L’objectif principal de ce travail est d’étudier la faisabilité de réaliser des mesures du travail mécanique au cours de différentes marches pathologiques et de répondre à la question suivante : « La mesure du travail mécanique permet-elle d’expliquer l’augmentation du coût énergétique de la marche dans différents déficits unilatéraux ? ». L’énergétique et la mécanique de la marche ont été évaluées dans les quatre déficits unilatéraux suivants : l’hémiparésie, la gonarthrose unilatérale, l’arthroplastie totale d’un genou et l’amputation partielle d’un membre inférieur. Au terme de ce travail, il apparaît que : (a) les mesures du travail mécanique sont réalisables dans les quatre déficits unilatéraux choisis ; (b) les variables mécaniques permettent d’expliquer l’augmentation du coût énergétique de la marche ; (c) l’augmentation du coût énergétique ne peut être expliquée par l’inefficacité du mécanisme pendulaire de la marche.

La marche est le mode de locomotion naturel de l’homme. Malgré les très nombreuses études s’y étant intéressé, cela reste un mouvement complexe. Ceci est d’autant plus vrai lorsqu’une pathologie vient le perturber. Dans le cadre clinique, le recueil de données réalisé est appelé l’Analyse Quantifiée de la Marche (AQM). Elle s’adresse, notamment, à des patients souffrant de troubles de la marche issus de pathologies affectant le système nerveux central. La quantité dedonnées pouvant être extraite d’une AQM étant très importante, des index ont été définis et validés. Le Gillette Gait Index (GGI), le Gait Deviation Index (GDI) et l’Edinburgh Visual Gait Score (EVGS) sont parmi les plus utilisés. Leurs limites principales sont qu’ils ont été définis que pour la prise en charge des enfants paralysés cérébraux et qu’ils sont basés presque exclusivement sur la cinématique. Les modalités de calcul de ces index n’étant pas spécifiques de la pédiatrie, dans un premier temps, nous avons voulu voir comment ceux-ci se comportaient chez l’adulte. Nous avons ainsi, par la démonstration de l’applicabilité du GGI, du GDI et de l’EVGS, validé le principe de l’AQM chez l’adulte. Cependant, de façon courante, l’AQM comprend dans son protocole un enregistrement électromyographique (EMG) qui ne fait que très rarement l’objet d’une réelle quantification à la marche. Nous avons donc, dans un second temps, défini un nouvel index dequantification de la marche pathologique basé sur l’EMG : le Ker-EGI. Cet index reprend la philosophie et le modèle mathématique du GDI. Nous avons validé le Ker-EGI chez l’adulte en le corrélant avec le GGI, le GDI et l’EVGS. Ce nouvel index va permettre de réaliser, à moindre coût, un meilleur suivi au quotidien des patients. Il est plus accessible en routine clinique et pourra être associé à l’EVGS pour donner un tableau clinique complet du patient (regards neuromoteur etcinématique) / Walking is the natural way of locomotion for human. Nevertheless, despite numerous studies, it remains a complex movement. This is all the more real when a pathology disturbs it. Data collection made on patients is called Clinical Gait Analysis (CGA). This is dedicated, in particular, to patients with a central nervous system disorder. As data outcoming from the CGA could be very heavy, indices have been defined and validated. Among the most used are the Gillette Gait Index(GGI), the Gait Deviation Index (GDI) and the Edinburgh Visual Gait Score (EVGS). Their main limitations are that they have only been defined for children with cerebral palsy and they are based quite solely one kinematics. As the methods to compute these indices are not child-specific, we have first evaluated how they could also be used in adults. So, demonstrating the applicability of the GGI, the GDI and the EVGS, we have validated the principle of CGA in adults. Usually, the CGA’s protocol includes electromyographic measures (EMG), but rarely these data are really quantified. That is why, secondly, we have defined a new index of gait quantification based on EMG: the Ker-EGI. This index uses the philosophy and the mathematical model of the GDI. We have validated the Ker-EGI in adults correlating it with the GGI, the GDI and the EVGS. This new index more accessible in clinical routine allows to perform, for a lower cost, a better patient’s care in everyday life. Furthermore, if the Ker-EGI is associated with the EVGS, we have a more complete clinical picture with a neuro-motor and kinematic view of the patient

La marche est le mode de locomotion naturel de l'homme. Malgré les très nombreuses études s'y étant intéressé, cela reste un mouvement complexe. Ceci est d'autant plus vrai lorsqu'une pathologie vient le perturber. Dans le cadre clinique, le recueil de données réalisé est appelé l'Analyse Quantifiée de la Marche (AQM). Elle s'adresse, notamment, à des patients souffrant de troubles de la marche issus de pathologies affectant le système nerveux central. La quantité dedonnées pouvant être extraite d'une AQM étant très importante, des index ont été définis et validés. Le Gillette Gait Index (GGI), le Gait Deviation Index (GDI) et l'Edinburgh Visual Gait Score (EVGS) sont parmi les plus utilisés. Leurs limites principales sont qu'ils ont été définis que pour la prise en charge des enfants paralysés cérébraux et qu'ils sont basés presque exclusivement sur la cinématique. Les modalités de calcul de ces index n'étant pas spécifiques de la pédiatrie, dans un premier temps, nous avons voulu voir comment ceux-ci se comportaient chez l'adulte. Nous avons ainsi, par la démonstration de l'applicabilité du GGI, du GDI et de l'EVGS, validé le principe de l'AQM chez l'adulte. Cependant, de façon courante, l'AQM comprend dans son protocole un enregistrement électromyographique (EMG) qui ne fait que très rarement l'objet d'une réelle quantification à la marche. Nous avons donc, dans un second temps, défini un nouvel index dequantification de la marche pathologique basé sur l'EMG : le Ker-EGI. Cet index reprend la philosophie et le modèle mathématique du GDI. Nous avons validé le Ker-EGI chez l'adulte en le corrélant avec le GGI, le GDI et l'EVGS. Ce nouvel index va permettre de réaliser, à moindre coût, un meilleur suivi au quotidien des patients. Il est plus accessible en routine clinique et pourra être associé à l'EVGS pour donner un tableau clinique complet du patient (regards neuromoteur etcinématique)

Les systèmes de biofeedback sont encore développés de façon ad 'hoc de nos jours. Aucun modèle ou cadre conceptuel n'existe qui regroupe et synthétise l'ensemble des découvertes réalisées, cela rendant difficile, voire impossible la comparaison d'un système à un autre pas plus que la réutilisation d'une ou plusieurs parties. Peu de dispositifs impliquent l'utilisateur dès les premières étapes de la conception. Il est pourtant partie prenante, dans ses attentes envers le système et dans la prise en compte de ses capacités physiologiques ou cognitives. L'information qui lui est restituée aura un impact certain, tant sur son engagement personnel dans le processus de rééducation que dans sa motivation à le mener jusqu'à son terme. Dans ce contexte, l'objectif de ces travaux de thèse est de faire un apport dans la conception et le développement des dispositifs de biofeedback, en adoptant une approche qui considère le patient avant tout comme l'utilisateur d'un système et en le plaçant au centre la boucle de biofeedback. Après deux revues de littérature sur les systèmes de biofeedback et sur l'utilisation de la modalité audio, nous présentons notre première contribution : le cadre de conception de systèmes de biofeedback centré utilisateur qui synthétise les meilleures pratiques de la littérature à travers une terminologie commune. Il met en évidence les principaux composants qui interviennent dans la boucle de biofeedback : les capteurs, les données, les traitements de bas niveau, la fusion multi capteurs, l'exploitation de haut niveau et enfin le rendu. Nous complétons ce cadre conceptuel par ce que nous considérons comme un point fondamental : la chaîne d'influence. Elle permet de définir ce qui a trait à l'étude des systèmes de biofeedback, mais aide aussi à préciser clairement les buts des parties prenantes que sont le praticien et l'utilisateur, les capacités de ce dernier et enfin le contexte d'utilisation. Les contributions suivantes mettent l'accent sur l'information présentée en retour à l'utilisateur : le rendu. Une première expérimentation évalue les niveaux sonores discriminables par les utilisateurs sans apprentissage. La seconde compare différentes techniques décrivant l'évolution des pressions plantaires dans le cadre de la marche afin d'évaluer la technique la plus à même de permettre aux utilisateurs de discriminer une marche pathologique d'une marche saine. Nous présentons enfin les outils d'exploration sonore que nous avons conçus et développés, complétés par un émulateur de dispositif de pressions plantaires. / Biofeedback devices are still ad 'hoc developing nowadays. No model or conceptual framework exists which gathers and summarizes all the discoveries, making it difficult or impossible to compare one system to another nor reuse of one or more element. Few devices involve the user in the early stages of design. However, he is involved in its expectations of the system and in consideration of its physiological and cognitive abilities. The information that is returned to him will have an impact on both his personal commitment to the rehabilitation process in its motivation to carry on to completion. In this context, the purpose of this thesis work is to make a contribution in the design and development of biofeedback devices, adopting an approach that considers the patient foremost as the system's user and placing him in the centre of the biofeedback loop. Following two literature reviews on biofeedback systems and the use of the auditory modality, we present our first contribution: a user centered biofeedback system design framework that synthesizes the best practices of literature through a common terminology. It highlights the main components involved in the biofeedback loop: sensors, data, low-level processing, multi-sensor fusion, high-level operation and finally rendering. We complete this framework by what we see as a fundamental point: the chain of influence. It relates to the study of biofeedback systems, but also helps to clearly define the goals of the stakeholders that are the practitioner and the user. It cares for the capabilities of the latter and finally the context of use. The following contributions focus on the information presented back to the user: the rendering. A first experiment evaluates discriminable sound levels by users without learning. The second compares different techniques describing the evolution of plantar pressure within walking to assess the most likely way to allow users to distinguish a pathological walking of healthy walking. Finally, we present the sound exploration tools we have designed and developed, complemented by a plantar pressure device emulator.