Résumé : Pour les personnes n'ayant plus la capacité de marcher et qui peuvent utiliser un FRM, le FRM est un moyen de favoriser leur autonomie, leur estime de soi, ainsi que l'accès à la vie en communauté. L'accessibilité aux personnes en situation de handicap est un enjeu majeur, et en France, d'après la loi n°2005-102 du 11 Février 2005, tous les espaces publics doivent être accessible à tous, cependant, si l'accessibilité d'un établissement est garantie, le trajet nécessaire pour s'y rendre ne l'est en général pas. Cette thèse s'inscrit dans un projet de l'Agence Nationale de la Recherche qui vise à proposer des outils utiles à la suggestion d'itinéraires accessibles aux utilisateurs de FRM, notamment un coût biomécanique de la locomotion en FRM dans différentes situations représentatives du milieu urbain. Cette thèse avait pour objectif, au sein de ce vaste projet, de développer des modèles musculo-squelettiques personnalisables de l'utilisateur en FRM, et d'investiguer les paramètres clefs caractérisant la difficulté physique d'une situation, mais très peu d'études de la littérature s'intéressent à la comparaison de la biomécanique de la locomotion en FRM dans différentes situations. Pour arriver à ces fins sont présentées en trois chapitres les contributions personnelles.
D'abord sont présentés les travaux sur le traitement des données de capture du mouvement, notamment une méthode de compensation des artefacts de tissus mous à l'épaule. Ensuite, le manuscrit s'attarde sur la définition d'un modèle musculo-squelettique à partir d'une chaîne ostéo-articulaire adaptée de la littérature et d'une chaîne musculaire définie par une méthode de génération systématique de chemins musculaires. Enfin, une investigation de grandeurs biomécaniques clefs est proposée dans six différentes situations environnementales. Les grandeurs biomécaniques clefs investiguées étaient à la fois cinématiques, mais reflétaient également les sollicitations mécaniques des membres supérieurs. Un classement de la difficulté physique environnementale selon cinq critères est alors définit, et de prochaines études devront s'intéresser à l'agrégation de ces cinq critères en un unique indice de coût biomécanique. Cet indice de coût biomécanique d'un trajet pourra alors servir pour l'objectif final du projet : pouvoir suggérer un itinéraire aux utilisateurs de FRM en comparant les coûts biomécaniques des différents trajets disponibles.

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Résumé : Lors de déplacements en FRM, le roulement des roues sur le sol induit des vibrations de l'ensemble du FRM qui se transmettent à l'utilisateur. L'analyse des vibrations a montré que l'exposition quotidienne se trouvait dans une gamme de fréquences délétères pour le corps humain. En fonction de la durée d'exposition, ce phénomène peut engendrer des douleurs et pathologies secondaires, mais aussi augmenter la fatigue de l'utilisateur. Alors que le FRM a été développé pour permettre une indépendance à l'utilisateur, les risques induits par l'exposition vibratoire peuvent limiter l'indépendance sociale et le potentiel sportif des utilisateurs. Aujourd'hui, les effets de la configuration du FRM et de la posture de l'utilisateur sur l'exposition vibratoire sont peu compris. Afin de répondre à ces enjeux, ce travail de thèse a pour objectif d'évaluer l'exposition aux vibrations du couple FRM/Utilisateur lors de la propulsion, tant quotidienne que sportive. Ces informations permettraient également d'alimenter un modèle du couple FRM/Utilisateur. Une attention particulière est portée au développement d'une méthodologie expérimentale robuste vis-à-vis des conditions de propulsion (e.g. qualité du sol, vitesse). Cette problématique de recherche est appliquée aux athlètes en FRM afin d'optimiser leurs performances en vue des JOP 2024, mais la méthodologie et les connaissances développées permettront des transferts au FRM quotidien et à divers matériels sportifs.

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Résumé : Un des objectifs majeurs de la rééducation des personnes amputées de membre inférieur appareillées est le retour à une marche physiologique, efficace énergétiquement et minimisant le risque de chutes lié à la perte d'équilibre. Peu d'outils cliniques permettent aujourd'hui de quantifier ces aspects de la locomotion. L'émergence de capteurs embarqués miniaturisés offre des opportunités pour la description quantitative et écologique de la marche. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse était de contribuer au développement de protocoles embarqués pour apporter des données quantitatives pertinentes lors de la rééducation à la marche des personnes amputées de membre inférieur. Deux approches complémentaires ont été adoptées. La première approche consiste à utiliser un modèle biomécanique du corps afin d'extraire des descripteurs quantifiés pertinents. Un protocole permettant d'estimer l'accélération et la vitesse instantanée du centre de masse à partir de 5 centrales inertielles a ainsi été proposé à partir d'une analyse préliminaire sur les données de marche de dix personnes amputées transfémorales et a été validé chez une personne amputée transfémorale. La seconde approche consiste à extraire des paramètres concis par traitement du signal des données brutes des capteurs. La fiabilité et la pertinence clinique de la quantification de tels paramètres pour caractériser la symétrie et l'équilibre de la marche ont été étudiées pour la première fois chez les personnes amputées de membre inférieur. L'ensemble des travaux produits au cours de cette thèse contribue ainsi au transfert vers la clinique des outils embarqués d'analyse du mouvement par l'identification de paramètres biomécaniques et cliniques pertinents et la validation d'algorithmes originaux permettant la quantification de la marche des amputés de membre inférieur.

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Résumé : L'étude de la biomécanique de la locomotion en FRM a pour objectif de limiter le risque d'apparitions de blessures du membre supérieur, en optimisant la facilité à se déplacer. De nombreuses études ont montré qu'un ajustement des réglages du FRM avait un impact sur la mobilité. Néanmoins, les modèles utilisés dans la littérature pour représenter les interactions « sujet-FRM » et « FRM-environnement » possédaient plusieurs limitations. Ainsi, l'objectif premier de la thèse était la mise en place d'un modèle musculo-squelettique du membre supérieur permettant de modéliser l'interaction entre le sujet et le FRM, en utilisant des méthodes expérimentales adaptées pour appliquer ce modèle. Le second objectif était de construire un modèle mécanique du FRM en mouvement permettant de calculer les forces de réaction entre le sol et les roues du FRM. Le dernier objectif était d'appliquer une procédure d'optimisation numérique des réglages du FRM incluant les modèles développés durant la thèse. Le modèle musculo-squelettique développé a permis d'analyser la biomécanique du membre supérieur lors de la locomotion en FRM chez les sujets recrutés lors des campagnes de mesures. L'optimisation des réglages du FRM a été mise en place à partir du modèle mécanique du FRM, permettant de confirmer l'influence de plusieurs réglages sur la mobilité en FRM. Enfin, des perspectives d'amélioration de la procédure d'optimisation des réglages ont été explorées, à partir d'algorithmes de génération prédictive du mouvement.

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Résumé : Le projet se situe dans le contexte du handicap moteur et plus spécifiquement concerne les personnes amputées de membre inférieur. Une autonomie de déplacement est redonnée aux patients grâce à l'appareillage et la rééducation qui restituent une partie des fonctions locomotrices. Cependant, l'autonomie des personnes amputées de membre inférieur est limitée par des situations plus contraignantes que la marche sur sol plat (plans inclinés, escaliers, dévers) et rencontrées quotidiennement. Le développement de nouveaux composants prothétiques et protocoles de rééducation peut permettre de réduire les difficultés des patients dans ces situations. Au préalable, il est nécessaire de comprendre le comportement du système ostéo-articulaire et des composants prothétiques lors de la locomotion en situations contraignantes de la vie courante. L'analyse quantifiée de la marche a été utilisée dans cet objectif de caractérisation de la locomotion. Les travaux de thèse s'inscrivent dans un projet de trois ans financé par l'ANR en partenariat avec deux centres d'appareillage et de recherche clinique, le INI-CERAH (Centre d'Études et de Recherche Appareillage des Handicapés) et l'IRR (Institut Régional de Médecine Physique et de Réadaptation), et un industriel, l'entreprise Proteor fabricant de composants prothétiques. Un protocole permettant d'étudier la locomotion et les adaptations de la locomotion entre cinq situations différentes de la vie courante a été mis en place. Une base de données unique et d'envergure, au vue de la littérature, a été créée. Elle regroupe les paramètres de la marche de 22 sujets amputés transtibiaux, de 21 sujets amputés transfémoraux et 30 sujets contrôles, ayant suivi le même protocole. Des paramètres biomécaniques ont été identifiés pour caractériser les adaptations de la locomotion des sujets amputés entre le plat et le dévers et la pente par comparaison aux adaptations des sujets contrôles entre le plat et ces situations. Cette méthode d'analyse novatrice permet d'appréhender la locomotion d'un groupe de sujet en tenant compte de la marche propre à chaque individu du groupe. Ces travaux de thèse apportent un protocole, une base de données et un complément de connaissances sur les mécanismes mis en jeu lors de la locomotion en pente et en dévers

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Résumé : Le développement et la médiatisation du sport de haut niveau, notamment en fauteuil roulant, ont changé l 'image du handicap et favorisé le développement d'infrastructures permettant la pratique handisport, reconnue comme bénéfique pour la santé physique et psychique des personnes handicapées...Dans ce contexte, en partenariat avec un joueur de tennis fauteuil de haut niveau, l'objet de ces travaux a été d'étudier l'influence des réglages du fauteuil roulant sur son comportement en match, afin de l'optimiser pour le sport concerné. Ces travaux se concentrent d'abord sur les résistances au mouvement, en particulier dans les paliers des roues, lors du roulement en ligne droite et en rotation. La méthode consiste à créer d'abord un modèle mécanique représentatif du mouvement pour ensuite le valider avec une série d'expérimentations et l'exploiter. L'étude du sportif en mouvement sur son fauteuil a nécessité l'adaptation d'un modèle volumique à une personne assise, avec estimation des paramètres inertiels par mesures rapides. Ce modèle a été appliqué à l'étude de la propulsion à vitesse maximale, pour vérifier l'influence de la position du siège sur ce mouvement. Enfin une étude expérimentale des paramètres influant sur la rotation du fauteuil a mis en avant la forte influence de la position du centre de gravité du sujet sur la rotation, corroborée par un modèle mécanique. Les résultats issus de ces travaux ont permis de mieux comprendre les influences des réglages sur le comportement du fauteuil, de modifier certains réglages pour le sportif et d'orienter la conception d'un nouveau fauteuil. Ces études ont par ailleurs eu des retombées sur les fauteuils conventionnels et entre temps, notre sportif est devenu N°1 mondial...

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Résumé : Le FRM, aide technique utilisée pour compenser des problèmes moteurs, assoit le patient et induit l'utilisation des bras comme membres moteurs. Cette fonction est non naturelle et occasionne souvent des pathologies spécifiques. L'objectif de ce travail de thèse est d'apporter une contribution scientifique à l'étude de la biomécanique de propulsion en FRM en fournissant des outils de quantification. Ces outils sont une modélisation mécanique des efforts de propulsion, le développement d'un système d'analyse cinématique et la conception d'un FRM instrumenté de terrain, nommé CERAHFIT. Nous avons montré par exemple que le paramètre de résistance au roulement est primordial pour obtenir des modélisations mécaniques réalistes. Notre système d'analyse du mouvement est constitué d'une acquisition vidéo classique associée à un mannequin numérique calqué sur le sujet filmé pour reconstruire son mouvement en trois dimensions. Ce système peut être complété par les acquisitions de CERAHFIT qui permettent de mesurer les efforts au niveau du système de soutien du corps et au niveau des mains-courantes. La prochaine étape sera des acquisitions avec sujets pathologiques dans le but d'obtenir des informations objectives pour conseiller sur les réglages d'un FRM et sa conception.