Dissertations / Theses on the topic 'Fatigue fonctionnelle'

Ce travail de thèse avait pour objet dans un premier temps, de déterminer la durée et l'intensité de l'exercice pour lesquelles une fatigue centrale diaphragmatique était présente. Pour cela, nous avons testé l'apparition de la fatigue centrale du diaphragme pour trois durées d'exercice (5,15 et 40 minutes) en gardant la même intensité (55% de V̇O2max). Il en résultait que la fatigue centrale diaphragmatique était mise en évidence pour une durée de 40 minutes seulement. Ainsi, la fatigue centrale s'installerait avec le temps. Dans un deuxième temps, nous avons cherché à savoir si l'intensité de l'exercice avait une influence sur l'apparition de cette fatigue. Nous avons donc vérifié la présence de fatigue centrale du diaphragme pour différentes intensités d'exercice (40%, 55%, 75% de V̇O2max) en gardant la même durée d'exercice (15 minutes). Or il n'y avait pas de fatigue centrale du diaphragme, quelle que soit l'intensité de l’exercice. Dans une troisième étude nous nous sommes intéressés au contrôle ventilatoire pendant l'exercice. Nous avons vérifié si des potentiels prémoteurs, témoins de l'activation du cortex prémoteur, étaient présents pendant des exercices de différentes intensités (40% et 70% de V̇O2max) et pendant un exercice d'intensité modéré accompagné d'une charge inspiratoire résistive (40% de V̇O2max avec une charge de 5cmH2O). Nous n’avons pas observé d'activité prémotrice pré-inspiratoire pendant les exercices, suggérant une absence de contribution corticale à la ventilation humaine pendant l'exercice
This work aimed firstly to determine the duration and intensity of the exercice inducing diaphragmatic central fatigue. We tested the presence of the diaphragmatic central fatigue for three exercice durations (5,15 and 40 minutes) keeping the same intensity of exercice (55% of V̇O2max). The diaphragmatic central fatigue was present for a duration of 40 minutes. This fatigue would settle in progressively with time. On a second time, we checked if the exercice intensity influenced this fatigue. We checked the presence of diaphragmatic central fatigue for different intensities of exercice (40%, 55%, 75% of V̇O2max) keeping the same duration (15 minutes). The central diaphragmatic fatigue was absent, whatever the intensity of exercice. In a third work, we studied the ventilatory control during exercice. We checked if premotor potentials, which are evidences of the premotor cortex activation, were present during exercices of different intensities (40% et 70% of V̇O2max) and during a moderate exercice with resistive inspiratory load (40% de V̇O2max with a load of 5cmH2O). We did not observe any premotor preinspiratory activity, suggestive of an absence of cortical contribution of human ventilation during exercise

L'objectif de cette thèse était d'une part la caractérisation des muscles respiratoires lors d'un effort incrémental jusqu'à l'épuisement et d'autre part, l'étude des effets de l'entraînement et de désentraînement spécifique des muscles inspiratoires. La première étude a confirmé le développement de la fatigue musculaire respiratoire lors d'un exercice incrémental maximal. À travers l'enregistrement de l'oxygénation au niveau du 7ème espace intercostal, la deuxième étude a montré la réduction de la désoxygénation des intercostaux et de la fatigue des muscles inspiratoires avec un exercice inspiratoire antérieur. Ensuite, nous avons montré que 5 semaines d'entraînement spécifique des muscles inspiratoires (IMT) que ce soit à haute ou à basse intensité réduit la fatigue musculaire respiratoire induite par l'exercice incrémental maximal. Cette réduction corrobore la diminution parallèle observée dans l'utilisation de l'O2 au niveau des muscles intercostaux et donc de leurs demandes métaboliques en lien avec la diminution de leur fatigabilité (Études 3 et 4). Ceci pourrait refléter une augmentation de l'apport d'oxygène au niveau des muscles locomoteurs. Ces améliorations étaient plus importantes avec l'IMT à haute résistance. Néanmoins, ces phénomènes adaptatifs gagnés à l'IMT étaient perdus après 10 semaines de désentraînement (Étude 5). Toutefois, la réduction de la fréquence d'IMT à deux séances par semaine tout en préservant la même charge résistive était suffisante pour maintenir les adaptations déjà obtenues. Les travaux de cette thèse ont donc mis en évidence l'implication des muscles respiratoires dans la limitation de l'effort incrémental jusqu'à l'épuisement et ont contribué à mieux comprendre les mécanismes explicatifs de l'amélioration de la performance après l'IMT et en particulier la fatigue et l'oxygénation musculaire respiratoire
The aim of thesis was on one hand to characterize the respiratory muscles during an incremental effort until exhaustion and on the other hand, to study the effects of specific inspiratory muscle training and detraining. We first confirmed the development of respiratory muscle fatigue during a maximal incremental exercise. Through recording of oxygenation at the 7th intercostal space, the second study showed reduced intercostal muscle deoxygenation and inspiratory muscle fatigue with a prior inspiratory exercise. Then, we showed that 5 weeks of specific inspiratory muscle training (IMT), whether at high or low intensity, reduces respiratory muscle fatigue induced by maximal incremental exercise. This reduction corroborates the parallel decrease observed in the intercostal muscle oxygen utilization and therefore in their metabolic demands in relation to their fatigability decrease (Study 3 and 4). This may reflect an increase in the oxygen supply of the locomotor muscles. These improvements were greater with high-resistance IMT. However, the IMT induced adaptations were lost after 10 weeks of detraining (Study 5). Nevertheless, reducing training frequency by up to two sessions per week while preserving the same training load was sufficient to maintain the already achieved adaptations. These results highlighted the respiratory muscle implication in the limitation of incremental effort until exhaustion and have contributed to a better understanding of the mechanisms underlying the improvement of performance after IMT particularly respiratory muscle oxygenation and fatigue

Lorsque les joueurs de football réalisent plus d’un match par semaine, la durée de récupération entre deux rencontres successives pourrait être insuffisante, ce qui entraînerait une augmentation du nombre de blessures et/ou une diminution de la performance en match. L’objectif principal de cette thèse était d’identifier les facteurs (environnementaux, intrinsèques, position sur le terrain) susceptibles d’influencer la fatigue et les cinétiques de récupération de joueurs de football professionnels après un match. La présente thèse comprenait quatre études ayant pour objectifs d’analyser l’influence des courses et actions de jeu réalisées au cours d’un match (duel, saut, frappe/centre, tacle, changement de direction) ainsi que la surface de jeu (herbe naturelle contre surface synthétique) sur les cinétiques de récupération de marqueurs de performance physique, cognitive, subjectifs et biochimiques. Nos résultats ont montré que les courses réalisées au cours d’un match de football ne sont pas la cause principale de la fatigue générée par le match. Cette fatigue est également fonction des actions de jeu (duel, saut, frappe et changement de direction) réalisées au cours du match. La fatigue générée par le match est fonction de la position occupée sur le terrain (gardiens de but contre joueurs de champ). La surface de jeu n’influence pas les cinétiques de récupération de joueurs habitués à la surface synthétique. Ces résultats devraient permettre d’optimiser dans le futur les stratégies de récupération réalisées après le match
During periods when the schedule is particularly congested (i.e. two matches per week over several weeks), the recovery time allowed between two successive matches may be insufficient. As a result, players may experience underperformance and/or injury. The overall aim of the present thesis was to identify underlying factors (environmental and intrinsic factors, playing position) that contribute to fatigue and recovery time of professional soccer players after a match. Four experimental studies were conducted to investigate the influence of soccer running activity profile, playing actions performed during a match (i.e. contact, jump, shot/long pass, tackle, change of direction) and playing surface (natural grass versus artificial turf) on the recovery kinetics of physical performance, cognitive performance, subjective ratings and biochemical parameters. Results showed that soccer running performance does not appear to be the main cause for post soccer match-induced fatigue. Post-match fatigue and recovery time depend on playing actions performed during the match (contact, jump, shot/long pass and change of direction). Post-match fatigue depends on playing position (goalkeepers versus outfield players). Playing surface does not impact recovery kinetics among regular artificial turf players. Present results may promote the prescription of more efficient and individualized recovery practices after soccer match

L'objectif de cette thèse était d'une part la caractérisation des muscles respiratoires lors d'un effort incrémental jusqu'à l'épuisement et d'autre part, l'étude des effets de l'entraînement et de désentraînement spécifique des muscles inspiratoires. La première étude a confirmé le développement de la fatigue musculaire respiratoire lors d'un exercice incrémental maximal. À travers l'enregistrement de l'oxygénation au niveau du 7ème espace intercostal, la deuxième étude a montré la réduction de la désoxygénation des intercostaux et de la fatigue des muscles inspiratoires avec un exercice inspiratoire antérieur. Ensuite, nous avons montré que 5 semaines d'entraînement spécifique des muscles inspiratoires (IMT) que ce soit à haute ou à basse intensité réduit la fatigue musculaire respiratoire induite par l'exercice incrémental maximal. Cette réduction corrobore la diminution parallèle observée dans l'utilisation de l'O2 au niveau des muscles intercostaux et donc de leurs demandes métaboliques en lien avec la diminution de leur fatigabilité (Études 3 et 4). Ceci pourrait refléter une augmentation de l'apport d'oxygène au niveau des muscles locomoteurs. Ces améliorations étaient plus importantes avec l'IMT à haute résistance. Néanmoins, ces phénomènes adaptatifs gagnés à l'IMT étaient perdus après 10 semaines de désentraînement (Étude 5). Toutefois, la réduction de la fréquence d'IMT à deux séances par semaine tout en préservant la même charge résistive était suffisante pour maintenir les adaptations déjà obtenues. Les travaux de cette thèse ont donc mis en évidence l'implication des muscles respiratoires dans la limitation de l'effort incrémental jusqu'à l'épuisement et ont contribué à mieux comprendre les mécanismes explicatifs de l'amélioration de la performance après l'IMT et en particulier la fatigue et l'oxygénation musculaire respiratoire
The aim of thesis was on one hand to characterize the respiratory muscles during an incremental effort until exhaustion and on the other hand, to study the effects of specific inspiratory muscle training and detraining. We first confirmed the development of respiratory muscle fatigue during a maximal incremental exercise. Through recording of oxygenation at the 7th intercostal space, the second study showed reduced intercostal muscle deoxygenation and inspiratory muscle fatigue with a prior inspiratory exercise. Then, we showed that 5 weeks of specific inspiratory muscle training (IMT), whether at high or low intensity, reduces respiratory muscle fatigue induced by maximal incremental exercise. This reduction corroborates the parallel decrease observed in the intercostal muscle oxygen utilization and therefore in their metabolic demands in relation to their fatigability decrease (Study 3 and 4). This may reflect an increase in the oxygen supply of the locomotor muscles. These improvements were greater with high-resistance IMT. However, the IMT induced adaptations were lost after 10 weeks of detraining (Study 5). Nevertheless, reducing training frequency by up to two sessions per week while preserving the same training load was sufficient to maintain the already achieved adaptations. These results highlighted the respiratory muscle implication in the limitation of incremental effort until exhaustion and have contributed to a better understanding of the mechanisms underlying the improvement of performance after IMT particularly respiratory muscle oxygenation and fatigue

Depuis toujours l'humanité accorde une importance particulière aux gestes sportifs. De vastes catégories de muscles existent chez l'être vivant et leurs évolutions se produisent avec les modifications fonctionnelles imposées par l'environnement. Dans ces conditions, certains muscles sont sollicités différemment et s'adaptent à la nouvelle fonction imposée. Cette sollicitation induit une réorganisation structurale et fonctionnelle, entraînant une évolution des caractéristiques biochimiques et mécaniques qui tend à refléter la plasticité musculaire. Dans ce travail, nous avons essayé d'induire une hyperactivité de nature posturale, obtenue grâce à la suspension du rat, sur un muscle phasique de la patte antérieure: l'épitrochléaris. Ainsi le rat doit utiliser ses pattes antérieures pour se déplacer et assurer sa posture. Les résultats obtenus montrent que l'épitrochléaris acquiert en 21 jours des caractéristiques de muscle plus lent: augmentation des fibres et des chaînes lourdes de myosine de type l, diminution de la vitesse maximale de raccourcissement, meilleure résistance à la fatigue et accroissement de la raideur. Par la modélisation de la relation force-vitesse, nous suggérons l'importance des chaînes légères de myosine dans ce processus adaptatif. De plus, nous montrons une augmentation du nombre total de fibres musculaires. Ceci serait le résultat d'une division mitotique des cellules satellites qui donneraient naissance à des fibres nouvelles indifférenciées et se transformeraient en fibres lentes. Cette étude confirme le lien entre types de fibres, protéines contractiles et propriétés mécaniques. La plasticité observée est sûrement liée au régime particulier de travail du muscle au cours de la suspension, notamment la nécessité d'une activité posturale importante
Since a long time, the humanity has given a particular place to the study of athletic gestures. It was discovered that a wide category of muscles existed in living beings and that their evolution occurred due to alterations imposed by their environment. Ln new conditions, some muscles respond in a new pattern and hence adapt themselves to a newly imposed function. This induces a structural and functional re-ordering of the muscles, leading to changes in biochemical and mechanical characteristics which tend to reflect muscle plasticity. Ln our work, a rats were suspended to induce hyperactivity of postural nature in a phasic muscle of the forelimb : the epitrochlearis. Thus, the rat has to use its forelimb to move around or to maintain his posture. Results show that, after 21 days, the epitrochlearis behaves as a slower muscle : fibbers and myosin heavy chains of type 1 are increased, maximal shortening velocity is decreased, resistance to fatigue is improved and stiffness is increased. Thanks to a model including the force-velocity relationship, the role of the myosin light chains in this adaptative process is emphasized. Moreover, an increase in the total number of muscle fibbers is observed. This could be the result of a mitotic division of satellite cells which are able to generate new undifferentiated fibbers. These fibbers should transform themselves into slow fibbers. This study confirms the relationship between fibber types, contractile proteins and mechanical properties. The observed plasticity is certainly related to the original work by the muscle during suspension, notably, the need of an important postural activity

Dans le contexte actuel de l’industrie automobile, de nombreux actionneurs sont indispensables, ce qui nécessite des solutions optimisées. Les actionneurs en Alliage à Mémoire de Forme (AMF) sont bien adaptés à cette fin. Cependant, la mise en œuvre de cette technologie dans le secteur automobile se heurte à des difficultés liées à la complexité du comportement et au manque d’outils de conception. Cette thèse vise à établir une approche multidisciplinaire pour concevoir des actionneurs SMA répondant aux exigences de l’industrie automobile. La méthode comprend trois parties principales : caractériser le comportement thermomécanique et électrique des fils NiTi, proposer un modèle numérique basé sur des expériences pour simuler le comportement des actionneurs SMA sous activation électrique via l’effet Joule, et déterminer le comportement à la fatigue pour estimer la durée de vie et l’impact de la dégradation sur les performances. Enfin, une méthode de conception validée pour les actionneurs à base de fils SMA est présentée
In the current automotive industry context, numerous actuators are essential, necessitating optimized solutions. Shape memory alloy (SMA) actuators are well-suited for this purpose. However, implementing this technology in the automotive sector faces challenges due to complex behavior and a lack of design tools. This thesis aims to establish a multidisciplinary approach to designing SMA actuators to meet automotive industry requirements. The method comprises three main parts: characterizing NiTi wires’ thermomechanical and electrical behavior, proposing a numerical model based on experiments to simulate SMA actuator behavior under electrical activation via the Joule effect, and determining fatigue behavior for estimating lifespan and degradation impact on performance. Finally, a validated design method for SMA wire-based actuators is presented

L'introduction, dans les respirateurs actuels, de boucles d'asservissement du réglage de la ventilation à un ou plusieurs paramètres de surveillance, a pour but de minimiser les risques induits par une ventilation en pression positive en assurant des échanges gazeux adéquats et de préserver le potentiel musculaire en évitant l'apparition de la fatigue. Le mode "AutoRegulated Inspiratory Support" réalise partiellement ces objectifs. L'introduction, dans ce mode, de critères d'appréciation de la fatigue musculaire et de la demande ventilatoire est nécessaire. L'obtention de paramètres fiables caractérisant les différents aspects de la fonction respiratoire est donc essentielle. Dans ce but, nous avons conçu et validé un logiciel de mesure et d'analyse de l'ensemble de signaux relatifs à la ventilation : RESDIAG. Il permet l'analyse conjointe de la mécanique ventilatoire, des échanges gazeux et de la fonction diaphragmatique. La détermination de critères descriptifs de la fatigue nous a conduits à proposer une méthode de réjection de l'ECG du signal d'EMG diaphragmatique permettant également une évaluation de la qualité de ce signal. A l'aide de ces outils, plusieurs études ont été réalisées. Un protocole sur modèle porcin a permis l'étude du comportement d'ARIS dans des situations de modification de la demande ventilatoire et de variation des paramètres thoraco-pulmonaire. Cette étude suggère des modifications portant sur la détermination des contraintes. Un protocole de fatigue par une résistance à l'inspiration a été mené chez le sujet sain. L'étude de la phase expiratoire apparait porteuse d'informations relatives à l'adaptation aux contraintes imposées lors de l'insufflation. Deux index ont été proposés. Un protocole sur le patient en début de sevrage confirme l'intérêt du signal de débit expiratoire pour apprécier l'adaptation du patient au réglage du mode ventilatoire. Les outils et méthodes développés permettent de valider aisément de nouveaux index visant à apprécier l'adéquation de la ventilation aux besoins du patient.

Les conséquences du maintien en activité du muscle par des stimulations électriques chroniques (en comparant deux types de courant) ou lors de rééducation motrice sur tapis roulant, sont étudiées en vue d’une récupération fonctionnelle neuromusculaire succédant à une section-suture d’un nerf mixte périphérique. Cette plasticité post-traumatique est évaluée chez le rat au travers de données musculaires contractiles, neurophysiologiques, histochimiques et biochimiques. Nous avons également étudié la réafférentation mécano- et métabosensible. Afin d’évaluer l’importance de cette activité métabosensible sur la régulation sensorimotrice et l’activité musculaire, nous avons utilisé la capsaïcine pour procéder à une suppression sélective (knock-out pharmacologique) de cette sensibilité chez les rats nouveaux-nés. Enfin l’électromyostimulation chronique était réalisé chez l’Homme sain afin d’évaluer les modifications adaptatives induites au niveau du système neuromusculaire, avant de pouvoir ultérieurement passer à l’application de cette technique aux sujets traumatisés. Chez l’animal la capsaïcine supprime les fibres afférentes du groupe IV et altère fortement la métabosensibilté, se traduisant aussi par une baisse du temps d’endurance lors d’une course épuisante sur tapis roulant. La mécanosensibilté est peu affectée. L’atrophie musculaire liée à la dénervation est supprimée lors d’une électromyostimulation par un courant biphasique modulé en fréquence pendant la phase de réinnervation. Ce type de courant restaure les caractéristiques de la secousse musculaire. De plus, la typologie musculaire et les activités enzymatiques (citrate synthase et lactate déshydrogénase) sont proches du groupe contrôle. La course sur tapis roulant en période post-opératoire restaure la sensibilité métabolique, alors que l’électrostimulation le fait de façon partielle. La sensibilité mécanique est peu affectée, et tous les paramètres mécaniques testés sont restaurés (index de fatigue, secousse musculaire). L’électromyostimulation chronique chez l’Homme sain conduit à une augmentation de la force maximale, une baisse du RMS et un décalage vers des fréquences élevées du spectre de puissance (issu de l’EMG de surface) pendant une épreuve d’endurance à 60% de la force maximale volontaire. Ces changements persistent 6 semaines après la fin du protocole d’électrostimulation. Ceci pourrait traduire une adaptation de la commande centrale en vue d’une facilitation de la mise en jeu des fibres musculaires rapide, impliquant les afférences musculaires stimulées. En conclusion, les résultats obtenus chez l’Homme et l’animal, mettent en avant le rôle clef de la sensibilité métabolique musculaire lors de la réalisation d’exercice physique. Les deux techniques utilisées pour maintenir en activité le muscle pendant la phase de réinnervation apportent des résultats complémentaires sur les versants neveux et musculaires. Un protocole combinant l’électromyostimulation et l’exercice physique volontaire devrait améliorer les restaurations fonctionnelles, en vue d’une application ultérieure à la réhabilitation, suite aux traumatismes neuromusculaires chez l’Homme
Consequences of the maintenance in activity of muscle by chronic electrostimulation (comparing two types of current) or following rehabilitation on treadmill, are studied in order to induce a functional neuromuscular recovery succeeding a section-suture of a mixed peripheral nerve. This plasticity is evaluated in the rat through contractile, neurophysiological, histochemical and biochemical data. We also studied the mechano- and metabosensitive reafferentation. In order to evaluate the importance of this metabosensitive activity on the sensorimotor regulation and during muscular activity, we used capsaïcine to carry out a selective suppression (pharmacological knocked-out) of this sensitivity in the new-born rats. Finally chronic electromyostimulation was carried out at the healthy human sujects in order to evaluate the adaptive modifications on the neuromuscular system, before an application of this technique to the traumatized subjects. In the animal capsaïcine removes most of the group IV muscle afferent fibres of and strongly deteriorates metabosensitivity. The time of endurance time measured at the end of an exhaustive exercise on treadmill is also reduced. The muscular atrophy related to denervation is removed at the time of a electromyostimulation by a biphasic current modulated in frequency during the reinnervation period. Twitch characteristics is restored. Moreover muscular typology and the enzymatic activities (citrate synthase and lactate dehydrogenase) are close to control values. Rehabilitation on treadmill during post-operative period restores the metabolic sensitivity in response to the tested stimuli. The mechanical sensitivity is little affected, and all the mechanical parameters tested are restored (fatigue index, twitch). Chronic electrostimulation on healthy subjects led to an increase in the maximum force, a fall of RMS and a shift towards higher frequencies in the power spectrum density function (measured in surface EMG) during an endurance exercise at 60% of the maximal voluntary force. These changes persist 6 weeks after the end of the electrostimulation session. This could represent an adaptation of the central order in a facilitation of fast twitch muscle fibres activation, surely implying the muscular afferents. In conclusion the results obtained in Human and animals, indicate the key role of the muscular metabolic sensitivity involved in physical exercise. The two techniques used to maintain in activity the muscle during the reinnervation period produce complementary results. Protocol combining the electromyostimualtion and the voluntary physical exercise should improve the functional restorations, following the neuromuscular traumatisms in Human

La fatigue post-accident vasculaire cérébral (FPAVC) est fréquente et invalidante. Pour autant, elle reste à ce jour un phénomène mal connu et reconnu. Dans ce travail de thèse, nous avons réalisé une synthèse exhaustive de la littérature scientifique sur les facteurs associés à la FPAVC. Il en ressort qu’elle est fréquemment reliée aux symptômes dépressifs et anxieux mais que ses mécanismes physiopathologiques sont encore peu compris. Nous avons conduit une étude de la FPAVC sur 153 patients de la cohorte hospitalière STROKDEM (NCT01330160) ayant été suivis 6 mois après leur AVC ischémique. Dans une première étude, nous avons montré que la FPAVC n’était pas un effet secondaire des médicaments utilisés par les patients à la sortie de l’hôpital et à 6 mois. Elle reflèterait plutôt la présence de troubles fréquemment observés après un AVC comme la dépression, l’anxiété et les troubles du sommeil. Dans une deuxième étude, nous avons mis au jour une association forte entre FPAVC et plaintes cognitives subjectives des patients qui contrastait avec l’absence d’association avec les performances cognitives objectives lors de l’évaluation neuropsychologique, quel que soit le domaine cognitif considéré. Dans une troisième étude, nous avons exploré les mécanismes neuronaux sous-jacents à la FPAVC. Avec une analyse exploratoire et sans a priori, nous n’avons pas montré de différence de connectivité fonctionnelle au repos entre les patients avec ou sans FPAVC. L’ensemble de ces données nous apporte des éléments permettant d’avancer dans la compréhension du phénomène complexe qu’est la FPAVC
Post-stroke fatigue (PSF) is frequent and debilitating. However, PSF is up to date a poorly understood and unrecognized phenomenon. In this thesis, we have done an exhaustive synthesis of scientific literature on factors associated with PSF. It indicates that PSF is frequently related with depressive and anxious symptoms but there is a lack of understanding of its physiopathological mechanisms. We conducted a study of PSF on 153 patients from the hospital-based cohort study STROKDEM (NCT01330160), followed-up for 6 months after an ischemic stroke. In a first study, we have shown that PSF was not a side effect of drugs use. PSF more reflects presence of disturbances frequently observed after stroke such as depression, anxiety, or sleep disturbances. In a second study, we have observed a strong association between PSF and subjective cognitive complaints that contrasted with the absence of association with objective cognitive performances during the neuropsychological evaluation, regardless of the considered cognitive domain. In a third study, we explored neuronal mechanisms underlying PSF. With an exploratory analysis, without a priori, we did not demonstrate any difference in functional connectivity at rest between patients with or without PSF. As a whole, these data give us pieces to progress in the understanding of the complex phenomenon named PSF

Ce travail effectué sur une population de douze sportifs d'endurance de niveau régional, propose d'analyser l'effet de l'absorption par voie orale d'une forme particulière de granulés d'alcalinisant sur la capacité d'endurance et de récupération, à puissance sub-maximale et à puissance maximale aerobie. La première partie de cette étude comporte l'étude pharmacocinétique du produit administré, la seconde apprecie l'impact de cette alcalinisation exogène (contre placebo) sur la fréquence cardiaque, les échanges gazeux, les concentrations plasmatiques de substrats et la perception de l'état musculaire lors d'exercice rectangulaire intermittent (sur bicyclette ergométrique), choisi pour provaquer une décompensation acido-basique. . . .

La stimulation électrique fonctionnelle (SEF) a le potentiel de fournir une amélioration active aux blessés médullaires en termes de mobilité, de stabilité et de prévention des effets secondaires.Dans le domaine des système SEF pour les membres inférieurs, le couple articulaire adéquat doit être fournie de façon appropriée pour effectuer le mouvement prévu et maintenir l'équilibre postural. Toutefois, les changements d'état du muscle tels que la fatigue musculaire est une cause majeure qui dégrade ses performances. En outre, la plupart des patients, dont la blessure médullaire est complète, n'ont pas le retour sensorielle qui permet de détecter la fatigue et les capteurs de couples in-vivo ne sont pas disponible à l'heure actuelle. Les systèmes conventionnels de commande SEF sont soit en boucle ouverte ou pas assez robustes aux changements d'état du muscle. L'objectif de cette thèse est le développement de la prédiction du couple articulaire et la commande en boucle fermée afin d'améliorer les performances de la commande SEF en termes de précision, de robustesse et de sécurité pour les patients.Afin de prédire le couple articulaire induit de la SEF, l'électromyographie (EMG) induit est utilisé pour corréler l'activité musculaire électrique et mécanique. Bien que la fatigue musculaire représente une variation dans le temps, une dépendance aux sujets et aux protocoles, la méthode proposée d'identification adaptative, basée sur le filtre de Kalman, est capable de prédire le couple articulaire variant dans le temps de manière systématique. La robustesse de la prédiction du couple articulaire a été évaluée lors d'une tâche de suivi de la fatigue en expérimentation chez des sujets blessés médulaires.Les résultats montrent une bonne performance de suivi des variations d'état des muscles en présence de fatigue et face à d'autres perturbations. Basé sur les performances de précision de la méthode prédictive proposée, une nouvelle stratégie de commande basée sur le retour EMG, «EMG-Feedback Predictive Control» (EFPC), est proposée afin de contrôler de manière adaptative les séquences de stimulation en compensant la variation dans le temps de l'état du muscle. De plus, cette stratégie de commande permet explicitement d'éviter d'appliquer une stimulation excessive aux patients, et de générer les séquences de stimulation appropriées pour obtenir la trajectoire désirée des couples articulaires
Functional electrical stimulation (FES) has the potential to provide active improvement to spinal cord injured (SCI) patients in terms of mobility, stability and side-effect prevention. In the domain of lower limb FES system, elicited muscle force must be provided appropriately to perform intended movement and the torque generation by FES should be accurate not to lose the posture balance. However, muscle state changes such as muscle fatigue is a major cause which degrades its performance. In addition, most of the complete SCI patients don't have sensory feedback to detect the fatigue and in-vivo joint torque sensor is not available yet. Conventional FES control systems are either in open-loop or not robust to muscle state changes. This thesis aims at a development of joint torque prediction and feedback control in order to enhance the FES performance in terms of accuracy, robustness, and safety to the patients.In order to predict FES-induced joint torque, evoked-Electromyography (eEMG) has been applied to correlate muscle electrical activity and mechanical activity. Although muscle fatigue represents time-variant, subject-specific and protocol-specific characteristics, the proposed Kalman filter-based adaptive identification was able to predict the time-variant torque systematically. The robustness of the torque prediction has been investigated in a fatigue tracking task in experiment with SCI subjects. The results demonstrated good tracking performance for muscle variations and against some disturbances.Based on accurate predictive performance of the proposed method, a new control strategy, EMG-Feedback Predictive Control (EFPC), was proposed to adaptively control stimulation pattern compensating to time-varying muscle state changes. In addition, this control strategy was able to explicitly avoid overstimulation to the patients, and conveniently generate appropriate stimulation pattern for desired torque trajectory

La nitruration gazeuse est un traitement thermochimique permettant une meilleure résistance à la fatigue grâce à l’apport de propriétés mécaniques importantes telles que l’augmentation de la dureté et les contraintes résiduelles de compressions. Cette étude est réalisée sur un acier 33CrMoV12-9 utilisé dans l’industrie aéronautique. Un modèle complet adapté à cette nuance permet de quantifier les profils de contraintes résiduelles et de dureté en fonction des paramètres de nitruration. La prise en compte de l’apport de ces propriétés mécaniques est possible grâce à l’utilisation de critère de fatigue de type Crossland. Ce type de critère est intégré dans une méthodologie, afin de calculer la limite en fatigue dans une couche nitrurée et prédire la résistance de la pièce, ainsi que la potentielle zone d’initiation de rupture en fonction d’un chargement, d’une durée de vie et d’une probabilité à rupture donnés. L’utilisation combinée du modèle de calcul des propriétés mécaniques (dureté et contraintes résiduelles) et de la prédiction de l’initiation de rupture dans un matériau nitruré, rend possible une méthode inverse permettant de calculer les paramètres de nitruration adaptés à un chargement subi. Cette approche se justifie dans le cas de nitruration gazeuse, car il a été démontré lors de cette étude, que ce traitement reste robuste face au chargement subi par la pièce
Gaseous nitriding is a thermochemical treatment that improves fatigue strength by providing important mechanical properties such as increased hardness and residual compressive stresses. This study is carried out on a 33CrMoV12-9 steel used in the aeronautical industry. A complete model adapted to this grade allows to quantify the residual stress and hardness profiles as a function of the nitriding parameters. Taking into account the contribution of these mechanical properties is possible thanks to the use of fatigue criterion such as Crossland. This type of criterion is integrated in a methodology in order to calculate the fatigue limit in a nitrided layer and to predict the resistance of the workpiece, as well as the potential initiation zone of rupture according to a load, a lifetime And a given break probability. The combination of the model for the calculation of mechanical properties (hardness and residual stresses) and the prediction of the initiation of rupture in a nitrided material, makes possible an inverse method allowing to calculate the nitriding parameters adapted to a load suffered. This approach is justified in the case of gaseous nitriding because it has been demonstrated in this study that this treatment remains robust against the loading undergone by the workpiece

Les établissements d'hébergement pour personnes âgées dépendantes (EHPAD) constituaient en 2015 le dernier lieu de vie pour 148.300 résidents, soit un quart des personnes décédées en France. La plupart de ces décès (87%) sont attendus et leur prise en charge pourrait être anticipée. Environ 130.000 résidents d'EHPAD chaque année pourraient bénéficier de soins palliatifs à la fin de leur vie. Pourtant, presqu'un quart des résidents sont "dans un réel inconfort physique" lors de leur dernière semaine de vie, et la sensibilisation des médecins traitants aux soins à apporter en fin de vie est très inégale dans les EHPAD. Un résident d'EHPAD sur quatre est hospitalisé en urgence dans ses deux dernières semaines de vie, et/ou décède lors d'une hospitalisation. Leur prise en charge palliative reste donc insuffisante dans ses dimensions de prévention, d'anticipation et d'accès aux soins palliatifs. L'objectif de la première étude était de déterminer si une intervention forte en EHPAD associant un audit, un retour d'information comparatif avec le bassin de santé et la région, et un accompagnement personnalisé et collaboratif dans la filière gériatrique locale permettait de diminuer la prévalence des résidents douloureux comparativement à une intervention associant seulement l'audit et le retour d'information. L'objectif de la deuxième étude était de décrire les trajectoires fonctionnelles des résidents d'EHPAD après leur transfert aux urgences et de rechercher les déterminants des capacités fonctionnelles et de la mortalité après ce transfert. L'objectif de la troisième étude était de décrire les trajectoires conjointes de douleur, dyspnée, confusion, agitation et altération de l'état général des résidents d'EHPAD après transfert aux urgences et de rechercher les facteurs prédictifs de l'évolution symptomatique. Les données des études IQUARE et FINE ont été utilisées pour répondre à ces objectifs. Les analyses statistiques incluaient des modèles de survie, un modèle logistique à effets mixtes, un modèle linéaire à effets mixtes, et des modèles mixtes à classes latentes. L'intervention forte dans l'étude IQUARE était associée à un moindre risque de douleur et à un accès plus large des résidents à une prise en charge antalgique conforme aux bonnes pratiques que dans le groupe d'intervention faible. Presque la moitié des résidents dans l'étude FINE ont perdu de l'autonomie fonctionnelle ou sont décédés après leur transfert aux urgences. Le déclin fonctionnel a été surtout influencé par l'état de santé du résident (symptômes d'inconfort, fracture, AVC) et par le parcours de soins après le transfert (durée de séjour hospitalier, mode de sortie). Les trajectoires fonctionnelles des résidents permettent de mieux appréhender leur résilience au travers d'un stress tel qu'un passage aux urgences. L'évolution des symptômes après un transfert aux urgences dans l'étude FINE différait selon leur nature : les symptômes spécifiques de l'affection causale ont été bien soulagés, contrairement à ceux plutôt liés aux comorbidités ou au terrain.[...]
Nursing home residents (NHRs) accounted for a quarter of all decedents in France in 2015, 87% of which died from predictable causes. About 130,000 NHRs could require palliative care at the end of life every year. Yet, previous works suggested about a fourth of these NHRs were in "a severe physical discomfort" in their last week of life and nursing home medical directors' training on end of life management was scarce. In addition, one fourth of NHRs get transferred to hospital in emergency in their last two weeks of life or die in hospital. Palliative care in NHRs needs to be developed in its dimensions of prevention, anticipation, and access to care. The objective of the first study was to determine whether a strong intervention involving auditing and feedback plus a cooperative work between a hospital geriatrician and the nursing home (NH) staff around quality indicators of care compared to a light intervention involving auditing and feedback only decreases the number of residents with a pain complaint. We also investigated whether this type of intervention improves pain management in NHs. The objectives of the second study were to describe the trajectories of functional ability of NHRs before the emergency department (ED) transfer, during hospital stay, and after hospital discharge, and to examine the determinants of both functional ability and mortality after a transfer to ED. The objectives of the third study were to describe the joint trajectories of pain, dyspnea, fever, confusion, agitation, and fatigue in NHRs from a week before their transfer to ED until the week following their discharge back to NH, and identify predictive factors of symptomatic outcomes. Data from the IQUARE and FINE studies were used to address these objectives. Statistical analyses included survival models, mixed-effects logistic and linear models and latent-class mixture models. Our results support that a general geriatric intervention based on education and professional support to NH staff not only improved the quality of pain management in the IQUARE study but was also associated with a lower number of residents who complained about pain. Almost one-half of NHRs declined on their functional ability or died after being transferred to ED in the FINE study, but the majority either remained stable or even improved. Functional decline across trajectory groups was mainly driven by transfer characteristics, such as condition during transfer (number of distressing symptoms, fracture, or stroke) and care pathway after ED (length of hospital stay and discharge department). Functional trajectories allow us to better understand the resilience capacities of residents facing the challenging stress of a transfer to ED. The course of symptom burden in the FINE study shows distinct trajectories depending on the nature of symptoms: specific symptoms were well alleviated, but non-specific symptoms, i.e. related to comorbidities or disease burden, were frequently uncontrolled.[...]

L'hypoactivité est caractérisée par une absence de contraintes sur le système musculo-squelettique. Il est aujourd'hui reconnu que les astronautes en impesanteur ainsi que les personnes hospitalisées et/ou alitées subissent ce phénomène. Ceci ayant pour conséquence de diminuer leurs capacités fonctionnelles en altérant notamment la fonction musculaire et le transport d'oxygène. Afin d’améliorer la santé des astronautes en mission tout comme la prise en charge des patients alités, il apparait nécessaire de mieux comprendre l’étiologie des altérations physiologiques induites par l'hypoactivité. Présentant des interactions potentielles avec le muscle squelettique, le métabolisme du fer et le microbiote intestinal constituent des cibles innovantes pouvant jouer un rôle dans ces altérations. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier les relations existantes entre microbiote intestinal, fer et muscle squelettique en condition d'hypoactivité et d'en décrire les mécanismes sous-jacents. En s'appuyant sur des modèles animaux et humains, nos travaux mettent en évidence une redistribution du fer dans l’organisme du sujet hypoactif, provoquée en grande partie par une augmentation de la synthèse d’hepcidine. Travail princeps démontrant un impact de la modulation du microbiote intestinal sur l’endurance du muscle squelettique, nos résultats pointent le métabolisme du glucose comme un acteur potentiel, alors que des indices de dysbiose en condition d’hypoactivité sont suggérés. L’ensemble de ce travail ouvre sur de nouvelles contre-mesures et stratégies thérapeutiques innovantes dans la prise en charge de la santé des astronautes et des patients alités
Hypoactivity is characterized by a lack of mechanical constraints on the musculoskeletal system, and affects a wide range of individuals, from bedridden and hospitalized patients, to astronauts subjected to hypoactivity. Specifically, hypoactivity reduces functional abilities by altering, among others, muscle function and oxygen transport. To improve astronauts’ health during and after missions, or bedridden patients’ care, understanding its underlying mechanisms is necessary. Since they seem to interact with skeletal muscle, iron metabolism and gut microbiota could play a key role in functional disorders related to hypoactivity. The aim of this PhD thesis was to study the crosstalk between gut microbiota, iron and skeletal muscle during hypoactivity and to identify the underlying mechanisms. Based on animal and human models, our work highlights that iron misdistribution occurs during hypoactivity, especially due to hepcidin upregulation. By demonstrating for the first time the effect of gut microbiota on skeletal muscle endurance, our results support that glucose homeostasis plays a key role in this mechanism. Furthermore, some indicators of gut dysbiosis are suggested in hypoactivty. Our work opens promising and innovative countermeasures for therapeutic strategies destined to improve astronauts‘ health and patients’ care

L’entraînement dans les sports d’endurance à haut niveau passe traditionnellement par des périodes de très fortes charges visant à imposer de forts stress. La littérature suggère que ces périodes seront d’autant plus intéressantes si elles sont associées à un important niveau de fatigue et à une diminution de performance (surmenage fonctionnel, SF). Cependant, il n’a jamais été comparé à une surcharge d’entraînement sans diminution de performance (fatigue aigüe, FA). La première partie a montré que la surcompensation de performance au cours de l’affûtage peut répondre de façon Gaussienne à la charge d’entraînement imposée avant l’affûtage. Plus précisément, les résultats ont démontré que l’augmentation de la charge d’entraînement avant l’affûtage peut maximiser la réponse positive à l’entraînement, seulement à condition que le stress d’entraînement ne dépasse pas la capacité de récupération de l’athlète et ne précipite pas de SF. Par ailleurs, il s’avère que les réponses d’affûtage semblent individuelles et non influencées par le niveau de fatigue généré en amont. Ces différences de performance s’expliquent notamment par une bonne adaptation à l’entraînement après une période de surcharge sans SF, quand un état de SF sera à l’inverse associé à une moins bonne adaptation et à une plus grande survenue d’états de santé infectieux. La seconde partie a suggéré que la fatigue observée au sein du groupe SF pouvait également avoir été causée par un phénomène de fatigue cardiaque. En effet, le développement du SF chez l’athlète entraîné est associé à une réduction des valeurs de débit cardiaque à l’exercice
The purpose of this work is to examine whether performance supercompensation during taper is maximized in endurance athletes after experiencing overreaching during an overload training period. This first study showed that 1) greater gains in performance and V˙O2max can be achieved when higher training load is prescribed before the taper but not in the presence of functional overreaching (F-OR); 2) peak performance is not delayed during taper when heavy training loads are completed immediately prior; and 3) F-OR provides higher risk for training maladaptation, including increased infection risks. The second study confirms sleep disturbances and increased illness in endurance athletes who present with symptoms of F-OR during periods of high volume training. The third study shows a lower cardiac output and systolic blood pressure with greater arteriovenous O2 difference were reported in F-OR subjects at all exercising intensities, while no significant change was observed in the control and acute fatigue (AF) groups. A concomitant decrease in epinephrine excretion was reported only in the F-OR group. All values returned to baseline at Post. Following an overload endurance training program leading to F-OR, the cardiac response to exhaustive exercise is transiently impaired, possibly due to reduced epinephrine excretion. This finding is likely to explain the complex process of underperformance syndrome experienced by F-OR endurance athletes during heavy load programs

Les objectifs de cette thèse étaient d'étudier l'intégrité et les performances fonctionnelles de surfaces de bagues de roulement en 100Cr6 usinées sur une machine prototype d'Usinage de Haute Précision (UHP, tournage dur). La fonctionnalité de ces surfaces, dont la finition est actuellement réalisée par rectification, est la tenue en fatigue contact. L'ensemble des développements apportés et des mises au point réalisées ont permis d’améliorer les performances de la machine et ainsi d'obtenir les surfaces dont les analyses et mesures ont permis de mettre en évidence l'influence de la vitesse d'avance sur la rugosité et le niveau des contraintes résiduelles des surfaces usinées, qui contrairement à la rectification, est en forte compression en surface et en profondeur. Des essais de fatigue contact jusqu'à 100. 000 cycles ont montré la stabilité des contraintes résiduelles qui reste en forte compression. Ces derniers résultats devront être confirmés par des essais de plusieurs millions de cycles. Les surfaces usinées ayant une rugosité comparable à celles obtenues par rectification, des études approfondies ont été réalisées afin d'une part de déterminer les limitations et la pertinence des techniques de mesure (profilomètre tactile, AFM, microscope interférométrique) en fonction de la nature des surfaces ; et d'autre part de choisir le paramètre de rugosité le plus pertinent par une analyse mulri-échelle. Cette dernière a montré que les paramètres couramment utilisés dans l'industrie ou ceux dictés par les normes ne sont pas toujours les plus pertinents. Cette étude sera appliquée à d'autres procédés de fabrication
The aims of this thesis were to carry out integrity and functional performances of AISI 51200 bearing ring surfaces machined by High Precision Turning machine lathe (HPT, hard turning). The functionality of these surfaces, which are nowadays finished by grinding, is life in contact fatigue. Machine developments and adjustment setup have increased the machine performances and then allow to obtain following presented surfaces which analysis and measures have shown the influence of the feed rate on the surface roughness and the residual stresses level: at the opposite of grinding, material is in high compression on the surface and in deep. Contact fatigue tests have been done until 100,000 cycles and have shown the stability of residual stresses which keep in high compression. These last results should be confirmed by several million cycle tests. As machined surfaces present similar level of roughness than the one obtain by grinding, different other studies have been carried out in order in a first band to determine limitations and relevance of measurements techniques (tactil profiler, AFM, interferometric microscope) in function of the surface nature; and in an other hand to choose the most relevant roughness parameter by a multi scale analysis. This last one has shown that roughness parameters used in industry or in standards are not always the most relevant. This study will be applied to other manufacturing processes

Dans le domaine de la fatigue à grand nombre de cycles, les fissures s'initient le plus souvent à la surface des pièces. Par conséquent, en plus des propriétés mécaniques globales, les caractéristiques de la surface et de la sous-couche, telles que la rugosité et les contraintes résiduelles affectent la durée de vie en fatigue. La rugosité a essentiellement une influence sur la phase d'amorçage des fissures. En effet, la présence d'irrégularités de surface entraine des concentrations de contraintes qui peuvent produire de fortes déformations locales et éventuellement entrainer la formation de défauts de type fissures. Par ailleurs, la présence de contraintes résiduelles affecte à la fois la phase d'amorçage et de propagation des fissures. Elles affectent la plasticité proche de la surface et influencent donc l'amorçage des fissures. De plus, en se superposant au chargement mécanique macroscopique, elles modifient localement le niveau de sollicitation et peuvent donc affecter la propagation des fissures.Le grenaillage ultrasonore (SMAT) est un traitement mécanique de surface qui consiste à bombarder un échantillon avec des billes mises en mouvement par un dispositif atteignant des fréquences de vibration de 20 kHz. Les impacts répétés entrainent une déformation plastique de la surface menant au développement de contraintes résiduelles de compression ainsi qu'un gradient de microstructure caractérisé par des zones très déformées en sous couche et des tailles de grains submicroniques en surface. Un tel traitement a été réalisé sur des aciers inoxydables austénitiques afin d'étudier l'amorçage et la propagation de fissures de fatigue dans le champ complexe de microstructure et de contraintes résiduelles induit par le SMAT.Des essais en fatigue uniaxiale à grand nombre de cycles ont été conduits à deux rapports de charge différents (en traction-compression à RTC=-1 et en traction-traction à RTT=0,1). Ils ont permis de mettre en évidence un effet variable du SMAT en fonction de la condition de chargement cyclique. En effet, pour RTC une amélioration de la limite de fatigue a été mesurée alors que pour RTT c'est un abattement de la limite de fatigue qui a été constaté. Dans le but d'expliquer cette différence, une étude approfondie des éprouvettes rompues et non-rompues de l'état initial et SMAT, a été menée. Il s'est avéré que dans les conditions de chargement étudiées, les redistributions des contraintes résiduelles peuvent être considérées comme le facteur principal permettant d'expliquer les performances variables en fatigue ainsi que les amorçages observé aux différents sites d'initiation. En considérant les contraintes résiduelles de surface stabilisées après chargement en fatigue, l'utilisation d'un critère de Crossland a permis d'expliquer à la fois l'effet du rapport de charge et du SMAT sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles des aciers inoxydables.Une modélisation des gradients de propriétés mécaniques et de contraintes résiduelles caractéristiques du SMAT par la méthode des éléments finis a été proposée (via ABAQUS) dans le but de comprendre et de prédire les relaxations de contraintes résiduelles. Les résultats des simulations ont été confrontés aux données obtenues expérimentalement et un très bon accord a été obtenu. La capacité du modèle à rendre compte du comportement en fatigue à faible et à grand nombre de cycles a été évaluée, et une cohérence très correcte a été obtenue entre les résultats numériques et expérimentaux.Des éprouvettes pourvues d'un défaut artificiel surfacique ont ensuite été préparées afin d'évaluer la sensibilité à la présence d'accidents géométriques, mais aussi pour suivre la propagation des fissures de fatigue par la méthode des répliques. Il a été démontré que les éprouvettes SMAT ne présentent pas une sensibilité exacerbée à la présence de défauts par rapport à l'état initial pour RTT, alors qu'à RTC une sensibilité légèrement accrue a été mesurée. [...]
In the high cycle fatigue, cracks initiate most of the time at the surface of workpieces. Therefore, in addition to the overall mechanical properties, surface and sub-surface characteristics such as roughness and residual stresses affect the fatigue life. Roughness essentially influences the cracks initiation phase. Indeed, the presence of surface irregularities induces stress concentrations producing high local strains potentially leading to the formation of crack-like defects. Besides, the presence of residual stresses affects both the crack initiation and propagation phase. They affect the plasticity close to the surface and influence the crack initiation. Moreover, superposed with the macroscopic loading, they locally modify the stress field and therefore may affect the crack propagation behavior as well.The ultrasonic shot peening (SMAT) is a surface mechanical treatment which consists in impacting a sample with shots put in motion by a vibrating device operating at frequencies up to 20 kHz. The repeated impacts lead to a surface plastic strain allowing the formation of compressive residual stresses as well as a microstructure gradient characterized by highly deformed zones in the sub-surface and submicronic grain size just below the surface. Such treatment was carried out to austenitic stainless steels in order to study the fatigue crack initiation and propagation in the complex microstructure and residual stress field induced by the SMAT.Uniaxial high cycle fatigue tests have been conducted for two different load ratios (under tension-compression at RTC=-1 and under tension-tension at RTT=0.1). They allowed to highlight the variable effectiveness of the SMAT with regard of the cyclic loading conditions. Indeed, at RTC, an increase of the fatigue limit was measured whereas for RTT a reduction of the fatigue limit was observed. In order to explain this difference, an in-depth study of the initial state and SMAT treated broken and run-out samples was carried out. It turns out that under the studied loading conditions the modifications of residual stress state can be considered as the primary factor governing the varying fatigue performances and the observed triggering at different initiation sites. Considering the stabilized surface residual stress after fatigue loading, the use of a Crossland criterion allowed to explain both the effects of load ratio and SMAT on the high cycle fatigue behavior of the stainless steel.A modelling method of the mechanical properties and residual stresses gradients was then developed using the finite elements method (via ABAQUS) in order to understand and predict the residual stresses redistributions. The results of the simulations were compared to the experimental measurements, and a good agreement was observed. The capacity of the model to simulate both the strain- and stress-controlled fatigue behavior was evaluated and a good consistency between the numerical and experimental results were obtained.Specimens with an artificial surface defect were then prepared in order to evaluate the surface anomalies sensitivity, and also to study the fatigue crack propagation behavior using the surface replication method. It was shown that the SMAT samples do not exhibit an increased sensitivity to the presence of defects compared to the initial state when loaded at RTT, whereas for RTC a slightly increased sensitivity was identified. Studying the crack propagation at the surface of the specimens highlighted different behaviors for different load ratios. Also, despite the presence of a defect, the crack initiation phase remained important. Finally, crack fronts were marked by different methods which permitted plotting the fatigue crack growth curves. It was then shown that at RTC, fatigue crack growth behavior in the SMAT layer is drastically different from the initial material, whereas at RTT no difference was revealed

L'objectif de ces travaux de thèse est de proposer une démarche de caractérisation et de simulation de matériaux métalliques à gradients de microstructure. Ces résultats doivent permettre de modéliser l'impact du procédé de forgeage sur la tenue en fatigue à grand nombre de cycles d'essieux ferroviaires, produits dans le cadre du projet Innovaxle par la société Valdunes. Des essais de caractérisation réalisés sur un essieu forgé mettent en évidence un gradient de taille de grain entre le cœur et la surface de la pièce. Ce gradient est reproduit à une échelle plus fine sur des éprouvettes recristallisées en fer ARMCO, dont la caractérisation révèle un comportement élasto-plastique fortement hétérogène. Ce comportement est caractérisé à l'aide de la méthode F.E.M.U. (Finite Element Model Updating), qui appuie une hypothèse de modélisation basée sur l'application de la loi Hall-Petch à l'échelle mésoscopique. Cette modélisation sert de base à des simulations en fatigue décrivant la réponse à des sollicitations non-uniformes d'agrégats polycristallins à gradient de microstructure. L'intérêt de microstructures conçues en prévision de chargements spécifiques est mise en avant par ces simulations. Les calculs éléments finis présentés dans ces travaux sont réalisés avec le logiciel Code Aster, et le logiciel libre YADICS est utilisé pour la corrélation d'images numériques
The main objective of this thesis is to design a consistent methodology for the characterization and simulation of functionally graded metals. This approach should allow the assessment of the high cycle fatigue response of forged railway axles produced by Valdunes, in the context of the Innovaxle project. The tests conducted on the forged material reveal a very heterogeneous microstructure, whose grain size varies in the width of the axle. A procedure based on recrystallisation is designed to reproduce this grain size gradient on a smaller scale, on a reference material (ARMCO iron). The characterization of the obtained graded microstructure shows heterogeneities in the local elasto-plastic response of the specimen. This behaviour is tentatively described by a heterogeneously distributed elasto-plastic law over the microstructure, the local yield strength being obtained from the local grain size through a Hall-Petch formulation. This model is used to simulate the response of graded microstructures under heterogeneous loadings in the high cycle fatigue regime. The interests of functionally graded materials are outlined by these simulations. The finite element simulations run in this work make use of the Code Aster software, and the digital image correlation program YADICS is used for image registration purposes

Le nœud auriculoventriculaire (AV) joue un rôle vital dans le cœur normal et pathologique. Il connecte les oreillettes aux ventricules et, grâce à sa conduction lente, génère un délai entre les contractions auriculaire et ventriculaire permettant d’optimiser le pompage sanguin. Sa conduction lente et sa longue période réfractaire font du nœud AV un filtre d’impulsions auriculaires lors de tachyarythmies assurant ainsi une fréquence ventriculaire plus lente favorable au débit cardiaque. L’optimisation de ce filtrage est une cible dans le traitement de ces arythmies. Malgré ce rôle vital et de nombreuses études, le nœud AV demeure l’objet de plusieurs controverses qui en rendent la compréhension laborieuse. Nos études expérimentales sur des préparations isolées de cœurs de lapin visent à apporter des solutions à certains des problèmes qui limitent la compréhension des propriétés fréquentielles du nœud AV. Le premier problème concerne la définition de la propriété de récupération nodale. On s’accorde généralement sur la dépendance du temps de conduction nodale (intervalle auriculo-Hissien, AH) du temps de récupération qui le précède mais un débat presque centenaire persiste sur la façon de mesurer ce temps de récupération. Selon que l’on utilise à cette fin la longueur du cycle auriculaire (AA) ou l’intervalle His-auriculaire précédent (HA), la même réponse nodale montre des caractéristiques différentes, un paradoxe à ce jour inexpliqué. Le temps de conduction nodale augmente aussi avec le degré et la durée d'une fréquence rapide, un phénomène appelé fatigue. Or, les caractéristiques de la fatigue mesurée varient avec l’indice de récupération utilisé (AA vs. HA). De plus, une troisième propriété appelée facilitation qui entraîne un raccourcissement du temps de conduction diffère aussi avec l’indice de récupération utilisé. Pour établir l’origine de ce problème, nous avons déterminé les différences entre les courbes de récupération (AH compilé en fonction du AA ou HA) pour 30 états fonctionnels nodaux différents. Ces conditions étaient obtenues à l’aide de protocoles permettant la variation du cycle de base (BCL) et du cycle prétest (PTCL), deux paramètres connus pour altérer la fonction nodale. Nous avons pu établir que pour chaque état fonctionnel, la forme de la courbe de récupération et le niveau de fatigue étaient les mêmes pour les deux indices de récupération. Ceci s’applique aussi aux données obtenues à des BCL et PTCL égaux comme dans les protocoles de stimulation prématurée conventionnels couramment utilisés. Nos résultats ont établi pour la première fois que les propriétés nodales de récupération et de fatigue sont indépendantes de l’indice de récupération utilisé. Nos données montrent aussi que les différences entre les courbes de récupération en fonction de l’indice utilisé proviennent d’effets associés aux variations du PTCL. Notre deuxième étude établit à partir des mêmes données pourquoi les variations du PTCL altèrent différemment les courbes de récupération selon l’indice utilisé. Nous avons démontré que ces différences augmentaient en proportion directe avec l’augmentation du temps de conduction au battement prétest. Cette augmentation cause un déplacement systématique de la courbe construite avec l’intervalle AA vers la droite et de celle construite avec l’intervalle HA vers la gauche. Ce résultat met en évidence l’importance de tenir compte des changements du temps de conduction prétest dans l’évaluation de la fonction nodale, un paramètre négligé dans la plupart des études. Ce résultat montre aussi que chacun des deux indices a des limites dans sa capacité d’évaluer le temps de récupération nodale réel lorsque le temps de conduction prétest varie. Lorsque ces limites sont ignorées, comme c’est habituellement le cas, elles entraînent un biais dans l’évaluation des effets de fatigue et de facilitation. Une autre grande difficulté dans l’évaluation des propriétés fréquentielles du nœud AV concerne son état réfractaire. Deux indices sont utilisés pour évaluer la durée de la période réfractaire nodale. Le premier est la période réfractaire efficace (ERPN) définie comme l’intervalle AA le plus long qui n’est pas conduit par le nœud. Le deuxième est la période réfractaire fonctionnelle (FRPN) qui correspond à l’intervalle minimum entre deux activations mesurées à la sortie du nœud. Paradoxalement et pour des raisons obscures, l’ERPN augmente alors que la FRPN diminue avec l’augmentation de la fréquence cardiaque. De plus, ces effets varient grandement avec les sujets, les espèces et l’âge. À partir des mêmes données que pour les deux autres études, nous avons cherché dans la troisième étude l’origine des variations fréquentielles de l’ERPN et de la FRPN. Le raccourcissement du BCL prolonge l’ERPN mais n’affecte pas la FRPN. L’allongement de l’ERPN provient principalement d’un allongement du temps de conduction prétest. Un PTCL court en comparaison avec un BCL court allonge encore plus substantiellement le temps de conduction prétest mais raccourcit en même temps l’intervalle His-auriculaire, ces deux effets opposés s’additionnent pour produire un allongement net de l’ERPN. Le raccourcissement de l’intervalle His-auriculaire par le PTCL court est aussi entièrement responsable pour le raccourcissement de la FRPN. Nous avons aussi établi que, lorsque la composante du temps de conduction prétest est retirée de l’ERPN, un lien linéaire existe entre la FRPN et l’ERPN à cause de leur dépendance commune de l’intervalle His-auriculaire. Le raccourcissement combiné du BCL et du PTCL produit des effets nets prévisibles à partir de leurs effets individuels. Ces effets reproduisent ceux obtenus lors de protocoles prématurés conventionnels. Ces observations supportent un nouveau schème fonctionnel des variations fréquentielles de l’ERPN et de la FRPN à partir des effets distincts du BCL et du PTCL. Elles établissent aussi un nouveau lien entre les variations fréquentielles de l’ERPN et de la FRPN. En conclusion, la modulation fréquentielle de la fonction du nœud AV provient de la combinaison d’effets concurrents cumulatifs liés au cycle de base et non-cumulatifs liés au cycle prétest. Ces effets peuvent être interprétés de façon consistante indépendamment de l’indice de récupération en tenant compte des changements du temps de conduction au battement prétest. Les effets fréquentiels disparates sur l’ERPN et la FRPN sont aussi grandement liés aux changements du temps de conduction prétest. Lorsque l’analyse tient compte de ce facteur, l’ERPN et la FRPN montrent des variations parallèles fortement liées à celles de l’intervalle His-auriculaire. Le nouveau schème fonctionnel des propriétés fréquentielles du nœud AV supporté par nos données aidera à mieux cibler les études sur les mécanismes cellulaires contrôlant la modulation fréquentielle nodale. Nos données pourraient aider à l’interprétation et au contrôle des réponses nodales diverses associées aux tachyarythmies supraventriculaires et à leur traitement pharmacologique. En bref, nos travaux supportent une compréhension factuelle améliorée du comportement fréquentiel du nœud AV, un domaine aux applications multiples en rythmologie cardiaque.
The atrioventricular (AV) node is the sole electrical connection between atria and ventricles, and is of utmost importance in both normal and perturbed cardiac function. Through slow conduction, it generates a delay between atrial and ventricular systoles, thereby optimising cardiac output. The AV node also has a long refractory period which confers it a filtering role during supraventricular tachyarrhythmias. Because of this ventricular rate watchdog role, the AV node has become a primary therapeutic target in atrial fibrillation, a frequent arrhythmia with major clinical burden. Not withstanding intense research, understanding of AV nodal function remains restrained by many controversies, some of which have persisted for almost a century. Major obstacles concern the definition of nodal recovery time and nodal refractoriness. The objective of our studies is to untangle some of these controversies regarding rate-dependent AV nodal function in an experimental model of superfused rabbit heart preparations. Our first study concerns the definition of AV nodal recovery time used to assess rate-dependent nodal function. The dependence of conduction time through the node (atrio-His interval; AH) on time elapsed since last activation i.e., recovery time (RT), is a well accepted fact but its assessment is controversial for nearly a century. This problem arises from the fact that the nodal recovery function shows different characteristics depending upon whether RT is assessed from the preceding atrial cycle length (AA) or His-atrial (HA) interval. Moreover, the rate- and time-dependent increase in AH, known as fatigue, also shows different characteristics depending on RT index used. Furthermore, the third rate-dependent AV nodal property known as facilitation and that tends to shorten AH with penultimate cycle length, is obviously present or virtually absent when studying it with HA or AA index, respectively. Our first study sought to identify the source of this paradoxical apparent dependence of nodal rate-dependent properties on selected RT index. For this purpose, we varied two known independent modulators of AV nodal function, the basic (BCL) and pretest cycle length (PTCL), in 30 different combinations and assessed how the resulting 30 nodal functional states alter the recovery and the fatigue property as assessed with both recovery indexes. We found that, for each functional state, the shape of the nodal recovery curve and the level of fatigue was identical regardless of selected recovery index. We thus documented for the first time that recovery and fatigue properties are consistent whether assessed with HA or AA. However, we also found that PTCL effects appeared different on the two recovery curve formats. In a second study, using the same data, we investigated the origin of PTCL related variations of nodal recovery curves constructed with different recovery indexes. We found that PTCL shortening induced rightward AA curve shifts and leftward HA curve shifts proportional to the increase in pretest conduction time. Moreover, these curve shifts affected all data points equally. This finding suggests that both AA and HA indexes are biased by increases in pretest conduction time. These increases appeared to delay nodal recovery for an identical AA, and to hasten nodal recovery for an identical HA. Uncontrolled changes in pretest conduction time during fast rates thus produce apparent different effects depending on nodal recovery index. Taking into account changes in pretest conduction time results in unified rate-dependent nodal conduction properties regardless of chosen recovery index. Another major problem in AV nodal physiology relates to rate-dependent changes in nodal refractoriness. Two indexes of nodal refractoriness, effective (ERPN) and functional (FRPN) refractory periods, are commonly determined. ERPN and FRPN correspond to the longest AA resulting in nodal block and shortest interval between successive His bundle activations, respectively. For unclear reasons, increasing rate typically results in ERPN prolongation but FRPN shortening, and these effects vary greatly with individuals, ages and species. In a third study, we assessed the functional origin of rate-induced changes in ERPN and FRPN. BCL shortening prolonged ERPN but did not significantly affect FRPN. This ERPN prolongation mainly arose from an increase in pretest conduction time. PTCL shortening also prolonged the pretest conduction time and hence ERPN, but this prolongation was partly counterbalanced by a decrease in the His-atrial subinterval at ERPN. Similar PTCL-induced His-atrial shortening also fully accounted for FRPN shortening. Notably, we found that when ERPN is corrected for the increase in pretest conduction time, ERPN and FRPN vary in parallel according to their respective His-atrial subintervals. Combined BCL and PTCL shortening, including those corresponding to standard commonly used protocols, result in net changes in refractory measures predictable from the sum of their individual effects. These observations not only support a new functional scheme for rate-dependent AV nodal refractoriness but also establish a relationship between ERPN and FRPN which, for a long time, were thought to reflect different nodal properties. In conclusion, rate-dependent AV nodal function reflect the net sum of concurrent yet independent cumulative and non-cumulative effects arising from BCL and PTCL changes, respectively. Nodal recovery and fatigue properties are independent of recovery index. Rate-induced non-cumulative variations in nodal recovery curves originate from changes in pretest conduction time and reflect current limitations of recovery indexes to precisely measure exact nodal recovery time. Changes in pretest conduction time also explain opposite rate-induced changes in ERPN and FRPN. When these changes are taken into account, FRPN and ERPN vary in parallel with heart rate and largely depend on His-atrial interval. These data support a new functional model of rate-dependent nodal conduction and refractoriness, which may help guide studies on underlying cellular and ionic mechanisms as well as on nodal behaviour during supraventricular tachyarrhythmias.