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NAZARI Mohammad Ali

Modélisation biomécanique du visage: Etude du contrôle des gestes oro-faciaux en production de la parole

 

École doctorale :

Spécialité :

Structure de rattachement : CNRS

Établissement d'origine :

Financement(s) : contrat à durée déterminée

 

Date d'entrée en thèse : 00/00/0000

Date de soutenance : 30/09/2011

 

Composition du jury :
M. Denis Favier /Professeur à l'Université Joseph Fourier/ Président M. David Ostry /Professeur à McGill University/ Rapporteur M. Patrick Chabrand /Professeur à l'Université de la Méditerranée/ Rapporteur M. Rafael Laboissiére /Chargé de Recherche au Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon/ Examinateur M. Yohan Payan /Directeur de Recherche au Laboratoire TIMC-IMAG /Co-directeur de thèse M. Pascal Perrier /Professeur à Grenoble INP/ Directeur de thèse

 

Résumé : Un modèle tridimensionnel du visage a été élaboré, dans la perspective de contribuer à l'étude du contrôle moteur de la production de la parole. Il s’agit d’un modèle à éléments finis implémenté dans le logiciel ANSYS®. Les muscles orofaciaux y sont représentés dans par des sous-ensembles d'éléments contigus. Les propriétés élastiques des éléments du maillage sont décrites par une loi de comportement de type isotrope quasi incompressible et hyperélastique. Les éléments musculaires font l’objet d’une modélisation spécifique. Dans une première phase de ce travail, un modèle linéaire de muscle a été élaboré qui applique des forces externes sur le maillage et induit un changement de la loi de comportement hyperélastique avec l'activation musculaire. L'influence des variations de la raideur des tissus mous sur les gestes orofaciaux a été étudiée, et ceci tout particulièrement pour les gestes labiaux de la parole (protrusion/arrondissement). Nous montrons que ce raidissement facilite la production précise du geste d’arrondissement grâce à l'existence d'un effet de saturation dans la relation entre les activations musculaires et les paramètres géométriques des lèvres qui sont pertinents acoustiquement. Ce résultat souligne l'importance des propriétés dynamiques des articulateurs dans la production des gestes de la parole, et il nous a incités à améliorer encore la modélisation des muscles. C'est pourquoi, dans une seconde phase, un modèle de muscles plus réaliste a été élaboré qui se fonde sur une loi de comportement transversalement isotrope quasi incompressible et hyperélastique et sur un modèle de muscle de type Hill. Ce modèle a été implémenté sous ANSYS® grâce à sa fonction de programmation USERMAT. La prise en compte supplémentaire d'une loi caractéristique force-vitesse a permis la modélisation complète d'un modèle de muscle de type Hill. Ceci a été fait sous ANSYS® grâce à sa fonction de programmation USERELEM. Cette loi caractéristique force-vitesse introduit un effet d'amortissement dans le mouvement du muscle du fait d'une atténuation croissante de la force musculaire lorsque la vitesse de compression du muscle augmente. Ce nouvel élément de type muscle a été conçu de manière telle qu'il est possible d'implémenter d'autres modèles de muscles que le modèle de type Hill. C'est pourquoi que le modèle de Feldman a été pris en compte. L'intégration de ce modèle dans une structure à éléments finis a nécessité une reformulation qui rend ce mmodèle compatible avec une modélisation distribuée. Les modèles de Hill et de Feldman ont ensuite été incorporés dans le modèle de visage pour remplacer le modèle linéaire initial. Dans ces conditions les premières simulations du geste de protrusion/arrondissement labial ont donné des résultats réalistes. Finalement une comparaison des résultats obtenus avec le modèle de Hill avec ceux que génère le modèle de Feldman montrent que les formes labiales finales sont très similaires pour les deux modèles.


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