Nous avons tous un corps, et seulement un corps. Grâce à lui, nous nous déplaçons dans l’espace, nous interagissons avec le monde extérieur et les autres individus qui l’habitent, nous percevons, bref, nous vivons. Il s’agit d’un objet unique et essentiel. Cependant, bien que nous ayons un seul corps, il en existe dans le cerveau plusieurs représentations. Peu d’accord existe en littérature sur le nombre de représentation, mais tout le monde concorde sur le fait qu’il en existe plus qu’une. Les modèles de la représentation corporelle sont basés sur une notion de séparation des fonctions, selon laquelle activités différentes requièrent différentes représentations. Au cours de ma thèse j’ai étudié une de ces représentations dont la fonction principale est de fournir une connaissance du corps utile à l’action. Cette représentation est nommée Schéma Corporel. En particulier, en utilisant une technique comportementale puissante telle que la cinématique, j’ai pu montrer, pour la première fois, que le Schéma Corporel est une représentation extrêmement plastique, capable d’intégrer des outils lorsqu’ils sont utilisés pour effectuer une action. Ensuite, j’ai pu décrire cette propriété plastique du Schéma Corporel en montrant quelles informations sensorielles sont nécessaires et quels aspects des outils sont intégrés dans la représentation du corps. Les résultats de mes études expérimentales, ainsi que mon travail de synthèse de la littérature, m’ont permis d’élaborer une définition opérative du Schéma Corporel et de sa plasticité / We all have a body : our own body and just one body. Through it, we move, we interact with the world and other persons, we perceive, basically we live. It’s a unique essential object. If it is true that we have only one physical body, we also have many representations of it in the brain. There is little agreement about the exact number of body representations in the brain, but not on the fact that we have more than one. The multi-componential models of body representation are based on the notion, supported by scientific evidence that different activities demand and rely on specifically adapted representations. In my thesis, I studied one particular body representation that is used and involved in action planning and execution, i.e. the Body Schema. I have been able to describe and measure the plasticity of the Body Schema and its level of specificity in healthy individuals. In particular, using a tool-use paradigm, I showed that the Body Schema is quickly and efficiently updated once a change in the body configuration occurs. With a series of kinematic studies, I contributed unveiling the ingredients that rule the plasticity of the BS and the sensory information that is used to this purpose. As a result of my thesis, I suggest that a clearer definition and operational description of the Body Schema, as an action-devoted repertoire of effectors representations, is possible, particularly thanks to its plastic features

Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) constituent la 1ère cause de mortalité chez les femmes et la 3ème chez les hommes ainsi que la 1ère cause de dépendance chez les personnes qui survivent puisqu'ils gardent des séquelles neurologiques majeures. Les déficiences sont majoritairement fonctionnelles et seulement 5 à 25 % des patients vont récupérer un membre supérieur fonctionnel. La récupération fonctionnelle spontanée, maximale dans les 3 mois après la survenue de l'AVC est principalement sous-tendue par des mécanismes de plasticité cérébrale. Mécanismes qui peuvent être boostés par les différentes techniques de réhabilitation parmi lesquelles les substances pharmacologiques ou les techniques de stimulation cérébrale qui sont développées. Quantifier les capacités de chaque patient est indispensable pour déterminer les fonctions perdues et ainsi proposer des protocoles de rééducation adéquats. De nombreuses techniques ont démontré ce potentiel d'évaluation. Notamment, l'imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf) d'activation (i.e. lors de la réalisation de tâches motrices) de patients AVC, qui a permis de mieux préciser le décours temporel de la réorganisation cérébrale associée à la récupération motrice et des mesures obtenues en IRMf sont proposées comme facteurs pronostics. L'IRMf au repos est de plus en plus utilisée pour étudier les changements de connectivité cérébrale induits par la lésion ou par une intervention donnée. Les techniques de stimulation cérébrale non invasives (SCNI) dont font parties la Stimulation Magnétique Transcrânienne (TMS) et la Paired Associative Stimulation (PAS), en plus d'être utilisées comme outil de rééducation, sont également utilisées comme outils d'évaluation pour étudier la récupération et l'efficacité de thérapeutiques. De plus, depuis quelques années, de plus en plus d'auteurs recommandent l'utilisation de mesures cinématiques pour une évaluation plus objective et automatique des patients après un AVC. Cette évaluation cinématique qui peut être réalisée grâce-à des robots de rééducation permettrait également de différencier les stratégies mises en place lors de la récupération post-AVC. Afin que les changements mesurés par TMS ou par les outils robotiques puissent correctement révéler cette efficacité, il faut que les paramètres obtenus soient reproductibles, valides et fiables. Ainsi, l'objectif de ma thèse est d'étudier l'efficacité de stratégies thérapeutiques sur la plasticité cérébrale et dans la récupération motrice du membre supérieur après un AVC en parallèle de trouver les mesures adaptées pour évaluer au mieux ces effets. Au travers de données obtenues dans le cadre de six protocoles cliniques impliquant des sujets sains ou des patients AVC, il a été possible de mettre en évidence le potentiel d'un outil de mesure et/ou d'une technique interventionnelle à mesurer voire à stimuler les mécanismes à l'origine de la récupération motrice dans l'AVC. / Stroke is the leading cause of death in women and the 3rd in men, as well as the leading cause of dependency in surviving people because they have major neurological sequelae. The deficiencies are mainly functional and only 5 to 25% of patients will recover a functional upper limb. Spontaneous functional recovery, which is maximal within 3 months after the onset of stroke, is mainly underpinned by brain plasticity mechanisms. Mechanisms that can be boosted by different rehabilitation techniques, including pharmacological substances or brain stimulation techniques that are developed for this purpose. Quantifying the capacities of each patient is essential to determine the lost functions and thus propose appropriate rehabilitation protocols. Many techniques have demonstrated their evaluation potential. In particular, functional magnetic resonance imaging (fMRI) of stroke patients performing a motor task, has made it possible to better define the temporal course of brain reorganization associated with motor recovery. In fact, fMRI measures are proposed as prognostic factors. Resting-state fMRI is increasingly being used to study changes in brain connectivity induced by the lesion or by a given therapeutic intervention. Non-invasive brain stimulation (NIBS) techniques, including Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) and Paired Associative Stimulation (PAS), in addition to being used as a rehabilitation tool, are also used as assessment tools to study the recovery and efficacy of therapies. In addition, in recent years, more and more authors have recommended the use of kinematic measurements for more objective and automatic patient assessment after stroke. This kinematic assessment, which can be carried out using rehabilitation robots, would also make it possible to differentiate the strategies implemented during post-stroke recovery. In order for the changes measured by TMS or robotic tools to correctly reveal this effectiveness, the parameters obtained must be reproducible, valid and reliable. Thus, the objective of my thesis is to study the effectiveness of therapeutic strategies on brain plasticity and in the motor recovery of the upper limb after a stroke in parallel to find the appropriate measures to best evaluate these effects. Through data obtained from six clinical protocols involving healthy subjects or stroke patients, it was possible to highlight the potential of a measurement tool and/or intervention technique to measure or even stimulate the mechanisms underlying motor recovery in stroke.

La marche humaine nécessite la génération de force propulsive ainsi que des forces antigravitaires pour maintenir l’équilibre. Pour cela, le système nerveux central est requis d’orchestrer la contraction des muscles des membres inférieurs, notamment les fléchisseurs plantaire de la cheville qui interface entre le sol et le corps humain. Durant la première phase de simple appui, le triceps sural (TS) est en contraction excentrique et son activation aide à soutenir le corps en résistant à la rotation du tibia sur le Tarsus. Par contre, la phase finale de simple appui est marquée par une augmentation des forces de réactions au sol « Push-off », du couple articulaire de la cheville et de l’activité électromyographique du TS. Le rôle du TS durant la phase finale de simple appui est l’objet de débat dans la littérature, où certains lui attribut le rôle de propulseurs et d’autre de soutien du corps. Dans ce travail, nous postulons que l’augmentation de l’activité du TS en phase finale de simple d’appui sert uniquement à décélérer la chute du centre de masse. En outre, nous postulons que la modulation temporelle de l’activité du TS permet de contrôler la cinématique (cadence et longueur de pas) et la cinétique de la marche. Deux études ont été mises en places pour tester les hypothèses de travail. Des données biomécaniques mesurées à partir d’une plateforme de force et l’activité EMG du soléaire et des gastrocnémiens latéral et médial de la jambe d’appui ont été collecté pour les deux études. Dans la première études des volontaires ont initié la marche sans et avec un ajout de poids de 20 kg attaché au niveau de la ceinture abdominale. L’ajout du poids augmente les forces de propulsion. Une augmentation de l’activité EMG du triceps permettrait de comprendre si le triceps participe à la génération de force propulsive. La deuxième étude est composée de deux expérimentations. Dans la première expérimentations des volontaires ont accompli 3 conditions de initiation de marche à vitesse variée tout en maintenant la longueur de pas constante. Dans la deuxième expérimentation, les sujets ont été incliné et instruit de récupérer leur équilibre en exécutant un pas de longueur différente. Les résultats ont montré que : 1) le triceps ne participe pas au push-off mais freine la chute du centre de masse en phase finale de simple appui. 2) L'amplification d’activité électromyographique durant la marche rapide est due à l’augmentation de demande de support de corps causé par la croissance des forces inertiels du corps. 3) La durée de contraction du TS permet de déterminer la cadence et la longueur de pas, donc la cinématique de la marche. La durée d’activité du TS permet aussi de déterminer la position du centre de masse par rapport au centre de pression au moment du contact avec le sol. 4) Ceci permet au TS de moduler le couple de déséquilibre responsable des forces propulsives, donc la cinétique de la marche. / Human gait necessitates the generation of both propulsive force to propel the body forward and anti-gravitational force to maintain dynamic postural equilibrium. This requires the central nervous system to orchestrate lower limb muscles. Notably the CNS has to control ankle plantar flexors activity as the whole body rotates around the ankle, which in turn interfaces with the external environment. From early to middle stance, triceps surae (TS) contracts eccentrically thus resisting tibial rotation around the tarsus. However, late stance is marked by an increase in ground reaction forces, commonly known as « Push-off », in ankle torque and electromyographic activity of TS. The role of triceps surae during late stance is object of debate in the literature. Some believe it is responsible for the push-off other insist it is sole role is to maintain dynamic postural equilibrium. In this work, we postulate that the increase in TS activity in late stance is to decelerate vertically the fall of the centre of mass. We further hypothesise that temporal modulation of TS activity determines global gait kinematics (cadence and step length) and kinetics. Two studies have been conducted to test the work hypotheses. Ground reaction force data gathered from a large force platform and EMG activity of soleus, medial and lateral gastrocnemius of stance was measured using surface electrodes. In the first study, subjects initiated gait with and without an added mass of 20 kg attached around the waist. Adding the weight increases propulsive force. If TS activity increases as well than it is responsible for generating propulsive force. The second study is composed of two experiments. In the first volunteers performed gait initiation at three different walking velocity conditions while maintain step length constant. In the second experiment, subjects were inclined and asked to recuperate their equilibrium by performing a step. They were asked to perform three step lengths. Results showed that: 1) Triceps does not participate in push-off but brakes the fall of the centre of mass during late single stance. 2) Increasing TS EMG activity in late stance is due to an increase in the requirement of maintaining dynamic postural equilibrium. 3) Control over the duration of TS activity determines cadence and step length and thus the kinematics of gait. Temporal modulation of TS also sets the position of centre of mass with respect to centre of pressure at the moment of foot-contact. 4) By controlling the distance between the two, the CNS modulates the disequilibrium torque that is responsible for propulsive force and thus the kinetics of gait.

L'étude cinématique des galaxies locales et lointaines permet de contraindre les scénarios de formation et d'évolution des galaxies. Pour cela, la spectroscopie à champ intégral permet une étude détaillée de la cinématique des galaxies proches et fournit depuis peu des indices sur la cinématique des galaxies lointaines. Cette thèse s'appuie principalement sur l'utilisation de l'échantillon cinématique de galaxies locales GHASP. Cet échantillon de référence composé de 203 galaxies spirales et irrégulières de l'Univers local dans des environnements peu denses observées par interférométrie de Fabry-Perot autour de la raie Hα (6563 Å) est le plus grand échantillon de données Fabry-Perot à ce jour. Après un passage en revue des principes de l'interférométrie Fabry-Perot et des nouveautés apportées à la réduction des données Fabry-Perot, mon implication dans le développement du 3D-NTT, nouvel instrument utilisant deux Fabry-Perot est exposée de même que ma participation au projet de spectrographe à grand champ pour les ELT, WFSpec, dont l'objectif est l'étude de l'évolution des galaxies. Je présente dans une deuxième partie les données GHASP. Cet échantillon a été entièrement réduit et analysé à l'aide de nouvelles méthodes. L'analyse cinématique de l'échantillon à partir des cartes cinématiques 2D a été initiée en particulier avec l'étude de la distribution des halos de matière sombre, de la forme des courbes de rotation, de l'influence des potentiels barrés et de la dispersion de vitesses du gaz ionisé. Dans une troisième partie, cet échantillon local sert de point de référence pour l'étude de la cinématique des galaxies lointaines. L'échantillon GHASP est projeté à grand décalage spectral (z = 1.7) afin de déterminer les biais observationnels liés au manque de résolution spatiale des données cinématiques de galaxies lointaines obtenues par SINFONI, OSIRIS et GIRAFFE. L'analyse cinématique de nouvelles observations SINFONI y est également présentée, et l'ensemble des données cinématiques 2D de la littérature est mis en regard avec les résultats obtenus sur l'échantillon GHASP, mettant en évidence une évolution du support dynamique des galaxies avec le temps.

Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la robotique d'assistance aux personnes handicapées. L'objectif est l'exploitation de la redondance générée par l'association d'un bras manipulateur et d'une plate-forme mobile non holonome. Nous avons modélisé le système et choisi d'utiliser le concept de manipulabilité pour placer le système dans la meilleure configuration en termes de capacité de manipulation pour effectuer la tâche opérationnelle. Nous avons proposé une nouvelle mesure de manipulabilité directionnelle qui inclut des informations sur la direction de la tâche. Pour prendre en compte la mobilité de la plate-forme dans la mesure de la capacité de manipulation, nous avons introduit une normalisation pour résoudre le problème lié aux unités de mesures et pour inclure les contraintes sur les limites en vitesse des différents actionneurs. Afin de respecter les principes qui permettent de faciliter la coopération homme-machine, nous nous sommes inspirés du comportement humain pour établir une stratégie décomposée en phases et zones. L'ensemble de ces apports a été implanté sur un manipulateur mobile réel.

Prédire les mouvements du sol "en aveugle", c'est-à-dire générés par un séisme futur, est essentiel pour anticiper les dommages causés aux bâtiments. Cette thèse propose deux nouvelles approches, fondées sur la technique des fonctions de Green empiriques (FGE), pour calculer le mouvement sismique dans un milieu complexe, sur une large gamme de fréquences, et à partir d'un processus de rupture sur la faille réaliste. La première méthode utilise une représentation simple de la source (modèle de "crack"). Dans la seconde, la rupture est décrite par un modèle cinématique complexe en "k-2". De plus, afin de calculer le mouvement sismique basse fréquence, les FGE bruitées en dessous de 1 Hz sont remplacées par des simulations numériques par éléments spectraux 3D.<br />La difficulté principale pour simuler "en aveugle" est le choix des paramètres de la source (chute de contrainte, point de nucléation,...), mal contraints, et qu'il faudra pourtant estimer a priori. Ce choix contrôle le niveau médian et la variabilité du mouvement sismique. La première solution testée consiste à déterminer directement les lois de distribution de ces paramètres à partir des résultats issus de l'inversion cinématique. Afin de garantir que les niveaux simulés sont réalistes, nous proposons dans un second temps de calibrer les simulations par FGE en un site de référence au rocher en utilisant un modèle de prédiction empirique.<br />Les différentes méthodes sont appliquées pour simuler dans le bassin grenoblois un séisme de magnitude 5.5 à 15 km. La comparaison aux normes EC8 montre que les spectres réglementaires sont dépassés en certains points du bassin sédimentaire, à 0.3 Hz et autour de 0.2 Hz.

Au cours de cette thèse, nous avons abordé la problématique du suivi du mouvement humain. Nous proposons d'utiliser plusieurs caméras vidéos, permettant de s'affranchir de contraintes sur l'environnement de capture ainsi que de la pose de marqueurs sur l'acteur, au contraire des systèmes courament utilisés. Cela complexifie la recherche d'une information pertinente dans les images mais aussi la corrélation de cette information entre les différentes images ainsi que l'interprétation de cette information en terme de mouvements articulaires du corps humain. Nous nous intéressons à une approche utilisant les contours occultants du corps et étudions le lien entre le mouvement articulaire du corps et le mouvement apparent des contours dans les images. La minimisation de l'erreur entre les contours extraits des images et la projection du modèle nous permet d'estimer le mouvement de l'acteur. Nous montrons que l'utilisation d'images video permet entre autres de produire des informations complémentaires telles que les contacts entre les parties du corps de l'acteur. Ces informations sont importantes pour la ré-utilisation des mouvements en animation 3D.

Les mécanismes de déformation des aciers TWIP austénitiques Fe22Mn0.6C ont été étudiés par une analyse quantitative des profils des pics de diffraction aux rayons X. Les densités de dislocations et les probabilités de fautes d'empilement ont été déterminées en utilisant respectivement le modèle de Wilkens et la théorie de Warren. Cette approche de l'analyse des profils de raie a été modifiée pour prendre en compte l'effet des empilements de dislocations provoqués par le glissement planaire de celles-ci dans les métaux CFC à faible énergie de faute d'empilement. L'analyse quantitative du champ de contrainte moyen en tête des empilements de dislocations montre que celui-ci est égal au back-stress dans ces matériaux, ce qui nous a permis une mesure non destructive de celui-ci. <br />Les résultats de cette méthode ont été confirmés à l'aide de l'indexation automatique de clichés de diffraction en microscopie électronique et de densités de dislocations mesurées par variation de la masse volumique issues de la littérature. Cette méthode a également été appliquée avec succès sur un échantillon standard, en l'occurrence un monocristal de cuivre.<br />Nous avons confirmé que les mécanismes de déformation des aciers Fe22Mn0.6C, basés principalement sur la formation de martensite à très basse température, laissent place à un maclage intense à température ambiante puis au seul glissement des dislocations à haute température. L'analyse quantitative que nous avons développée a été également appliquée à des aciers TWIP Fe22Mn0.6C restaurés. La comparaison des mesures de densités de dislocations et du back-stress avec l'évolution de la contrainte d'écoulement durant le traitement thermique démontre clairement que le durcissement induit par le maclage n'est pas identifiable au back-stress.

La première partie de ce manuscrit est consacrée à l'étude de la formation et de l'évolution des galaxies. Pour reconstituer l'histoire de l'évolution des galaxies, le rôle de l'information cinématique est décisif. Dans ce contexte, la spectroscopie intégrale de champ est un outil particulièrement efficace car il permet d'obtenir un diagnostic cinématique complet.<br />Je présenterai dans un premier temps les résultats obtenus grâce à l'instrument GIRAFFE dans le cadre du large programme d'observation IMAGES. Ces résultats montrent que la fraction de galaxies n'ayant pas encore atteint leur équilibre dynamique à z~0.6 est importante. Par ailleurs, l'analyse morphologique détaillée de l'échantillon IMAGES montre que la fraction des galaxies spirales en rotation était environ deux fois plus faible à z~0.6 que dans l'Univers local. En étudiant plus en détails cette population, nous sommes capables pour la première fois d'expliquer la formation d'une partie des galaxies spirales locales.<br />Une des conclusions essentielles de cette étude est qu'en combinant des observations dynamiques et morphologiques, on est désormais en mesure de disséquer et de comprendre l'histoire individuelle de chaque galaxie à z<1. Dans les prochaines années, ces études pourront être étendues à des galaxies à z>>1 grâce à la mise en service des futurs ELTs.<br />Pour cela, ces télescopes géants devront intégrer des systèmes d'Optique Adaptative pour compenser en temps réel la dégradation des images due à la turbulence. La faible luminosité des objets à observer, combinée à la taille des champs à corriger, rend indispensable la mise en place de sources artificielles et d'OA tomographiques. La deuxième partie de cette thèse est donc consacrée à l'étude de l'OA tomographique pour les futurs ELTs.<br />Le travail présenté porte en particulier sur l'étude et l'analyse des limites fondamentales des techniques tomographiques. En nous appuyant sur des développements théoriques dans une base de Fourier, nous proposons plusieurs voies pour l'optimisation de ces futurs systèmes.<br />La dernière partie de cette thèse est consacrée à l'étude de EAGLE: un projet de spectrographe intégrale de champ multi-objets pour l'ELT européen.<br />A l'aide des résultats obtenus avec GIRAFFE pour la définition des critères scientifiques et de l'analyse des techniques tomographiques, nous proposons un premier design d'optique adaptative capable de répondre aux besoins de la spectroscopie intégrale de champ des galaxies à z>>1. <br />En alliant la haute résolution spatiale et spectrale avec le pouvoir collecteur immense des futurs ELTs, l'instrument EAGLE apportera certainement des indices décisifs dans notre compréhension des processus à l'oeuvre pour l'assemblage de la masse dans les galaxies.

Une perspective récente considère que la compréhension du sens des mots fasse appel, outre aux aires de Broca et Wernicke, au système sensori-moteur. A cet égard, l'étude du traitement des mots d'action apparaît comme un outil adapté à la compréhension des liens fonctionnels unissant langage et motricité. Ce travail de thèse avait pour but d'une part, de déterminer si le traitement des mots d'action implique les aires corticales participant également au contrôle moteur, et d'autre part, d'évaluer le rôle de ces régions dans les processus de récupération des mots. Dans une première étude, des effets différents d'âge d'acquisition des mots ont été observés sur la reconnaissance de noms concrets et de verbes d'action, suggérant l'existence de réseaux neuronaux partiellement distincts pour le traitement de ces mots. Lors d'une seconde étude, nous avons examiné l'influence du traitement de ces catégories de mots sur l'exécution d'un mouvement de préhension. Des analyses cinématiques fines ont révélé une interférence du traitement des verbes d'action sur la performance motrice simultanée, alors qu'une facilitation était obtenue lors de l'exécution subséquente du mouvement. Dans une troisième étude couplant des enregistrements électrophysiologiques et cinématiques, l'influence de la présentation subliminale de noms et de verbes a été mesurée sur la préparation simultanée d'un mouvement de préhension. Une interférence de la perception inconsciente des verbes d'action a été mise en évidence sur le potentiel de préparation motrice et sur l'exécution motrice subséquente. Enfin, notre dernière étude nous a permis d'évaluer le rôle du système moteur dans le traitement des verbes d'action, en comparant les effets d'amorçage répété masqué pour des noms et des verbes chez des patients parkinsoniens. Nos résultats ont révélé une absence d'effet d'amorçage uniquement pour les verbes d'action chez les patients privés de traitement dopaminergique ; la prise médicamenteuse rétablissait ensuite les performances, les patients se comportant alors comme des sujets sains. L'ensemble de ce travail de thèse fournit donc des éléments robustes en faveur d'un partage de substrats neuronaux entre les mots d'action et l'action elle-même, et suggère une contribution des aires motrices au traitement des mots d'action.