Un nombre croissant de systèmes d'analyse tridimensionnelle du mouvement sont utilisés dans des domaines aussi variés que l'ergonomie, l'entraînement sportif ou encore l'évaluation médicale. Cependant, de réelles difficultés persistent quant à l'intégration des résultats numériques de ces systèmes dans le processus de prise de décision. L'objet de ce travail est de proposer une méthodologie permettant une étude rigoureuse d'un mouvement et une intégration des résultats numériques au processus de prise de décision. Cette méthodologie est ensuite appliquée à la marche du sujet hémiplégique. Ce mémoire développe la méthodologie et son application en cinq chapitres. Une synthèse des principales difficultés à franchir tant au niveau humain que matériel pour une contribution effective de l'analyse tridimensionnelle du mouvement au processus de prise de décision est réalisée. A ceci s'ajoute une présentation des principales contraintes et finalités communes à l'analyse du mouvement (chapitre I). La proposition méthodologique est constituée de cinq étapes : 1) l'élaboration de la base de connaissances indispensables, 2) l'identification des indicateurs qualifiés à mesurer, 3) l'élaboration de leurs conditions d'enregistrement, 4) la définition des pré-traitements et de la mise en forme des données et 5) la définition des modalités de présentation et d'accès aux informations (chapitre II). La méthode est ensuite appliquée à l'analyse de la marche du sujet hémiplégique dans la perspective d'en améliorer l'évaluation fonctionnelle (chapitre III). La méthodologie proposée a permis de mettre en évidence les lacunes de la démarche d'analyse généralement appliquées. Elle a également permis de définir les principes de fonctionnement et la maquette d'une interface graphique d'aide à l'évaluation fonctionnelle de la marche du sujet hémiplégique (chapitre IV). Enfin, un bilan de l'ensemble de ce travail de thèse et des perspectives qui s'en dégagent est réalisé (chapitre V). L'élaboration d'une méthodologie générale d'analyse du mouvement humain qui regroupe toutes les étapes d'analyse, du recueil d'informations jusqu'à leur présentation, adaptée à l'utilisateur des résultats, permet donc des applications dans des domaines très variés.

Ce mémoire décrit la conception d'une interface sensori-motrice de marche 1D destinée à des applications de Réalité Virtuelle, capable de simuler la marche naturelle sur place. La plupart des interfaces existantes ne permettent pas de marcher de façon naturelle en termes de longueur et de vitesse de pas. Notre état de l'art des interfaces de locomotion est suivi d'une analyse concernant la perception du mouvement ainsi que la biomécanique de la marche humaine, deux domaines de connaissance pris en compte lors de la conception de notre interface. Ainsi, le dimensionnement des actionneurs doit prendre en compte de nombreux facteurs liés à l'homme et à la nature des stimuli sensoriels que nous souhaitons restituer à l'utilisateur. En outre, notre interface possède une instrumentation spécifique permettant de mesurer efficacement les réponses motrices de l'utilisateur. Nous proposons également différentes stratégies de pilotage des pédales permettant de rendre l'interface la plus transparente possible pour l'utilisateur. Ces stratégies peuvent être facilement intégrées au niveau de la tâche de pilotage de l'interface en raison de son caractère fortement générique. Nous présentons enfin l'intégration de notre interface avec un environnement virtuel existant et proposons une validation basée sur des critères d'interaction et d'immersion sensori-motrices et mentales.

La maladie de Parkinson induit des troubles locomoteurs complexes et variés. Des troubles spécifiques de la marche tels que le " freezing " peuvent survenir ponctuellement. Afin d'améliorer l'accompagnement de ces patients, il est nécessaire d'améliorer notre compréhension de ces situations. Cette thèse vise à caractériser l'activité locomotrice des patients parkinsoniens en situation réelle. Un travail interdisciplinaire a été mené, fondé sur une approche écologique. Quatorze patients ont été suivis. La méthode déployée intégrait le recueil de marqueurs biomécaniques et physiologiques, de l'expérience vécue ainsi que des observations directes. La description de leur expérience a révélé une perception sensori-motrice altérée et une organisation du comportement locomoteur spécifique à l'environnement. Les analyses montrent un schéma d'activation musculaire spécifique, avec notamment une prolongation générale de l'activité des muscles pendant la phase d'appui simple et une augmentation de cocontraction lorsque le pied est en contact au sol. Les résultats de cette analyse intégrée du comportement moteur ont permis de caractériser une typologie de cinq marches et de trois types de " freezing ". De plus, ces observations ont mis en valeur des stratégies utilisé par des patients ainsi qu'un mécanisme d'ajustement neuromusculaire pour augmenter la stabilité de la marche. A long terme, ce travail devrait favoriser 1) la compréhension des bases neurologiques des troubles de la marche ; 2) la prise en charge des patients parkinsoniens ; 3) l'identification des biomarqueurs de la stabilité de la marche ; 4) la spécification des systèmes embarqués du suivi de la marche. / Patients with Parkinson’s disease (PD) experience complex locomotor disturbances. Their walking abilities can be highly variable and specific problems such as freezing of gait may arise during daily life activity. A greater understanding of such difficulties is required in order to develop new therapeutic strategies. This thesis examines the emergence of PD gait patterns during everyday situations. To this end, this study used an interdisciplinary approach drawing upon ecological and embodied perspectives of human activity. The investigation focused upon fourteen PD patients. Data collection methods combined interviews, direct observations and onboard measures of physiological and biomechanical performance. This research identified important changes in patient sensorimotor perception during gait and specific principles regarding the organisation of their movements with respect to the environment. Analysis revealed characteristic changes to lower limb muscle activation patterns, most notably the prolongation of muscle activity during the mid-stance phase; and an increase in cocontraction of agonist-antagonist muscles across the ankle and knee whilst the leg was in contact with the ground. This integrated approach enabled the characterisation of five walking patterns and three types of freezing. These results highlighted patient self-management strategies, and indicated the role of neuromuscular mechanisms for increasing gait stability. Ultimately, these findings may assist to 1) understand the neurological bases of gait dysfunction; 2) enhance PD patient care; 3) identify biomarkers for gait stability and; 4) support the development of ambulatory monitoring technologies.

Les enfants atteints de paralysie cérébrale présentent souvent des troubles de la locomotion. La chirurgie orthopédique vise à améliorer la marche de ces enfants. La perspective de ce travail est de simuler ces effets.Dans ce sens, un modèle anthropométrique 3D représentant un humain, avec des pieds articulés, est développé. La marche est simulée avec une technique d’optimisation LQP, sous contraintes. Les simulations sont réalisées dans le simulateur dynamique multi-corps XDE.Trois types de contact pied-sol sont implémentés. La marche humaine non pathologique est générée avec les déroulements de pieds standards. Des données issues de la capture du mouvement sont utilisées afin d’améliorer les allures de marche générées. Des vitesses de marche et des longueurs de pas supérieures à celles généralement obtenues avec des robots humanoïdes marchant avec des pieds plats sont atteintes. Ces valeurs, ainsi que la cinématique du plan sagittal, sont proches de celles rencontrées chez l’humain. Les deux autres contacts pied-sol développés concernent la marche sur la pointe des pieds et pieds plats avec déroulement du talon. Différentes longueurs de pas et vitesses de marche sont atteintes pour ces deux types de contact. L’effet virtuel de la modification des limites articulaires est testé sur les marches non pathologiques et sur la pointe des pieds. Le système de simulation développé permet de générer des allures de marche en tenant compte de ces modifications. Dans certains cas, les marches générées reproduisent certaines caractéristiques des marches des enfants atteints de paralysie cérébrale.Des limites et des perspectives de l’approche développé dans ce travail sont discutés. / Children with cerebral palsy generally develop gait impairments. Orthopaedic surgery aims to improve the gait and the function of those children by specific procedures. The perspective of this work is to simulate their effects. In order to do that, an anthropomorphic 3D human model with an articulated foot is developed. A task-oriented Linear Quadratic Programming is used to dynamically simulate walking through constrained optimization. The motion is simulated in the multibody dynamics XDE framework. Three different patterns of foot contacts with the ground are implemented. Asymptomatic human walking is first generated with all the normal foot rockers. Experimental data from motion capture systems is used to improve the generated gait patterns. Greater walking speeds and step lengths than usually obtained with flat feet humanoid robots are simulated. They are close to those of healthy human walking, as well as sagittal kinematics. Dynamical data stay within the magnitudes encountered in human walking. Toe walking and flat feet walking with heel off motion, currently observed in children with cerebral palsy, are the two other developed patterns. Different steps lengths and walking speeds are possible for these two types of motion. The virtual effect of modifying joint limits constraints is tested on different asymptomatic or toe walking simulations. The developed simulation system is able to deal with these changes and to produce walking motions. In some cases, the generated gait patterns reproduce features of cerebral palsy children's walking. Limits and perspectives of this dynamic simulation approach are extensively discussed.

Résumé : Au Canada, annuellement il y a près de 10 000 personnes disparues. Pour les retrouver chaque fois une alerte est donnée. La police et les groupes de recherche terrestre spécialisés travaillent pour la retrouver, mais, par où commencer? Dans quelles directions orienter les recherches? Combien du temps pour balayer les différents secteurs? C’est souvent une question d’heures ou même des minutes pour la retrouver vivante. La théorie de recherche a trois concepts essentiels; la probabilité d’aire, la probabilité de détection et la probabilité de succès. Notre travail a cherché à préciser la probabilité d’aire. L’objectif de ce travail de recherche a consisté à développer un algorithme pour élaborer des cartes d’isochrones automatiques de la vitesse de marche probable des disparus. Il tient compte des restrictions dues aux variables environnementales (relief, occupation du sol, météorologie) et anthropiques (âge, sexe, taille, poids et activité physique). Le travail est développé au tour d’un système d’information géographique. Sur ceci nous distinguons deux groupes des données. Le premier correspond aux données attributaires que servent à générer la zone tampon et les facteurs de vitesse de l’individu. Ces données sont attachées à la couche du point initial. Dans le deuxième groupe, nous trouvons les données à référence spatiale intérieures à la zone tampon. Les facteurs de vitesse de l’individu et la carte de pentes génèrent la carte de vitesses par superficie. Les données de couverture de sol, quant à elles, produisent la carte de coût de traversée de la superficie. Finalement, la multiplication des deux dernières cartes produit la carte de coût de voyage, laquelle est le résultat essentiel pour concevoir la carte des courbes isochrones. Un algorithme a été construit et développé en langage de programmation Python. Il a été exécuté avec des données saisies dans l’environnement d’ArcGis 10.2. Nous avons observé une tendance des disparus à rester dans un rayon d’une heure de marche à partir du point initial (Pl). De plus, des variables comme les routes, sentiers et lignes de transport d’énergie influencent la marche. Finalement nous avons trouvé que l’outil aide au confinement de la probabilité d’aire. L’outil se démarque par sa simplicité d’usage. À l’intégration des facteurs de marche qui sont reliés à l’individu. Ainsi qu’à l’inclusion des facteurs météorologiques. Il peut s’exécuter partout au Canada. / Abstract : In Canada, annually there are about 10 000 missing persons. To find them whenever a warning is given. Police and specialized ground search groups work to find her, but where to start? In what directions guide research? How much time to scan the different sectors? It is often a matter of hours or even minutes to find her alive. The search theory has three basic concepts; the probability of area, the probability of detection and probability of success. Our work has sought to precise the probability of area in land search. The aim of this research was to develop an algorithm to make automatic isochrone maps that show the probability walking time of the missing person. It takes account of restrictions due to environmental variables (topography, land use, meteorology) and anthropogenic (age, sex, height, weight and physical activity). The work was developed around a geographic information system. On top of this, we distinguish two groups of data. The first is the attribute data that are used to generate the buffer zone and the individual speed factors. These data are attached to the initial planning point layer. In the second group, we find the internal spatial data in the buffer zone. The individual factors of speed and slope map produced the speed map. Ground cover data generated the cost map of crossing the area. Finally, the multiplication of the last two maps produced the travel cost map, which is the last step to design the isochrone map. An algorithm has been built and developed in the Python programming language. It was performed with the data entered into the ArcGIS 10.2 environment. We observed a trend of lost persons to stay around an hour's walk from the initial planning point (IPP). In addition, variables such as roads, paths and power transmission lines affect the walking speed. We found that the tool aid to precise the containment of probability of area. The tool is distinguished by its ease of use. With the integration of walking factors that are connected to the lost persons. We include meteorological factors. It can run across Canada.

L'Analyse Quantifiée de la Marche (AQM) est un examen permettant d'identifier et de quantifier les défauts de marche d'un patient à partir de données biomécaniques. L'interprétation de cet examen, conduisant à l'explication des défauts de marche, est ardue. Parmi ces défauts, la marche digitigrade est un des plus courants et pour lequel l'identification des causes demeure difficile. Ce travail propose de fournir une aide à l'interprétation des données de l'AQM pour la marche digitigrade. Afin d'atteindre cet objectif, une méthode d'Extraction de Connaissances à partir de Données (ECD) est utilisée en combinant un apprentissage automatique non-supervisé et supervisé, pour extraire objectivement des connaissances intrinsèques et discriminantes des données de l'AQM. L'apprentissage non-supervisé (c-moyennes floues) a permis d'identifier trois patrons de marche digitigrade à partir de la cinématique de la cheville provenant d'une base de données de plus de 2500 AQM (Institut Saint-Pierre, Palavas, 34). L'apprentissage supervisé est utilisé pour expliquer ces trois patrons de marche par des mesures cliniques sous la forme de règles induites à partir d'arbres de décision flous. Les règles les plus significatives et interprétables (12) sont sélectionnées pour créer une base de connaissances qui est validée au regard de la littérature et des experts. Ces règles peuvent servir d'aide à l'interprétation des données de l'AQM pour la marche digitigrade. Ce travail ouvre différentes perspectives de recherche allant de la généralisation de la méthode utilisée à la création d'un simulateur de marche pathologique.