Résumé : Cette thèse s’intéresse au temps d’émergence et aux asynchronies patient-ventilateur à l’origine de lésions pulmonaires chez des patients en soins critiques sous algosédation durant la phase aiguë de la ventilation mécanique. L’originalité de cette recherche consiste à comparer un protocole d’algosédation guidé par l’échelle de Ramsay (le standard) à celui guidé par la technologie BIS. Méthodologie. Suivant un devis mixte inter groupe et intrasujets, cette recherche comporte deux groupes de patients adultes et se déroule sur une période de quatre ans. Le premier groupe comprend 23 patients dont le protocole d’algosédation est guidé par l’échelle de Ramsay. Le second groupe compte 18 patients soumis à la même stratégie de ventilation et au même protocole d’algosédation mais guidé cette fois-ci par la technologie BIS. Mesures. Le temps d ’émergence pour un retour à la ventilation spontanée soutenue (TEVSS) suivant l’arrêt de la perfusion de l’algosédation et les interactions patient-ventilateur (synchronies et asynchronies) durant la phase aiguë de ventilation constituent les variables dépendantes. Résultats. Le groupe bénéficiant de la technologie BIS présente un TEVSS médian de 3,1 heures comparé à 22,5 heures pour le groupe guidé par l’échelle de Ramsay (valeur p=0,001). De plus, le groupe bénéficiant de la technologie BIS présente 11% de moins d’asynchronies patient-ventilateur que celui guidé par l’échelle de Ramsay (valeur p<0,001). En outre, parmi les paramètres de la technologie BIS, l’électromyogramme (EMG) s’avère l’élément le plus robuste à prédire l’asynchronie patient-ventilateur. Conclusion. La réduction du TEVSS ainsi que la diminution des asynchronies patient-ventilateur démontrent un avantage considérable à utiliser la technologie BIS en soins critiques chez les patients adultes non communicatifs durant la phase aiguë de ventilation mécanique. De plus, l’EMG de la technologie BIS permettrait vraisemblablement de déceler de façon précoce l’expression préclinique de la douleur. Enfin, cette thèse propose un algorithme de contrôle de l’algosédation en soins critiques en référence à la technologie BIS. // Abstract : This thesis focuses on emergence time from algosédation (for which a prolongation increases complex investigations and costs) and on patient-ventilator interaction (related to lung injuries) in critical care patients undergoing mechanical ventilation with algosedation perfusion during the acute phase of ventilator support. More specifically, the originality of this research stems from the simultaneous comparison of the emergence time for a retum of sustained spontaneous breathing and the presence of asynchronies, by eomparing algosedation guided by the Ramsay scale (gold standard) in a first group and by the BIS technology in a second group. Methodology. Following a mixed design of an inter group, intra subject, this research is performed in two groups of adults over a period of four years. The first group consists of 23 patients where algosedation is guided with the Ramsay scale whereas the second group consists of 18 patients with the same ventilation strategy and same algosédation protocol but guided using the BIS technology. This research evaluates the effectiveness of both instruments to guide algosedation during the acute phase of ventilation. Measures. Dependent variables consist of the emergence time for a sustained spontaneous breathing following cessation o f algosedation and patient-ventilator interaction (asynchronies) during the acute phase of ventilatory support. Results. The group guided with BIS technology has a median emergence time for a sustained spontaneous breathing of 3.1 hours compared to 22.5 hours for the Ramsay scale guided group (p value=0.001). Furthermore, patients benefiting from the BIS technology presented 11% less asynchrony than those with the Ramsay scale (p value <0.001). More specifically, among BIS technology parameters, electromyography (EMG) appeared the best indicator to predict patient-ventilator asynchrony in both groups. Conclusion. In the second group, the reduction in the emergence time for a sustained spontaneous breathing and the decrease of patient-ventilator asynchronies mandates the use o f BIS technology in critical care to guidee algosedation among non-communicative adults during the acute phase of ventilatory support. EMG from the BIS technology might be able to detect pre-clinical pain expression. This thesis also favors the implementation of a décision algorithm in the control of algosedation in critical care.

RESUME : Les machines axiales à rotors contrarotatifs subsoniques sont une bonne solution pour les industries où de fortes élévations de pressions et d'efficacités sont nécessaires sans augmenter le diamètre ou la vitesse de rotation des rotors. Néanmoins, le comportement des CRS et les paramètres impactant ses performances ne sont pas encore totalement compris. Cette thèse mène une investigation expérimentale sur la performance et les paramètres influents sur un étage contrarotatif. La technique de design et les méthodes de mesure sont repris sur une thèse précédente réalisée au laboratoire Dynfluid (Arts et métiers ParisTech). Trois étages contrarotatifs ont été fabriqués (JW1, JW2 et JW3) et testés sur le banc d'essai normalisé AERO2FANS. Ces machines ont été conçues pour avoir le même point de fonctionnement mais avec une répartition de charge différente. Les résultats expérimentaux se concentrent dans un premier temps sur JW1. Les grandeurs physiques regardées sont l'efficacité globale et l'élévation de pression statique pour juger de la performance globale de la machine. La fluctuation de pression pariétale et le champ de vitesse sont aussi mesurés. L'impact du changement de rapport de vitesse ou la distance entre les deux rotors sur la machine JW1 a été étudiée grâce aux grandeurs physiques décrits précédemment. Enfin dans une dernière partie, les trois machines sont comparées toujours grâce aux grandeurs physiques définies précédemment. / ABSTRACT : The counter rotating subsonic axial flow fans could be a good solution for applications where the highly improved static pressure and efficiency are required without the increase of rotational speed and fan diameter. However, the mechanisms of high performance CRS and parameters influences are not well understood nowadays. This thesis is an experimental investigation of the performance and parameter studies of two counter rotatingaxial flow ducted fans. The design and measurement methods are based on the previous research work in Laboratory Dynfluid (Arts et Métiers ParisTech). Three Counter Rotating Stages (CRS) (named JW1, JW2 and JW3) are developed and tested on a normalized test bench (AERO2FANS). These systems have same design point and differ by the distribution of loading as well as the ratio of angular velocity between the Front Rotor (FR) and Rear Rotor (RR). The first part of results focus on the JW1. The overall performance is obtained by the experimental results of the static pressure rise and static efficiency, as well as the wall pressure fluctuations recorded by a microphone on the casing wall. The parameter study is conducted to investigate the effects of the axial distance and the ratio of angular velocity between the FR and RR on the global performance and flow fields measured by Laser Doppler Velocimetry (LDV).The last part of the work is devoted to analyze the differences of the three CRS with different distribution of work, in terms of the global performance and flow features.

Le développement de turbomachines à faible vitesse spécifique suscite actuellement une forte demande dans de nombreux domaines industriels. De nos jours, les ventilateurs centrifuges constituées d'une roue, d'un diffuseur et d'un canal de retour sont largement utilisés dans de nombreuses applications telles que l'automobile, l'aéronautique, appareils domestiques, etc. En raison de leur grande adaptabilité, ils peuvent fonctionner sur une large plage de débit en particulier avec une vitesse de rotation importante. Cependant, leur utilisation nécessite une meilleure compréhension de leur fonctionnement et notamment de l'interaction rotor-stator pour mieux les concevoir. L'objectif de cette étude est d'analyser et de quantifier l'influence de la solidité des aubes du diffuseur (ou serrage des profils) sur les performances aérauliques du ventilateur centrifuge. Une étude numérique et expérimentale a été menée pour analyser les performances d'un ventilateur centrifuge avec différents niveaux d'interaction rotor-stator. Différentes géométries de diffuseur ont été proposées dans le but de réduire les dissipations énergétiques liées aux phénomènes de recirculation et aux forces de viscosité. L'étude approfondie de la norme ISO 5801 et ISO 5167 a permis de dimensionner et réaliser le banc d'essai et les organes de mesures. Ces normes proposent des calculs et des spécifications qui nous ont permis de fixer des critères quant au choix des éléments du banc d’essai AERO2VACCUM. / Nowadays, centrifugal fans are widely used in many industrial applications such as automotive, aeronautic, vacuum cleaner, etc. Due to their high adaptability, they can operate over a wide flow range especially with high speed rotation. In order to reduce the impact on environment, centrifugal fan as other energy conversion system has to display a high efficiency. However, a better understanding of their working and of the rotor-stator interaction is required to enhance their design and to make them widely integrated in current applications. The purpose of this study is to analyze and to quantify the influence of the solidity vaned diffusers on the performance of a centrifugal fan. A computational study has been conducted to analyze the performance of a centrifugal fan under various levels of impeller-diffuser interactions. The objective was to understand the pressure recovery phenomena in each diffuser. Different geometries were proposed to reduce both separation flow phenomenon and viscous losses. The geometries are all composed with the same impeller and return channel, only the vaned diffusers differ; the trailing edges are maintained at the same position while the leading edges have different radial positions. The characterization of the fan has been realized by an experimental setup designed and built in agreement to the standards ISO 5801 and 516

Introduction: La ventilation non invasive (VNI) est un outil utilisé en soins intensifs pédiatriques (SIP) pour soutenir la détresse respiratoire aigüe. Un échec survient dans près de 25% des cas et une mauvaise synchronisation patient-ventilateur est un des facteurs impliqués. Le mode de ventilation NAVA (neurally adjusted ventilatory assist) est asservi à la demande ventilatoire du patient. L’objectif de cette étude est d’évaluer la faisabilité et la tolérance des enfants à la VNI NAVA et l’impact de son usage sur la synchronie et la demande respiratoire. Méthode: Étude prospective, physiologique, croisée incluant 13 patients nécessitant une VNI dans les SIP de l’hôpital Ste-Justine entre octobre 2011 et mai 2013. Les patients ont été ventilés successivement en VNI conventionnelle (30 minutes), en VNI NAVA (60 minutes) et en VNI conventionnelle (30 minutes). L’activité électrique du diaphragme (AEdi) et la pression des voies aériennes supérieures ont été enregistrées pour évaluer la synchronie. Résultats: La VNI NAVA est faisable et bien tolérée chez tous les enfants. Un adolescent a demandé l’arrêt précoce de l’étude en raison d’anxiété reliée au masque sans fuite. Les délais inspiratoires et expiratoires étaient significativement plus courts en VNI NAVA comparativement aux périodes de VNI conventionnelle (p< 0.05). Les efforts inefficaces étaient moindres en VNI NAVA (résultats présentés en médiane et interquartiles) : 0% (0 - 0) en VNI NAVA vs 12% (4 - 20) en VNI conventionnelle initiale et 6% (2 - 22) en VNI conventionnelle finale (p< 0.01). Globalement, le temps passé en asynchronie a été réduit à 8% (6 - 10) en VNI NAVA, versus 27% (19 - 56) et 32% (21 - 38) en périodes de VNI conventionnelle initiale et finale, respectivement (p= 0.05). Aucune différence en termes de demande respiratoire n’a été observée. Conclusion: La VNI NAVA est faisable et bien tolérée chez les enfants avec détresse respiratoire aigüe et permet une meilleure synchronisation patient-ventilateur. De plus larges études sont nécessaires pour évaluer l’impact clinique de ces résultats. / Introduction: The need for intubation after noninvasive ventilation (NIV) failure is frequent in the pediatric intensive care unit (PICU). One reason is patient-ventilator asynchrony during NIV. Neurally adjusted ventilatory assist (NAVA) is a mode of ventilation controlled by the patient’s neural respiratory drive. The aim of this study was to assess the feasibility and tolerance of NIV-NAVA in children and to evaluate its impact on synchrony and respiratory effort. Methods: This prospective, physiologic, crossover study included 13 patients requiring NIV in the PICU of Sainte-Justine’s Hospital from October 2011 to May 2013. Patients were successively ventilated in conventional NIV as prescribed by the physician in charge (30 minutes), in NIV-NAVA (60 minutes), and again in conventional NIV (30 minutes). Electrical activity of the diaphragm (EAdi) and airway pressure were simultaneously recorded to assess patient-ventilator synchrony. Results: NIV-NAVA was feasible and well tolerated in all patients. One patient asked to stop the study early because of anxiety related to the leak-free facial mask. Inspiratory trigger dys-synchrony and cycling-off dys-synchrony were significantly shorter in NIV-NAVA versus initial and final conventional NIV periods (both p< 0.05). Wasted efforts were also decreased in NIV-NAVA (all values expressed as median and interquartile values): 0 (0 - 0) in NIV-NAVA versus 12% (4 - 20) and 6% (2 - 22) in initial and final conventional NIV, respectively (p< 0.01). As a whole, total time spent in asynchrony was reduced to 8% (6 - 10) in NIV-NAVA, versus 27% (19 - 56) and 32% (21 - 38) in initial and final conventional NIV, respectively (p= 0.05). No difference in term of respiratory effort was noted. Conclusion: NIV-NAVA is feasible and well tolerated in PICU patients and allows improved patient-ventilator synchronization. Larger controlled studies are warranted to evaluate the clinical impact of these findings.