Les récentes recherches en robotique ont étendu l’utilisation des robots au-delà des environnements industriels traditionnels. Les robots humanoïdes sont bien adaptés pour effectuer des tâches accomplies par l’homme, en raison de leurs formes et leurs capacités de mouvements «humaines». En général, les robots humanoïdes ont un torse, une tête, deux bras et deux jambes. Ils ont été développés pour effectuer des tâches humaines telles que l’assistance personnelle, où ils devraient être en mesure d’aider les personnes âgées ou malades, ou effectuer des missions dangereuses, etc. C’est pourquoi les chercheurs ont besoin d’extraire des connaissances sur le mouvement humain grâce à l’observation continue du comportement humain. Ceci aidera les robots à être capables d’effectuer et d’accomplir des tâches en interagissant avec un humain. Le mouvement humain peut être analysé grâce à des systèmes de capture de mouvement, par exemple le système Vicon. L’objectif principal du projet de recherche est de développer des algorithmes afin qu’un robot soit capable d’interagir avec un partenaire humain en temps réel. Dans le présent travail, nous proposons et validons un algorithme probabiliste complet pour la prédiction du mouvement humain, nous montrerons que le modèle d’inférence peut anticiper vigoureusement les actions de l’être humain. Notre approche est basée sur un algorithme intégrant les paramètres des GMMs (Gaussian Mixture Models) dans un filtre de Kalman.

La capture de mouvement ambulatoire est un sujet en plein essor pour des applications aussi diverses que le suivi des personnes âgées, l'assistance des sportifs de haut niveau, la réhabilitation fonctionnelle, etc. Ces applications exigent que le mouvement ne soit pas contraint par un système externe, qu'il puisse être réalisé dans différentes situations, y compris en extérieur, que l'équipement soit léger et à un faible coût, qu'il soit réellement ambulatoire et sans procédure complexe de calibration.Actuellement, seuls les systèmes utilisant un exosquelette ou bien des modules inertiels (souvent combinés avec des modules magnétiques) permettent d'effectuer de la capture de mouvement de façon ambulatoire. Le poids de l'exosquelette est très important et il impose des contraintes sur les mouvements de la personne, ce qui le rend inutilisable pour certaines applications telles que le suivi de personnes âgées. La technologie inertielle est plus légère. Elle permet d'effectuer la capture du mouvement sans contrainte sur l'espace de mesure ou sur les mouvements réalisés. Par contre, elle souffre de dérives des gyromètres, et le système doit être recalibré.L'objectif de cette thèse est de développer un système de capture de mouvement de chaînes articulées, bas-coût et temps réel, réellement ambulatoire, ne nécessitant pas d'infrastructure de capture spécifique, permettant une utilisation dans de nombreux domaines applicatifs (rééducation, sport, loisirs, etc.).On s'intéresse plus particulièrement à des mesures intra-corporelles. Ainsi, tous les capteurs sont placés sur le corps et aucun dispositif externe n'est utilisé. Outre un démonstrateur final permettant de valider l'approche proposée, on s'astreint à développer également des outils qui permettent de dimensionner le système en termes de technologie, nombre et position des capteurs, mais également à évaluer différents algorithmes de fusion des données. Pour ce faire, on utilise la borne de Cramer-Rao.Le sujet est donc pluridisciplinaire. Il traite des aspects de modélisation et de dimensionnement de systèmes hybrides entièrement ambulatoires. Il étudie des algorithmes d'estimation adaptés au domaine de la capture de mouvement corps entier en traitant les problématiques d'observabilité de l'état et en tenant compte des contraintes biomécaniques pouvant être appliquées. Ainsi, un traitement adapté permet de reconstruire en temps réel la posture du sujet à partir de mesures intra-corporelles, la source étant également placée sur le corps.

Cette thèse est située dans le contexte des applications de la capture de mouvement humain dont le but est d'inférer la position du corps humain. Les systèmes de capture de mouvement sont des outils "software" et hardware " qui permettent le traitement en temps réel ou en temps différé de données permettant de retrouver le mouvement (position, orientation) d'un objet ou d'un humain dans l'espace. Différents systèmes de capture de mouvement existent sur le marché. Ils diffèrent essentiellement par leur technologie mais nécessitent une adaptation de l'environnement et parfois l'équipement de la personne. Dans cette thèse, on présente un nouveau système de capture de mouvement permettant d'obtenir l'orientation 3D ainsi que l'accélération linéaire d'un mobile à partir des mesures fournies par une minicentrale, développée au sein du CEA-LETI. Cette minicentrale utilise une configuration minimale, à savoir un triaxe magnétomètre et un triaxe accéléromètre. Dans ce travail, on propose différents algorithmes d'estimation de l'attitude et des accélérations recherchées. La rotation est modélisée à l'aide d'un quaternion unitaire. Dans un premier temps, on a considéré le cas d'une seule centrale d'attitude. On s'est intéressé au problème à 6DDL, dont le but est d'estimer l'orientation d'un corps rigide et ses trois accélérations linéaires à partir des mesures fournies par la minicentrale et d'un algorithme d'optimisation. Dans un second temps, on s'est intéressé au cas de la capture de mouvement de chaînes articulées (bras et jambe). A partir d'hypothèses ad-hoc sur les accélérations au niveau des liaisons pivot, on reconstruit le mouvement de la chaîne articulé (orientation) du segment ainsi que l'accélération en des points particuliers du segment. Ces différentes approches ont été validées avec des données simulés et réelles.

Un des problèmes majeurs contribuant à la réduction de la mobilité chez la personne âgée est la hausse de l’occurrence des chutes. La capacité à maintenir l’équilibre ou la stabilité posturale a été précédemment associée à la structure et aux propriétés mécaniques des tendons du membre inférieur. Cette étude fut menée afin d’évaluer les effets de l’intensité d’entrainement et de l’âge sur les changements de l’architecture tendineuse et ses propriétés mécaniques ainsi que sur les adaptations musculaires du membre inférieur. Ce projet avait ainsi pour objectif de comparer les effets de deux conditions d’entrainement pour un volume équivalent (intensité modérée (55% d’une répétition maximale (1RM) vs élevée (80% de 1RM)) sur deux groupes musculaires différents (quadriceps vs triceps sural), sur les adaptations des tendons d’Achille et patellaire associés aux adaptations de ces groupes musculaires respectifs. Enfin, le dernier objectif de cette étude était de montrer si des changements de la balance posturale et de la capacité de mouvement pouvaient s’expliquer par les évolutions de l’architecturale et de propriétés mécaniques des structures musculaires et tendineuses avec l’âge. Dix hommes jeunes (Age : 24.8 ± 3.6) et 27 séniors (Age : 69.9 ± 4.5) sédentaires ont été recrutés et ont participé à un programme d’entrainement en résistance de 12 semaines (3 fois/semaine) sur les muscles du triceps sural et du quadriceps. Le groupe de jeunes (n=10) ainsi qu’un groupe de séniors (n=13) ont participé à un programme d’entrainement modéré correspondant à 55% de 1RM, tandis qu’un deuxième groupe de seniors s’est vu imposer une intensité d’entrainement de 80% de 1RM (n=14). Chaque groupe a reçu exactement le même volume d'entraînement sur les muscles quadriceps et triceps sural en utilisant des machines de musculation guidées : la presse à jambes, l'extension des jambes et la machine à mollets assis. Afin de pouvoir obtenir les paramètres nécessaires à cette étude, l’utilisation d’ergomètres, d’images échographiques et IRM et d’un système de capture de mouvement ont été nécessaires. En comparant deux populations de jeunes et de séniors, cette étude a ainsi permis de quantifier une diminution de la force, couplée ou non suivant le tendon considéré à une diminution des propriétés intrinsèques du matériau tendineux. L’obtention de l’architecture musculaire a permis de construire les courbes d’évolutions de la section de chacun des muscles du quadriceps et du triceps sural pour les populations jeunes et séniors. Les deux conditions d’entrainement nous ont permis de mettre en évidence une amélioration des propriétés mécaniques des tendons d’Achille et patellaire, et plus sensiblement le tendon d’Achille, sur les deux populations jeunes et séniors sans toutefois observer de gain supplémentaire pour une intensité élevée. Des gains similaires suite à la période d’entrainement ont pu être observés chez les séniors sur les volumes des muscles du triceps sural et du quadriceps sans distinction de l’intensité considérée. L’analyse du mouvement nous a permis de mettre en évidence l’amélioration de la stabilité posturale et une évolution de la stratégie de flexion du tronc lors d’un lever de chaise suite à l’entrainement chez les séniors sans bénéfice supplémentaire entre une intensité modérée et élevée. De plus, les effets de l’âge sur les propriétés mécaniques des tendons ont pu être corrélés avec les performances liées aux exercices de stabilité posturale, de saut et de lever de chaise. Ce travail a donc permis de quantifier les effets de l’âge sur les capacités musculaires, tendineuses et de mouvement. Cette étude nous a également permis de mettre en évidence un seuil d’intensité d’entrainement (55% de 1RM) à partir duquel les personnes âgées ne semblent pas montrer de gain additionnel pour les systèmes musculaires et tendineux. Ce travail permet donc de proposer une optimisation de l’activité physique prescrite à la personne âgée ou vieillissante. / The ability to maintain balance has previously been associated with the structure and mechanical properties of the tendons of the lower limb. In order to evaluate the effects of training intensity (moderate vs. high intensity) and age on changes in tendon architecture (Achilles and patellar) and its mechanical properties, 10 young men and 27 sedentary seniors participated in a 12-week resistance training program (3 times/week) on the muscles of the triceps surae (TS) an quadriceps (QF). The young group and a senior group participated in a moderate training program corresponding to 55% of IRM (maximum repetition), while a second group of seniors received a training intensity of 80% of IRM. Each group received the same volume of training on the TS and QF muscles using guided weight machines. The use of ergometers, ultrasound and MRI images and a motion capture system were required. A decrease in strength, coupled or not depending on the tendon under consideration, and a decrease in the properties of the tendon material have been quantified with age. Evolution curves of each of the QF and TS muscles for both populations were constructed. The two training conditions showed an improvement in the mechanical properties of the Achilles and patellar tendons, and more significantly the Achilles, on both populations without any additional gain for a high intensity. Similar gains after training between the two intensities could be observed in seniors on muscle volumes. The improvement of postural stability and an evolution of the strategy during a chair lift were observed in seniors without any additional benefit between the two training intensities. This made it possible to quantify the effects of age on muscle, tendon and movement abilities by highlighting a threshold of training intensity (55% of IRM) from which seniors do not seem to show any additional gain. This work therefore makes it possible to propose an optimization of the physical activity prescribed to the elderly person

Le sens du toucher joue un rôle fondamental dans la façon dont nous percevons notre environnement, nous déplaçons, et interagissons délibérément avec d'autres objets ou êtres vivants. Ainsi, les forces de contact informent à la fois sur l'action réalisée et sa motivation. Néanmoins, l'utilisation de capteurs de force traditionnels est coûteuse, lourde, et intrusive. Dans cette thèse, nous examinons la perception haptique par la capture de mouvement. Ce problème est difficile du fait qu'un mouvement donné peut généralement être causé par une infinité de distributions de forces possibles, en multi-contact. Dans ce type de situations, l'optimisation sous contraintes physiques seule ne permet que de calculer des distributions de forces plausibles, plutôt que fidèles à celles appliquées en réalité. D'un autre côté, les méthodes d'apprentissage de type `boîte noire' pour la modélisation de structures cinématiquement et dynamiquement complexes sont sujettes à des limitations en termes de capacité de généralisation. Nous proposons une formulation du problème de la distribution de forces exploitant ces deux approches ensemble plutôt que séparément. Nous capturons ainsi la variabilité dans la façon dont on contrôle instinctivement les forces de contact tout en nous assurant de leur compatibilité avec le mouvement observé. Nous présentons notre approche à la fois pour la manipulation et les interactions corps complet avec l'environnement. Nous validons systématiquement nos résultats avec des mesures de référence et fournissons des données exhausives pour encourager et évaluer les travaux futurs sur ce nouveau sujet. / The human sense of touch is of fundamental importance in the way we perceive our environment, move ourselves, and purposefully interact with other objects or beings. Thus, contact forces are informative on both the realized task and the underlying intent. However, monitoring them with force transducers is a costly, cumbersome and intrusive process. In this thesis, we investigate the capture of haptic information from motion tracking. This is a challenging problem, as a given motion can generally be caused by an infinity of possible force distributions in multi-contact. In such scenarios, physics-based optimization alone may only capture force distributions that are physically compatible with a given motion, rather than those really applied. In contrast, machine learning techniques for the black-box modelling of kinematically and dynamically complex structures are often prone to generalization issues. We propose a formulation of the force distribution problem utilizing both approaches jointly rather than separately. We thus capture the variability in the way humans instinctively regulate contact forces while also ensuring their compatibility with the observed motion. We present our approach on both manipulation and whole-body interaction with the environment. We consistently back our findings with ground-truth measurements and provide extensive datasets to encourage and serve as benchmarks for future research on this new topic.

Vegetation is present all around us and we are accustomed to see trees and other plants everyday. Its accurate representation is thus an essential part of the realistic depiction of natural scenes in a virtual environment. Due to the complexity of both vegetation and its reaction to wind load, such representation are still being unresolved issues of research in computer graphics. In a first step to the development of suitable models of animated plants, it is thus essential to understand as much as possible all the phenomena which produce the observable motion of trees. This thesis is organized in two parts. The first is on the acquisition and the reproduction of the motion of real plants and contains three chapters. The second is on mechanical simulation of plants dynamics and is divided in two chapters. In the first part, chapter 2 describes experimental work I have done and participated to within the Chene-Roseau project and shows the obtained data on plants response to natural wind load and manual excitation. We also discuss how features observable in a video can be automatically tracked along the sequence and presents some methods I have developed. These algorithms have been put in a software I developed that also focus on user interaction to compensate for the limitation of automatic techniques. An explanation is given in chapter 3 of how manual input can be used to extract reliable motion data from video. At the end of the first part, chapter 4 presents our results on structure extraction from 2D motion data (previously extracted from a video) and its retargeting. The statistical study of 2D motion data I have developed is discussed. We show how it can be used to extract a valid hierarchical branches structure that holds the plants motion and how it is used to reproduce the observed motion on a virtual model. In the second part, simulation method of tree response to wind load is discussed. In chapter 5, a state of the art of existing real-time animation technique is given. We introduce several concept of mechanics and simulation of elastic structure dynamics in order to compare all described methods. Finally chapter 6 presents the methods developed in collaboration with Mathieu Rodriguez on the real-time simulation of thousands of trees in response to interactive wind.

Un défi majeur de la Robotique aujourd'hui est sans doute celui du robot personnel. Un objectif sous-jacent est de permettre à un robot mobile de naviguer de manière autonome dans un environnement de grandes dimensions en présence de public. Lors de son évolution, le robot doit pouvoir détecter et prendre en compte la présence d'humains dans son voisinage, par exemple pour les éviter, leur céder le passage, faciliter ou sécuriser leurs déplacements. Cependant, pour une interaction active, le robot doit également être capable de percevoir et d'interpréter leurs postures, leurs démarches ou leurs gestes. Dans ce but, nous souhaitons mettre en place un système de suivi visuel des mouvements humains à partir des caméras embarquées sur le robot. Une représentation 3D fruste de l'enveloppe corporelle est proposée à partir de considérations biomécaniques et anthropomorphes. La démarche consiste alors à recaler ce modèle dans les images obtenues en exploitant plusieurs indices visuels 2D (contours, couleur, mouvements) complétés par une reconstruction 3D éparse de la scène. Pour estimer les paramètres de situation et de configuration du modèle 3D, nous exploitons les techniques de filtrage particulaire, bien connues en suivi visuel. Des évolutions de l'algorithme générique de filtrage sont cependant envisagées afin de répondre plus efficacement au problème posé et de satisfaire des contraintes temporelles cohérentes avec le contexte applicatif. Afin d'aborder les problèmes de manière graduelle, deux contextes sont étudiés. Le premier, de type robotique ubitquiste, repose sur l'utilisation de caméras d'ambiance fixes proposant des points de vue différents et complémentaires de la scène à étudier. Le second, de type robotique mobile, exploite des caméras stéréoscopiques embarquées sur le robot.Ce travail a été effectué au sein du groupe Robotique Action Perception (RAP) du LAAS-CNRS.

La main est l’organe de préhension chez l’homme qui lui permet de manipuler des objets de tailles et de formes diverses et variées. Elle lui permet également d’effectuer des tâches, parfois d’une grande complexité, avec force ou avec une grande finesse. Il s’agit d’un outil d’une importance cruciale au quotidien, tant sur le plan domestique que sur le plan professionnel, et la perte de fonctionnalité de la main peut rapidement devenir un handicap pour certaines personnes. Bien qu’il existe encore peu d’études sur la capture et l’analyse des mouvements de la main dans la littérature scientifique, de nombreux domaines comme la médecine, l’ergonomie, le sport, la robotique, la réalité virtuelle ou les jeux vidéo s’y intéressent de plus en plus, afin de permettre aux personnes d’exploiter au mieux les fonctionnalités de la main tout en la préservant, ou de créer des interfaces homme-machine afin que celui-ci puisse interagir avec des robots ou en environnement virtuel. L’objectif de cette thèse a été de développer une méthode d’analyse cinématique in vivo et personnalisée afin de contribuer à une meilleure compréhension des mouvements de la main de l’homme. Une première partie du travail consiste à mettre en place un protocole de capture du mouvement de la main sur des sujets masculins et féminins de différentes tranches d’âges, allant de 20 à 50 ans. Les captures de mouvement ont été effectuées à l’aide d’un système optoélectronique et de 56 marqueurs passifs collés sur la peau de la main du sujet. Deux types de mouvements ont été capturés : les mouvements fonctionnels en flexion-extension et en abduction-adduction de la main, et les mouvements de prise d’objets cylindriques et sphériques. Les captures de mouvement sont ensuite labellisées afin d’identifier les différents marqueurs et de pouvoir en extraire les trajectoires. La deuxième partie du travail consiste à développer une méthode d’analyse cinématique des mouvements externes de la main à partir des trajectoires des marqueurs et de la valider à l’aide d’un modèle in silico. En plus d’estimer les paramètres cinématiques avec précision dans le cas où les trajectoires des marqueurs sont parfaites, l’évaluation des méthodes fonctionnelles montre que les mouvements de la main sont assimilables à des mouvements plans, circulaires ou sphériques en fonction de l’articulation étudiée. La construction des repères fonctionnels à partir des paramètres cinématiques pour chaque segment de la main permet ensuite de décrire les mouvements de rotation des articulations à l’aide des angles de Cardan. Les courbes des angles de Cardan obtenues à partir des trajectoires des marqueurs du modèle in silico permettent de valider la méthode de décomposition développée pour l’ensemble des articulations, à l’exception des articulations trapézo-métacarpienne (TMC) et métacarpo-phalangienne (MCP1) du pouce qui sont plus difficiles à analyser. La dernière partie de ce travail de thèse consiste à analyser les mouvements fonctionnels et les mouvements de prise d’objets à partir des captures expérimentales. Les courbes des angles de Cardan obtenues à partir des mouvements fonctionnels correspondent globalement à celles obtenues dans la littérature, sauf dans le cas de l’articulation TMC. De plus, ces courbes montrent que les rotations articulaires ne s’effectuent pas uniquement autour d’un axe, mais autour d’un axe de rotation dominant et d’un ou deux axes de rotation secondaires. Toutefois, les courbes des angles de Cardan des rotations autour des axes secondaires ne correspondent pas toujours à celles présentées dans la littérature. Bien que peu de mouvements de prise d’objets aient pu être analysés, certaines corrélations intéressantes ont pu être trouvées entre les postures de la main et la géométrie des objets manipulés, notamment au niveau des articulations MCP et IPD. / The human hand is a prehensile organ which allows people to handle objects with various sizes and shapes. It is wonderful tool that can be used to perform different simple or complex tasks with strength or great dexterity. It is also a crucial tool in the daily life, both at home and in the workspace, and loss of hand functionality may quickly become disabling for some people. There are few studies in the literature. However, motion capture and kinematic analysis of the hand is becoming more and more of an interest in different areas such as medicine, ergonomics, sport, robotics, virtual reality and video games. Results from these studies have improved knowledge about skills of the hand and how to preserve them. The studies have also improved interactions between people and computers in order to command robots or to progress in virtual reality. The aim of the thesis was to develop methods for an in vivo and subject-specific kinematic analysis in order to contribute to the improvement of knowledge about the human hand motion. A first part of this thesis was to develop a protocol for the motion capture of the hand for male and female subjects aged from 20 to 50 years old. The motion capture was performed using an optoelectronic system with passive markers glued on the skin of the hand. Two sorts of movements were captured. Firstly, functional movements like flexion-extension and abduction-adduction. Secondly, prehensile movements of cylindrical and spherical objects. Then, markers on the motion captures were identified in order to extract their trajectories. The second part of this thesis consisted in the development of a method for the kinematic analysis of external hand movements from the marker trajectories. Validation of this method was achieved using a model of the hand developed in silico. Since no noise was added to the marker trajectories in the silico model; kinematic parameters were estimated with precision. Moreover, assessment of the functional methods showed that the hand motions can be approximated by a plane, a circular arc or a spherical cap depending on the joint studied. After constructing the functional coordinate systems for each segment of the hand using the joint kinematic parameters, it was possible to decompose any joint rotation into three Cardan angles. This decomposition method was validated using the marker trajectories of the hand model, except for the trapeziometacarpal (TMC) and the metacarpophalangeal (MCP1) joints of the thumb which are more difficult to study. The last part of this thesis consisted in the analysis of the functional and the prehensile movements from the motion captures. The curves of the Cardan angles obtained from the functional movements are similar to those presented in the literature for all of the joints, except for the TMC joint. It was also noticed that the joint rotations do not occur around only one axis, but around one dominant axis and one or two secondary axes. However, some differences between the curves of the Cardan angles around the secondary axes obtained in this thesis and those presented in the literature were noticed for some joints. Despite only few prehensile grasps were analyzed, some interesting correlations were also found between the hand shape and the objects grasped, more particularly at the metacarpophalangeal (MCP) and the distal interphalangeal (DIP) joints.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La position de départ adoptée au sprint influence grandement la performance des sprinteurs. Les recherches analysant le départ au sprint impliquaient majoritairement des départs en quatre points d'appui et l'utilisation de blocs de départ. Il est généralement admis que de produire des forces de poussée plus horizontale avec un angle du genou arrière de 90° serait à l'origine des meilleures performances. Très peu d'études ont approfondi le sujet concernant les départs en trois points d'appui sans blocs de départ. L'objectif de ce mémoire était de tester différentes positions de la jambe arrière au départ en sprint avec trois points d'appui et sans bloc de départ. Dix-huit footballeurs de niveau universitaire devaient effectuer des départs en trois points d'appui selon quatre conditions de départ (angle du genou arrière à 90°, 70° ou 50° et leur position préférentielle). Un système de capture de mouvement a été utilisé pour capter la cinématique des premiers pas de course. Le temps sur 10 verges a également été mesuré. Aucune des quatre conditions testées ne se démarque au niveau des différents paramètres calculés incluant le temps de course bien que la condition préférée semble être celle où les meilleures performances ont été enregistrées pour plusieurs participants. La variable ayant le plus d'effet sur la vitesse atteinte à la fin de la poussée est l'angle d'inclinaison du tronc. Le surplus de poids contraint les athlètes à adopter une posture plus à la verticale comparativement aux autres participants plus légers. L'amélioration de la performance sur 10 verges résulterait de la combinaison de plusieurs facteurs, dont l'angle du thorax à la fin de la poussée et l'angle du tibia à la fin du premier pas. Des conseils pratiques sont proposés aux kinésiologues et entraîneurs pour identifier les éléments clés d'un sprint efficace à partir d'un départ à trois points. / The starting position adopted in sprinting greatly influences the performance of sprinters. Research analyzing the sprint start has mostly involved four-point starts and the use of starting blocks. It is generally accepted that producing more horizontal thrust forces with a rear knee angle of 90° is responsible for better performance. Very few studies have investigated the subject of three-point starts without starting blocks. The aim of this thesis was to test different positions of the rear leg at the start of a sprint with three points of support and without a starting block. Eighteen university-level footballers were asked to perform three-point starts under four starting conditions (rear knee angle at 90°, 70° or 50° and their preferred position). A motion capture system was used to capture the kinematics of the first running steps. Time over 10 yards was also measured. None of the four conditions tested stood out in terms of the various parameters calculated, including running time, although the preferred condition seemed to be the one where the best performance was recorded for several participants. The variable with the greatest effect on the speed achieved at the end of the push-up is the angle of inclination of the trunk. The extra weight forced the athletes to adopt a more upright posture compared with other, lighter participants. The improvement in 10 yards performance results from the combination of several factors, including the thorax angle at the end of the push-off and the tibia angle at the end of the first step. Practical advice is offered to kinesiologists and coaches to identify the key elements of an effective sprint from a three-point start.

La capture de mouvement ambulatoire est un sujet en plein essor pour des applications aussi diverses que le suivi des personnes âgées, l'assistance des sportifs de haut niveau, la réhabilitation fonctionnelle, etc. Ces applications exigent que le mouvement ne soit pas contraint par un système externe, qu’il puisse être réalisé dans différentes situations, y compris en extérieur, que l’équipement soit léger et à un faible coût, qu’il soit réellement ambulatoire et sans procédure complexe de calibration.Actuellement, seuls les systèmes utilisant un exosquelette ou bien des modules inertiels (souvent combinés avec des modules magnétiques) permettent d'effectuer de la capture de mouvement de façon ambulatoire. Le poids de l’exosquelette est très important et il impose des contraintes sur les mouvements de la personne, ce qui le rend inutilisable pour certaines applications telles que le suivi de personnes âgées. La technologie inertielle est plus légère. Elle permet d'effectuer la capture du mouvement sans contrainte sur l’espace de mesure ou sur les mouvements réalisés. Par contre, elle souffre de dérives des gyromètres, et le système doit être recalibré.L'objectif de cette thèse est de développer un système de capture de mouvement de chaînes articulées, bas-coût et temps réel, réellement ambulatoire, ne nécessitant pas d'infrastructure de capture spécifique, permettant une utilisation dans de nombreux domaines applicatifs (rééducation, sport, loisirs, etc.).On s'intéresse plus particulièrement à des mesures intra-corporelles. Ainsi, tous les capteurs sont placés sur le corps et aucun dispositif externe n'est utilisé. Outre un démonstrateur final permettant de valider l'approche proposée, on s'astreint à développer également des outils qui permettent de dimensionner le système en termes de technologie, nombre et position des capteurs, mais également à évaluer différents algorithmes de fusion des données. Pour ce faire, on utilise la borne de Cramer-Rao.Le sujet est donc pluridisciplinaire. Il traite des aspects de modélisation et de dimensionnement de systèmes hybrides entièrement ambulatoires. Il étudie des algorithmes d'estimation adaptés au domaine de la capture de mouvement corps entier en traitant les problématiques d'observabilité de l'état et en tenant compte des contraintes biomécaniques pouvant être appliquées. Ainsi, un traitement adapté permet de reconstruire en temps réel la posture du sujet à partir de mesures intra-corporelles, la source étant également placée sur le corps. / Ambulatory motion capture is of great interest for applications ranging for the monitoring of elderly people, sporty performances monitoring, functional rehabilitation, etc. These applications require that the movement is not constrained by an external system, that it can be performed in different situations, including outdoor environment. It requires lightweight and low cost equipment; it must be truly ambulatory without complex process of calibration.Currently, only systems using an exoskeleton or inertial modules (often combined with magnetic modules) can be used in such situations. Unfortunately, the exoskeleton weight is not affordable and it imposes constraints on the movements of the person, which makes it unusable for certain applications such as monitoring of the elderly.Inertial technology is lighter. Itcan be used for the capture of movement without constraints on the capture space or on the movements. However, it suffers from gyros drift, and the system must be recalibrated.The objective of this thesis is to develop a system of motion capture for an articulated chain, low-cost, real-time truly ambulatory that does not require specific capture infrastructure, that can be used in many application fields (rehabilitation, sport, leisure, etc.).We focus on intra-corporal measurements. Thus, all sensors are placed on the body and no external device is used. In addition to a final demonstrator to validate the proposed approach, we also develop tools to evaluate the system in terms of technology, number and position of sensors, but also to evaluate different algorithms for data fusion. To do this, we use the Cramer-Rao lower bound. \\The subject is multidisciplinary. It addresses aspects of modelling and design of fully ambulatory hybrid systems. It studies estimation algorithms adapted to the field of motion capture of a whole body by considering the problem of observability of the state and taking into account the biomechanical constraints that can be taken into account. Thus, with an appropriate treatment, the pose of a subject can be reconstructed in real time from intra-body measurements.