Dissertations / Theses on the topic 'Mécanique humaine'

En dépit des progrès réalisés dans le domaine de la sécurité passive des véhicules, les lésions du cou de faible AIS dues aux accidents de la route demeurent un problème important de la société. Les modèles mathématiques et physiques du système tête-cou humain ne sont actuellement pas biofidèles, et rendent l'optimisation des systèmes de sécurité passive difficile. Jusqu'à présent, les modèles du rachis étaient validés par rapport à des corridors dans le domaine temporel. Il n'est pas possible de caractériser un système à plusieurs degrés de liberté en ne considérant que sa réponse en temporel. Ainsi, dans le cadre de la présente thèse, nous avons analysé le système tête-cou de l'adulte et de l'enfant dans le domaine fréquentiel avec des méthodes originales basées sur des techniques d'analyse modale. Une première partie est consacrée à une analyse modale expérimentale type entrée-sortie du système tête-cou humain, effectuée sur dix adultes dans le plan sagittal, frontal et transverse. Pour la première fois, cinq modes propres de l'ensemble tête-cou ont pu être id entifiés à partir des fonction s de transfert. Ce sont le mode de flexion-extension, le mode d'inclinaison, le mode de rotation qui est couplé au mode d'inclinaison, le mode de rétraction frontale et le mode de rétraction latérale. Un modèle à paramètres localisés à 5 ddl du système tête-cou présentant deux joints a été proposé et validé vis-à-vis des données expérimentales. De plus, une analyse modale en fonctionnement du système tête-cou de l'enfant a été réalisée. Des données de vibrations ont été acquises au cours de tours de manège dans un parc d'attractions. Cette analyse a permis d'identifier cinq modes propres dans les trois plans anatomiques. Ils sont similaires aux modes qui ont été identifiés pour les adultes. A notre connaissance, c'est la première analyse modale en fonctionnement qui a été effectuée sur des humains. Et c'est la première fois que des paramètres modaux du système tête-cou de l'enfant ont pu été identifiés. Ainsi, cette thèse contribue à une meilleure compréhension du comportement dynamique 3D de la colonne cervicale de l'homme. De nouveaux paramètres de validation appropriés pour des modèles mathématiques et expérimentaux ont été établis
In spite of the advances in the domain of passive vehicle safety the low AIS neck injuries due to car accidents related to rear, lateral and oblique impacts remain an important problem of vehicle safety. Mathematical and physical models of the human head-neck system that are validated inadequately relating to human kinematics make it difficult to optimize passive safety systems. Up to now dummies are validated against corridors in the cime domain. It is not possible to characterise a multi-degree of freedom model by only regarding its cime response. So in the frame of the present the sis we analysed the head-neck system of adult and child in the frequency domain with original methods based on modal analysis techniques. A fust part is a multidirectional in-vivo experimental input-output modal analysis of the head-neck system of ten adults carried out in the sagittal, the frontal and the transverse plane. For the fust cime five natural modes have been identified outgoing from frequency response functions. These are the flexion-extension mode, the inclination mode, the rotation mode coupled the inclination mode, the frontal retraction mode and the lateral retraction mode. A 5-DOF lumped model of the head-neck system featuring two univers al joints has been proposed and validated against experimental data. Mechanical parameters for joint stiffness and damping have been identified. An output only modal analysis has been performed on the child's head-neck system. Vibration data has been acquired during rides on a rollercoaster in an amusement park. This analysis permitted to extract five modes. These are similar to the modes that have been identified for adults. To our knowledge this is the fust output only modal analysis that has been performed on humans. And it is the first time that modal parameters of the child's head-neck ~ystem have been identified. As a general conclusion it can be stated that this thesis contributes to a better understanding of the 3D dynamic behaviour of the human cervical spine. New validation parameters appropriated for mathematical and experimental models have been established

Pendant cette thèse nous avons traité différents sujets qui concernent le processus de reconnaissance moléculaire Protéine ligand. Les propriétés de fixation des ions calcium de la centrine-2 humaine protéine (HsCen2), La centrine-2 humaine (HsCen2) est une protéine ubiquitaire impliquée dans plusieurs processus biologiques fondamentaux comme la duplication du centrosome et la réparation de l’ADN. Les études expérimentales de la fixation du calcium sur la centrine-2 humaine ont montré que le domaine C a une forte affinité pour le calcium et peut fixer deux ions cependant le domaine N ne montre qu��une très faible. Le but de cette étude est d’éclaircir l’origine de ces différences d’affinité. Le processus de fixation induit un grand changement conformationnel (le mécanisme fermeture-ouverture). Différents familles de la modélisation moléculaire sont utilisé pendant cette étude comme la méthode hybride mécanique quantique/mécanique moléculaire (QM/MM), la modélisation par homologie, la dynamique moléculaire et la méthode ‘Molecular Mechanics-Poisson Boltzmann-Surface Area’ (MM-PB-SA). Nos résultats montrent que la séquence du site 2 dans le domaine N est l’origine de cette différence d’affinité. En particulier, la lysine se trouvant à l’interface entre les deux sites du domaine N. Nous avons étudié, grâce à des méthodes d’amarrage protéine-ligand certains mécanismes moléculaires de deux processus biologiques. L’inhibition du signal STAT/JAK (Signal Transducer and Activators of Transcription (STATs)/Janus Kinase) par les flavonoids le mécanisme d’action d’un agent anti-cancéreux le α-bisabolol
During this thesis we discussed various topics concerning the process of molecular recognition protein ligand. The binding properties of calcium ions to the centrin human protein-2 (HsCen2, the human centrin-2 is a ubiquitous protein involved in several basic biological processes such as the duplication of centrosome and DNA repair. Experimental studies on the binding of calcium by the human centrin-2 showed that the domain C has a strong affinity for calcium and however, the domain N shows one very affinity. The purpose of this study is to clarify the origin of these differences in the affinity. The binding process induces a large conformational change (the opening-closing mechanism). Different families of molecular modelling are used for this study as the method hybrid quantum mechanics / molecular mechanics (QM / MM), homology modelling, molecular dynamics and the method "Molecular Mechanics Poisson-Boltzmann-Surface Area "(MM-PB-SA). Our results show that the sequence of the site 2 in the domain N is the origin of this difference of affinity. In particular, lysine located at the interface between the two sites. We also using methods of protein-ligand docking studied some molecular mechanisms of two biological processes. The inhibition signal STAT / JAK (Signal Transducer and Activators of Transcription (STATs) / Janus Kinase) by the flavonoids and the mechanism of an anti-cancer agent α-bisabolol

La dentine est l’un des principaux éléments constitutifs de la dent humaine. Elle montre une structure hiérarchique. A l’échelle microscopique, la dentine est composée de tubules (porosité naturelle du tissu), de dentine péritubulaire et de dentine intertubulaire.L’organisation de ces structures détermine fortement ses propriétés mécaniques. La connaissance de sa structure, de ses propriétés mécaniques et de ses déformations dues aux variations de l’environnement extérieur peuvent être utiles afin d’améliorer les protocoles de restauration de la dentine. Dans ce travail, quatre techniques d’observation (µCT, microscope optique, ESEM et microscope confocal) ont été explorées et comparées. En particulier, la microscopie confocale a été utilisée afin de visualiser en 3D le réseau poreux dentinaire. Comparée à l’observation 2D, elle permet d’obtenir des informations supplémentaires. Par example, les tubules montrent des structures en arbre plus complexes près de l’email que la forme en Y déduite des observations 2D. Ces résultats peuvent également nous fournir des données d’entréespour une modélisation réaliste prenant en compte la structure poreuse complexe à l’intérieur de la dentine humaine.Par la suite, un test de compression associé à la correlation d’images numérique a été mis en place avec un système qui permet de commander simultanément l’humidité et la température de l’environnement. Grâce à ce dispositif, le module d’élasticité de la dentine humaine a été mesuré (16.7GPa avec un écart-type de 5.1GPa), et le coefficient de Poisson a été estimé à 0.31. Le comportement de dilatation de la dentine humaine avec l’humidité relative a été étudié. La spectroscopie par résonance ultrasonore (RUS) a été utilisée et ses résultats comparés au test de compression mécanique. À échelle microscopique, les propriétés mécaniquesde la dentine péritubulaire et de la dentine intertubulaire ont été caractérisées par nanoindentation. Les deux méthodes utilisées (méthode dynamique CSM et méthode de déchargement statique) indiquent les mêmes tendances en matière de module d’Young pour les deux composantes de la dentine. La dentine péritubulaire a un module d’élasticité plus élevé (26.7GPa avec un écart type de 3.1GPa) que la dentine intertubulaire (16.2GPa avec un écart type de 5.5GPa). De plus, le comportement en fluage de la dentine a été étudié par nanoindentation. Il se trouve qu’un modèle de Maxwell-Voigt à quatre éléments peut être utilisé pour évaluer le comportement en fluage de la dentine.Pour résumer, une étude morphologique et mécanique du tissu dentinaire a été effectuée. De nouvelles techniques, par example, la microscopie confocale ont été utilisées et ont montré leur utilité dans le but de donner un nouvel éclairage sur le tissu dentinaire. Les protocoles d’essais mécaniques qui ont été mis en place à différentes échelles permettront de mieux comprendre la relation structure-propriété en utilisant les outils d’observation validés dans ce travail
Human dentin is one of the main components of human tooth. It shows a hierarchicalstructure from a multi-scale point of view. Generally speaking, dentin can be seen as a hard biomaterial consisting in 3 phases: the porous phase made of tubules, the inclusion phase made of peritubular dentin and the matrix phase made of intertubular dentin. These hierarchical structures strongly determine its mechanical properties. The knowledge of its structure, its mechanical property and its deformation behavior due to the variation of the external environment may be useful to improve the dentin restoration process. In this work, four observation techniques (µCT, optical microscope, ESEM and confocal microscope) have been used and compared. Particularly, confocal microscopy is proposed to allow 3D visualization of the complex dentin porous network. Compared with usual 2D observation tool, it may provide new information. For example, near the DEJ, tubules show a more complex treestructure than the Y-shaped deduced from 2D observations. These findings may also allow to achieve more realistic modeling considering the complex porous structure inside human dentin.Later on, compression test associated with DIC was carried out within an integrated system which can control simultaneously the humidity and the temperature of the environment. Using this system, the elastic modulus of human dentin was measured to be 16.7GPa with a standard deviation of 5.1GPa. And the Poisson’s ratio was found to be 0.31. The dilatation behavior of human dentin due to relative humidity was also explored. Furthermore, resonant ultrasound spectroscopy was performed in order to compare the results with these mechanical testing. At the micro-scale, the mechanical properties of peritubular dentin and intertubular dentin werecharacterized by nanoindentation. The two methods used in this work (dynamic CSM method and the static unload method) present the same trends of elastic moduli for the two components. Peritubular dentin has a higher elastic modulus (26.7GPa with a standard deviation of 3.1GPa) than intertubular dentin(16.2GPa with a standard deviation of 5.5GPa). Besides, the creep behavior of dentin was assessed by nanoindentation. Four elements Maxwell-Voigt model can be used to model dentin’s creep behavior.To sum up, a morphological and mechanical study of the dentinal tissue has been performed. New techniques, such as confocal microscopy have been used and showed their usefulness in order to give new insight into the dentinal tissue. The mechanical testing protocols that have been set up at different scales will enable to better understand the structure-property relationship by using them associated with the observation tools validated in this work

Introduction : La préparation motrice est un processus complexe, à l’interface entre les aspects cognitifs et moteurs, au cours duquel différentes étapes vont se déployer, permettant de définir les paramètres du mouvement qui sera exécuté par la suite. Lorsqu’un mouvement génère systématiquement de la douleur, notre organisme est capable d’anticiper cette douleur liée au mouvement afin d’établir des stratégies de protection. Il a été montré dans de précédentes études qu’en présence de douleur, des changements spécifiques d’activité musculaire en fonction du rôle agoniste/antagoniste du muscle permettent de protéger le membre douloureux pendant l’exécution du mouvement. Toutefois, les mécanismes neurophysiologiques qui sous-tendent l’anticipation de la douleur pendant la préparation motrice demeurent largement inconnus. L’objectif général de la thèse est de mieux comprendre les mécanismes neurophysiologiques qui sous-tendent la préparation de mouvements avec et sans douleur associée. Méthode : Une revue systématique (étude 1) a été réalisée afin de synthétiser les études qui ont investigué la préparation motrice en mesurant les changements de temps de réaction induits par une stimulation cérébrale non-invasive chez des participants en santé, offrant l’opportunité d’évaluer la contribution causale d’une région corticale lors de la préparation motrice. Puis, la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) a été utilisée dans deux études pour mesurer l’excitabilité corticospinale de muscles proximaux du bras lors d’une tâche de pointage de cibles avec indiçage. Dans l’étude 2, les potentiels évoqués moteurs (MEPs) et les mouvements évoqués par la TMS ont été mesurés sur le biceps et le triceps à plusieurs intervalles de temps avant l’exécution de flexions et d’extensions du coude réalisées sans douleur, afin de caractériser les changements d’excitabilité corticospinale associés à la préparation motrice. Dans l’étude 3, des stimulations nociceptives ont été appliquées pendant l’exécution de flexions ou d’extensions auprès de deux groupes de participants et les MEPs ont été mesurés sur le biceps pendant la préparation motrice. Des mesures comportementales (temps de réaction et pics de vitesse) ont également été réalisées afin d’évaluer les phases d’initiation et de réalisation du mouvement. Résultats : Les résultats obtenus dans l’étude 1 supportent l’implication fonctionnelle de cinq régions corticales (le cortex préfrontal dorsolatéral, le cortex pariétal postérieur, l’aire motrice supplémentaire, le cortex pré-moteur dorsal et le cortex moteur primaire), intégrées dans un réseau fronto-pariétal, dans plusieurs composantes de la préparation motrice allant des aspects attentionnels jusqu’aux aspects moteurs. Les résultats de l’étude 2 ont révélé une asymétrie dans la réponse corticospinale entre les muscles fléchisseur et extenseur du coude de même que des différences entre la préparation de mouvements de flexion et d’extension du coude. Les résultats de l’étude 3 ont mis en évidence que pour la direction associée à la douleur, l’excitabilité corticospinale du biceps est supérieure avant une extension (contexte antagoniste) qu’avant une flexion (contexte agoniste). De plus, les participants mettent plus de temps à initier le mouvement associé à la douleur, mais le réalisent ensuite plus vite. Conclusion : Les résultats de la thèse ont permis de révéler le rôle primordial du but de l’acte moteur sur les processus qui opèrent pendant la préparation motrice. En effet, les corrélats corticaux qui sous-tendent la préparation motrice diffèrent selon le mouvement préparé. De plus, la réponse corticospinale des muscles fléchisseur et extenseur du coude varie selon la direction du mouvement préparé et l’intervalle de stimulation au cours de la préparation. Enfin, l’anticipation d’une douleur associée à un mouvement affecte l’excitabilité corticospinale mesurée lors de la préparation motrice. Ces derniers résultats ont par ailleurs confirmé les prédictions de la théorie d’adaptation du contrôle moteur en présence de douleur qui suggère la mise en place de stratégies de protection se reflétant à travers une augmentation de l’excitabilité corticospinale du muscle antagoniste et à l’inverse une diminution du muscle agoniste au mouvement douloureux.
Introduction: Motor preparation is a complex process at the interplay between cognitive and motor aspects, during which multiple steps occur and allow to define the parameters of the upcoming movement. When a movement generates pain repeatedly, the central nervous system should eventually be able to anticipate movement-related pain and establish self-protective strategies during motor preparation in order to avoid pain or to minimize its harmful consequences. It has been previously shown that when pain occurs during movement execution, specific changes occur in the muscular activity depending on the role of the agonist/antagonist muscle that protect the painful limb. However, the mechanisms in the origins the effects of pain anticipation during motor preparation remain poorly understood. The main objective of this thesis is to better understand neurophysiological mechanisms that underlie motor preparation with and without associated pain. Methods: A systematic review (study 1) was performed in order to synthetize studies that have investigated motor preparation by measuring changes in reaction time, induced by non-invasive brain stimulation in healthy participants. This offered an opportunity to evaluate the causal contribution of a given cortical region during motor preparation. Then, transcranial magnetic stimulation (TMS) was used in two studies in order to evaluate corticospinal excitability changes in proximal arm muscles during a pre-cued reaching task. In study 2, motor evoked potentials (MEPs) and TMS-evoked movements have been measured in the biceps and the triceps at various time intervals prior to elbow flexion and extension, when executed without pain. This aimed at characterizing corticospinal excitability changes associated with motor preparation. In study 3, nociceptive stimulations were applied during the execution of flexion or extension for two experimental groups and MEPs were measured in the biceps during motor preparation. Behavioral measures (reaction time and peaks of velocity) were also measured to assess the phases of initiation and execution of the movement. Results: Results obtained in study 1 support a functional implication of five cortical regions (dorsolateral prefrontal cortex, posterior parietal cortex, supplementary motor area, dorsal premotor cortex and primary motor cortex), integrated in a fronto-parietal network, in various components of motor preparation ranging from attentional to motor aspects. The results of study 2 reveal an asymmetry in the corticospinal output between flexor and extensor muscles of the elbow as well as differences in the preparation of flexion and elbow extension movements. The results of study 3 show that corticospinal excitability of the biceps is greater before extension (antagonistic context) than before flexion (agonist context) for the direction associated with pain. In addition, participants take longer to initiate the movement associated with pain, but then realize it faster. Conclusion: The results obtained in this thesis have revealed the prominent role of the motor goal on the processes which operate during motor preparation. Indeed, the cortical correlates underlying motor preparation differ according to the type of movement prepared. In addition, corticospinal output for elbow flexor and extensor muscles varies according to the direction of the prepared movement and the stimulation interval during the preparation phase. Finally, pain anticipation affects corticospinal excitability measured during motor preparation. These latest results have also confirmed and extended what the motor control adaptation theory forecast, suggesting the implementation of protective strategies reflected through an increase in the corticospinal excitability of the antagonist muscle and conversely through a decrease of the agonist muscle to the painful movement.

L'ensemble de ces travaux s'intéresse aux problèmes fondamentaux poses par les capacités d'adaptation intentionnelle de la locomotion, qui associées aux capacités d'adaptation reflexe, confèrent son efficacité a ce comportement. Afin de dégager dans le comportement des facteurs élémentaires d'origine synergique et/ou dynamique de facteurs cognitifs d'origine volontaire, nous avons pose a l'automatisme des problèmes a priori non solubles par une simple modulation de son activité. Le travail expérimental se subdivise en trois parties. La première série d'expériences porte sur des modifications des conditions dynamiques (ajout de masses ou de forces externes) affectant sélectivement l'une ou l'autre des phases du cycle. La deuxième série d'expériences porte sur la dissociation volontaire d'une relation caractéristique liant amplitude et fréquence d'enjambée. La troisième série d'expériences porte sur les bases afférentielles du contrôle locomoteur, nous envisageons ici une éventuelle contribution spécifique du flux optique. Les capacités de contrôle intentionnel de la locomotion consistent essentiellement a maitriser l'amplitude d'enjambée pour l'adapter aux aléas du terrain tout en gardant le contrôle de la vitesse et de la direction du déplacement. L'idee principale qui ressort de ce travail est que le réglage intentionnel de l'activité synergique permet essentiellement la production d'un rythme; si l'amplitude automatiquement associée a ce rythme n'est pas adaptée a l'environnement elle est modulée, dans les limites fixées par les propriétés physiques du système effecteur, par une commande indépendante d'allongement ou de raccourcissement de l'enjambée.

Durant la manipulation d’objet, la force de préhension doit contrebalancer la charge de l’objet qui résulte en partie du mouvement pour éviter que l’objet ne glisse. Les études comportementales portant sur le contrôle de la force de préhension lors de mouvements volontaires ont mis en évidence un mode de contrôle prédictif permettant de moduler en parallèle la force de préhension aux variations de charge sur l’objet. L’objectif de nos travaux de doctorat était de préciser les processus permettant le couplage entre les mouvements du bras (générant la charge sur l’objet) et la force de préhension lors de la manipulation rythmique d’objet. Dans les expériences 1 et 2, cela a été réalisé chez l’Homme sain, jeune et âgé. En dissociant les forces s’appliquant sur le bras et sur l’objet, nous avons pu montrer que le système nerveux central utilise des représentations distinctes des forces s’appliquant sur le bras et sur l’objet pour prédire les variations de charge sur l’objet. Quand la charge sur l’objet varie à deux fois la fréquence du mouvement, le couplage entre la force de préhension et la charge sur l’objet est altéré chez les sujets jeunes et plus encore chez les sujets âgés. La dernière contribution de notre travail (étude 3) s’est focalisée sur l’effet de la fréquence du mouvement, et sur celui du ratio entre la fréquence du mouvement et la charge sur l’objet. Nos résultats montrent que lorsque ce ratio vaut 2, l’augmentation de la fréquence du mouvement altére significativement le couplage entre la force de préhension et la charge sur l’objet, au contraire des conditions où le ratio vaut 1. Ces derniers résultats sont discutés dans le cadre de l’approche dynamique des coordinations
During object manipulation, grip force must overcome the external load force that threaten grasp stability. Behavorial studies have revealed that grip force, during volontary movement, involves predictive control. Grip force is regulated in parallel or slighttly ahead of load force variations. This thesis investigates the neural processes engaged in the coupling between arm movement (generating the load force on the object) and grip force during rhythmic object manipulation. In experiments 1 and 2, we showed in young and elderly healthy adults, that the central nervous system uses distinct representations of the external force applied on the arm and on the object to predict load force variations. In external force fields in which load force varies at twice the frequency of movement (coordination 1 /2), the grip/load force coupling was altered in all subjects and especially in the elderly one. The last experiment focussed on the effects of the movement frequency and on the ratio between movement frequency and load force frequency (1/1 and 1/2 coordination). Interestingly the grip/load force coupling was significantly altered by movement frequency in the 1/2 coordination mode, but was not the case in the 1/1 coordination mode. Those last results are discussed in the context of coordination dynamic approach

Aujourd’hui, les modèles numériques sont couramment utilisés dans le monde de la recherche, mais aussi de l’industrie, de la santé, de la finance, etc… La qualité du résultat sera toujours liée à la finesse et à la précision avec laquelle l’ingénieur est capable de formaliser les phénomènes physiques rencontrés. Dans le cadre plus spécifique de la modélisation biomécanique, énormément de paramètres rentrent en compte, rendant très compliquée la standardisation des modèles. Cette thèse s’inscrit donc dans une démarche d’amélioration de la qualité des modèles numériques du crâne humain au travers de plusieurs études ayant pour objectif d’analyser les paramètres morphologiques du crâne et de les utiliser pour la personnalisation d’un modèle morpho-mécanique. La méthode de scan par micro-tomographie a été utilisée pour scanner plus de 360 échantillons prélevé sur 10 crânes, puis des essais mécaniques de compression quasi-statiques et dynamiques ont été menés sur une partie de ces échantillons. Les résultats obtenus ont permis de développer une carte d’évolution d’un certain nombre de paramètres morphologiques du crane basés sur un modèle polynomiale. Une étude comparative statistique a permis de mettre en évidences les liens existants entre la morphologie et le comportement mécanique de ces échantillons. Au final, la liaison de ces deux études a permis de proposer un modèle morpho-mécanique personnalisable, puis de le valider pour différentes simulations éléments finis sur des échantillons osseux et sur une voute crânienne complète
Today, the digital models are usually used in the world of research, but also in industry, health, finance, etc.… The quality of the results will always be connected to the accuracy with which the engineer is able of formalizing the physical phenomena. More specifically in the biomechanical modelling, working with a high number of parameters, making very complicated the standardization of the models. This thesis has an approach of improvement in the quality of the digital models of the human skull through several studies having for aim the analysis of the morphological parameters of the skull and their use for the personalization of a morpho-mechanical model.The method of scan by micro-tomography was used to scan more than 360 samples taken from 10 skulls, and then mechanical tests of compression in quasi-statics and dynamics were led on a part of these samples. The results we obtained allowed us to develop a card of evolution of a number of morphological parameters of the skull based on a polynomial model. A statistical comparative study allowed to highlight the existing links between the morphology and the mechanical behaviour of these samples. Finally, the connection of these two studies allowed to propose a customizable morpho-mechanical model, and to validate it for various finite elements simulations on bones samples and on complete human skull

Cette étude vise à déterminer si les fascias postérieurs du dos pourraient être à la source de certains maux de dos dû à leur potentielle morphologie multi-articulaire à travers le corps. Pour vérifier ceci, deux hypothèses distinctes sont étudiées. D'abord, un modèle numérique de la colonne vertébrale est présenté afin de déterminer si les fascias postérieurs du dos peuvent contribuer significativement à la rigidité de la colonne en flexion passive. Si c'est le cas, lits fascias pourraient possiblement devenir dans un état où ils seraient vulnérables à un traumatisme si une charge externe ou un étirement excessif dépassait la limite mécanique des articulations de la colonne. Ensuite, la deuxième hypothèse du projet tente de déterminer si une précontrainte du fascia postérieur du dos est possible due à sa morphologie multiarticulaire à travers le corps. Si des modifications au niveau des configurations articulaires induisent des variations de précontrainte dans les fascias, cela signifierait que la rigidité des fascias pourrait varier considérablement dû à leur caractère hyper-élastique non-linéaire. À l'aide d'un instrument de mesure construit dans le cadre de cette étude, des mesures de rigidité du genou sont comparées pour différentes configurations du torse et du cou. Sur le plan mécanique, seule une structure multi-articulaire traversant le dos et le genou simultanément pourrait expliquer une différence de rigidité observée entre les différentes configurations analysées. Les résultats obtenus à l'aide du modèle théorique permettent de conclure que les fascias postérieurs du dos pourraient être vulnérables à un traumatisme puisque, dans un état précontraint, ils contribueraient significativement (presque 30%) à la rigidité de la colonne vertébrale en flexion. Une telle précontrainte pourrait être due à plusieurs facteurs. Le deuxième objectif de l'étude analyse la possibilité que cette précontrainte soit due à une possible fonction multi-articulaire des fascias traversant simultanément le dos et le genou. Les résultats de la recherche expérimentale suggèrent que le fascia traversant des articulations aussi distantes que la colonne supérieure et le genou ne possède pas une fonction multiarticulaire aussi étendue. Une étude future investiguant une possible fonction multi-articulaire des fascias traversant la région lombaire et la colonne supérieure et/ou les membres supérieurs est requise afin de déterminer si une précontrainte des fascias postérieurs du dos est possible due à sa morphologie multi-articulaire.

Cette thèse a été réalisée en collaboration et cofinancement impliquant le LSI du CEA/LIST et le LBMC de l'IFSTTAR. L'objectif de thèse était d’étudier et de développer une méthode pour simuler les mouvements d’un mannequin virtuel (MV) dans un environnement encombré en s’appuyant sur des connaissances a priori. L’étude présente, dans un premier temps, des expériences de capture de mouvement (MoCap). Les données enregistrées ont été analysées afin de définir quelques principes sur les mouvements humains dans des environnements encombrés. Nous proposons ensuite un critère général d'équilibre et une marge de stabilité, sur la base d’un modèle simplifié du MV. Puis, nous présentons un framework hiérarchique pouvant générer et simuler des mouvements dynamiques du MV dans un environnement encombré en trois étapes : une trajectoire globale du centre de masse (CoM) est générée au niveau global afin d’assurer l'équilibre du MV durant son mouvement; puis au niveau local, les trajectoires des organes terminaux (OT, i. E. Pieds, mains) et les postures sont générées localement sous des contraintes cinématiques et d’évitement de collisions; enfin au niveau de l'exécution, les trajectoires (CoM et OTs) et les postures sont utilisées comme références dans un contrôleur dynamique associé au MV. Enfin, ce framework est mis en œuvre dans un scenario d'entrée dans un véhicule pour évaluer ses performances et proposer des améliorations futures
This thesis was carried out in collaboration and co-funding of LSI of CEA/LIST and LBMC of IFSTTAR. The aim of the thesis was to study and develop a method for simulating the movement of a virtual manikin (VM) in a cluttered environment based on a priori knowledge. This thesis presents firstly motion capture (MoCap) experiments. The recorded data were analyzed to define some principles on human motion in cluttered environments. We then propose a general balance criterion and stability margin, based on a simplified model of VM. Then, we present a hierarchical framework that can generate and simulate dynamic movements of VM in a cluttered environment in three stages: a global trajectory of the center of mass (CoM) is generated at the global level to ensure balance in the VM's motion; then the trajectories of end-effectors (EE, ie feet, hands) and postures are generated locally under constraints of kinematics and collision avoidance; finally at the execution level, trajectories (CoM and EEs) and postures are used as references in a dynamic controller associated with VM so that the VM realizes the motion in a simulation. This framework is implemented in a car-ingress scenario in order to evaluate its performance and to suggest future improvements

L'etude de la motricite, l'aspect technique d'une performance en natation sportive, la comprehension gestuelle d'un depart en competition, representent des facteurs importants dans l'evolution de cette activite. Le but est bien de creer les conditions optimales d'une nage efficace. Nous nous sommes livres dans la premiere partie de notre travail a l'analyse d'un ensemble de documents bibliographiques, representant une reference pour la majorite des entraineurs et chercheurs. Et nous avons constate que cette documentation, malheureusement, ne se base sur aucune theorie mecanique. Il va de soit, que l'approche scientifique et mecanique a sa place dans ce genre d'etudes. Elle est meme indispensable pour acceder aux donnees quantitatives decoulant d'une analyse de mouvement rigoureuse et precise. C'est pour cette raison que nous avons procede a une investigation amorcee a partir de deux methodes d'analyses cinematographiques et dynamographiques ou l'application des lois mecaniques regissant les mouvements relevent d'une methode disciplinee et une mesure du geste dans toute sa specificite. Pour une meilleure comprehension nous pensons qu'il faudrait avoir acces a differents parametres qui caracterisent le geste sportif qui nous conduit a une plus grande efficacite mais aussi qui pourrait assurer la verification de certaines hypotheses afin de les valider. L'analyse statistique effectuee, avait pour but de trouver une eventuelle correlation entre l'utilisation de differentes techniques d'un depart de competition, et les caracteristiques propres a chacun des nageurs, mais aussi montrer l'optimisation d'un plongeon lors d'un depart agrippe. Bien sur, nous connaissons les limites de cette etude. C'est pourquoi nous demeurons reserves quant aux resultats inherents aux diverses incertitudes de mesures ; meme si nous avons note certaines tendances pour le depart agrippe. La cinematographie et la dynamographie a partir d'une p-f. Kistler a confirme l'importance des parametres mecaniques comme les vitesses, les trajectoires du cm les moments cinetiques et l'etude en translation et en rotation, lorsque le sujet est en equilibre puis en desequilibre, ainsi que les differentes contributions segmentaires du moment cinetique du systeme articule (le nageur) et son evolution temporelle. Notre etude a permis de mettre au point une methodologie et un protocole pratique pour les entraineurs qui seraient interesse par certains mecanismes d'un depart optimal, et de leur fournir des elements concrets d'aide a l'entrainement et une expertise du mouvement dans sa globalite. Nous avons conclu par le compte rendu d'une expertise scientifique d'un plongeon, effectue par un adolescent. Ce plongeon a entraine un accident grave (une quadriplegie) ou nous montrons a quel point l'analyse dynamographique du mouvement est indispensable. Les deux demarches, basees sur la theorie de la mecanique humaine, est riche d'enseignements surtout pour le formateur qui beneficie d'une meilleure approche et d'une meilleure transmission des connaissances techniques.

Objectifs : définir une posture cyclisme optimale en fonction de l'usage et de la morphologie du cycliste. Actualités : en premier lieu, ce mémoire propose un bilan bibliographique sur les aspects biomécanique, physiologique, ergonomique et mécanique liés au positionnement en cyclisme. Cette analyse sera la base d'une interprétation portant principalement sur l'étude du cycle de pédalage, la définition de critères posturaux influençant le coût énergétique ainsi que la distinction des paramètres permettant des mesures reproductibles de ceux aisément repérables. Puis, à partir de cette analyse critique, un modèle postural du positionnement du cycliste sera défini grâce à des études anthropométriques et cinématiques de la gestuelle en cyclisme. Un modèle dynamique viendra ensuite compléter le modèle postural grâce à la définition d'une méthode d'optimisation de ce dernier. Cette analyse dynamique s'appuit sur l'utilisation de quatre capteurs tridimensionnels à six composants définissant entièrement l'interface entre l'homme et le produit. Enfin, la troisième partie propose une approche méthodologie permettant de paramétrer ces différents modèles ainsi obtenus grâce à une batterie de tests évaluant l'usage. Perspectives et projets : ce mémoire ouvre la perspective de nombreux travaux de recherche ayant pour but une optimisation posturale multi-paramètres et multidisciplinaire.

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

Introduction : La resynchronisation cardiaque (CRT) améliore les patients insuffisants cardiaques, symptomatiques malgré un traitement médical optimal et présentant un élargissement du QRS>120ms. Cependant, un tiers des patients ne répondent pas à cette thérapie. L'objet de cette thèse est d'identifier les mécanismes déterminant la réponse à la CRT. Méthode: Dans un premier temps, nous avons apprécié la précision des méthodes de quantification de la contraction myocardique utilisées pour caractériser l'asynchronisme. Ensuite, nous avons évalué les facteurs liés à l'asynchronisme et à la réponse à la CRT (fibrose, nécrose myocardique, réserve contractile). De plus, nous avons développé et validé un nouvel indice permettant d'évaluer les conséquences " énergétiques " de l'asynchronisme sur la contraction myocardique. Résultats: Nous avons démontré que le strain longitudinal en speckle tracking était supérieur au Doppler tissulaire pour évaluer la déformation et l'asynchronisme myocardique et qu'il était mieux corrélé au pronostic des patients insuffisants cardiaques. Ensuite nous avons mis en évidence que le retard de contraction mécanique n'était pas lié simplement à un bloc de conduction électrique mais qu'il était observé pour l'ensemble des segments myocardiques nécrosés. De plus ces zones de fibrose et de nécrose évaluées en échographie de stress influencent la réponse à la CRT. Ces résultats suggèrent l'importance de considérer le retard de contraction et la contractilité résiduelle pour prédire la réponse à la CRT. A partir de cette hypothèse, nous avons validé un indice unique associant l'asynchronisme et la contractilité résiduelle pour évaluer la perte d'énergie contractile liée au retard de contraction. Conclusion : Les travaux réalisés ont permis de développer des outils pour mieux apprécier les conséquences de l'asynchronisme myocardique.

L’analyse en dynamique inverse d’un geste humain conduit à une interprétation de la coordination articulaire en termes d’efforts actionneurs. Ces grandeurs sont issues d’un modèle dynamique qui repose soit sur les équations de Lagrange, soit sur les équations de Newton-Euler. L’objectif est d’analyser l’effet sur les grandeurs de sortie du modèle dynamique, de perturbations sur les grandeurs d’entrée. Par une étude comparative, nous dégagerons l’association d’une technique de traitement des données, d’un modèle biométrique et d’un modèle dynamique, la mieux adaptée au calcul en dynamique inverse. La synthèse dynamique consiste à engendrer un mouvement optimal par minimisation d’un critère de performance. Notre travail se veut une première approche en biomécanique car il repose sur un seul critère : la minimisation des efforts articulaires. Le problème d’optimisation dynamique est transformé en un problème d’optimisation paramétrique. L’application développée porte sur la phase de montée à l’équilibre du geste gymnique appelé Appui Tendu Renversé. Les mouvements engendrés ont des allures naturelles que nous comparerons au geste réellement exécuté
Inverse dynamic analysis of human movement leds to joint coordination in terms of actuating torques. These parameters result to dynamic model witch recur either on Lagrange equations, or on Newton-Euler equations. The aim is to analyse the effect on output parameters of dynamic model create by disruption of teh input parameters. Thanks to comparative anaysis, we bring out the combination of data processing, anthropometric model and dynamic model with are the best to compute joint torques. The dynamic synthesis consists to generate an optimal movement by mimization of performance criterion. Our work wants to be a first approach in biomechanics because it recur on only on criterion : the minimization of joint actuating torques. The initial dynamic optimisation problem is recast as a parametric optimisation problem. Our application bring up the moving up phase of handstand. The generated movements are acceptable that we compare with a real movement

En biomécanique, la modélisation du corps humain constitue un enjeu majeur dans l'estimation, lors d'une tâche imposée, des efforts musculaires et de la dépense métabolique sous-jacente. En parallèle, l'évaluation des qualités physiques réalisée en médecine du sport a besoin d'une caractérisation du mouvement des athlètes et de leurs interactions avec l'environnement extérieur, afin de comparer objectivement les mesures physiologiques. Le pédalage dans ces deux approches fait référence. L'objectif de ce travail est donc d'étudier les limites de l'analyse mécanique de la performance sur ergocycle reposant sur la dynamique inverse, limites inhérentes aux outils de mesure et à l'adéquation entre les données d'entrée de la modélisation du geste de pédalage et les données mesurées. L'évaluation de l'incertitude des grandeurs initiant le calcul des efforts articulaires permet d'en estimer les conséquences sur la précision de chaque paramètre mécanique utilisé dans l'analyse de la performance
In biomechanics, the modelling of the human body is a major stake to estimate, in an imposed task, muscular effort and subjacent metabolic expenditure. In parallel, the evaluation of physical abilities in sport medicine needs to characterize the athletes' motion and their interactions with the external environment, in order to compare physiological measurements more objectively. These two orientations are based mainly on the activities of cycling. The objective of this work is thus to study the limits of the mechanical analysis of the performance on ergocycle using inverse dynamics technique. These limits depend on the measuring instruments and on the adequacy between the data input of the cycling model and the data measured. The evaluations of the uncertainty of the quantities used in the calculation of the intersegment effort allow to estimate the consequences of them on the precision of each mechanical parameter used in the analysis of the performance

Le but de cette etude est d'etablir le cahier des charges des sollicitations mecaniques subies par une hanche lors de la marche. A ce jour il n'existe pas de moyen technique de mesurer in vivo les charges supportees par une articulation. La methode consiste a realiser une modelisation mecanique du systeme equivalent au membre inferieur en mouvement. Le modele est etabli a partir de pieces cadaveriques. Les formes des os sont mesurees a l'aide d'un robot puma 560 et representees sur ordinateur. Les os numerises sont ensuite deformes et adaptes aux caracteristiques morphometriques de l'individu mesurees sur des radiographies. Nous obtenons ainsi un squelette semblable a celui de l'individu. Le systeme motion analysis fournit les coordonnees spatiales de marqueurs reflechissants fixes sur le sujet en mouvement. Apres traitement ces donnees permettent d'acceder aux mouvements des os. Une plateforme de force (kistler) synchronisee enregistre le torseur des actions de contact entre le pied et le sol. La cinematique et la force de reaction du sol servent ensuite au calcul des moments intersegmentaux resultants. Ces moments sont pris en charge par les elements actifs du mouvement: les muscles. La determination des forces musculaires pose un probleme: celui de la redondance des muscles par rapport aux degres de liberte des articulations humaines. Ce probleme n'a pas ete resolu. Nous proposons cependant certaines solutions basees sur des criteres d'optimisations et nous les comparons aux donnees electromyographiques relevees sur le meme individu

La compréhension de la gestion des mouvements aériens lors d'acrobaties complexes en gymnastique est abordée à partir d'une analyse mécanique. Une méthode d'analyse cinématographique 3D ainsi qu'un algorithme de simulation du mouvement aérien sont développés, présentés et validés à l'aide de saltos vrillés. Le concept de transfert de moment cinétique est clarifié ; sa mesure nous amène à émettre une hypothèse relative aux difficultés de gymnastes débutants, réalisant une fausse vrille. L'évaluation originale de la part relative de la vrille de contact, de la vrille aérienne et de la vrille du chat dans un salto vrillé est proposée. Le rôle tenu par les membres supérieurs est abordé en modifiant la gestuelle d'origine du gymnaste en phase aérienne ; l'efficacité du retard dans l'adduction d'un membre supérieur nécessaire au déclenchement de la vrille dans un salto est évaluée dans plusieurs cas de figure. La comparaison des efforts articulaires calculés en dynamique inverse s'exerçant aux épaules, lors d'un salto vrillé et lors de la même gestuelle réalisée à l'arrêt, amène des éléments de réflexion relatifs à l'apprentissage de tels mouvements
The purpose is the understanding of the aerial movement's management during complex acrobatics in gymnastics using a mechanical analysis. A three-dimensional cinematographic analysis method and a simulation algorithm of aerial movement are developed, presented and validated using twisting somersaults. The concept of angular momentum transfert is clarified; its measure leads us to express an hypothesis concerning the difficulties of the beginner who perform a false twist. An original evaluation quantitative method of the contact, aerial and cat twist contributions in a twisting somersault are proposed. The upper limbs' action in the twist creation is analysed by changing the original coordination during the aerial phase. The effectiveness of the upper limbs' delaying adduction, which create twists is evaluated by considering several cases. The shoulder joint torques are calculated using inverse dynamic's method during a twisting somersault and compared with the ones obtained during the realization of same coordination without somersault. It leads reflexion elements relating to the training of these kind of movements

Cette etude a pour objectif d'analyser les changements cinematiques, cinetiques et electromyographiques survenant lors d'un test de nage en crawl conduisant a epuisement. Nous cherchons egalement a determiner les relations pouvant exister entre ces differents parametres. La population constituee de 9 sujets, de sexe masculin et de niveau regional a international, a ete testee sur un 400 yards crawl nage a leur vitesse maximale. Le test s'est deroule dans un flume ou bassin d'eau a contre-courant. Le sujet etait filme par deux cameras placees au fond du flume. Simultanement, l'activite electrique de 6 muscles de l'epaule droite (rotateurs internes et externes) etait enregistree, a l'aide d'electrodes intra-musculaires. L'acquisition des donnees est realisee sur les 5 premieres et dernieres secondes du test ou le sujet est en situation d'epuisement. Un cycle de bras dans chacune de ces conditions est etudie. Le trajet aquatique est decoupe en 3 phases d'apres reischle k. (1979) et maglischo c. W. Et al. (1984), determinees a partir des prises de vues sous-marines de face: phases de prise d'appuis, de balayage interne et de poussee. A partir d'une analyse d'image video en trois dimensions, developpee par schleihauf r. E. (1979, 1983), nous avons calcule l'angle d'attaque et la vitesse de la main. Par la suite, ces variables nous ont permis de determiner les forces exercees par la main au cours du trajet aquatique, auxquelles, nous avons ajoute l'indice d'efficience de force, la puissance totale et l'efficience propulsive, d'apres la methode de huijing p. A. Et al. (1983) et toussaint h. M. Et al. (1983, 1988). Le signal electrique a ete redresse, integre, moyenne a une frequence de 50 hz et normalise en pourcentage de la contraction maximale dynamique rencontree au cours du test. L'analyse des donnees comprend moyenne et ecart-type, coefficient de correlation lineaire, tests de comparaison non parametriques, analyse discriminante, analyse en composantes principales et analyse canonique. En situation d'epuisement, le temps total du cycle de bras a tendance a decroitre. La phase de prise d'appuis a tendance a diminuer en fin de test, tandis que les phases de balayage interne et de poussee augmentent de facon significative. En ce qui concerne l'angle d'attaque de la main, la valeur de l'ordre de 33 pour le trajet aquatique, reste constante entre les deux conditions de test. La vitesse moyenne de la main chute de 2. 30 m/s a 2. 13 m/s. En debut de test, elle atteint sa valeur maximale en phase de balayage interne et reste presque constante en phase de poussee. En fin de test, elle est maximale en phase de poussee. La force totale moyenne et la force propulsive moyenne generees sur le trajet aquatique ont diminue. Les valeurs sont relativement stables entre le debut et la fin de l'effort, pour les phases de prise d'appuis et de poussee. Pour la phase de balayage interne, elles ont significativement diminue en situation d'epuisement. La combinaison de l'indice d'efficience de force, l'efficience propulsive et la force propulsive discrimine les phases entre elles quelle que soit la condition de test. Cette combinaison est correlee avec la vitesse de nage pour la phase de balayage interne en debut et en fin de test. Au niveau des resultats electromyographiques, l'activite musculaire n'est pas differenciee d'une phase a l'autre. Les muscles sont plus mobilises en situation d'epuisement. Les relations entre ces divers parametres indiquent que la vitesse de nage est liee a l'angle d'attaque et a la vitesse de la main. Par ailleurs un indice d'efficience de force, une puissance totale et une efficience propulsive eleves sont lies a l'activite de certains muscles

L'etude de la lateralisation fonctionnelle chez l'humain, qui s'est traditionnellement focalisee sur la notion de prevalence manuelle et sur l'idee que l'une de nos deux mains (la droite chez le droitier) est globalement plus habile que l'autre, implique une vision competitive de la relation intermanuelle. La presente recherche procede d'une approche alternative postulant la complementarite fonctionnelle de la droite et de la gauche et met en avant l'idee de cooperation bimanuelle asymetrique (ou differenciee). Le concept de cooperation ou de collaboration, dans le contexte du mouvement bimanuel, renvoie a une metaphore du travail social (cum + opus ou labor). Le principe de notre experimentation a consiste a etudier en parallele la cooperation bimanuelle au sens metaphorique (intra-participant) et au sens litteral (entre deux mains droites preferees, au sein de dyades), l'objectif etant, a terme, d'enrichir notre conceptualisation de la premiere par une connaissance des phenomenes caracteristiques de la seconde. Dans la variante originale du paradigme de pointage reciproque de fitts (1954) que nous avons mise en uvre, le deplacement du pointeur etait confie a une main tandis que l'autre main pouvait deplacer les deux cibles. Les resultats montrent un degre frappant de parallelisme dans les patrons de performance et de coordination bimanuelle entre les individus et les dyades. Non seulement la loi de fitts se generalise fort bien au cas du pointage cooperatif a deux agents, mais la cinematique continue du mouvement de pointage est tout a fait similaire - avec notamment un mouvement qui dans les deux cas devient de plus en plus harmonique a mesure que la vitesse du mouvement s'accroit. Nous retrouvons de surcroit chez les dyades un certain nombre de resultats rapportes dans la litterature sur la dynamique de la coordination bimanuelle (non cooperative), notamment l'existence d'un lien quantitatif entre l'ecart de phase inter-manuel et la balance des frequences propres. Les donnees suggerent l'emergence rapide au sein de la dyade d'une specialisation entre les deux participants.

Une chaussure est constituee de plusieurs parties aux fonctions differentes. Le semelage constitue l'interface entre le sol et le pied. La conception et le controle des semelages sont encore tres empiriques. L'objectif de cette etude est de preparer les elements qui permettront de modeliser les semelles de chaussure. L'etude presente deux niveaux. Le premier consiste a determiner, pour un usage donne (course, marche, tennis) les contraintes biomecaniques et mecaniques devant etre prises en compte par la chaussure et plus particulierement par sa semelle. La deuxieme phase aborde les approches possibles pour modeliser la reponse de la semelle a ces diverses sollicitations

Les effets de la preparation motrice sur l'activite musculaire et la transmission corticospinale ont ete analyses chez le singe au cours d'une etude associant une approche comportementale et une approche electrophysiologique. L'examen de l'activite des unites motrices (um) du biceps et du triceps a ete realise pendant la preparation et l'execution d'un mouvement de flexion de l'avant-bras. En fonction de leur participation a chacune de ces deux periodes les um se distribuent en deux groupes distincts. Les parametres fonctionnels des um actives exclusivement pendant l'execution du mouvement permettent de presumer qu'elles sont de type rapide phasique; alors que les um actives specifiquement pendant la preparation motrice lorsque le bras est parfaitement immobile et qu'il n'existe aucune variation d'activite concomitante des um du triceps, seraient de type lent tonique. Les um actives pendant les deux periodes sont supposees etre rapides toniques-phasiques. Les variations d'excitabilite des circuits cortico-spinaux revelent que les effets du cortex moteur peuvent etre transmis aux um rapides toniques-phasiques pendant la preparation et aux um rapides phasiques pendant l'execution du mouvement. Pendant la preparation l'activation tres precoce des um lentes toniques serait due aux effets provenant des aires premotrices; cette activite pourrait modifier l'etat physiologique du muscle en augmentant son tonus ou sa raideur ce qui assurerait une plus grande efficacite de la decharge des um rapides au moment de l'execution du mouvement

Le but de cette etude est de realiser d'une part une instrumentation adaptee aux mesures des parametres du deplacement relatif au mouvement humain et d'autre part des techniques numeriques de traitement de signal pour estimer correctement les parametres cinematiques calcules. Celles-ci seront repertoriees sous forme de logiciels appartenant a la bibliotheque du banc d'analyse d'image. Nous avons concu une chaine instrumentale semi-automatique d'analyse d'image video assistee par ordinateur. Les logiciels mis au point permettent d'une part de creer une animation utile pour l'aide a la conception de modeles de mouvement et d'autre part d'estimer les vitesses et les accelerations necessaires pour la resolution du modele biomecanique correspondant. Le traitement de signal presente une problematique particuliere concernant le lissage et le filtrage des donnees de deplacement. Nous avons compare les traitements mono-dimensionnels et bi-dimensionnels dans le cas du lissage. Une application est donnee sur les mouvements elementaires du jeu vertical a ski

Dans le but d'analyser le mouvement du tronc humain, un modele cinematique ergonomique du dos et du cou est developpe. Il comporte cinq segments rigides repartis entre le bassin et la tete. Trois d'entre eux representent le bassin, le haut du thorax et la tete. Les deux autres, appeles segments intermediaires, sont intercales au niveau des apophyses epineuses des vertebres t12 et c4. Un groupe articulaire comportant trois liaisons pivot representant les mouvements de flexion, d'inclinaison laterale et de rotation axiale est introduit entre segments adjacents. Une etude experimentale est menee sur dix sujets et permet d'identifier la geometrie du modele. Pour cela, le systeme optoelectronique motion analysis est exploite. Le modele est utilise en cinematique directe et inverse. Des lois de correlation entre parametres articulaires sont identifiees experimentalement. Elles permettent d'ameliorer la solution du modele inverse. De bons resultats sont obtenus en cinematique directe. Ils nous permettent toutefois de nous rendre compte des limites du modele principalement dues a l'absence d'articulation prismatique. Le modele cinematique inverse decrit une cinematique particuliere realiste. Il n'est adapte qu'a un nombre reduit de sujets. Ceci etait previsible car il est impossible de prevoir aussi simplement la strategie de mouvement de tout individu.

La peau est l'enveloppe du corps humain assurant le rôle de première barrière protectrice de notre organisme. Les propriétés mécaniques de la peau humaine jouent un rôle clé dans son intégrité car elles confèrent au tissu cutané sa capacité à rester intact. La mesure des propriétés mécaniques de la peau présente ainsi de nombreux intérêts comme celui de disposer d'une méthode d'évaluation objective des effets de produits médicaux ou cosmétiques, ainsi que celui de quantifier les pathologies cutanées qui pourraient les affecter.Dans ce contexte, un instrument spécifique pour évaluer les propriétés mécaniques de la peau humaine ex vivo a été développé. L'objectif de cet appareillage est de caractériser à la fois les propriétés mécaniques conventionnelles tirées d'un essai de traction à vitesse d'étirement constante, et les deux composantes mécaniques, élasticité et dissipation, issues d'un essai de spectrométrie mécanique afin d'éventuellement discriminer chaque phénomène. L'approche proposée est d'établir un lien phénoménologique entre viscoélasticité et structure de la peau.La première partie de cette thèse a été consacrée à un travail instrumental afin que l'appareillage mesure de façon précise et fiable les propriétés mécaniques de tissus déformables. Son développement et son amélioration continue ont finalement permis de caractériser ces propriétés sur des explants de peau humaine ex vivo.Les premiers tests sur les explants de peau humaine ex vivo ont permis de confronter et d'adapter l'instrumentation à l'étude d'échantillons biologiques. Tout d'abord, des études préliminaires portant, entre autres, sur le pré-conditionnement, l'état de pré-tension et l'anisotropie mécanique, ont été réalisées afin de valider la fiabilité de l'instrumentation et des méthodes développées. Une fois l'ensemble de ces notions étudiées, une caractérisation complète des propriétés viscoélastiques des explants a pu être réalisée. Cette caractérisation a également permis d'étudier leur viabilité dans le temps et la notion de vieillissement cutané.Cette instrumentation brevetée, associée à l'utilisation d'explants de peau ex vivo dans des conditions physiologiques pendant plusieurs jours, a finalement permis d'évaluer l'effet de différentes contraintes sur les propriétés mécaniques de la peau. Une étude portant sur les vergetures a révélé que ces zones cutanées endommagées étaient caractérisées par une forte anisotropie mécanique et présentaient des propriétés viscoélastiques dégradées. Par ailleurs, une étude portant sur la congélation des explants, processus utilisé pour conserver les tissus dans le temps, a montré que le fait de congeler la peau semble avoir un léger effet de rigidification sur ses propriétés mécaniques. Enfin, l'effet d'un stress enzymatique sur la peau, imitant un processus naturel de vieillissement accéléré du tissu, a été examiné. Cette dernière étude a démontré la dégradation significative des propriétés mécaniques des explants exposés à des enzymes protéolytiques : collagénase et élastase. Un lien avec des analyses histologiques est proposé.Ces différentes études menées lors de ce travail de thèse ont permis de montrer que cette instrumentation peut contribuer à répondre à des questions scientifiques et techniques et peut aider au développement de produits destinés aux traitements. En effet, elle pourrait permettre d'analyser et d'évaluer de manière objective les effets de différentes agressions extérieures (exposition aux rayons UV, pollution par un produit chimique ou par atmosphère, incision, etc.) et les effets de produits médicaux ou dermo-cosmétiques (crèmes hydratantes, crèmes anti-vergetures, pansements cicatrisants, etc.) sur les propriétés viscoélastiques de la peau humaine
Skin is the envelope of the human body, acting as our body's first protective barrier. The mechanical properties of human skin play a key role in skin integrity, as they confer its ability to remain intact to the cutaneous tissue. Measuring the mechanical properties of the skin therefore has many benefits, such as providing a method for objectively assessing the effects of medical or cosmetic products, and for quantifying skin pathologies that could affect them.In this context, a specific instrument for assessing the mechanical properties of human skin ex vivo has been developed. The aim of this equipment is to characterise both the conventional mechanical properties obtained from a tensile test at a constant stretching rate, and the two mechanical components, elasticity and dissipation, obtained from a mechanical spectrometry test, in order to discriminate each phenomenon. The proposed approach is to establish a phenomenological link between viscoelasticity and skin structure.The first part of the thesis was devoted to instrumental work to ensure that the equipment accurately and reliably measures the mechanical properties of deformable tissues. Its development and continuous improvement finally enabled these properties to be characterised on ex vivo human skin explants.Initial tests on ex vivo human skin explants enabled to confront and adapt the instrumentation with the study of biological samples. Firstly, preliminary studies were carried out on pre-conditioning, pre-tension state and mechanical anisotropy, to validate the reliability of the instrumentation and the methods developed. Once all these concepts had been studied, the viscoelastic properties of the explants were fully characterised. This characterisation also enabled to study their viability over time and the notion of skin ageing.This patented device, combined with the use of ex vivo skin explants under physiological conditions for several days, has finally allowed to assess the effect of different stresses on the mechanical properties of the skin. A study of stretch marks revealed that these damaged areas of skin were characterised by high mechanical anisotropy and had degraded viscoelastic properties. In addition, a study of explant freezing, a process used to preserve tissue over time, showed that freezing the skin appears to have a slight stiffening effect on its mechanical properties. Finally, the effect of enzymatic stress on the skin, mimicking a natural process of accelerated tissue ageing, was studied. This last study demonstrated a significant deterioration in the mechanical properties of explants exposed to proteolytic enzymes: collagenase and elastase. A link with histological analyses is proposed.The various studies carried out during this thesis have shown that this instrumentation can contribute to answering scientific and technical questions and could help in the development of products intended for treatments. Indeed, it could be used to objectively analyse and assess the effects of various external stresses (exposure to UV rays, chemical or atmospheric pollution, incisions, etc.) and the effects of medical or dermo-cosmetic products (moisturising creams, stretch mark creams, healing dressings, etc.) on the viscoelastic properties of human skin

Ce travail représente la caractérisation et la modélisation mécanique complète d'une membrane biologique fibreuse : la peau humaine, lorsqu'elle est soumise à des sollicitations proches du choc conduisant à sa rupture. En effet, l'étude expérimentale a permis de mettre en relation des paramètres de la micro structure fibreuse avec les propriétés mécaniques du tissu, mesurées à l'échelle macroscopique. Cette évolution conjointe des propriétés à différentes échelles, a ensuite pu être retranscrite dans une loi de comportement à deux échelles. Son implantation dans un code éléments finis apporte ainsi une description locale du comportement du tissu. Les premières applications sur la peau humaine apportent, d'un point de vue expérimental, en plus des caractéristiques mécaniques classiques jusqu'à rupture, des données non conventionnelles et plus précises, d'une part sur le comportement de ce tissu (mesure du champ de déformation, quantification de son hétérogénéité) et d'autre part sur sa micro structure (orientation privilégiée des fibres, mécanisme de rupture). Les premières simulations sur la peau humaine mettent en évidence l'importance d'inclure, dans la loi de comportement, des paramètres propres aux fibres et à leur répartition dans le tissu, afin de modéliser des phénomènes observés expérimentalement (champ de déformation hétérogène, rupture progressive du tissu). Le protocole expérimental ainsi que le modèle de comportement ont été définis de telle sorte qu'ils puissent s'adapter aisément à tout type de membrane fibreuse, ce qui offre des perspectives intéressantes concernant les tissus sévèrement touchés lors d'accidents. De plus, compte tenu de la forte diversité inter individu, cette approche structurelle semble ouvrir la voie de la personnalisation des modèles, dans le sens où les paramètres structurels sont l'identité de chacun
Focusing on planar and fibrous soft tissues, this work has consisted in determining both the mechanical properties and the failure characteristics of the human skin, in loading conditions close to an impact. In the experimental study, the results have pointed out the relationship between some micro structural parameters of the tissue and the mechanical properties measured at the macroscopic scale. According to this micro/macro dependency, a constitutive law, including structural parameters related to the fibres, has been implemented in a finite element model. The main advantage of such a model is to more locally simulate the tissue behaviour and its failure. The experiments on the human skin bring original and more precise data than classical studies. On the one hand, a heterogeneous strain field has clearly appeared and its heterogeneity has been quantified thanks to a full field measurement technique adapted to the skin. On the other hand, at the microscopic scale, the collagen fibre orientations have been determined and linked to different rupture mechanisms. The first simulations on the human skin have pointed out the importance of using a structural constitutive law in order to model complex physical phenomenon (heterogeneous strain field, gradual rupture of the tissue). Being easily suitable for any planar and fibrous soft tissues, both the testing methodology and the finite element model present interesting perspectives for tissues that are severely injured in automotive collisions. Then, considering individual diversity, such a structural approach will enable to personalize models as structural parameters are everyone's identity

On nous a tellement répété que le mouvement était condamne à l'éphémère qu'on avait fini par le croire. Le mouvement, c'est à dire toute action physique humaine, laisse des traces dans l'espace et dans le temps. La danse, le sport ou encore les gestes quotidiens de l'homme ont fragilement traverse les siècles. Le verbe, le dessin, la photographie ou maintenant les techniques autido-visuelles ont décrit, reproduit ou enregistre l'action physique sans la représenter dans sa totalité. Cependant, en occident, dès le moyen-Age, apparait le désir de représenter par écrit les mouvements du corps humain, de créer une écriture propre au mouvement, comme l'est l'écriture musicale pour le son. Après de nombreuses tentatives qui ont plus ou moins marque l'histoire de la danse et du geste, le XXème siècle assiste à l'épanouissement de quatre écritures du mouvement : Laban, conte, benesh et eskhol qui sont officiellement reconnues. Ces écritures se révèlent être un moyen de transcription et d'analyse du mouvement. L’écriture conte par exemple, est un système d'écriture utilisant des signes, la plupart empruntes a l'écriture musicale. Par ailleurs, l'écriture procure au mouvement un nouveau statut : elle lui donne la mémoire qu'il n'a jamais eu. Elle participe à la construction de son histoire. Le mouvement n'est plus alors condamne à l'éphémère mais a l'interprétation, terme qui semble se dérober au fur et à mesure qu'on veut le saisir. Mais n'est-ce point-là le devenir de toute écriture?
We have so often heard that movement is condemned to the fleeting that we have come to believe it. Movement, it means all human physical action leaves its traces in space and time. Dance, sport or daily gestures of the human being crossed with fragility the centuries. The verb, the drawing, the photography and now the audio-visual technics described, reproduced and recorded physical action without representing it totally. However, in the western world, since the middle age, appeared the desire to represent by writing the human body movements, and create a writing for the movement, as it exist for the music the sound. After several attempts which have had more or less importance in dance and gesture history, the xxth century is a witness of the coming of four movement notations : laban, conte, benesh and eskhol. The writing of movement is a mean for transcribing and analyzing movement. "ecriture conte" for example, is a writing system using signs, most of which are borrowed from musical writing. Besides, writing brings to movement a new status: it gives to movement the memory it has never had. Movement, then, is no longer condemned to the fleeting but to interpretation, a tem which seems to become less clear as one tries to comprehend it. But is it not here the becoming of each writing ?

Introduction : Les nouvelles technologies qui permettent de capter et d’analyser les mouvements des utilisateurs ne cessent de se développer et représentent un potentiel intéressant dans le domaine de la santé. Grâce à l’essor de ces nouvelles technologies, des systèmes de réalité virtuelle (RV) clefs en main intègrent les services de réadaptation, et les études démontrent leur capacité à optimiser la rééducation motrice et l’évaluation des clients présentant des troubles du contrôle moteur. Le marché de la RV est ainsi en pleine expansion, et l’ajout d’informations haptiques permettant de modéliser les caractéristiques physiques des entités virtuelles représente un intérêt considérable pour améliorer l’écologie des environnements virtuels (EVs) et le transfert des apprentissages aux activités quotidiennes. Toutefois, l’effet de l’ajout de ces informations sur le comportement moteur des sujets demeure très peu connu. L’objectif principal de cette thèse était ainsi d’évaluer l’impact de l’ajout d’informations haptiques, par un mécanisme parallèle entrainé par câbles (robot à câbles), sur le contrôle moteur de sujets sains, lors de la réalisation de tâches complexes et fonctionnelles dans des EVs. Les deux hypothèses principales étaient que cet ajout améliore le contrôle du mouvement lors de tâche de manutention d’objet ayant des contraintes environnementales statiques, et modifie les stratégies locomotrices proactives en présence de contraintes dynamiques. Méthode : Le comportement moteur de participants sains a été analysé lors de la réalisation de deux tâches. En premier lieu, une tâche de manutention de caisse nécessitant la préhension et le déplacement d’une caisse à partir d’une posture debout a été étudiée. Celle-ci a été réalisée dans un environnement réel et dans des EVs, en absence et en présence d’informations haptiques, relatives aux contraintes physiques de l’étagère et de la caisse manipulée, fournies grâce à un robot à câbles (Chapitre 3, N=12). En second lieu, une tâche nécessitant l’évitement d’avatars au cours de la marche sur un tapis roulant a été réalisée en présence et en absence de risque de contact physique avec les avatars, délivré par un robot à câbles (Chapitre 4, N=10). Les EVs étaient vus au travers d’un visiocasque. Résultats : La première étude a démontré une amélioration des paramètres spatiaux du mouvement réalisé dans l’EV en présente d’informations haptiques, au cours des différentes phases de la tâche de manutention (préhension, montée et descente de la caisse). L’organisation spatiale du mouvement était ainsi plus similaire à ce qui était observé dans un environnement réel, avec un meilleur respect des contraintes environnementales (éloignement plus important de la caisse avec l’étagère, trajectoire plus longue). De plus, le contrôle du mouvement était influencé par la demande de précision requise pour ne pas toucher les étagères en présence d’informations haptiques uniquement. La deuxième étude a démontré la mise en place de stratégies motrices plus précautionneuses pour éviter les avatars lors de l’ajout d’informations haptiques. Les participants tendaient à anticiper plus précocement l’évitement des avatars. Ils maintenaient une distance minimale plus importante avec les avatars et conservaient un espace péripersonnel plus large, indépendamment de l’angle d’approche de l’avatar. Conclusion : L’ajout d’informations haptiques dans les EVs impacte les stratégies motrices proactives des participants sains aussi bien lors de la tâche de manutention de caisse que de locomotion avec évitement d’avatars. Les résultats suggèrent que l’ajout d’informations haptiques favorise la prise en compte des entités virtuelles lors de la planification mouvement. Ces informations haptiques imposent en effet des restrictions plus réalistes dans les possibilités d’actions fournies par les EVs, et modifient probablement l’évaluation des conséquences que représente le contact avec les entités virtuelles. Il serait pertinent de poursuivre l’étude de l’influence de ces informations afin de proposer à des clients ayant des déficiences motrices des environnements encore plus écologiques, qui favorisent l’évaluation et la prise en compte des risques implicites que représentent les entités environnementales.
Introduction : Les nouvelles technologies qui permettent de capter et d’analyser les mouvements des utilisateurs ne cessent de se développer et représentent un potentiel intéressant dans le domaine de la santé. Grâce à l’essor de ces nouvelles technologies, des systèmes de réalité virtuelle (RV) clefs en main intègrent les services de réadaptation, et les études démontrent leur capacité à optimiser la rééducation motrice et l’évaluation des clients présentant des troubles du contrôle moteur. Le marché de la RV est ainsi en pleine expansion, et l’ajout d’informations haptiques permettant de modéliser les caractéristiques physiques des entités virtuelles représente un intérêt considérable pour améliorer l’écologie des environnements virtuels (EVs) et le transfert des apprentissages aux activités quotidiennes. Toutefois, l’effet de l’ajout de ces informations sur le comportement moteur des sujets demeure très peu connu. L’objectif principal de cette thèse était ainsi d’évaluer l’impact de l’ajout d’informations haptiques, par un mécanisme parallèle entrainé par câbles (robot à câbles), sur le contrôle moteur de sujets sains, lors de la réalisation de tâches complexes et fonctionnelles dans des EVs. Les deux hypothèses principales étaient que cet ajout améliore le contrôle du mouvement lors de tâche de manutention d’objet ayant des contraintes environnementales statiques, et modifie les stratégies locomotrices proactives en présence de contraintes dynamiques. Méthode : Le comportement moteur de participants sains a été analysé lors de la réalisation de deux tâches. En premier lieu, une tâche de manutention de caisse nécessitant la préhension et le déplacement d’une caisse à partir d’une posture debout a été étudiée. Celle-ci a été réalisée dans un environnement réel et dans des EVs, en absence et en présence d’informations haptiques, relatives aux contraintes physiques de l’étagère et de la caisse manipulée, fournies grâce à un robot à câbles (Chapitre 3, N=12). En second lieu, une tâche nécessitant l’évitement d’avatars au cours de la marche sur un tapis roulant a été réalisée en présence et en absence de risque de contact physique avec les avatars, délivré par un robot à câbles (Chapitre 4, N=10). Les EVs étaient vus au travers d’un visiocasque. Résultats : La première étude a démontré une amélioration des paramètres spatiaux du mouvement réalisé dans l’EV en présente d’informations haptiques, au cours des différentes phases de la tâche de manutention (préhension, montée et descente de la caisse). L’organisation spatiale du mouvement était ainsi plus similaire à ce qui était observé dans un environnement réel, avec un meilleur respect des contraintes environnementales (éloignement plus important de la caisse avec l’étagère, trajectoire plus longue). De plus, le contrôle du mouvement était influencé par la demande de précision requise pour ne pas toucher les étagères en présence d’informations haptiques uniquement. La deuxième étude a démontré la mise en place de stratégies motrices plus précautionneuses pour éviter les avatars lors de l’ajout d’informations haptiques. Les participants tendaient à anticiper plus précocement l’évitement des avatars. Ils maintenaient une distance minimale plus importante avec les avatars et conservaient un espace péripersonnel plus large, indépendamment de l’angle d’approche de l’avatar. Conclusion : L’ajout d’informations haptiques dans les EVs impacte les stratégies motrices proactives des participants sains aussi bien lors de la tâche de manutention de caisse que de locomotion avec évitement d’avatars. Les résultats suggèrent que l’ajout d’informations haptiques favorise la prise en compte des entités virtuelles lors de la planification mouvement. Ces informations haptiques imposent en effet des restrictions plus réalistes dans les possibilités d’actions fournies par les EVs, et modifient probablement l’évaluation des conséquences que représente le contact avec les entités virtuelles. Il serait pertinent de poursuivre l’étude de l’influence de ces informations afin de proposer à des clients ayant des déficiences motrices des environnements encore plus écologiques, qui favorisent l’évaluation et la prise en compte des risques implicites que représentent les entités environnementales.
Introduction: New technologies that capture and analyze user movement are constantly developing and represent a great potential in healthcare. Thanks to the recent technological advances, turnkey virtual reality (VR) systems are progressively integrated into the rehabilitation setting, and studies have demonstrated their ability to optimise sensorimotor rehabilitation and clinical assessment of people with motor control disorders. The market for VR is growing and adding haptic feedback that provides physical characteristics to virtual entities represents a great potential to improve the ecological validity of virtual environments (VE) and to the transfer of learning to daily tasks. However, the impact that adding haptic feedback has on motor behavior remains poorly understood. The main objective of this thesis was to assess the impact of adding haptic feedback, using a novel cable-driven parallel robot, on the motor control of healthy participants during complex, functional tasks in VEs. The two mains hypotheses were that haptic feedback improves motor control during a handling task with static environmental constraints and modifies proactive locomotor strategies in the presence of dynamic constraints. Method: The motor behavior of healthy participants was analysed during two tasks. First, a manual handling task was studied during which participants grasped and moved a crate while standing. This task was realised in a real environment and in VEs with the absence and the presence of haptic information. The latter simulated the physical constraints of the shelf and the crate to be manipulated using a cable-driven robot (Chapter 3, N=12). Second, avatar avoidance tasks were realised when participants walked on a self-paced treadmill in the absence and then in the presence of a risk of physical contact with avatars. Contact was simulated by a cable-driven robot (Chapter 4, N=10). VEs were viewed through a head mounted display for all tasks. Results: The first study showed that adding haptic feedback to the VE improved spatial parameters of movement realised in a VE during all phases of movement (reaching, ascent and descent phases). The spatial organisation of movement was closer to those observed in a physical environment, and better respected environmental constraints (higher clearances from the shelf and longer trajectories). Moreover, movement control was influenced by task precision required to avoid any contact with the shelf in the presence of haptic feedback only. The second study demonstrated that when avoiding avatars in VR, more cautious behavior was measured in the presence of potential physical contact. Participants tended to start their avoidance strategy earlier and increased minimum clearance along with a larger personal space regardless of the avatar’s approach angle. Conclusion: Adding haptic feedback in VEs impacts the proactive motor strategies of healthy participants during a manual handling task as well as a locomotor task involving the avoidance of avatars. These results suggest that adding haptic feedback enhances one’s consideration of virtual entities during movement planning. Haptic information imposes more realistic restrictions on the actions afforded by EVs, and likely modifies the perceived consequences of potential contact with virtual entities. It will be important to continue to study the impact of haptic feedback within VEs to provide even more ecological environments to people with motor deficits in order to improve assessment and the consideration of implicit risks posed by the environment.
Introduction: New technologies that capture and analyze user movement are constantly developing and represent a great potential in healthcare. Thanks to the recent technological advances, turnkey virtual reality (VR) systems are progressively integrated into the rehabilitation setting, and studies have demonstrated their ability to optimise sensorimotor rehabilitation and clinical assessment of people with motor control disorders. The market for VR is growing and adding haptic feedback that provides physical characteristics to virtual entities represents a great potential to improve the ecological validity of virtual environments (VE) and to the transfer of learning to daily tasks. However, the impact that adding haptic feedback has on motor behavior remains poorly understood. The main objective of this thesis was to assess the impact of adding haptic feedback, using a novel cable-driven parallel robot, on the motor control of healthy participants during complex, functional tasks in VEs. The two mains hypotheses were that haptic feedback improves motor control during a handling task with static environmental constraints and modifies proactive locomotor strategies in the presence of dynamic constraints. Method: The motor behavior of healthy participants was analysed during two tasks. First, a manual handling task was studied during which participants grasped and moved a crate while standing. This task was realised in a real environment and in VEs with the absence and the presence of haptic information. The latter simulated the physical constraints of the shelf and the crate to be manipulated using a cable-driven robot (Chapter 3, N=12). Second, avatar avoidance tasks were realised when participants walked on a self-paced treadmill in the absence and then in the presence of a risk of physical contact with avatars. Contact was simulated by a cable-driven robot (Chapter 4, N=10). VEs were viewed through a head mounted display for all tasks. Results: The first study showed that adding haptic feedback to the VE improved spatial parameters of movement realised in a VE during all phases of movement (reaching, ascent and descent phases). The spatial organisation of movement was closer to those observed in a physical environment, and better respected environmental constraints (higher clearances from the shelf and longer trajectories). Moreover, movement control was influenced by task precision required to avoid any contact with the shelf in the presence of haptic feedback only. The second study demonstrated that when avoiding avatars in VR, more cautious behavior was measured in the presence of potential physical contact. Participants tended to start their avoidance strategy earlier and increased minimum clearance along with a larger personal space regardless of the avatar’s approach angle. Conclusion: Adding haptic feedback in VEs impacts the proactive motor strategies of healthy participants during a manual handling task as well as a locomotor task involving the avoidance of avatars. These results suggest that adding haptic feedback enhances one’s consideration of virtual entities during movement planning. Haptic information imposes more realistic restrictions on the actions afforded by EVs, and likely modifies the perceived consequences of potential contact with virtual entities. It will be important to continue to study the impact of haptic feedback within VEs to provide even more ecological environments to people with motor deficits in order to improve assessment and the consideration of implicit risks posed by the environment.

L'objectif principal de ce travail est d'analyser l'adaptabilité des experts d'une part et des non-experts d'autre part, face à une tâche de shoot en hockey sur gazon, sous différentes contraintes. Le shoot est utilisé pour deux objectifs principaux : passer la balle, ou tirer au but. L'adaptabilité est définie comme le ratio entre flexibilité et stabilité, à savoir la capacité des experts à être stable quand il le faut et flexible quand il le faut. Plusieurs types de contraintes ont été analysés : l'influence de la tenue de crosse (étude 1) et du positionnement de la balle (étude 4) comme contrainte de tâche, l'influence du poste de jeu (étude 2) et du niveau de jeu (études 3 et 4) comme contrainte de l'organisme. Les systèmes d'analyse du mouvement VICON et SIMI Motion ont permis la reconstruction du mouvement en 3 dimensions. Un traitement statistique non-supervisé, regroupant les individus qui ont des comportements communs a été utilisé, de manière à distinguer l'expertise en hockey de l'expertise en shoot. Les résultats indiquent un pattern de coordination commun qui correspond à un séquençage des membres supérieurs pour maximiser la vitesse conférée à la balle au moment de l'impact. Par contre, des modifications des paramètres du mouvement (amplitudes, durées, valeurs angulaires) sont observées en réponse aux changements de contraintes. Cette variabilité intra-individuelle, qu'elle soit synonyme de l'utilisation de patterns différents ou de variance inter-essai, n'est pas liée à l'expertise puisqu'elle est présente pour les deux types de population (experts et non-experts). Par contre, l'expertise réside dans le maintien de la performance suggérant le rôle fonctionnel de la variabilité, signe de dégénérescence du système neurobiologique humain
The aim of this study was to analyze experts and non-experts adaptability during a field hockey drive under different constraints. Field hockey drive serves to two main purposes : shooting for goal and passing the ball to players several meters away. Adaptability is defined as the ratio between stability and flexibility, that is the experts capacity to be stable when it's necessary and flexible when it's necessary. Different constraints were studied : stick holding (study 1) and ball position (study 4) as task constraint, game role (study 2) and players skill level (studies 3 and 4) as organismic constraints. SIMI Motion and VICON motion analysis systems were used to dynamically reconstruct players movement in three dimensions. Cluster analysis, which groups individuals with common behaviors, was used to distinguish field hockey expertise and drive expertise. Results show a common coordination pattern, corresponding to sequential movements of the upperarms to maximize final ball velocity at the impact. Therefore, modifications of movement parameters (amplitudes, durations, angle values) were seen in response to constraints changes. This intra-individual variability can reflect pattern bistability or pattern flexibility. However, these two forms of movement variability do not related to expertise because the two populations (experts and non-experts) show this kind of variability. Nevertheless, expertise relates to maintaining performance outcomes (ball velocity and drive accuracy). Therefore, experts are characterized by functional movement variability and supported neurobiological system degeneracy

L'accomplissement d'un mouvement volontaire suppose la mise en jeu de processus de préparation qui prédéterminent l'efficacité du contrôle moteur. Cette préparation du mouvement volontaire a donné lieu à de nombreux travaux chez l'homme et l'animal à la fois sur le plan comportemental et neurophysiologique mais presque toujours dans un environnement dynamique du mouvement stable. Or, dans la vie courante, un mouvement intentionnel peut être perturbé par des forces externes qui ont des propriétés spatio-temporelles incertaines. Implicitement, on pense qu’un mouvement intentionnel perturbé peut être assimilé à un mouvement non perturbé auquel s’ajoutent les mécanismes réflexes qui compensent les effets des perturbations. Or, nous montrons dans ce travail que la préparation motrice peut être dépendante à la fois de l’intention prise en compte par le système nerveux central (SNC) en vue de réaliser l'acte moteur (la tâche) et des perturbations externes. Les résultats obtenus au cours de cette thèse soutiennent l'idée que le réglage du système corticospinal (CS) au cours de la préparation dépend du contexte dynamique de la production du mouvement. Notre première expérience a montré que les réflexes d'étirement à courte latence (20COMP). Dans une deuxième expérience, pour étudier les mécanismes « Top-down », nous avons appliqué la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) au niveau de l'aire motrice primaire (M1) à une intensité suffisante pour évoquer un mouvement, pour tester la voie CS avant les retours sensoriels. Des modulations différentes de l'excitabilité CS (MEP) et de l'inhibition corticale (SP) ont été trouvées pendant cette phase de préparation. Ensuite, les signaux EEG ont été analysés afin de mettre en évidence la dynamique cérébrale pendant la phase de préparation (période : pré-TMS) où il a été observé une modulation des potentiels lents de préparation (CNV) par l'intention ainsi que la composante N100, en réponse à la stimulation. Les résultats ont montré une forte corrélation CNV-N100 quelle que soit l'intention préalable du sujet. La seconde phase de cette thèse a été consacrée à la partie technique. Mon expérience en ingénierie biomédicale m'a permis de contribuer à mettre en place une plate-forme technique nouvelle en France, à savoir, la mise en oeuvre et l'installation des différents systèmes d'acquisition de données (EEG, EMG, mouvement,…), les instruments de perturbation (TMS, manipulandum) ainsi qu'un système de neuronavigation couplé à des images IRM anatomiques du cerveau permettant de localiser une zone corticale précise, telle que la cible de stimulation
If achieving a voluntary movement requires the involvement of different processes, the preparation that determines the efficiency of motor control, is meanwhile, an intriguing case for the scientists. In this respect, many studies about voluntary movement preparation have sprung, concerning humans or animals on the behavioral and neurophysiological level, where almost always the dynamic of the movement is stable. But in life, an intentional movement can also be perturbed by external forces that have uncertain spatio-temporal properties. Implicitly, we think that an intentional movement perturbation may be an unperturbed movement involving the reflex mechanisms to offset the perturbation effects. However, what is shown throughout this work is that the movement preparation may depend on both the intention taken into account by the central nervous system (CNS); in order to perform a motor act; as well as the external perturbations. The results of this thesis support the idea that the setting of the corticospinal (CS) system during the preparation depends considerably on the dynamics of production of the movement. Our experience has shown that the short latency stretch reflex (20

L'objectif de l'etude est de confirmer et/ou d'infirmer et/ou de completer les descriptions techniques de nage, et d'etudier les parametres cinematiques discriminants de la performance. En premiere partie, les trajectoires des articulations du bras gauche et de la hanche ont ete etudies dans les trois plans pour 60 nageurs de haut niveau, sur un 100 m en competition. Les resultats montrent l'importance des mouvements antero posterieurs, compares aux transversaux et verticaux. Les meilleurs nageurs se caracterisent par une avancee et un enfoncement du coude et du poignet plus importants dans la premiere partie du cycle. Dans la deuxieme partie du cycle, le coude reste fixe contrairement a ce qui est mentionne dans la litterature, alors que la main tend a fuir, sur les axes antero posterieur et vertical. D'un point de vue des mouvements transversaux, l'amplitude et la duree de la premiere phase du cycle est liee negativement a la vitesse de nage ; la phase de balayage interne parait determinante du niveau de performance. Les meilleurs nageurs ne se caracterisent pas par une poussee plus longue et plus rapide de la main, ni par de moindres oscillations laterales et verticales de leur corps. Dans une seconde partie, des tests de nage decomposee sur 8 nageurs (niveau national), nous ont permis d'etudier l'influence des jambes et du bras contro lateral sur les parametres etudies. Les mouvements du bras gauche et du corps paraissent beaucoup moins lies aux actions du bras contro lateral qu'a celles des battements, dont le role ne serait pas seulement d'equilibrer le corps mais egalement de le propulser. Bien que limites de par les contraintes liees aux mesures en situation de competition, les resultats servent deja de support a l'evaluation de la technique des nageurs d'equipes nationales

La personnalisation de modèles biomécaniques du corps humain est primordiale car ils permettent, par exemple, le développement d’outils pour l’évaluation des patients dont les pathologies affectent leurs mouvements. Les tables anthropométriques couramment utilisées ne permettent pas une individualisation des paramètres inertiels segmentaires (PIS) spécifiques à chaque individu. L’identification, notion élaborée par les roboticiens, constitue une alternative à ce problème mais son application chez l’être humain reste difficile et les premières tentatives n’ont pas été concluantes. Une méthode de localisation des axes instantanés de rotation (AIR) a été développée. Contrairement aux autres méthodes qui déterminent la position de l’AIR par l’intermédiaire du centre de rotation et d’un vecteur directeur, cette méthode permet de localiser l’AIR sans faire d’hypothèse sur la nature de l’articulation, et de déterminer les translations le long de cet axe. La procédure d’identification externe des PIS repose sur la formulation des équations du mouvement. Cette méthode consiste à mettre en relation les forces et les moments résultants enregistrés par une plateforme de force avec la cinématique des segments. L’identification se fait à l’aide d’une minimisation au sens des moindres carrés. Après avoir été validée à l’aide de simulation d’un système composé de trois solides, la méthode d’identification a permis l’estimation des PIS personnalisés des segments du membre supérieur de sujets humains. Ce travail a permis l’obtention d’un modèle biomécanique propre à chaque sujet étudié. Cette procédure a l’avantage de n’utiliser que des systèmes classiquement utilisés en analyse du mouvement
The development of personalised biomechanical models of the human body is fundamental in motion analysis because they allow, for example, the development of tools for evaluating patients whose movements are affected by their pathologies. The anthropometric tables currently used do not allow for the individualisation of body segment parameters (BSP) specific to each person. Identification, a concept developed in robotics, constitutes an alternative solution to this problem but its application to the human body is complex and initial attempts were unsuccessful. A new method for locating the instantaneous axis of rotation (IAR) has, therefore, been developed. Contrary to other methods, which represent the IAR as a centre of rotation and a direction vector, this method enables the estimation of the IAR position without making any assumptions about the kind of joint that is modelled. Moreover, this method allows the translation along the axis to be determined. The identification procedure of the BSP was possible through a reformulation of the equations of motion. This method links the resulting forces and moments acquired from a force plate with the kinematics of the body. The BSPs are obtained by solving the linear system in a least square sense. After being tested within the context of simulation of a system composed of three rigid bodies, the identification method was used to identify the personalised BSP of the body segments of the upper limb of human subjects. This work has allowed a biomechanical model to be obtained, which is specific to every subject who participated in the study. This procedure has the advantage of only requiring devices widely used in movement analysis

Traditionnellement, l'analyse clinique de la marche fait uniquement appel a des parametres descriptifs (vitesse de marche, durees et longueurs d'appuis, les positions segmentaires). L'apparition sur le marche de plates-formes d'analyse cinematique performantes permet desormais de completer cette analyse simpliste. Nous proposons de comparer les locomotions d'un sujet temoin et d'un sujet ampute evoluant a des vitesses reduites, a l'aide des lois classiques de la mecanique des systemes articules. Cette operation est particulierement delicate et nous avons essayer de donner les contours de ses limites experimentales. Un premier travail a consiste a valider les donnees dynamiques (deux plates-formes de forces) et cinematiques (tridimensionnelles et bilaterales simultanees) collectees au laboratoire d'etude du mouvement de l'hopital sainte-justine de montreal dans le cadre du projet space foot, dirige par le professeur paul allard. Ceci constitue un passage oblige, si on veut par la dynamique inverse calculer les efforts et les moments articulaires. Suivie par des parametres mecaniques : quantite de mouvement et moment cinetique et comparee a un celle d'un sujet temoin, la coordination et donc l'allure de la marche ampute s'avere perturbee lors de l'oscillation de la jambe appareillee et durant le double support c'est en partie grace au tronc que l'ampute va compenser les perturbations, tant en translation qu'en rotation. Nous avons bien montre que le travail total des forces internes de l'ampute calcule sur un pas est plus important que le sujet temoin. D'une maniere complementaire, nous avons mis en evidence qu'une analyse planaire couvre l'essentiel du phenomene. Etudier la marche bras croises sur la poitrine n'est sans doute pas la meilleure solution, meme si elle simplifie les operations de suivi des informations initiales, en effet le but poursuivi dans notre demarche est de personnaliser au mieux les defauts de la locomotion chez des sujets appareilles. En conclusion, nous avons mis au point une methodologie d'objectivation des phenomenes que nous mettons ainsi a la disposition des cliniciens specialistes de la locomotion humaine.

La question essentielle pour notre equipe est de connaitre les possibilites offertes par des analyses tridimensionnelles. Les systemes d'analyse 3d modernes sont des outils particulierement adaptes aux analyses cliniques locales des mecanismes humains ; suivre un point dans l'espace ou un angle forme par la ligne de deux points anatomiques et l'horizontale (par exemple) peuvent etre suffisants pour des applications neurophysiologiques ou dans des operations de reeducation fonctionnelle. Par contre, un geste humain et a plus forte raison sportif necessite de plus en plus une analyse mecanique de l'ensemble du systeme articule. La redaction de notre memoire se presentera comme une suite de reponses aux difficultes techniques et theoriques les plus souvent rencontrees quand il s'agit d'introduire les lois universelles de la mecanique newtonienne dans la comprehension des gestes sportifs. Notre memoire comporte cinq chapitres : a l'aide d'un a. T. R (appui tendu renverse) nous essaierons de decrire en detail le phenomene transitoire entre deux etats d'equilibre mecanique du corps humain. L'etude de la roue sera dominee par la recherche de criteres objectifs pour traduire l'harmonie d'un geste, un critere de jugement tres subjectif en gymnastique sportive. La rondade sera etudiee en trois fois 2d sur la base d'evidentes limites theoriques et pratiques qui rendent les changements de face dans l'espace particulierement delicats a decrire. L'etude du salto sera l'objet d'une comparaison de nos resultats avec ceux de la litterature des neurosciences et de la psychologie ecologique, deux domaines scientifiques qui font reference, dans leurs explications, a des parametres mecaniques. Enfin, un cinquieme chapitre, traitera des mecanismes de l'interaction cavalier-simulateur equestre. Dans ce cas, il s'agira de faire ressortir les lois comportementales des cavaliers a partir d'etudes statistiques menees a l'ecole nationale d'equitation de saumur.

Les opérations de hernies abdominales sont l’une des chirurgies les plus répandues dans le monde. Pourtant, malgré des progrès considérables en particulier dans le développement des textiles prosthétiques pour consolider la paroi abdominale, le taux de récurrence reste très élevé. Il apparaît donc nécessaire de développer des modèles numériques patient-spécifiques de la paroi abdominale afin de mesurer puis améliorer l’impact des solutions de soins. Les tissus assurant la cohésion et la stabilité de la paroi abdominale sont les gaines rectusiennes antérieure et postérieure et la ligne blanche, qui sont des tissus conjonctifs. Leur structure particulière, composée d’un entremêlement de fibres de collagène et d’élastine sont au cœur de cette étude.Ce mémoire a permis de mettre en évidence la relation entre architecture microscopique et comportement macroscopique des tissus fibreux. Grâce à des campagnes expérimentales combinant essais mécaniques et observations microscopiques, la structure des tissus a pu être identifiée et corrélée aux paramètres mécaniques. Des outils d’analyse d’images tridimensionnelles ont été développés afin d’estimer automatiquement l’anisotropie d’une texture. Les informations recueillies ont alors menées au développement d’un modèle constitutif anisotrope hypo-paramétré. Basé sur une description tridimensionnelle du réseau fibrillaire, le modèle a été écrit de manière à décorréler les paramètres liés à la structure et ceux relatifs à la nature même du matériau. En considérant les paramètres matériau similaires pour tous les individus, le modèle a démontré sa capacité à prédire le comportement mécanique à partir d’informations texturales
Abdominal hernia operations are one of the most common surgeries in the world. However, despite considerable progress, particularly in the development of prosthetic textiles to strengthen the abdominal wall, the recurrence rate remains very high. It therefore appears necessary to develop patient-specific numerical models of the abdominal wall in order to measure and improve the impact of care solutions. The tissues that ensure the cohesion and stability of the abdominal wall are the anterior and posterior rectus sheaths and the linea alba, which are connective tissues. Their particular structure, composed of an intertwining of collagen and elastin fibers, is at the heart of this study. This thesis highlighted the relationship between microscopic architecture and macroscopic behaviour of fibrous tissues. Thanks to experimental campaigns combining mechanical tests and microscopic observations, the structure of tissues has been identified and correlated to mechanical parameters. Three-dimensional image analysis tools have been developed to automatically estimate the anisotropy of a texture. The collected information then led to the development of a hypo-parameterized anisotropic constitutive model. Based on a three-dimensional description of the fibrillary network, the model was written in such a way as to uncorrelate the parameters related to the structure and those related to the nature of the material. By considering similar material parameters for every individual, the model demonstrated its ability to predict mechanical behaviour based on textural information

La caractérisation du comportement mécanique du tissu cutané s'avère d'une importance primordiale pour plusieurs domaines à savoir la dermatologie, la cosmétologie, etc. Cette étude du comportement mécanique de la peau soulève toujours des problématiques d'actualité vu la complexité de ce matériau et l'évolution accrue des techniques utilisées. D'où la nécessité du développement d'outils spécifiques pour la caractérisation de la peau humaine. Le travail de cette thèse associe expérimentations et modélisations et il a pour but d'identifier les propriétés mécaniques de la peau humaine in vivo. Il émerge particulièrement par l'utilisation de dispositifs expérimentaux d'indentation assurant des mesures in vivo non-invasives. Deux dispositifs ont été utilisés et un intérêt particulier a été porté à la précontrainte naturelle du tissu cutané. Les simulations numériques au moyen de la méthode de calcul par éléments finis permettent d'évaluer les propriétés mécaniques du tissu cutané en comparant ses résultats aux données expérimentales ou encore à une solution analytique. L'effet du vieillissement a été investigué ainsi que le choix des paramètres de l'essai expérimental sur les paramètres viscoélastiques identifiés. Au-delà de ces résultats, en partant d'une sollicitation locale se manifestant par un essai d'impact avec jet d'air, nous avons pu suivre une onde résultante qui se propage à la surface de la peau. Un calcul de sa vitesse de propagation nous a permis de déterminer une autre propriété de la peau, à savoir la précontrainte naturelle, étant un indicateur de vieillissement et une image de la tension naturelle du réseau des fibres
The characterization of the mechanical behavior of the cutaneous tissue is of paramount importance for several fields such as dermatology, cosmetology, etc. This study of the mechanical behavior of the skin always raises current issues because of the complexity of this material. Hence, the development of specific tools for the characterization of human skin is needed. In this work, we combine experiments and modeling in order to identify the mechanical properties of human skin in vivo. This study emerges particularly through the use of experimental indentation devices providing non-invasive measurements in vivo. Two devices were used and a particular interest focused on the natural prestress of the cutaneous tissue. Numerical simulations using the finite element method allow to evaluate the mechanical properties of the cutaneous tissue by comparing its results with the experimental data or with an analytical solution. The effect of aging was investigated as well as the choice of the parameters of the experimental test on the identified viscoelastic parameters. Beyond these results, a local stress generated by an air jet impact, we followed the propagation of a resulting wave on the surface of the skin. The calculus of the wave propagation speed allowed us to determine another property of the skin, namely natural prestress, which is an indicator of ageing and an image of the natural tension of the fiber network

La tête constitue le segment anatomique renfermant l’organe le plus important du corps humain : le cerveau. Ce dernier est protégé des agressions extérieures, notamment mécaniques, par la peau, le crâne, les méninges et le liquide céphalorachidien. Mais ces protections sont impuissantes face aux agressions de la vie moderne car les chargements mécaniques de la tête dépassent aisément ses limites de tolérance. L’accidentologie indique que beaucoup reste à faire et cela passe par une meilleure optimisation des systèmes de protection. Pour l’instant, ceux-ci sont élaborés sur la base d’un critère de lésion utilisé depuis plus de trente ans : le Head Injury Cirterion (HIC). Il est calculé à partir de l’accélération linéaire résultante d’une tête de mannequin rigide, sur laquelle le système de protection est testé. Le critère ne tient donc compte, ni des accélérations angulaires, ni de l’orientation du choc, ni de la déformation intracrânienne. Pourtant, l’état de l’art montre que la technique des éléments finis rend possible l’accès à des variables spécifiques à chacun des mécanismes de lésion de la tête : l’énergie interne de déformation des éléments modélisant le crâne et ceux modélisant le liquide céphalo-rachidien pour, respectivement, les fractures et les hématomes sous-duraux ou sous arachnoïdiens ; la déformation principale ou la contrainte de Von Mises des éléments modélisant le cerveau pour les lésions axonales diffuses. Ainsi, dans cette thèse, la capacité prédictive des critères de lésion tels le HIC ou ceux issus des variables intracrâniennes a été évaluée sur une centaine d’accidents réels. Ces derniers ont été rassemblés dans une base de données qui rassemble les bilans lésionnels codifiés et les données cinématique permettant la simulation du traumatisme crânien. Une étude statistique a alors permis d’élaborer des courbes de risque qui montrent la meilleure précision des critères basés sur des modèles éléments finis de tête. Par la suite, de nouvelles variables plus physiques et de nouvelles façons de les exploiter ont été proposées. Elles tentent de corriger l’hypothèse posée dans les modèles actuels selon laquelle le cerveau est homogène et isotrope. L’originalité tient dans le fait que l’hétérogénéité et l’anisotropie sont appréhendées sous l’angle, non pas mécanique, mais physiologique : le cerveau a été divisé en zones fonctionnelles et une carte tridimensionnelle issue de l’IRM par diffusion donnant les orientations privilégiées des faisceaux d’axones dans le cerveau a été exploitée afin de calculer des élongations axonales. Les premiers résultats sont prometteurs et les limites de tolérance obtenues rejoignent celles issues des observations faites à l’échelle d’un seul nerf.

Une methodologie generale d'analyse dynamique des mouvements associant acquisition de donnees sur le mouvement et modelisation dynamique est developpee pour aboutir a la determination de toutes les composantes d'efforts articulaires lors de mouvements humains. Les mouvements etudies obeissent naturellement aux lois de la dynamique des systemes multicorps. Celles-ci decrivent la maniere dont se conjuguent les efforts articulaires, les inerties segmentaires, la gravite et les efforts d'appui pour engendrer le mouvement observe. Les methodes de calcul qui sont presentees reposent sur la mise en oeuvre de ces lois, afin de proceder a une analyse quantitative du phenomene physique qu'est le mouvement, en termes d'energie depensee et d'efforts delivres. Deux approches distinctes sont proposees pour aboutir a deux bilans se recouvrant partiellement : une analyse globale fondee sur l'utilisation du theoreme de l'energie cinetique et une analyse locale qui met en oeuvre les lois classiques de la dynamique. La technique d'analyse multi-resolution par transformation en ondelettes est introduite pour le traitement et le filtrage des donnees cinematiques du mouvement, acquises par des systemes opto-electroniques. Trois mouvements de reference sont analyses : la flexion-extension, la marche dans le plan sagittal et le pedalage. La demarche mise en place contient les moyens experimentaux de validation des resultats obtenus. Les principes de la theorie de la commande optimale sont utilises pour la simulation de mouvements optimaux au sens d'un critere pour un mouvement de flexion-extension dont la duree est specifiee. Les mouvements optimaux simules sont compares au mouvement reel afin d'etudier les criteres d'optimalite lors de la realisation de mouvements humains.

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde et font actuellement l'objet de nombreuses recherches. Dans le cas d'études des artères, un des objectifs est d'améliorer la compréhension des mécanismes biologiques impliqués dans des maladies comme l'hypertension, l'athérosclérose ou l'anévrisme. Les études mécaniques qui ont été menées s'appuient essentiellement sur des approches expérimentales in vitro, ce qui en limite leur intérêt et application dans le diagnostic clinique. Dans ce travail, un modèle théorique de comportement mécanique 3D de l'artère carotide prenant en compte le caractère hyperélastique, anisotrope, actif, précontraint et dynamique de la structure est proposé. Les mesures expérimentales sont obtenues in vivo sur des carotides communes de rats d'une part, et humaines de manière non invasive, d'autre part. Le problème mécanique aux limites est résolu semi-analytiquement sur un cycle cardiaque, considérant le tissu environnant. Les valeurs optimales des paramètres du modèle, en particulier de ceux décrivant les caractéristiques mécaniques de microconstituants pariétaux (élastine, collagène, muscle lisse), sont évaluées par régression non linéaire. Le modèle proposé permet (i) de reproduire les évolutions de pression luminale mesurées in vivo et (ii) de donner une évaluation des distributions de contraintes pariétales cohérentes avec la physiologie artérielle. Une corrélation entre l'âge des patients et les paramètres décrivant les contraintes résiduelles et les fibres de collagène, montre l'intérêt du modèle théorique et l'originalité de cette approche qui pourra donc être utilisée dans l'étude de pathologies artérielles.

L'ensemble des travaux contenus dans cette these a pour objectif d'etudier les mecanismes mis en jeu dans le controle de l'equilibre au cours d'un mouvement volontaire chez l'homme. Il s'articule autour de trois grands types d'analyse concernant la variable globale stabilisee (position du centre de masse : cm), les parametres controles (cinematiques ou musculaires) par le systeme nerveux et la nature du controle central (unique ou multiple ; boucle ouverte et/ou boucle fermee). Deux types de mouvements volontaires ont ete etudies : une inclinaison du tronc dans le plan sagittal et une elevation du bras dans le plan frontal. Pour chacun d'eux, deux objectifs contradictoires doivent etre realises. L'un consiste a deplacer un ou plusieurs segments vers un but, l'autre a maintenir l'equilibre. La coordination entre equilibre et mouvement sera decrite a partir d'analyses cinematiques, cinetiques (plate-forme de force) et electromyographiques. La variable globale que represente le cm a ete analysee au cours de trois etapes du mouvement : la posture initiale, le mouvement lui-meme, la posture finale en modifiant ou en supprimant les contraintes liees a l'equilibre (charge additionnelle, reduction de la surface d'appui au sol, microgravite). Cette analyse a permis de distinguer deux types de controle du cm : un controle de position ou statique et un controle de deplacement ou controle dynamique. Le controle dynamique est le resultat d'un controle central unique qui s'organise en boucle ouverte et boucle fermee. Son organisation en boucle ouverte pre-regle la contribution de chaque articulation dans le mouvement et permet un controle du cm des le debut du mouvement (phase balistique). Elle se maintient en l'absence de pesanteur malgre la disparition des contraintes liees a l'equilibre. En normogravite, elle est etroitement liee a une pre-evaluation de ces contraintes (masse additionnelle, reduction de la surface d'appui au sol) qui va determiner son gain et sa duree. Son organisation en boucle fermee regle le gain de la contribution de chaque articulation et est a l'origine d'un controle dynamique agissant dans la partie finale du mouvement (phase de correction). Ce controle en boucle fermee, observable des avant la fin du mouvement, devient cependant preponderant apres la fin du mouvement ce qui indique egalement son intervention dans le controle statique. Les parametres controles par le controle central unique sont de nature cinematique : il determine le couplage articulaire et le decours temporel du mouvement (amplitude et duree), assurant a la fois le controle du cm au cours du mouvement et le mouvement lui meme.

L'objectif de notre travail est de montrer le rôle de l'analyse des données et plus particulièrement des méthodes factorielles dans la résolution de quelques problèmes posés dans la recherche en activités physiques et sportives. Nous montrons, à travers différents exemples, issus de nos lectures et nos collaborations, comment une méthode d'analyse choisie en fonction des questions que l'on se pose, peut clarifier une situation complexe, donner une vue d'ensemble satisfaisante. Deux grands axes ont été retenus. Le premier, appelé aspect statique, est lié à la description des caractères biologiques du sportif. Le second, appelé aspect dynamique, est lié à la description du sportif en mouvement. L'aspect statique a été étudié à travers trois types de problèmes. Le premier s'intéresse à la description morphologique, par l'analyse en composantes principales (a. C. P. ), d'un ensemble de sportifs c'est-à-dire la recherche des caractères décrivant au mieux cet ensemble. Le deuxième type s'intéresse à la description morphologique par comparaison entre différents groupes d'individus. Ces groupes peuvent être établis en fonction de la nature du sport pratique, des différentes pratiques à l'intérieur d'un même sport, des niveaux de performance. Les méthodes choisies pour résoudre de tels problèmes sont la régression linéaire multiple et l'analyse discriminante complète. Le troisième type développé est une description morphologique en fonction de deux critères qualitatifs : les niveaux et les postes de jeu en hand-ball. La solution est apportée par une méthode multi-tableaux : Longhi, analogue factorielle de l'analyse de la variance multivariée a deux facteurs. L'aspect dynamique est étudié à travers un exemple : le mouvement du bras en crawl, en fonction d'une deéomposition artificielle du mouvement en cinq phases, et de quatre vitesses de nage différentes. Les méthodes factorielles utilisées sont l'a. C. P. , l'analyse

Cette étude s'insère dans le cadre du projet FAERIE qui a pour but la réalisation d'une fonction d'ergonomie physiologique dans un système C. F. A. O. Cette fonction vise à simuler le comportement de l'Homme dans son environnement. L'un des principaux aspects du comportement est le mouvement. La présente étude analyse les différents problèmes liés au mouvement et propose une approche originale. L'accent est mis sur la réalisation d'un mouvement et particulièrement sur le délicat problème du naturel. Les différents modèles utilisés sont présentés et les conditions de leur généralisation sont étudiés. L'aboutissement de cette approche est une synthèse du mouvement naturel. La génération de mouvement constitue la base de l'outil d'évaluation ergonomique proposé. Il est alors possible d'évaluer les dépenses musculaires, energétiques,. . . Qui sont nécessaires à l'exécution d'un mouvement. Des notions telles que la fatigue et le confort peuvent être appréhendées. Une attention particulière a été portée sur la facilité d'utilisation de la fonction réalisée. Son emploi ne doit pas requérir de connaissances ergonomiques particulières. L'intégration de cet outil au système C. F. A. O constitue alors un atout majeur pour la prise en compte des contraintes ergonomiques pendant la conception.