De nos jours, la plupart des fabriquants de chaussures proposent des chaussures pour les jeunes joueurs de tennis qui sont des modèles réduits de celles des adultes. Cependant, les enfants ne sont pas des adultes-miniatures et ont des besoins spécifiques. Entre 8 et 12 ans, les enfants sont sujets à des poussées de croissance qui diminuent la flexibilité du membre inférieur et augmentent les forces de tension sur les sites d’insertions des tendons sur les os. De plus, la pratique du tennis à haute intensité, avec la répétition d’accélérations et décélérations, place d’importantes forces de tension au niveau de l’insertion du tendon d’Achille sur le calcaneus et d’importantes forces de compression sous le calcaneus. La combinaison de ces 2 facteurs augmente le risque de subir l’une des principales blessures de sursollicitaton chez les enfants : la maladie de Sever. Par conséquent, l’objectif de ce travail de thèse était de définir les caractéristiques d’un chaussant adapté au joueur de tennis enfant en terme de volume chaussant confortable et de limitation des blessures. Premièrement, une chaussette équipée de capteurs de pressions textiles a été conçue et la fiabilité de sa mesure a été validée. Ensuite, cet outil innovant a été utilisé afin de corréler la mesure de pression et la perception du confort sur 8 zones du pied, permettant ainsi de déterminer le volume intérieur de la chaussure optimal pour le joueur de tennis enfant. Deuxièmement, les effets aigus du drop de la chaussure sur la biomécanique des joueurs de tennis enfants ont été examinés et il a été montré que la réduction de 12 mm à 6 mm permettait de réduire les forces de réaction du sol et donc potentiellement les blessures liées à l’impact. Enfin, l’influence à long-terme de la réduction du drop de la chaussure sur la biomécanique et les douleurs au talon reportées par les jeunes joueurs de tennis a été investiguée. La réduction progressive du drop de la chaussure a induit un changement de patron de pose du pied, arrière vers avant-pied, pour la moitié des participants et a permis de supprimer leurs douleurs au talon. De futures études sont nécessaires pour examiner les adaptations structurelles du membre inférieur liées à l’utilisation de chaussures partiellement minimalistes. / Nowadays, most of tennis footwear manufacturers propose children tennis shoes that are scaled-down from adult shoes. However, children are not adult-miniature and have specific needs. Between 8 and 12 years old, children experience growth spurts that decrease the lower limb flexibility and increase the tensile forces on tendons insertion sites onto bones. In addition, the practice of tennis in high-intensity, with the repetition of accelerations and decelerations, places high tensile forces at the Achilles tendon insertion site onto the calcaneus and large compressive forces under the calcaneus. The combination of these 2 factors increase the risk to experience one of the main overuse injuries in children: Sever’s disease. Therefore, the aim of this thesis work was to define the features of a suitable footwear for children tennis players in terms of fitting comfort and limitation of injuries. Firstly, a sock equipped with textile pressure sensors was designed and its measurement reliability was validated. Then, this innovative device was used to correlate pressure measurement and comfort perception on 8 foot locations, allowing to determine the optimal inner-shoe volume for children tennis players. Secondly, the acute effects of shoe drop on the biomechanics of children tennis players were examined and it was shown that reducing from 12 mm to 6 mm allowed to reduce ground reaction forces and thus potentially impact-related injuries. Finally, the long-term influence of shoe drop reduction on the biomechanics and heel pain reported by children tennis players was investigated. The gradual reduction in shoe drop induced a switch from a rear- to forefoot strike pattern in half of the participants and allowed to remove heel pain for them. Future studies are needed to examine the lower-limb structural adaptations linked to the use of partial minimalist shoes.

Le sujet principal de cette thèse est le mouvement des systèmes anthropomorphes, et plus particulièrement la locomotion bipède des humains et des robots humanoïdes. Pour caractériser et comprendre la locomotion bipède, il est instructif d'en étudier les causes, qui résident dans le contrôle et l'organisation du mouvement, et les conséquences qui en résultent, que sont le mouvement et les interactions physiques avec l'environnement. Concernant les causes, par exemple, quels sont les principes qui régissent l'organisation des ordres moteurs pour élaborer une stratégie de déplacement spécifique ? Puis, quelles grandeurs physiques pouvons-nous calculer pour décrire au mieux le mouvement résultant de ces commandes motrices ? Ces questions sont en partie abordées par la proposition d'une extension mathématique de l'approche du Uncontrolled Manifold au contrôle moteur de tâches dynamiques, puis par la présentation d'un nouveau descripteur de la locomotion anthropomorphe. En lien avec ce travail analytique vient le problème de l'estimation de l'état pour les systèmes anthropomorphes. La difficulté d'un tel problème vient du fait que les mesures apportent un bruit qui n'est pas toujours séparable des données informatives, et que l'état du système n'est pas nécessairement observable. Pour se débarrasser du bruit, des techniques de filtrage classiques peuvent être employées, mais elles sont susceptibles d'altérer le contenu des signaux d'intérêt. Pour faire face à ce problème, nous présentons une méthode récursive, basée sur le filtrage complémentaire, pour estimer la position du centre de masse et la variation du moment cinétique d'un système en contact, deux quantités centrales de la locomotion bipède. Une autre idée pour se débarrasser du bruit de mesure est de réaliser qu'il résulte en une estimation irréaliste de la dynamique du système. En exploitant les équations du mouvement, qui dictent la dynamique temporelle du système, et en estimant une trajectoire plutôt qu'un point unique, nous présentons ensuite une estimation du maximum de vraisemblance en utilisant l'algorithme de programmation différentielle dynamique pour effectuer une estimation optimale de l'état centroidal des systèmes en contact. Finalement, une réflexion pluridisciplinaire est présentée, sur le rôle fonctionnel et computationnel joué par la tête chez les animaux. La pertinence de son utilisation en robotique mobile y est discutée, pour l'estimation d'état et la perception multisensorielle. / The substantive subject of this thesis is the motion of anthropomorphic systems, and more particularly the bipedal locomotion of humans and humanoid robots. To characterize and understand bipedal locomotion, it is instructive to study its motor causes and its resulting physical consequences, namely, the interactions with the environment. Concerning the causes, for instance, what are the principles that govern the organization of motor orders in humans for elaborating a specific displacement strategy? And then, which physical quantities can we compute for best describing the motion resulting from these motor orders ? These questions are in part addressed by the proposal of a mathematical extension of the Uncontrolled Manifold approach for the motor control of dynamic tasks and through the presentation of a new descriptor of anthropomorphic locomotion. In connection with this analytical work, comes the problem of state estimation in anthropomorphic systems. The difficulty of such a problem comes from the fact that the measurements carry noise which is not always separable from the informative data, and that the state of the system is not necessarily observable. To get rid of the noise, classical filtering techniques can be employed but they are likely to distort the signals. To cope with this issue, we present a recursive method, based on complementary filtering, to estimate the position of the center of mass and the angular momentum variation of the human body, two central quantities of human locomotion. Another idea to get rid of the measurements noise is to acknowledge the fact that it results in an unrealistic estimation of the motion dynamics. By exploiting the equations of motion, which dictate the temporal dynamics of the system, and by estimating a trajectory versus a single point, we then present maximum likelihood estimation using the dynamic differential programming algorithm to perform optimal centroidal state estimation for systems in contact. Finally, a multidisciplinary reflection on the functional and computational role played by the head in animals is presented. The relevance of using this solution in mobile robotics is discussed, particularly for state estimation and multisensory perception.

Le cancer de prostate était, en France en 2012, le premier cancer masculin avec plus de 53 465 nouveaux cas par an et 8 876 décès. La biopsie transrectale de prostate est la méthode utilisée afin de déterminer de manière histopathologique la présence ou non du cancer. Le plus souvent, l’urologue ponctionne la prostate en douze positions, équiréparties sur l’ensemble la prostate ainsi que des zones cibles. Ceci se fait classiquement sous guidage échographique endorectal. La difficulté pour l’urologue est de pouvoir réaliser cette cartographie de prostate de manière précise alors qu’il ne dispose, le plus souvent, que d’une imagerie 2D et que l’acquisition des images elle-même contribue à déplacer et déformer la prostate.C’est dans ce cadre que nous proposons le développement d’un modèle biomécanique de prostate patient-spécifique, utilisable en temps clinique, basé uniquement sur l’acquisition d’échographies transrectales. Ce modèle apporte un moyen de prendre en compte les déplacements et déformations de la prostate ainsi que des zones cibles. Pour cela, nous nous sommes intéressés à la construction d’une chaîne de validation permettant le prototypage et le test à grande échelle de paramètres sur des données issues de bancs expérimentaux ou cliniques afin d’évaluer l’impact de chaque étape jusqu’à la simulation biomécanique. Au cours de cette thèse, une première phase de test a été réalisée sur un fantôme réaliste de prostate afin d’étudier l’impact des paramètres de nos modèles au travers d’une étude statistique basée sur plus de 800 simulations. Des conclusions de ce premier essai, nous avons développé et validé des outils permettant l’acquisition de données cliniques tels que le calibrage d’un robot porte-sonde ou le développement d’une méthode de collision basée sur des contraintes projectives. Un premier test patient a pu être réalisé au cours de cette thèse et montre des résultats encourageants pour la poursuite de ces travaux. / In 2012 in France, prostate cancer was the most frequent cancer with 53 465 new cases estimated and 8 876 deaths. Transrectal prostate biopsy is the only method used to prove the presence of cancer with a histopathologic study. Twelve biopsies are evenly punctured all around the prostate by the urologist as well as targeted areas. This is generally done with the guidance of endorectal ultrasound images. The difficulties for the urologist are to perform this 3D task precisely and accurately based on 2D imaging. Moreover image acquisition itself contributes to prostate motion and deformation.It is within this framework that we proposed the development of patient-specific biomechanical model of prostate. This model can be used in a clinical time and is based only on 3D ultrasonographic volumes. The model allows the urologist to monitor the deformations and the displacements of the prostate and to follow targeted areas. Firstly, we were interested in building a validation workflow for prototyping and conducting a large-scale test to evaluate the impact of each necessary step before the dynamic simulation. An initial test was conducted with a realistic deformable prostate phantom. This experiment is based on more than 800 simulations allowing us to complete a statistical survey. We then developed and validated tools, such as the calibration of a robot probe-holder to improve the workflow and to perform real patient data acquisitions. An evaluation of the impact of each parameter of the biomechanical model was achieved on a realistic deformable prostate phantom. Finally, we had the opportunity to apply our workflow on one patient biopsy session acquisition. Results are encouraging and shows good perspectives to our work.

Le modèle cellulaire de magnétostimulation (MTS) développé dans l'équipe a permis d'obtenir des résultats préliminaires sur les essais de perméabilité endothéliale ainsi que sur les reconstructions et modélisation des fibres d'actine. Les premiers résultats en Magnétocytométrie (MTC) montrent une augmentation de rigidité cellulaire suite à une stimulation mécanique du tapis cellulaire. Les images confocales ont permis de mettre en évidence une restructuration des filaments d'actine dans les cellules endothéliales microvasculaires pulmonaires (HPMEC) soumises au stress mécanique, ainsi qu'une relocalisation des VE-Cadhérines nécessaires aux jonctions intercellulaires. Ces deux résultats concordent avec l'apparition de 'gaps' ou trous inter cellulaires qui permettent d'expliquer l'augmentation de perméabilité mesurée entre les cellules soumises au stress mécanique et la situation contrôle. Des difficultés techniques retardent le travail et l'obtention de résultats en nombre important. Par exemple l'emploi de certaines techniques de marquages difficilement compatibles avec certains supports de culture. Cela empêche dans certains cas la confirmation visuelle de résultats obtenus par MTC. La viabilité cellulaire lors des expérimentation ne permet pas d’allonger les temps d’étude d’une même population cellulaire, ce qui limite certains résultats. Les premiers résultats sont à compéter par une étude plus approfondie des niveaux d'expression de facteurs pro-inflammatoires ainsi que des voies de signalisation et de régulation des VE-Cadhérines et des intégrines AlphaV-Beta3. L’effet de différentes molécules utilisées en clinique devrait être étudié sur le modèle de stress mécanique. / The cellular model of magnétostimulation ( MTS) developed in the team allowed to obtain preliminary results(profits) on the tries(essays) of endothéliale permeability as well as on the reconstructions and the modelling of the fibers of actine. The first results(profits) in Magnétocytométrie ( MTC) show an increase of cellular rigidity further to a mechanical stimulation of the cellular carpet(mat). The confocal images allowed to highlight a restructuring of the strands of actine in cells(units) microvascular lung endothéliales ( HPMEC) subjected(submitted) to the mechanical stress, as well as a relocation of the VE-Cadhérines necessary for the intercellular junctions. These two results(profits) suit to the appearance of ' gaps ' or holes inter cellular which allow to explain the increase.

La recrudescence des infections respiratoires impliquant des facteurs virulents d’origine bactérienne est devenue un problème majeur de santé publique. Mieux caractériser la réponse des cellules respiratoires dans la phase initiale d’exposition à des toxines bactériennes est important sur les plans physiopathologiques et thérapeutiques. Le but de ce travail est de décrypter les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués lors de l’exposition des cellules épithéliales respiratoires à l’adénylate cyclase (CyaA), une toxine produite par Bordetella pertussis, l’agent responsable de la coqueluche. CyaA a été choisie car elle dispose de multiples moyens qui lui permettent d’envahir un grand nombre de cellules eucaryotes. Elle est notamment capable de transloquer son domaine catalytique directement dans la cellule cible puis d’utiliser la calmoduline endogène pour augmenter le taux d’AMPc à des niveaux supraphysiologiques. Cependant l’effet de ces changements sur la signalisation mécano-chimique (mécanotransduction) a été très peu décrit alors qu’elle affecte les fonctions et l’intégrité cellulaires. Nous proposons donc d’évaluer les fonctions cellulaires et les propriétés mécaniques et d’adhésion des cellules épithéliales respiratoires exposées à CyaA dans le but de déceler des modifications fondamentales dans les processus de mécanotransduction.Nous avons tout d’abord mené une étude préliminaire visant à définir les concentrations physiopathologiques de CyaA utilisées dans nos expériences. Nous avons ainsi déterminé le degré de viabilité cellulaire en fonction de 3 concentrations de CyaA (0.5 ; 5 ; 10 nM), ce qui a montré que la concentration 0.5 nM n’affectait pas la viabilité cellulaire tout en induisant des niveaux supraphysiologiques d’AMPc en moins d’une heure.Nous avons ensuite cherché à évaluer les effets de CyaA sur la migration et la réparation cellulaires, le battement ciliaire et la perméabilité cellulaire de cellules épithéliales représentatives des différents niveaux de l’arbre aérien. CyaA induit une diminution de la migration et de la réparation cellulaires, ainsi qu’une augmentation de la perméabilité cellulaire traduisant un affaiblissement des jonctions latérales.Une étude en immunoflorescence a ensuite été conduite sur les structures intracellulaires et interfaciales des cellules épithéliales alvéolaires exposées aux 3 concentrations de CyaA. Cette étude a montré que CyaA est capable d’induire un remodelage du cytosquelette d’actine ainsi qu’une diminution du nombre des adhérences focales. Enfin, une analyse complète des propriétés mécaniques et des paramètres d’adhésion a été conduite sur les mêmes cellules au moyen de 2 techniques de micro/nanomanipulation revisitées pour permettre à la fois l’évaluation des liens multiples et de la rigidité cellulaire (Microscopie à Force Atomique (AFM) avec indentation et Magnétocytométrie (MTC)). Pour évaluer le rôle de l’AMPc sur les changements observés, les cellules épithéliales respiratoires ont été testées avec la forme active de CyaA et la forme enzymatiquement inactive de la toxine : CyaAE5, qui ne permet pas de synthétiser l’AMPc.Les expériences AFM ont révélé que le principal effet de CyaA est de diminuer le nombre de liens intégrine-ligand associés (une altération du clustering) alors qu’à la plus faible concentration de CyaA, nous observons une augmentation de la rigidité cellulaire, accompagnée d’un renforcement des liens individuels, évolutions confirmées par les résultats MTC. CyaAE5 ne parvient pas à produire ces mêmes effets.L’ensemble des résultats suggère que CyaA affecte de façon précoce la mécanotransduction des cellules exposées et ceci en cohérence avec les effets attendus de l’augmentation d’AMPc (remodelage du CSQ, altération des jonctions latérales, inhibition de l’expression de Rac1), ce qui apporte une nouvelle vision de la cytotoxicité induite par l’adénylate cyclase. / The increase in respiratory infections involving virulent factors of bacterial origin has become a major public health issue. A better knowledge of the cell respiratory response in the course of the initial cell invasion by bacterial toxins is important from the pathophysiological and therapeutical point of views.The purpose of this work is to decipher the cellular and molecular mechanisms involved in the exposition of respiratory epithelial cells to the adenylate cyclase toxin (CyaA) produced by Bordetella pertussis which is the whooping cough agent. We have chosen this toxin for its multiple capacities of penetrating a wide range of eukaryotic cells. Indeed, this toxin enables direct translocation of its catalytic domain across the plasma membrane of target cells using the endogen calmoduline to increase the cAMP rate at supraphysiological levels. However, the effects of these changes on mechano-chemical signaling (mechanotransduction) pathways remain largely unknown while it affects cellular functions and cell integrity. So, we perform an evaluation of cellular functions as well as mechanical and adhesion properties of respiratory epithelial cells exposed to CyaA toxin in order to detect some critical modifications in the mechanotransduction processes.In a preliminary study aiming at defining physiopathological concentrations of CyaA toxin used in our experiments, we determined the cell viability degree for 3 concentrations of CyaA toxin (0.5; 5 and 10 nM). We found that the smallest concentration (0.5 nM) did not affect cell viability whereas inducing supraphysiological cAMP levels in less than one hour.Then, we assessed the effects of CyaA toxin on cell migration and repair phenomenon, on ciliary beating and on cell permeability of epithelial cells representative of the different levels of the respiratory tract. The toxin induces a decrease in cell migration and repair, an increase in cell permeability suggesting a weakening of lateral cell-cell junctions.Immunostaining was performed on intracellular and interfacial structures of alveolar epithelial cells exposed to the 3 concentrations of CyaA toxin. Results show that CyaA toxin is able to induce cytoskeleton remodeling and a decrease in the number of focal adhesions. Finally, a refined analysis of mechanical properties and adhesion parameters was performed on the same cells by 2 techniques of micro/nanomanipulation modified to permit at the same time, an evaluation of cell adhesion and cell rigidity (Atomic Force Microscopy with indentation and force spectroscopy to characterize the number of bond during adhesion reinforcement and multiscale Magnetic Twisting Cytometry). To evaluate the role of cAMP on cellular and molecular changes, we tested the enzymatically inactive form of CyaA toxin called CyaAE5 which could not permit to increase the intracellular cAMP rate.The AFM experiments have revealed that the main effect of CyaA toxin is to decrease the number of associated integrin-ligand bounds (meaning an alteration of clustering) while, at the smallest concentration of CyaA toxin, we observe an increase in cell rigidity with an individual bound reinforcement, a result consistent with MTC results. Nevertheless, CyaE5 does not exhibit such cellular effects. On the whole, these results suggest that CyaA toxin affects the mechanotransduction pathways of cells exposed to the toxin, a result which is in agreement with the expected effects of cAMP increase (notably cytoskeleton remodeling, lateral junction alteration and inhibition of Rac1 expression) what brings a new vision of the cytotoxicity induced by the adenylate cyclase toxin.

Les patients présentant une pathologie rachidienne dégénérative témoignent généralement de douleurs ayant un retentissement sur leurs capacités locomotrices. L’évaluation préopératoire des individus repose actuellement sur la réalisation d’auto-questionnaire déclaratifs validés qui permettent d’approximer l’état fonctionnel. Aucun consensus sur l’analyse des résultats d’une chirurgie rachidienne n’est actuellement établi. Les capacités fonctionnelles réelles sont intéressantes pour étudier l’impact des pathologies rachidiennes. L’évaluation des capacités locomotrices et fonctionnelles de manière quantitative pourrait être utilisé afin d’améliorer la prise en charge des patients. L’objectif de cette thèse est d’utiliser l’évaluation des capacités locomotrices des patients comme marqueur des capacités fonctionnelles pour décrire une sémiologie quantifiée des patients candidats à une chirurgie du rachis.Matériels et méthodes :Mise en place du projet SPEED (Évaluation quantitative de la motricité avant et après une chirurgie du rachis chez les patients atteints de pathologie rachidienne dégénérative). Ce protocole prospectif a été mis en place en 2016 avec une période d’inclusion de 2 ans. Au total 40 patients ont été inclus dans cette étude. Les données présentées dans ce manuscrit correspondent aux études ancillaires de nos résultats. Cette thèse se compose de 4 articles principaux : évaluation quantitative clinique puis radiologique des patients, modélisation de l’équilibre sagittal permettant une quantification de l’équilibre sagittal dynamique, et méta-analyse sur la capacité discriminante de l’analyse quantifiée du mouvement au sujet du mouvement du tronc et du pelvis.Résultats :Premièrement, pour la partie clinique, nous trouvons un décalage important entre les limitations perçues et celles réelles des capacités de marche chez les patients atteints de canal lombaire étroit. L'évaluation directe de la vitesse de marche libre est plus pertinente que le périmètre de marche car elle est corrélée à l'état fonctionnel et est plus facile à mettre en œuvre dans la pratique.Deuxièmement, concernant l’analyse radiologique, nous trouvons une amélioration de l'équilibre sagittal et de la lordose lombaire après une chirurgie de décompression lombaire postérieure sans fusion. Cette amélioration est surtout retrouvée chez des patients qui présentent des troubles posturaux antalgiques liée à la sténose lombaire. Cette compensation antalgique est difficile à différencier des troubles statiques avec nos outils de mesure actuels.Troisièmement, concernant l’analyse du mouvement, nous avons réalisé la première étude montrant que les paramètres de mouvement 3D peuvent estimer correctement la « sagittal vertical axis » calculée sur l'imagerie. De plus, cette estimation pourrait être utilisé lors de l'analyse de la marche et nous pensons qu'un tel type d'analyse permettrait de mieux caractériser les déficiences des patients.Quatrièmement, concernant l’analyse quantifiée tronc/pelvis, nous confirmons que les patients lombalgiques présentent une coordination tronc/pelvis différente dans le plan transverse au cours de la marche. De plus, notre méta-analyse confirme et révèle cette différence significative en montrant une coordination plus en phase pour les patients lombalgiques par rapport aux sujets en bonne santé pendant la marche. La coordination entre ces mouvements est plus rigide en présence de lombalgie et refléterait les adaptations neuromusculaires nécessaires pour adopter un comportement de protection sans douleur pendant la marche. / IntroductionPatients with degenerative spinal pathology generally report pain that affects their locomotor abilities. The preoperative assessment is currently based on the completion of validated self-questionnaire declarations that allow to approximate the functional state. No consensus on analyzing the results of spinal surgery is currently established. The actual functional capacities are interesting to study the impact of spinal pathologies. The evaluation of locomotor and functional capacities in a quantitative way could be used to improve the management of patients. The aim of this thesis is to use the evaluation of patients' locomotor capacities as a marker of functional abilities to describe a quantified semiology of patients who are candidates for spine surgery.Materials and methods:Implementation of the SPEED project (Quantitative motor capacities evaluation before and after spinal surgery in patients with degenerative spinal pathology). This prospective protocol was implemented in 2016 with an inclusion period of 2 years. 40 patients were included in this study. The data presented in this manuscript correspond to the preliminary studies of our results. This thesis is composed with 4 main researches: clinical and radiological quantitative evaluation of the patients, sagittal equilibrium modeling allowing a quantification of the dynamic sagittal equilibrium, and meta-analysis on the discriminant capacity of the quantified analysis of the movement about the movement of the trunk and pelvis.Results:First, for the clinical part, we find a significant gap between perceived and actual limitations of walking ability in patients with lumbar spinal stenosis. The direct evaluation of the comfortable walking speed is more relevant than the walking perimeter because it correlates to the functional state and is easier to implement in practice.Second, concerning radiological analysis, we find an improvement in sagittal balance and lumbar lordosis after posterior lumbar decompression without fusion. This improvement is mostly found in patients with postural analgesic disorders related to lumbar stenosis. This analgesic compensation is difficult to distinguish from static disorders with our current measurement tools.Third, regarding motion analysis, we performed the first study showing that 3D motion parameters can correctly estimate the sagittal vertical axis computed on imaging. In addition, this estimate could be used during the gait analysis and we believe that such a type of analysis would better characterize patients' impairments during walking.Fourth, concerning the quantified trunk / pelvis analysis, we confirm that low back pain patients have different trunk / pelvis coordination in the transverse plane during walking. In addition, our meta-analysis confirms and reveals this significant difference by showing more in-phase coordination for low back pain patients compared to healthy subjects during walking. The coordination between these movements is more rigid in the presence of low back pain and reflects the neuromuscular adaptations necessary to adopt a painless protection behavior during walking.Conclusion:Quantitative analysis of function and locomotion through the use of different functional and dynamic measures provides a better assessment of patients. This analysis can be done through complementary walk tests that are easy to implement in our daily practice, but also by new technologies using motion analysis.

La maladie de Kienböck fragilise le lunatum, qui souvent évolue vers la fracture et le collapsus. Divers facteurs ont été évoqués pour en expliquer l’origine, principalement anatomiques, comme l’index radio-ulnaire distal négatif, la structure trabéculaire du lunatum ou la pente de la glène radiale. Le carpe est soumis à des forces de compression qui tendent à le disloquer ou à l’écraser. Cette compression transmise par les métacarpiens se concentre dans le carpe vers l’espace radio-scapho-lunaire.La prise en charge chirurgicale la plus courante de la maladie de Kienböck avant le collapsus arthrosique est la décompression du lunatum par raccourcissement osseux de voisinage. Si l'ostéotomie transversale de raccourcissement du radius est la plus répandue, d’autres ostéotomies ont été proposées: l'ostéotomie de soustraction externe du radius, de soustraction interne du radius, d’accourcissement du capitatum, parfois étendue à l’hamatum. Ces différentes ostéotomies ayant un résultat différent sur l’anatomie, on peut supposer un effet de décompression variable sur le lunatum.Notre point de vue est que pour éviter la fracture du lunatum, il faut le soustraire durablement aux contraintes, en les déviant vers le scaphoïde ou le triquetrum. L’espace radio-scaphoïdien paraît moins à risque de conflit par hyperpression que l’espace ulno-carpien. Notre hypothèse est que pour dévier les contraintes vers le scaphoïde, il ne faut pas que le raccourcissement concerne la colonne externe du carpe, et l’espace radio-scaphoïdien. Nous avons envisagé de planifier une ostéotomie du radius pour ne pas décomprimer le scaphoïde. L’ostéotomie “Camembert” consiste à réséquer un coin osseux délimité entre le bord ulnaire du radius et le centre de la glène radiale.La technique est réalisée par voie dorsale, avec une résection contrôlée sous ampli, et une ostéosynthèse par une agrafe. Les résultats sont rapportés sur une série de 11 poignets opérés à sept ans de recul. Ils sont excellents et bons dans huit cas, corrects dans 2 cas, et mauvais une fois.Nous avons mené une analyse biomécanique par éléments finis, comparant la décompression du lunatum suivant différentes ostéotomies. Certaines ostéotomies peuvent entraîner une surcharge du lunatum, une surcharge au niveau de la STT avec hyperflexion scaphoïdienne, ou une surcharge ulno-carpienne, possiblement péjoratives. L'ostéotomie Camembert semble éviter ces écueils. Combinée à une ostéotomie ulnaire de Sennwald, que nous proposons lorsque la variance du cubitus est neutre ou positive, elle semble être celle qui décomprime le mieux le lunatum. La voie d’abord postérieure préserve la vascularisation palmaire du radius accompagnant le muscle carré pronateur. Elle ne nécessite pas d’incision de la capsule radiocarpienne, au contraire de l’ostéotomie du capitatum, ce qui préserve la vascularisation et les ligaments stabilisateurs du carpe. Nous proposons d'utiliser cette procédure pour les stades Lichtman 1-2-3A s'il n'y a pas de lésions du cartilage ou des ligaments, ce qui peut être vérifié au mieux par arthroscopie avant de confirmer l’indication. / Kienböck's disease weakens the lunate, which often evolves to fracture and collapse. Various factors, mainly anatomical, have been suggested to explain its origin, such as the negative distal radioulnar index, the trabecular structure of the lunate or the slope of the radial glenoid. The carpus is subjected to compressive loads that tend to dislocate or collapse it. This load transmitted by the metacarpals is concentrated through the carpus towards the radio-scapho-lunate space.The most common surgical management of Kienböck's disease prior to osteoarthritic collapse is decompression of the lunate by neighbourhood bone shortening. While transverse osteotomy for radius shortening is the most common, other osteotomies have been proposed: lateral radius shortening osteotomy, medial radius shortening osteotomy, capitate shortening, sometimes extended to the hamate. As these different osteotomies have a different result on the anatomy, a variable unloading effect of the lunate can be assumed.Our point of view is that to avoid a lunate fracture, it must be durably relieved from stresses by diverting it towards the scaphoid or the triquetrum. The radio-scaphoid space seems less at risk of hyperpressure than the ulno-carpal space. Our hypothesis is that to deviate the stresses towards the scaphoid, the shortening must involve neither the external column of the carpus, nor the radius facing the scaphoid. The "Camembert" osteotomy consists in resecting a bone wedge delimited between the ulnar edge of the radius and the centre of the radial glenoid.The technique is performed dorsally, with controlled bone resection under fluoroscopy. Osteosynthesis is completed with a staple. The results are reported on a series of 11 wrists with seven years follow-up. They are excellent and good in 8 cases, correct in 2 cases, and bad once.We conducted a biomechanical finite element analysis comparing the decompression of the lunate following different osteotomies. Some osteotomies may result in lunate overload, STT overload with scaphoid hyperflexion, or ulnocarpal overload, possibly pejorative. The Camembert osteotomy seems to avoid these pitfalls. Combined with a Sennwald ulnar osteotomy, notably when the ulnar index is neutral or positive, it seems to be the one that best unloads the lunate. The posterior approach preserves the palmar vascularization of the radius accompanying the pronator quadratus muscle. It does not require any incision of the dorsal radiocarpal capsule, unlike the capitate shortening, which preserves the vascularization and stabilizing ligaments of the carpus. We propose to use Camembert osteotomy for Lichtman 1-2-3A stages if there is no cartilage or ligament damage, which can best be verified arthroscopically before confirming the indication. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Tout comme l’entraînement, la recherche en science du sport est un facteur déterminant de la performance sportive. À travers l’étude d’une activité physique intermittente, le badminton, le prisme des concepts biomécaniques, physiologiques et physiques convergent vers une approche pluridisciplinaire des déterminants de la performance sportive. Ainsi, l’objectif de l’ensemble de ce travail doctoral est, à la fois, la prédiction de la performance en badminton et la compréhension des mécanismes de production d’une vitesse de volant proche des 500 km/h. Les réponses physiologiques et neuromusculaires ont permis la mise en place d’un test discriminant spécifique, prédictif du niveau d’expertise, et proche des situations écologiques d’un match. Paradoxalement, les causes des mécanismes neurophysiologiques liés à la fatigue induite lors d’un match prolongé restent toutefois inconnues. Il apparaît primordial d’approfondir les dits mécanismes vraisemblablement à l’origine de la diminution de la performance sportive. Les évolutions des observables de match, de la force maximale et de la puissance des membres supérieurs et inférieurs convergent vers une diminution progressive au cours de la pratique. Corollairement, la compréhension des mécanismes d’optimisation de la vitesse du volant a permis de mettre en exergue des principes biomécaniques et physiques déterminant lors de la prédiction d’une grande vitesse de volant lors d’une performance maximale. En effet, les principes d’adjonction des segments et d’étirement-renvoi influencent largement la vitesse de la main. En complément, le principe de bras de levier et l’effet élastique de la raquette permettent également d’accroître la vitesse de la raquette. Enfin, la conservation de la quantité de mouvement et le coefficient de restitution contribuent finalement à la vitesse du volant. / Just like training, sport science research is a key factor in sports performance. Through the study of intermittent physical activity, in this case badminton, biomechanical, physiological and physical concepts emerge and offer a multidisciplinary approach of the determinants of sport performance. Thus, the goal of this doctoral work is both the study of badminton in the performance prediction and the understanding of the mechanisms in the production of wheel velocity close to 500 km/h. The physiological and neuromuscular responses enabled the establishment of a specific discriminatory test, predicting the level of expertise, and close to the ecological conditions of a match. Paradoxically, the causes of neurophysiological mechanisms associated with the fatigue induced by a prolonged game remain unknown. It appears heuristic to further study those mechanisms which are at the origin of a decrease in athletic performance. The evolution of observable match variables, the maximum strength and the power of the upper and lower limbs converge towards a gradual decrease in the practice. As a corollary, the understanding of the optimisation of the speed of the flywheel mechanisms helped to highlight the biomechanical and physical principles, essential in predicting a large wheel speed during a maximum performance. Indeed, the principles of adding segments and stretching shortening cycle largely influence the speed of the hand. In addition, the principle of the lever arm and the elastic effect of the racket also increase the speed of the racket. Finally, the conservation of the momentum and the restitution coefficient ultimately contribute to the speed of the shuttlecock.

Les pratiques d’agriculture et de production alimentaire évoluent de façon profonde afin de proposer une offre alimentaire permettant de répondre aux enjeux de la croissance démographique, et de satisfaire des critères de santé et de durabilité. Cependant, le succès des produits alimentaires qui découlent de ces mutations repose avant tout sur leur appréciation sensorielle par le consommateur. En particulier, les perceptions de texture jouent un rôle majeur dans les choix et préférences des consommateurs.Ces travaux de thèse s’insèrent dans la problématique générale de la compréhension des mécanismes de perception de texture qui découlent des interactions mécaniques entre la langue, l’aliment et le palais durant le processus oral. L’objectif de la thèse réside dans le développement d’une méthode nouvelle et originale, basée sur les ultrasons quantitatifs, pour l’évaluation non-destructive, non-invasive et en temps réel des propriétés mécaniques du système langue-aliment-palais.Un montage bio-mimétique a été développé au laboratoire afin de reproduire en conditions contrôlées, in vitro, le comportement du système langue-palais durant la compression d’un aliment. Ce système a permis de progressivement prendre en compte la complexité de l’environnement physiologique, en intégrant notamment les caractéristiques liées à la rugosité, à la lubrification et à la déformabilité de la langue. Un ensemble de gels modèles d’agar et de gélatine a été développé, permettant d’obtenir une gamme de produits alimentaires avec des caractéristiques physiques et sensorielles contrastées. Un dispositif expérimental à ultrasons quantitatifs a ensuite été conçu afin de mesurer la réponse échographique du système langue-aliment-palais au cours de compressions uni-axiales imposées par le système biomimétique sur les aliments modèles. Des techniques de traitement du signal et des outils de simulation de propagation d’ondes ont permis de développer des indicateurs quantitatifs fournissant des informations sur les mécanismes physiques observés aux interfaces du système langue-aliment-palais. Deux paramètres ultrasonores ont alors été identifiés : i) la réflectivité de l’interface entre la langue et l’aliment, qui permet de caractériser le contact intime entre l’aliment et les aspérités de la surface de la langue, et ii) le temps de vol des ondes ultrasonores dans l’aliment, qui traduit l’état de déformation subi par ce dernier. Ces propriétés issues des signaux ultrasonores ont été confrontées à des données d’analyse sensorielle évaluées grâce à un panel de juges entraînés sur les aliments modèles sélectionnés. Les attributs sensoriels « humide » et « glissant » ont par exemple pu être mis en relation avec les mesures de réflectivité ultrasonore à l’interface langue-aliment, elles-mêmes liées à l’état de lubrification de l’interface.Ces travaux de thèse ont ainsi permis de montrer le potentiel des méthodes ultrasonores pour mieux comprendre et caractériser, en conditions in vitro contrôlées, des phénomènes physiques qui peuvent jouer un rôle important dans les mécanismes de perception de texture de l’aliment. Ils permettront d’ouvrir la voie aux perspectives de transfert de la technologie en conditions in vivo, directement sur le consommateur. / Agriculture and agri-food industry practices evolve in a deep way to supply a new food offer allowing to address population growth issues, and to meet health and sustainability criteria. However, the success of commercial products emerging from these transformations highly depends on sensory appreciation by the consumer. In particular, texture perceptions have been shown to play a major role in the choices and preferences of consumers.This thesis work fits within the general issue of understanding the mechanisms of texture perception resulting from the mechanical interactions between tongue, food and palate during oral processing. The aim of this thesis lies in the development of a new and original method, based on quantitative ultrasounds, for the non-destructive, non-invasive and real time evaluation of the mechanical properties of the tongue-food-palate system.A bio-mimicking system was developed in the laboratory to reproduce in controlled in vitro conditions, the behavior of tongue-palate system during the compression of a food sample. This system allowed to consider gradually the complexity of the physiological environment, by integrating characteristics related to tongue roughness, lubrication and deformability. A set of model gels of agar and gelatin was developed to obtain a range of food products with contrasting physical and sensory characteristics. Then, a quantitative ultrasound device was designed to measure the ultrasound pulse-echo response of the tongue-food-palate system throughout a uniaxial compression achieved by the bio-mimicking apparatus on the products. Signal processing methods and wave propagation simulation tools were used to develop quantitative indicators related to physical mechanisms occurring in tongue-food system interfaces. Two ultrasonic parameters were then identified: i) the reflectivity of tongue-food interface, which makes it possible to characterize the intimate contact between food and the asperities of tongue surface, and ii) the time of flight of ultrasonic waves through the food sample, which is related to the level of deformation undergone by the sample. Finally, the properties stemming from ultrasonic signals were compared with sensory data estimated on the set of food samples, thanks to a panel of trained judges. “Moist” and “slippery” sensory attributes were for instance shown to correlate with ultrasound reflectivity measurements, which are themselves related to lubrication conditions at tongue-food interface.This thesis work allowed to show the potential of ultrasonic methods to better understand and characterize, in controlled in vitro conditions, physical phenomena which may play an important role in the mechanisms of food texture perception. This work must pave the way for future investigations on the transfer of the technology to in vivo conditions, directly on the consumer.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.