La baisse de la performance aérobie en climat tropical a été décrite dans de multiples activités d’endurance mais les processus responsables de cette altération restent assez méconnus. Nous nous proposons donc au travers d’études de laboratoire et de terrain, de tenter d'explorer les mécanismes responsables de cette baisse de performance aérobie en climat tropical. Si l'atteinte d'une température plafond est plutôt observée dans les protocoles de laboratoire, particulièrement à des intensités élevées, il semble que les mécanismes d'anticipation par réduction de l'intensité de l'exercice soient plus prégnants dans un environnement thermique qui exacerbe le stockage de chaleur. En effet, le climat tropical qui provoque l'augmentation du stockage de chaleur et les pertes hydriques, est un environnement susceptible de faire émerger l'un ou l'autre de ces processus. L'incapacité à opérer une thermorégulation optimale en raison de l'inefficacité des processus d'évaporation, mène théoriquement à une augmentation inéluctable de la température corporelle, catalysée par la déshydratation. Aussi, l'atteinte d'une température plafond pourrait être l'origine de l'arrêt de l'exercice. L'hyperthermie, en relation avec les contraintes d'humidité de l'air ambiant, est également susceptible d'accentuer le processus d'anticipation par une baisse d'intensité précoce, et donc la fatigue centrale. Ainsi, nous avons étudié sur 2 épreuves de compétition, un trail de 27 km et un half-Ironman, les relations entre les stratégies d’hydratation, l’évolution de la température gastro-intestinale et la performance des athlètes. Nous avons également testé en situations standardisées les différents paramètres pouvant être responsables de l’arrêt ou de la baisse d’intensité (i.e) en climat tropical : les paramètres cardio-respiratoires, les paramètres psychologiques, d'hydratation et de température corporelle, la fatigue musculaire et centrale. / The decrease in aerobic performance in tropical climate has been widely described in many endurance activities, but the processes responsible for this alteration remain relatively undetermined. We therefore propose through laboratory and field studies, to explore the mechanisms responsible for this diminution in aerobic performance in tropical climate. If reaching a 40 °C core temperature is rather observed in laboratory procedures, especially with high levels of exercise intensity, it seems that the mechanisms of anticipation by reducing the intensity of exercise are more proliferious in a thermal environment intensifying heat storage and dehydration. Indeed, the tropical climate elicits a rise in heat storage and water loss even if sweating is ineffective in releasing heat. The attainment of a critically high level of core temperature has been proposed as the main limiting factor of aerobic performance in the heat. In opposition with this hypothesis, the inability to control optimal thermoregulation in uncompensable environments could lead to central fatigue, with a reduction in power output subconsciously selected by the subjects in order to prevent core temperature from reaching dangerous levels.Thus, we studied on 2 competition events, a 27 km-trail and a half-Ironman, relations between hydration strategies, changes in gastrointestinal temperatures and athletes' performance. We also tested in standardized conditions different factors that may be responsible for exhaustion or decreasing intensity in tropical climate: cardio-respiratory parameters, psychological parameters, hydration and body temperature, and central and muscle fatigue.

La problématique du port de charges par l'Homme est l'objet de questionnements scientifiques depuis plus d'un siècle, notamment dans les armées où les soldats doivent remplir des objectifs opérationnels tout en emportant des équipements lourds, distribués de façon complexe autour de leur corps, et cela au cours d'efforts allant de quelques heures à plusieurs jours. Aussi, avec le développement des nouvelles technologies et l'arrivée des systèmes fantassins futurs sur le marché de la défense, cette problématique continue de se complexifier puisque la masse totale emportée tend encore à croître. Objectif général : Le but de ce travail de thèse était d'étudier l'impact biomécanique, métabolique et neuromusculaire du port d'un système fantassin moderne chez le soldat expérimenté. Plus précisément, une première recherche a été menée pour caractériser les effets aigus du port d'un tel équipement sur la biomécanique et le coût métabolique de la marche. Puis, une seconde recherche a été consacrée à l'étude des conséquences neuromusculaires et locomotrices d'une mission militaire (simulation sur le terrain) de durée " extrême " réalisée avec ce système fantassin moderne. Première partie : L'analyse de la marche sur tapis roulant dynamométrique a permis de montrer que le port du système fantassin en configurations de " combat " et de " marche d'approche " (principales configurations du théâtre militaire, représentant respectivement ~30 % et ~50 % de la masse corporelle des sujets) altérait le pattern spatio-temporel par rapport à la marche sans charge. Par ailleurs, le travail mécanique appliqué au centre de masse et le coût métabolique de la marche augmentaient parallèlement lors du port des deux configurations du système fantassin, ce qui résultait en un maintien du rendement locomoteur constant dans toutes les conditions testées. Le mécanisme de transfert d'énergie en pendule inversé (méthode Cavagna), permettant de minimiser les coûts mécanique et métabolique de transport, était également similaire dans toutes les conditions avec et sans charge. Enfin, bien que complexement organisés autour du corps du soldat, les équipements militaires n'induisaient pas d'effets mécaniques et métaboliques sensiblement plus importants que ceux rapportés lors du port de masses positionnées symétriquement autour de la taille ; ce mode de portage étant pourtant considéré comme l'un des plus optimisés, abstraction faite des techniques de portage sur la tête inadaptées au contexte militaire. Deuxième partie : La réalisation d'une mission simulée, incluant 21 h d'activités militaires sur le terrain et le port constant d'un système fantassin, résultait en une fatigue neuromusculaire (mesure des forces, électrostimulation et EMG) relativement modérée des muscles locomoteurs extenseurs du genou et fléchisseurs plantaires chez les soldats expérimentés inclus dans ce travail. Les origines de cette fatigue neuromusculaire étaient essentiellement périphériques, mais s'accompagnaient d'une fatigue subjective importante. Enfin, la réalisation de la mission, et donc la fatigue des muscles locomoteurs notamment associée à cette dernière, n'affectait pas sensiblement les paramètres mécaniques et métaboliques de la marche. Conclusion générale : Ce travail rapporte les premières données relatives aux effets biomécaniques, métaboliques et neuromusculaires du port d'un système fantassin moderne chez le soldat expérimenté, et ce par le biais d'une simulation opérationnelle visant à reproduire les conditions militaires

Les objectifs de ce travail de thèse étaient d’évaluer les effets des différences (i) de niveau de force, en utilisant différents groupes et longueurs musculaires, et (ii) de profil métabolique entre enfants pré-pubères et adultes sur les différences de développement et d’origine de la fatigue neuromusculaire, ainsi que (iii) d’accroître nos connaissances sur les mécanismes de la fatigue neuromusculaire chez l’enfant pré-pubère. Les résultats de ce travail montrent que les différences de niveau de force pourraient être un facteur expliquant les différences de développement et d’origine de la fatigue neuromusculaire entre enfants et adultes. Toutefois, ce facteur n’est pas suffisant pour expliquer toutes les différences de fatigue entre ces deux populations. En effet, nos résultats soulignent aussi que les différences de profil métabolique pourraient être impliquées de façon importante dans les différences de développement et d’origine de la fatigue neuromusculaire entre enfants et adultes. Par ailleurs, les résultats de nos études rapportent que les enfants présentent généralement une fatigue périphérique plus faible par rapport aux adultes au profit d’une fatigue centrale plus importante suite à un protocole de fatigue maximal intermittent. Cette moindre fatigue périphérique est associée à une moindre altération des propriétés contractiles et du couplage excitation-contraction, et à une meilleure adaptation de l’oxygénation musculaire chez l’enfant pré-pubère. Nos résultats semblent suggérer que la fatigue spinale ne permettrait pas d’expliquer les différences de fatigue centrale entre enfants et adultes et donc que la fatigue centrale plus importante des enfants pourrait être attribuée à une fatigue supra-spinale plus élevée. / The aims of this PhD thesis were to evaluate the effects of differences of (i) force level, throughout different muscle groups and muscle lengths, and (ii) metabolic profile on the differences of development and etiology of the neuromuscular fatigue between prepubertal children and adults, as well as (iii) to improve our knowledge of the mechanisms of neuromuscular fatigue in children. The results of this PhD thesis showed that force level differences could be a factor underpinning the differences in the development and etiology of neuromuscular fatigue between children and adults. However, this factor cannot fully account for differences in fatigue between both populations. Indeed, our results also highlighted that metabolic profile differences could explain the difference of development and etiology of neuromuscular fatigue between children and adults. Additionally, the results of this thesis showed that children exhibit lower peripheral fatigue and greater central fatigue than adults after an intermittent maximal exercise. This lower peripheral fatigue was associated with a lower alteration of the contractile properties and excitation-contraction coupling, and a better adaptation of the muscle oxygenation in prepubertal children. Our results suggest that spinal fatigue could not explained the differences in central fatigue between children and adults, and that the greater central fatigue in children could be attributed to a greater supra-spinal fatigue.

La problématique du port de charges par l’Homme est l’objet de questionnements scientifiques depuis plus d’un siècle, notamment dans les armées où les soldats doivent remplir des objectifs opérationnels tout en emportant des équipements lourds, distribués de façon complexe autour de leur corps, et cela au cours d’efforts allant de quelques heures à plusieurs jours. Aussi, avec le développement des nouvelles technologies et l’arrivée des systèmes fantassins futurs sur le marché de la défense, cette problématique continue de se complexifier puisque la masse totale emportée tend encore à croître. Objectif général : Le but de ce travail de thèse était d’étudier l’impact biomécanique, métabolique et neuromusculaire du port d’un système fantassin moderne chez le soldat expérimenté. Plus précisément, une première recherche a été menée pour caractériser les effets aigus du port d’un tel équipement sur la biomécanique et le coût métabolique de la marche. Puis, une seconde recherche a été consacrée à l’étude des conséquences neuromusculaires et locomotrices d’une mission militaire (simulation sur le terrain) de durée « extrême » réalisée avec ce système fantassin moderne. Première partie : L’analyse de la marche sur tapis roulant dynamométrique a permis de montrer que le port du système fantassin en configurations de « combat » et de « marche d’approche » (principales configurations du théâtre militaire, représentant respectivement ~30 % et ~50 % de la masse corporelle des sujets) altérait le pattern spatio-temporel par rapport à la marche sans charge. Par ailleurs, le travail mécanique appliqué au centre de masse et le coût métabolique de la marche augmentaient parallèlement lors du port des deux configurations du système fantassin, ce qui résultait en un maintien du rendement locomoteur constant dans toutes les conditions testées. Le mécanisme de transfert d’énergie en pendule inversé (méthode Cavagna), permettant de minimiser les coûts mécanique et métabolique de transport, était également similaire dans toutes les conditions avec et sans charge. Enfin, bien que complexement organisés autour du corps du soldat, les équipements militaires n’induisaient pas d’effets mécaniques et métaboliques sensiblement plus importants que ceux rapportés lors du port de masses positionnées symétriquement autour de la taille ; ce mode de portage étant pourtant considéré comme l’un des plus optimisés, abstraction faite des techniques de portage sur la tête inadaptées au contexte militaire. Deuxième partie : La réalisation d’une mission simulée, incluant 21 h d’activités militaires sur le terrain et le port constant d’un système fantassin, résultait en une fatigue neuromusculaire (mesure des forces, électrostimulation et EMG) relativement modérée des muscles locomoteurs extenseurs du genou et fléchisseurs plantaires chez les soldats expérimentés inclus dans ce travail. Les origines de cette fatigue neuromusculaire étaient essentiellement périphériques, mais s’accompagnaient d’une fatigue subjective importante. Enfin, la réalisation de la mission, et donc la fatigue des muscles locomoteurs notamment associée à cette dernière, n’affectait pas sensiblement les paramètres mécaniques et métaboliques de la marche. Conclusion générale : Ce travail rapporte les premières données relatives aux effets biomécaniques, métaboliques et neuromusculaires du port d’un système fantassin moderne chez le soldat expérimenté, et ce par le biais d’une simulation opérationnelle visant à reproduire les conditions militaires / For more than a century, load carriage has been the source of many scientific questions and researches, especially in armies in which soldiers have to reach operational goals while carrying heavy loads complexly distributed around their body and this for some hours to several days. Moreover, with the development of new technologies and the advent of land warfare systems, this issue is becoming more complex since load continues to increase. General purpose: The aim of the present work was to investigate the biomechanical, metabolic and neuromuscular constraints imposed by the carriage of a modern land warfare system in experienced soldiers. Specifically, a first study was conducted to characterize the acute effects of land warfare equipments carriage on the biomechanics and energetics of walking. Moreover, a second research was performed to investigate the neuromuscular and locomotor consequences of an extreme-duration simulated military mission (performed in the field) involving the carriage of these specific equipments. First part: Walking analyses performed on an instrumented treadmill showed that the carriage of a land warfare system in two configurations made for “Battles” and “Road marches” (main configuration used in the field representing ~30% and ~50% of subject’s body mass, respectively) altered the walking pattern. Moreover, the mechanical work applied to the center of mass increased in parallel with the energy cost of walking during Battle and Road March configurations carriage, as shown by the constant locomotor efficiency in the three tested conditions. The inverted pendulum-like energy exchange (Cavagna’s standard method), allowing mechanical/metabolic energy saving, was also constant in all the unloaded and loaded conditions. Finally, even if the load was complexly distributed around soldiers’ body with this warfare system, this did not induce greater effects than those reported with loads carried symmetrically around the waist and close to the center of mass; which has yet been hypothesized to be the optimal method of load carriage from both mechanical and metabolic standpoints (except “original” methods such as head carrying that cannot be used in the military theater). Second part: Performing a 21-h simulated military mission with heavy land warfare system carriage induced relatively moderate neuromuscular alterations (isometric force measurement with electrical stimulation and EMG) for both knee extensors and plantar flexors locomotor muscle groups in experienced soldiers. Moreover, the origin of fatigue was essentially peripheral for both muscle groups but was concomitant with a large sensation of fatigue. Finally, the simulated mission, and notably the associated locomotor muscles fatigue, did not alter walking biomechanics and energetics. General conclusion: These results bring the first insight into the biomechanical, metabolic and neuromuscular consequences of modern land warfare system carriage in experienced soldiers, and this by a real-world approach aiming at simulating the military theater conditions

L’objectif général de ce travail doctoral était de comparer les effets de la fatigue musculaire des quadriceps femoris après un exercice musculaire volontaire (VOL) et un exercice musculaire électroinduit (ES) sur le contrôle postural bipodal, ainsi que sur la fatigue centrale. Les résultats montrent qu’à l’issue d’une tâche fatigante unilatérale ou bilatérale, l’exercice ES dégrade davantage la force usculaire que l’exercice VOL. Cependant, le contrôle postural bipodal est indifféremment perturbépar les deux exercices. En outre, les vitesses de récupération des capacités posturales et de force musculaire ne diffèrent pas à l’issue des exercices. Par ailleurs, l'exercice VOL altère davantage la commande centrale que l'exercice ES (immédiatement à l’issue de l’effort), tandis que celui-ci retarde l’apparition de la fatigue centrale et la maintient plus longuement. Etant donné que l'exercice VOL estinduit par la commande centrale et que l'exercice ES est généré par une stimulation artificielle externe, on peut émettre l’hypothèse que l'exercice VOL produit essentiellement une fatigue supraspinale, tandis que l'exercice ES engendre surtout une fatigue spinale. / The overall objective of this thesis was to compare the effect of fatigue of the quadriceps femoris after fatiguing voluntary contractions (VOL) and fatiguing neuromuscular electrical stimulation (ES) on bipedal postural control, and central fatigue. The results show that after unilateral or bilateral muscle fatigue, the ES exercise affected the muscle strength more than the VOL exercise. However, bipedal postural control was similarly deteriorated for both exercises. Moreover, the recovery speeds of postural control and muscle strength abilities did not differ for the both exercises. In addition, the VOL exercise alters central drive quicker than the ES exercise immediately after their completion while the ES exercise delays and prolongs the central fatigue. As the VOL exercise is induced by central command and the ES exercise is generated by artificial external stimulation, one can hypothesize that the VOL exercise especially produces supraspinal fatigue, while the ES exercise especially engenders spinal fatigue.