Academic literature on the topic 'Énergie biomécanique'

Les modèles mécaniques simplifiés de la marche visent à étudier le comportement du marcheur en s'appuyant sur la trajectoire de son centre de masse. L'objet de cette thèse est d’analyser la précision de ces modèles en se référant à la modélisation plurisegmentaire de l'individu, et de proposer un modèle mécanique simplifié plus réaliste de la marche dans l'espace tridimensionnel. Une étude préliminaire de la théorie des déterminants de la marche est réalisée. L'influence de ces déterminants est évaluée d'une part sur la trajectoire du centre de masse et, d'autre part, sur la force d'appui au sol. Tenant compte des résultats issus de cette étude, une méthode originale de simulation de la trajectoire 3D du centre de masse est proposée. L'analyse énergétique-mécanique des différents modèles mécaniques simplifiés prolonge ces travaux. Cette analyse est dans un premier temps basée sur la trajectoire du centre de masse, abordant la formulation mathématique du travail des forces externes. L'étude des forces internes appliquées au système plurisegmentaire poursuit ensuite l'analyse énergétique-mécanique de la marche. Différentes formulations du calcul du travail des forces internes, toutes basées sur le Théorème de l'Energie Cinétique, sont développées. Ce chapitre souligne l'importance de dissocier le travail mécanique moteur du travail freinateur afin d'approcher le coût energetique-mechanique réel de la marche
Simplified mechanical models of gait aim to analyze the walker behavior leaning upon the whole body center of mass trajectory. The purpose of this work was to (i) study the accuracy of those models in relation to the multilink modelling ; and (ii) propose a more realistic simplified mechanical model of human gait. A preliminary study of the gait determinants theory was realized. The respective contribution of gait determinants was firstly evaluated on the center of mass trajectory. Secondly, we evaluated their influence on the ground reaction force. Considering the results of this study, an original simplified mechanical model was proposed to simulate the 3D center of mass trajectory : the 3D Extended Inverted Pendulum (EIP3D) model. An energetic-mechanical analysis of different simplified mechanical models extended this study. First, the analysis was based on the center of mass trajectory, getting onto the mathematical formulation of external mechanical energy and external work. The study of internal forces applied to the multilink system then proceeded the energetic-mechanical analysis of gait. From the Kinetic Energy Theorem, different formulations of the internal work calculation were presented. This chapter underlined the significance to dissociate positive work from negative work to approach the actual energetic-mechanical cost of human gait

Les problématiques scientifiques étudiant la biomécanique du mouvement de pédalage en cyclisme ont fait et font toujours l'objet de nombreux travaux. Ces travaux touchent de divers domaines, technologique par exemple pour l'amélioration du matériel qui a considérablement évolué, physiologique pour l'amélioration des capacités physiques et des rendements énergétiques en fonction des styles de pédalage, et biomécanique pour l'expertise, en particulier, de l'efficacité de mouvement de pédalage. Le travail présenté s'inscrit dans ce dernier champ scientifique : la biomécanique du mouvement.Le travail réalisé a bénéficié d'un appel à projet de l'Agence Française de la Lutte contre le Dopage avec pour objectif : « [SIC] se réarmer vis-à-vis du dopage en adoptant des démarches qui se veulent originales et concrètes, notamment en se plaçant du point de vue de l'entourage scientifique de sportifs dopés » en se focalisant sur les thèmes « [SIC] Travail, puissance et rendement énergétique».Dans ce contexte, l'objectif général des travaux est l'évaluation du profil biomécanique du coureur cycliste par mesures en laboratoire. Pour cela, une plateforme expérimentale a été validée et nous a permis d'aborder deux questions centrales i) qu'est ce qui crée la force produite à la pédale ? ii) que peut-on attendre d'une évaluation énergétique mécanique du mouvement de pédalage? Ces deux points sont abordés à partir d'un protocole de tests de type incrémentiel tel que l'exige la Fédération Française de Cyclisme. Les résultats ont été obtenus sur une cohorte de coureurs Elite
Numerous studies investigated and still investigate pedaling motion in cycling from a biomechanical point of view. These studies involve various fields, like technologic for improving the material which has considerably evolved, physiologic for physical capacities and energy efficiencies' improvement according to pedaling styles, and biomechanics for motion's expertise and pedaling efficiency in particularly. This work takes part in the last scientific field: the biomechanics of movement.This work received a call for proposals of the AFLD (Agence Française de la Lutte contre le Dopage) in order to: "[SIC] rearm regarding doping by adopting original and practical approaches, considering scientific environment of doped athletes" by focusing on the themes of "[SIC] Work, power and energy efficiency".In this context, the general objective of this work is the biomechanical evaluation of cyclist's profile in laboratory conditions. For this, an experimental platform has been validated and allowed us to follow two central issues i) How is created the force produced to the pedal? ii) What can be expected from a mechanical energy evaluation of pedaling motion? These two points are discussed through incremental protocol tests as required by the French Cycling Federation. The results were obtained on a cohort of Elite cyclists

Le couplage entre mécanique du solide et physiologie respiratoire, est classiquement représenté par la relation linéaire entre puissance mécanique (P) et consommation d'oxygène (VO2). Nous avons investigué ces 2 paramètres, en caractérisant P par la puissance des efforts internes (PFint). PFint et VO2 sont étudiés séparément afin de rechercher l'information spécifique apportée par chacun de ces paramètres. L'analyse des données mécaniques et respiratoires, recueillies en simultané, montre la personnalisation de la stratégie motrice et de la stratégie respiratoire. Nous avons défini 2 types de couplage : en recherchant une relation linéaire associée au concept de rendement (or ce concept, qu'il soit associé à une notion énergétique ou d'efficacité, se révèle inopérant ) ; en étudiant séparément chaque paramètre mécanique ou physiologique comme la réponse, en asservissement et en régulation à une consigne en puissance (en mettant en regard ces résultats, cette méthode révèle des types de couplages inexplorés)
The coupling between solid mechanics and respiratory physiology, is classically represented by the linear relation between power output (P) and oxygen uptake ((VO2. We examine these 2 parameters, by characterizing P with internal power (PFint). Pfint and VO2 are separately studied in order to seek the specific information brought by each one of these parameters. The analysis of the mechanical and respiratory data, collected into simultaneous, shows the personalization of the locomotor strategy and the respiratory strategy. We defined 2 types of coupling : by seeking a linear relation associated the concept of output (however this concept, that it is associated with energy or effectiveness, appears inoperative) ; by separately studying each mechanical or physiological parameter like the answer, in control and regulation with an instruction in power (by bringing these results face to face, this method reveals types of unexplored couplings)

L'objectif de la thèse était d'évaluer les liens entre propriétés biomécaniques et imagerie rachidienne. A cette fin, un protocole expérimental in vitro a été mis en oeuvre sur 22 disques intervertébraux lombaires humains. Des essais caractérisant la mobilité sous charge, la viscoélasticité et la réponse dynamique des disques ont été réalisés, tandis que des radiographies, discographies et coupes IRM ont été recueillies. Les disques ont fait l'objet d'analyses macroscopiques et chimiques. Des modèles rhéologiques ont été développés. Enfin, des images radiographiques en double énergie ont été reconstruites. Trois grandes classes de caractéristiques ont été extraites des images: les grades de dégénérescence issus de trois modalités différentes, la géométrie et les singularités pathologiques. Pour chaque sollicitation, leurs effets ont été recherchés. Les anomalies de type scoliose ou calcifications de grande taille affectaient fortement la mobilité. Après exclusion des spécimens les plus pathologiques, des relations entre amplitudes de mobilité et géométrie (hauteur et surface) ont pu être mis en évidence. Fluage, relaxation et hystérésis étaient liés, et principalement affectés par la dégénérescence. Peu de caractéristiques disponibles influaient le comportement dynamique. Enfin, le numéro atomique équivalent du disque intervertébral a pu être mesuré grâce à la radiographie en double énergie, et partiellement validé par l'analyse chimique. Ainsi cette thèse a permis de quantifier, à l'aide de l'imagerie, certains aspects du comportement biomécanique du disque intervertébral.

Les appareils orthodontiques appliquent une force prolongée sur les dents, conduisant au mouvement dentaire provoqué, à l'aide d'arcs insérés à l'intérieur d'attaches. Le déplacement dentaire résulte de la biomécanique mais également des réponses biologiques des tissus de soutien. Notre problématique porte sur les efforts mécaniques présents à l'intérieur des attaches orthodontiques, lors de l'insertion d'un fil à mémoire de forme. Nous souhaitons quantifier les forces et moments à l'échelle d'une arcade dentaire en trois dimensions. Notre travail présente un protocole alliant expérimentation et modélisation numérique. Cette méthodologie innovante permet de mettre en évidence les forces et moments appliqués lors de la première phase d'un traitement orthodontique à l'insertion d'un arc nickel-titane de diamètre 0,356 mm (0 .014 inch) dans des gorges de diamètre 0,457x0,635 mm (0.018x0.025) sur une arcade maxillaire, obtenue après segmentation d'une imagerie tridimensionnelle d'un patient. Cette première étape ouvre les portes vers une individualisation des traitements orthodontiques par l'application des efforts mécaniques nécessaires sans être délétères
Prolonged forces are applied on the teeth by orthodontie deviees, using arch wires inserted into brackets, leading to the orthodontie teeth movements. This displacement is the result of biomechanics but also the biological responses of the surrounding periodontal tissues. Our aim is to quantify the forces and moments applied on the orthodontie brackets, during the insertion of a shape memory alloy, at the scale of a three-dimensional dental arch. Our work presents a protocol combining experimentation and numerical modelling. This innovative methodology enables measuring the forces and moments applied during the first stage of an orthodontie treatment, when a 0.014-inch nickel-titanium arch wire is inserted into a maxillary arch. This first step will help in the definition of individualized treatments, applying the necessarymechanical forces without being iatrogenic

Cette thèse vise à développer un système intégré et autonome en utilisant la technologie piézoélectrique soit pour l’actionnement ou pour la récupération d’énergie. Nous avons testé cette configuration sur un Lab on Chip (LOC) destiné à des applications médicales et environnementales. Ce LOC est utilisé pour la surveillance des polluants et des toxines dans des échantillons d'eau ou d'air. Pour assurer son bon fonctionnement, le LOC doit intégrer trois éléments essentiels : un système de fluidique, un système de détection et un système d'alimentation. La combinaison de ces trois composantes primordiales permet d'obtenir un dispositif autonome et totalement intégré. Dans le cadre de ce travail de recherche, deux systèmes sont mis en place : le système fluidique et le système d'alimentation. Au sein du premier système, une micro pompe à une membrane piézoélectrique a été étudiée à travers des analyses théoriques et des simulations sur COMSOL Multiphysics, confirmant la capacité du design choisi à pomper des débits importants de deux types de fluides, notamment les gaz et les liquides. Les résultats obtenus de cette étude ont montré que la micro pompe capable de fonctionner à des tensions faibles tout en manipulant des débits importants, pouvant aller jusqu'à plusieurs dizaines de microlitres. Cette capacité permet de répondre aux exigences en matière de quantité de fluide nécessaire à la circulation dans la zone de détection du système de laboratoire sur puce. Une puissance énergétique de l’ordre milliwatt a été calculé pour le bon fonctionnement de la micro pompe et ses modules électroniques. Pour répondre aux exigences énergétiques du système, un micro générateur piézoélectrique a également été développé. Ce dispositif convertit l'énergie biomécanique générée par la flexion du genou en énergie électrique, à travers une poutre piézoélectrique fixée à la face arrière du genou. Pendant la marche, la flexion du genou se transforme en énergie électrique, laquelle est ensuite mise en forme par un circuit redresseur de type AC-DC, rendant cette puissance exploitable par les composants électroniques du système. Les résultats obtenus de cette conversion indiquent que les niveaux de puissance générés augmentent avec l'intensité de la flexion du genou, atteignant des valeurs de dizaines de milliwatts qui se situent dans la plage nécessaire pour garantir un fonctionnement continu et en temps réel de système fluidique. Cette approche contribue à la réalisation d'un système intégré et autonome, optimisé tant sur le plan énergétique que fonctionnel
This thesis aims to develop an integrated and autonomous system using piezoelectric technology for both actuation and energy harvesting. We have applied this configuration in a Lab on Chip (LOC) designed for medical and environmental applications. This LOC is used for monitoring pollutants and toxins in water or air samples. To ensure its optimal functionality, the LOC must integrate three key components: a fluidic system, a detection system, and a power supply system. The combination of these essential elements results in a fully autonomous and integrated device. This research work focuses on the establishment of two systems: the fluidic system and the power supply system. Within the first system, a piezoelectric membrane micropump has been studied through theoretical analyses and simulations using COMSOL Multiphysics, confirming the design's capability to pump significant flows of two types of fluids, namely gases and liquids. The results of this study demonstrated that the micropump can operate at low voltages while handling substantial flow rates, reaching up to several tens of microliters. This capability addresses the fluid quantity requirements necessary for circulation in the detection area of the Lab on Chip system. An energy requirement of the order of milliwatts has been calculated for the proper functioning of the micropump and its associated electronic modules. To meet the system's energy demands, a piezoelectric microgenerator has also been developed. This device converts biomechanical energy generated by knee flexion into electrical energy through a piezoelectric beam attached to the back of the knee. During walking, the flexion of the knee transforms into electrical energy, which is then rectified by an AC-DC circuit, making this power usable by the system's electronic components. The results obtained from this conversion indicate that the generated power levels increase with the intensity of knee flexion, reaching values in the tens of milliwatts, which fall within the necessary range to ensure continuous and real-time operation of the fluidic system. This approach contributes to the realization of an integrated and autonomous system, optimized both in terms of energy efficiency and functionality

Ma thèse vise à contribuer au développement et l’amélioration de la cinématique de la partie supérieure du robot HYDROïD pour des tâches bi-manuelles, tout en basant sur une étude biomécanique de cette partie chez l’être humain.Pour atteindre notre objectif majeur, ce travail adopte dans un premier temps une nouvelle structure hybride de 4 degrés de liberté (ddl) pour le torse du robot, distribués en 3 ddl au niveau lombaire et un ddl au niveau thoracique. Cette structure était identifiée après une analyse de l’espace de travail d’un modèle multi-corps simulant la colonne vertébrale d’un être humain, et une étude d’optimisation de ce modèle permettant la synthèse de la structure envisagée.Dans un second temps, une amélioration de la cinématique du bras du robot a été mise en place, en introduisant la notion de l’épaule complexe au présente structure. Le choix de ce nouveau degré de liberté était le fruit d’une approche systématique pour augmenter l’anthropomorphisme géométrie du bras souhaité vers un bras humain de la même taille.Les 2 structures proposées ont passé par la suite par la phase de conception mécanique tout en respectant les contraintes géométriques et en se basant sur l’énergie hydraulique comme étant l’énergie d’ actionnement de ces systèmes. Enfin, le Modèle Géometrique Inverse (MGI) pour la solution générique du torse a été établi et son adaptation à notre cas particulier a été identifiée. Une solution optimisée pour ce mécanisme basée sur 2 différents critères a ensuite été donnée
My thesis aims at contributing to the development and improvement of the upper body of HYDROïD robot for bi-manual tasks, while basing on a bio-mechanical study of this part of the human being. To reach our major goal, this work adopts, at first, a novel hybrid structure of 4 degrees of freedom (DOF) for the trunk of the robot, distributed in three DOF at the lumbar level and one DOF at the thoracic level. This structure was identified after an analysis of the work-space of a multi-body model feigning the vertebral column of a human being, and an optimization study of that model allowing the synthesis of the envisaged structure. Secondly, an improvement of the kinematics of the robor arm was organized, by introducing the notion of the shoulder complex in the present structure. The choice of this new degree of freedom was the fruit of a systematic approach to increase the anthropomorphism geometry of the arm wished towards a humanitarian arm of the same size.The two proposed structures crossed afterward by the mechanical design phase while respecting all the geometrical constraints and by using the hydraulic energy as being the type of actuation of these systems. Finally, the Inverse Geometrical Model (IGM) for the generic solution of the trunk was established and its adaptation to our particular case was identified. An optimized solution for this mechanism based on 2 various criteria was then given