) von der FIFA zum offiziellen Spielbetrieb zugelassen. Neuste Verletzungsstudien und Spielanalysen zeigen, dass sich die Eigenschaften von Kunstrasen und Naturrasen im Bezug auf Verletzungshäufigkeit und Spielgeschehen nicht gravierend unterscheiden (Ekstrand et al. 2006, FIFA 2009d). Doch sind Bewegungsverhalten und Bewegungsstrategien der Spieler auf Kunstrasen im Fußball noch nicht vollkommen verstanden. Ein Hauptkriterium für das Bewegungsverhalten des Sportlers sind die Traktionsverhältnisse – die Interaktion zwischen Schuh und Spielfläche (Sterzing et al. 2007). Hierfür nimmt die Sohlenkonfiguration eines Fußballschuhs, die durch Anzahl, Länge, Anordnung und Material der Nocken modifizierbar ist, eine zentrale Rolle ein. Die Traktionsverhältnisse haben dabei einen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und die Belastung des Sportlers (Shorten et al. 2003). Auf Kunstrasen verwenden Sportler Fußballschuhe mit einer Sohlenkonfiguration, die für Naturrasen entwickelt worden ist. Zum Zeitpunkt dieser Arbeit gab es nur vereinzelte und unsystematische Forschungen bezüglich Sohlenkonfigurationen für Kunstrasen. Somit herrscht eine Diskrepanz zwischen einer „neuen“ verwendeten Spielfläche und „alten“ getragenen Schuhen. In der Bewegungswissenschaft dient eine komplexe Sportschuhforschung dazu, Kriterien wie Traktionsverhältnisse zu untersuchen. Die komplexe Sportschuhforschung setzt sich dabei aus sportmotorischen, subjektiven, biomechanischen und mechanischen Messungen zusammen. Generell richtet sich dabei der Fokus von biomechanischen Messungen auf die genutzte Traktion, von mechanischen Messungen auf die verfügbare Traktion. In diesem Zusammenhang ist das Konzept von verfügbarer und genutzter Traktion von Fong et al. (2009) aufgezeigt. Geeignete Traktionsverhältnisse hinsichtlich einer besseren Leistungsfähigkeit spiegeln sich in höheren biomechanischen Scherkräften und einer besseren subjektiven Bewertung wider. Diese höheren biomechanischen Scherkräfte ermöglichen dem Sportler eine schnellere Laufzeit zu erzeugen. Ungeeignete Traktionsverhältnisse hinsichtlich einer erhöhten Belastung für den Sportler können sich durch eine Kombination oder Verbindung von einer relativ starken Fixierung des Schuhs mit der Spielfläche und erhöht auftretenden Gelenksmomenten der unteren Extremitäten auszeichnen. Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung von Traktionsverhältnissen verschiedener Sohlenkonfigurationen von Fußballschuhen auf Kunstrasen. Dabei standen sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Belastung des Sportlers im Fokus der Arbeit. Außerdem ist der Einfluss von verschiedenen Rahmenbedingungen, wie Traktionsverhältnisse und verschiedene Bewegungsaufgaben (zeitliche Verzögerung durch Reaktion), auf die Bewegungsausführung von Sportlern bei schnellen Umkehrbewegungen analysiert worden. Methodik: Die Arbeit beinhaltet in einem Zeitrahmen von drei Jahren, drei aufeinander aufbauende Studien mit unterschiedlichem Untersuchungsdesign. Inhalte und Fragestellungen der einzelnen Studien ergaben sich aus den Erkenntnissen der jeweils davor durchgeführten Studie. Einzelne Messungen der Studien fanden entweder im Labor oder auch teilweise auf Sportplätzen als Feldtest statt. Studie 1 untersuchte die Traktionsverhältnisse von drei gängigen Sohlenkonfigurationen (Multinocken, Nocken, Stollen) und eines Prototypen (Kunstrasenmodell) hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und funktionaler Nutzung. Inhalte waren ein sportmotorisches, subjektives, biomechanisches und mechanisches Testverfahren. Grundlegende Traktionsvariablen der einzelnen Testverfahren waren die Laufzeit der Probanden durch einen Slalom- und Sprintparcours, die subjektive Einschätzung der Probanden hinsichtlich der Traktionseignung der Sohlenkonfigurationen, Bodenreaktionskraftvariablen, wie horizontale Scherkräfte und der Kraftwert aus Scherkraft dividiert durch Vertikalkraft, bei verschiedenen fußballspezifischen Bewegungsausführungen und mechanische Traktionsvariablen wie Reibungskoeffizienten und Kraftanstiegsraten. In Studie 2 wurde das Bewegungsverhalten bei verschiedenen Sohlenkonfigurationen (Schuh ohne Nocken, Kunstrasenmodell, Nocken, Stollen) mit Hilfe einer biomechanischen Messung (Bewegungsanalyse) bei einer schnell ausgeführten Umkehrbewegung analysiert. Ziel war es, Bewegungsadaptationen aufgrund unterschiedlicher Traktionsverhältnisse kinematisch und kinetisch zu quantifizieren. Grundlegende Untersuchungsaspekte waren hierbei die Gelenksmomente der unteren Extremitäten, die horizontale Fußtranslation, definiert als relative Bewegung des Schuhs auf der Spielfläche während des Bodenkontakts und Winkelverläufe einzelner Segmente und Gelenke. In Studie 3 wurde der Einfluss auf das Bewegungsverhalten bei reaktiven Bewegungsausführungen gegenüber aktiven Bewegungsausführungen mit verschiedenen Sohlenkonfigurationen (Kunstrasenmodell, Nocken) bei einer schnell ausgeführten Umkehrbewegung untersucht. Für diese Studie diente erneut ein biomechanisches Testverfahren (Bewegungsanalyse) zur Analyse von kinematischen und kinetischen Variablen von Reaktion und Sohlenkonfigurationen. Für alle drei Studien stand insgesamt ein Probandenpool aus 58 männlichen Fußballspielern (Alter: 22.4 ± 3.3Jahre, Größe: 177.2 ± 4.6cm, Gewicht: 71.4 ± 5.6kg, Fußballpraxis: 6.4 ± 3.7h/Woche) zur Verfügung. Für die statistische Auswertung konnte mittels der Varianzanalyse für Mehrfachmessungen (ANOVA) und gegebenenfalls einer Post-Hoc Analyse nach Bonferroni zwischen den Sohlenkonfigurationen für sportmotorische und biomechanische Variablen diskriminiert werden. Für subjektive Testverfahren wurde der Friedman-Test verwendet, um zwischen Sohlenkonfigurationen zu unterscheiden. Die statistische Auswertung des mechanischen Testverfahrens erfolgte deskriptiv. In Studie 3 wurden die Daten mit einer zweifaktoriellen ANOVA mit Messwiederholung (Schuh und Reaktion) analysiert. Außerdem wurde in dieser Studie zusätzlich das Joint Coupling verwendet (Heiderscheidt et al. 2002). Ergebnisse: Traktionsverhältnisse auf Kunstrasen der dritten Generation beeinflussen die Leistungsfähigkeit des Sportlers und die Belastungen für den Körper des Sportlers. Flächig verteilte Sohlenkonfigurationen, wie das Multinocken- und Kunstrasenmodell, ermöglichen dem Sportler im Vergleich zu Sohlenkonfigurationen mit sehr langen Stollen, schneller einen Laufparcours zu durchlaufen. Schneller Laufzeiten werden außerdem auch subjektiv von den Sportlern wahrgenommen. Mit diesen Sohlenkonfigurationen erzielen die Sportler außerdem höhere biomechanische Scherkräfte. Hohe mechanische Traktionswerte spiegeln sich dabei nicht zwangsläufig in einer besseren Leistungsfähigkeit der Sportler. Niedrige Traktionsverhältnisse erzeugen bei schnellen Umkehrbewegungen einen vertikaleren Fußaufsatz und reduzierte Gelenksmomente durch ein erhöhtes „Rutschrisiko“. Dies führt zu einem Verlust an Leistungsfähigkeit. Hohe und exzessive Traktionsverhältnisse weisen sowohl eine relativ starke Fixierung des Schuhs mit der Spielfläche als auch hohe Gelenksmomente während des Richtungswechsels auf. Bewegungsadaptationen zwischen Fußballschuhen treten primär im distalen Bereich der unteren Extremitäten auf. Reaktive Bewegungsausführungen zeichnen sich aufgrund einer längeren Reaktionsphase gegenüber aktiven Bewegungsausführungen mit einem ungünstigen Fußaufsatz aus. Dies zeichnet sich bei Umkehrbewegungen durch eine geringere Tibiarotation und Fußadduktion in die neue Bewegungsrichtung aus. Während der Umkehrbewegung wird diese ungünstige Stellung der unteren Extremitäten primär durch einen verstärkten Eversionswinkel im Sprunggelenk kompensiert. Bei reaktiven Bewegungsausführungen sind außerdem die Momente im Knie- und Sprunggelenk erhöht. Unterschiede im Bewegungsmuster bei Sohlenkonfigurationen, die sich im Aufbau nicht stark unterscheiden, können bei verschiedenen Rahmenbedingungen nicht gefunden werden. Diskussion: Sohlenkonfigurationen beeinflussen das Bewegungsverhalten auf Kunstrasen. Niedrige Traktionsverhältnisse spiegeln sich in einem vorsichtigeren Bewegungsverhalten durch ein erhöhtes „Rutschrisiko“ wider, zu hohe Traktionsverhältnisse implizieren durch eine starke Fixierung des Sportlers mit der Spielfläche ebenfalls ein vorsichtigeres Bewegungsmuster. Nach dem Konzept von Fong et al. (2009) zeigen flächig und eben verteilte Sohlenkonfigurationen eine biomechanisch höhere genutzte Traktion. Im Gegensatz dazu, weisen Sohlenkonfigurationen mit langen Stollen eine höhere mechanisch verfügbare Traktion auf. Diese hohen mechanischen Traktionseigenschaften verhindern dabei aber den Sportler mit seiner bestmöglichen Leistung zu agieren. Flächig und eben verteilte Sohlenkonfigurationen wirken sich somit auf Kunstrasen der dritten Generation hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und der Belastung für den Körper positiv aus. Dabei erzeugen hohe biomechanische Scherkräfte eine schnellere Abstoppbewegung oder eine kraftvollere Abstoßbewegung, die sich bei schnellen Umkehrbewegungen positiv auf die Bewegungsausführung auswirkt. Laufzeiten durch Parcours (Krahenbuhl 1974, Sterzing et al. 2009) und biomechanische Scherkräfte (Valiant 1988, Morag & Johnson 2001, Shorten et al. 2003) dienen als geeigneten Variablen, um Traktionsverhältnisse hinsichtlich der Leistungsfähigkeit zu untersuchen. Sowohl die Eindringtiefe der Nocken in die spezielle Verfüllung von Kunstrasen als auch die Verteilung der Nocken (Abstand Vorfuß- Rückfußnocken) können dabei die Traktionsverhältnisse von Fußballschuhen beeinflussen. Gelenksmomente und die horizontale Fußtranslation sind geeignete Indikatoren für die Belastungen der unteren Extremitäten während schnellen Richtungswechseln (Torg & Quedenfeld 1971, Ryder et al. 1997). Dabei erzeugen Sohlenkonfigurationen mit hohen mechanisch verfügbaren Traktionsverhältnisse eine niedrige horizontale Fußtranslation und erhöhte Gelenksmomente. Primär finden Adaptationsprozesse durch unterschiedliche Traktionsverhältnisse von Fußballschuhen im distalen Bereich der unteren Extremitäten statt. Dies könnte in Verbindung zu den Aussagen von Studien stehen, die im Fußball dem Sprunggelenk die größte Verletzungshäufigkeit zusprechen (Ekstrand et al. 2006). Reaktive Bewegungsausführungen können als weiteren möglichen Faktor für Verletzungen im Fußball herangezogen werden (Besier et al. 2001a). Hierfür richtet sich bei reaktiv durchgeführten Richtungswechseln erneut der Fokus auf das Sprunggelenk. Durch eine zeitliche Verzögerung bei reaktiven Bewegungen ist die Stellung der unteren Extremitäten des Sportlers im Vergleich zu aktiven Bewegungen weniger in die neue Bewegungsrichtung gebracht. Diese ungünstigere Stellung versucht der Sportler primär über eine verstärkte Eversion des Sprunggelenks zu kompensieren. Diese Kompensation kann für den Sportler ein erhöhtes Belastungsprofil im Sprunggelenk bedeuten (Giza et al. 2003). Allgemein lässt sich feststellen, dass sich ähnliche Sohlenkonfigurationen bei Probandentests hinsichtlich von Traktionsmessungen nur marginal unterscheiden. Eine Kombination von einer Vielzahl an möglichen Adaptationsprozessen, die sich in der Summe nivellieren, scheinen hierbei die Traktionseigenschaften von leicht unterschiedlichen Sohlenkonfigurationen zu überschatten. Eine Kombination aus sportmotorischem, subjektivem, biomechanischem und mechanischem Testverfahren ermöglicht eine allgemeingültige Aussage über Traktionsverhältnisse von Sohlenkonfigurationen auf Kunstrasen. Zusammenfassung: Traktionsverhältnisse, modifizierbar durch unterschiedliche Sohlenkonfigurationen, können die Leistungsfähigkeit der Sportler und die Belastungen der unteren Extremitäten beeinflussen. Auf Kunstrasen der dritten Generation erweisen sich eben und flächig verteilte Sohlenkonfigurationen als Vorteilhaft. Die Belastungen der unteren Extremitäten können sich durch reaktive Bewegungsausführungen weiter erhöhen. / Influence of traction properties on movement patterns in soccer – Interaction between sole configurations of soccer boots and 3rd generation artificial turf Introduction/Objective: In recent years the development of artificial soccer turfs got an enormous enhancement. Thereby, high quality types of artificial soccer turfs (3rd generation, FIFA 2-star) were approved for official game play by the FIFA. Latest injury studies and game analysis studies showed that characteristics between artificial turf and natural grass do not differ for injury rates and playing style (Ekstrand et al. 2006, FIFA 2009d). However, movement patterns and movement strategies of soccer players on artificial turf are yet not fully understood. Main criteria for movement patterns of soccer players are traction properties – the player-surface interaction (Sterzing et al. 2007). Therefore, sole configurations of a soccer boot modifiable in numbers, length, geometry and material of studs plays an influencing role. Traction properties influence performance aspects and loads acting on the players’ body (Shorten et al. 2003). On artificial turf players normally use soccer boots with sole configurations designed for playing on natural grass. At the time of this project there were only isolated and unsystemmatic researches according to sole configurations for artificial turf. Thus, there is a discrepancy between a “new” surface and “old” shoes in soccer. In human locomotion a comprehensive assessment of athletic footwear is used to analyse criteria such as traction properties. Comprehensive assessment of athletic footwear contains motor performance, perception, biomechanical and mechanical testing. Generellay, biomechanical measurements focus on utilized traction, mechanical measurements on available traction. In this context, the concept of available and utilized traction is distinguished by Fong et al. (2009). Suited traction properties with regard to performance aspects might be reflected in higher utilized biomechanical shear forces and better perception. These higher biomechanical shear forces enable the player to run faster. Unsuited traction properties with regard to higher loads acting on the players’ body might be displayed by a combination or a linkage of relative fixed shoes with the ground and higher joint moments at the lower extremities. The objective of this doctoral thesis was to investigate traction properties of various sole configurations of soccer boots on artificial turf. Thereby, performance aspects as well as loads acting on the players’ body were on the focus of this doctoral thesis. Additionally, the influence of various basic conditions like traction properties and movement requirements (time constraint due to reaction) on movement pattterns were analyzed during dynamic changes of direction. Methods: This doctoral thesis contained three interdependent studies with several methods in a time period of three years. Topics and questions of each single study were resulted in the findings of the respective study before. Single testing sessions took place either in laboratory environment or partly on the pitch as field testing. In study 1 traction properties of three current available sole configurations (hard ground, firm ground and soft ground) and one prototype (artificial turf) were investigated with regard to performance aspects. Topics were motor performance, perception, biomechanical and mechanical testing. Fundamental traction variables of the testing sessions were running times of subjects through a slalom and acceleration course, traction perception of subjects according to liking of the sole configurations, ground reaction forces variables like horizontal shear forces and force ratio, shear force divided by vertical force, during several soccer-specific movements and mechanical traction variables like traction coefficients and force rising rates. In study 2 movement patterns of various sole configurations (soccer boot without studs, artificial turf, firm ground and soft ground) were analyzed via biomechanical testing (motion analysis) during dynamic turning movements. The purpose of this study was to quantify movement adaptations based on different traction properties. Fundamental research aspects were joint moments of the lower extremities, horizontal foot translation, defined as the relative motion of the shoe on the surface during ground contact and angles of several segments and joints of the lower extremities at touchdown and during turning. In study 3 the influence on movement patterns during reactive movements compared to active movements wearing various sole configurations (artificial turf, firm ground) during dynamic turning movements were investigated. For this study also biomechanical testing (motion analysis) served for analysis of kinematic and kinetic variables of reaction and sole configurations. For all three studies a subject pool of 58 male soccer players (age: 22.4 ± 3.3years, height: 177.2 ± 4.6cm, weight: 71.4 ± 5.6kg, experience: 6.4 ± 3.7h/week) was available. Statistical analysis was done by a one way repeated measured ANOVA and a post-hoc test by Bonferroni for motor performance and biomechanical variables to discriminate between sole configurations, if this was appropriate. For subjective testing, Friedman-test were used to differentiate between sole configurations. For mechanical testing, descriptive statistics were applied. In study 3 the data were analyzed according to two factors (shoe and reaction). Additionally, in this study vector coding was done (Heiderscheidt et al. 2002). Results: On 3rd generation artificial turf, traction properties influenced performance aspects of players and loads acting on the players’ body. Plane distributed sole configurations like hard ground and artificial turf design enabled the players to run faster through a traction course compared to aggressive sole configurations. Faster running times were well reflected by players’ perception. Plane distributed sole configurations were also perceived to be better suited on artificial turf. Additionally, these sole configurations provoked statistically higher biomechanical shear forces. High mechanical traction properties did not automatically lead to better performance aspects of the players. During dynamic changes of direction, too low traction properties provoked more vertical alignment with respect to perpendicular of the lower extremities and lower joint moments. High and excessive traction properties displayed a relative fixed shoe-ground interface as well as high joint moments during dynamic changes of direction. Movement adaptations with regard to soccer boots were primary shown in the distal part of the lower extremities. Reactive movement patterns showed an unsuited foot and leg placement at initial ground contact based on a longer phase of reaction compared to active movement patterns. This unsuited foot and leg placement was shown by reduced tibial rotation and foot adduction through new running direction. During turning this unsuited foot and leg placement were primary corrected by an increased ankle eversion angle. Additionally, higher knee and ankle joint moments were observed for reactive movement patterns. Differences in movement patterns for sole configurations, which are pretty similar in composition, were not found during reactive movements. Discussion: Sole configurations influence movement patterns and movement strategies on artificial turf. Low traction properties indicate more cautious movement behaviour due to risk of slipping, too high traction, implicated by high foot fixation of the player with the surface, indicate also more cautious movement behaviour. Referring the concept of Fong et al. (2009) plane distributed sole configurations provoke higher biomechanical utilized traction. In contrast, pronounced sole configurations with long studs provoke high mechanical available traction. However, these high and excessive mechanical traction properties disabled the subjects to perform with their best capacity. Therefore, plane and evenly distributed sole configurations showed positive aspects for performance and loads acting on the players’ body on 3rd generation artificial turf. Therefore, high biomechanical shear forces produce faster stops or more dynamic propulsion, which influence the performance positively during dynamic changes of direction. Running times through traction courses (Krahenbuhl 1974, Sterzing et al. 2009) and biomechanical shear forces (Valiant 1988, Morag & Johnson 2001, Shorten et al. 2003) were suited variables to detect traction properties according to performance. Penetration of studs into the ground as well as distribution of studs (distance between fore- and rearfoot studs) may play an influencing role on traction properties for soccer boots. Joint moments and horizontal foot translation are suited indicators for the loads acting on lower extremities during dynamic changes of direction (Torg & Quedenfeld 1971, Ryder et al. 1997). Thereby, sole configurations with too high mechanical traction show a combination of decreased horizontal foot translation and increased joint moments. These adaptation processes based on traction properties of soccer boots are primary shown in distal part of the lower extremities. There might be a linkage to reports showing ankle injuries are most common in soccer (Ekstrand et al. 2006). Additionally, reactive movement patterns may be another risk factor for injuries in soccer (Besier et al. 2001a). Due to time constraint for reactive movement patterns the foot and leg placement of the lower extremities are rotated to a lesser extend in new running direction compared to active movement patterns. This unprepared foot and leg placement were primary compensated by an increased eversion at ankle. This compensation might mean increased ankle loadings (Giza et al. 2003). In general it has been showed that pretty similar sole configurations only differ marginal with regard to traction properties during subjects testing. A combination of several adaptation processes, which levelled out in sum, might overshadow traction properties of marginal different sole configurations. A combination of motor performance, perception, biomechanical and mechanical testing allow to give a generally statement about traction properties of sole configurations on artificial turf. Conclusion: Traction properties, modifiable by different sole configurations, could play an influencing role for performance aspects of the players and for the loads of the lower extremities. On 3rd generation artificial turf plane and evenly distributed sole configurations work better than pronounded sole configurations. Loads of the lower extremities could be increased by reactive movement patterns.