Lorsqu'une ischémie a lieu dans un territoire tissulaire des membres inférieurs, elle peut être à l'origine de douleurs survenant à la marche, limitant ainsi la capacité de marche des patients. Cette évaluation de la capacité de marche est difficile en raison de la difficulté qu'ont les patients à évaluer leurs limitations à la marche. Différents outils de mesure ont été développés comme des questionnaires, des tests de laboratoire notamment sur tapis et des tests ambulatoires comme le GPS. Les travaux menés ont permis de montrer les limites d'un questionnaire préalablement validé ( Walking Impairment Questionnaire) et de développer un nouveau questionnaire d'évaluation de la capacité de marche plus court et tout aussi fiable. De plus, le concept de variabilité de la capacité de marche à court terme a été mis en évidence par GPS. Cette variabilité à court terme pourrait être l'une des explications à cette difficulté d'évaluation de la capacité de marche. Les durées optimales du test sur tapis à charge constante ont aussi été précisées. Enfin, différentes localisations ischémiques ont été présentées au niveau des membres inférieurs et nous avons montré que certains patients avec une limitation de la capacité de marche ont une hypoxémie d'effort à la marche. Celle-ci pourrait être la cause de leur limitation de leur capacité de marche. Ces travaux permettront de mieux évaluer la capacité de marche de l'artériopathe à la fois pour le diagnostic mais aussi pour la prise en charge thérapeutique.

L'objectif de cette thèse était d'appréhender les effets de la croissance et de l'expertise sur les propriétés biomécaniques des membres inférieurs de l'Homme. Pour ce faire, une série d'expérimentations se basant sur un modèle "masse-ressort" associé à des tâches de sauts verticaux ont été menées dans des conditions de terrain. Nous avons démontré dans un premier temps qu'un système accélérométrique transportable et autonome pourrait être utilisé, in situ, d'une manière fiable et valide afin d'estimer l'ensemble des paramètres mécaniques et indices neuromusculaires étudiés au cours de ce travail de recherche. Ensuite, au cours d'une étude croisée, nous avons identifié un âge d'or pour la maturation des paramètres neuromusculaires des membres inférieurs qui se situe autour de 15-16 ans, âge de début de différenciation fille/garçon et d'évolution des propriétés neuromusculaires du cycle étirement-renvoi vers l'âge adulte. Enfin, nous avons étudié l'effet de l'expertise sur les qualités physiques du sportif. Les résultats montrent clairement que le comportement neuromécanique des membres inférieurs évolue avec l'expertise sportive, d'une façon spécifique à l'activité.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le vieillissement de la population mondiale s’accompagne de l’augmentation de la prévalence des maladies non transmissibles, dont certaines liées à l’athérosclérose. Les études épidémiologiques sur l’artériopathie oblitérante des membres inférieurs (AOMI) ont été majoritairement menées dans les pays occidentaux. Peu d’entre elles sont conduites dans les pays à faible et moyen revenu, comme les pays africains alors que la rapide transition socio-économique de ces pays entraîne une modification épidémiologique importante. Le programme EPIDEMCA (Épidémiologie des Démences en Afrique Centrale), enquête épidémiologique transversale multicentrique en population générale âgée de 65 ans et plus, a été mené en zones rurales et urbaines de deux pays d’Afrique Centrale: la République Centrafricaine (RCA) et la République du Congo (RDC), entre 2011 et 2012. Durant la première phase, l’enquête épidémiologique a permis de déterminer la prévalence de l’AOMI et d’analyser les facteurs de risque associés. L’AOMI a été définie par un Index de Pression Systolique (IPS) ≤ 0,9. Parmi les 1871 participants évalués sur le plan vasculaire, la prévalence de l’AOMI a été de 14,8% et atteignant 22,2% pour les sujets âgés de 80 ans et plus. Une prévalence plus importante de l’AOMI a été retrouvée dans les zones urbaines en RDC (20,7% versus 14,4% dans la zone rurale, p=0,0114). Cette différence n’a pas été retrouvée en RCA (11,5% urbain versus 12,9%, rural p=NS). Après ajustement à tous les possible facteurs confondants, des facteurs de risque associés avec l’AOMI ont été décrits : l’âge (OR: 1,03 ; p=0,0039), l’hypercholestérolémie (OR: 1,88 ; p=0,0034), le tabac (OR: 1,78 ; p=0,0026). Plus particulièrement, cette première étude en population générale ayant analysé spécifiquement le rôle de la dénutrition (Index de Masse Corporelle <18) dans l’AOMI met en évidence une association significative (OR: 2,09; p=0,0009) et ceci autant chez les hommes que chez les femmes (OR: 2,82; p= 0,0038 et respectivement OR: 1,75; p= 0,0492). Lors de la deuxième phase de l’étude, ayant permis la confirmation de l’atteinte cognitive, nous avons analysé l’association entre l’IPS et la présence des troubles cognitifs. La prévalence des troubles cognitifs s’est avérée être de 13,6%, plus importante chez les sujets avec IPS≤0,9 et IPS≥1,4 que chez les sujets avec 0,9<IPS<1,4 (20,1% et 17% versus 12%, p=0,0024). La présence des troubles cognitifs a été significativement associée avec l’âge (OR: 1,09; p<0,0001), le sexe féminin (OR: 2,36; p<0,0001), la consommation de tabac (OR: 1,78; p=0,0026) et l’IPS <0,90 (OR: 1,52; p=0,0359). Ce travail, s’inscrivant dans le cadre du programme EPIDEMCA, contribue à une meilleure connaissance de l’épidémiologie de l’AOMI sur le continent Africain. Il souligne la haute prévalence de cette pathologie, comparable aux pays occidentaux décrit les facteurs de risque spécifiques associés et met en évidence l’importance des outils de diagnostic de l’athérosclérose (IPS), fiables, peu coûteux et d’utilisation facile dans le dépistage des sujets à risque polyvasculaire. / With the aging of the global population, the prevalence of non-communicable, including cardiovascular, diseases is increasing. While epidemiological studies on peripheral artery disease (PAD) have been mainly conducted in high-income countries, a few have been carried out in low-and middle-income countries, including in Africa. EPIDEMCA (Epidemiology of Dementia in Central Africa) is a cross-sectional population-based study in rural and urban areas of two countries of Central Africa: Central African Republic (CAR) and the Republic of Congo (ROC). Overall, its aim was to investigate the health status in aging population in Central Africa, with a special focus on cognitive disorders, PAD (Ankle-Brachial Index (ABI) ≤0.90). and cardiovascular risk factors as well as their inter-relationship. The EPIDEMCA program was carried out, among people aged 65 years and over, between 2011 and 2012. Among 2002 subjects who agreed to participate, reliable demographic and vascular data were available in 1871 subjects.Overall, the prevalence of PAD was 14.8% reachting 22.2% after the age of 80. The prevalence was higher in ROC than in CAR (17.4% vs. 12.2%, p=0.0071) and in females than males (16.6% vs. 11.9%, p=0.0122). Higher rates of PAD were found in urban area in ROC (20.7% vs. 14.4% in rural area, p=0.0114), not in CAR (11.5% vs. 12.9%, p=ns). In the multivariate analysis, PAD significantly associated factors were described: age (OR: 1.03; p=0.0039), dyslipidemia (OR: 1.88; p=0.0034), smoking (OR: 1.78; p=0.0026), and more specifically undernutrition (OR: 2.09, p=0.0009). Undernutrition was still significantly associated with PAD after adjustment to all potential confounding factors in males as well as in females (OR: 2.82, p= 0.0038 respectively OR: 1.75, p= 0.0492). As epidemiological research on the implication of atherosclerosis in the development of cognitive impairment in general population is lacking in Africa, we focused on the role of ABI as an available marker of atherosclerosis, providing independent and incremental information on subjects’ susceptibility to present cognitive disorders.The prevalence of cognitive impairment among the study participants was 13.6%, higher in subjects with ABI≤0.9 and ABI≥1.4 than those with 0.9<ABI<1.4 (20.1% and 17% vs. 12%, p=0.0024). Cognitive impairment was significantly associated with age (OR: 1.09; p<0.0001), female gender (OR: 2.36; p<0.0001), smoking (OR: 1.78; p=0.0026) and low (≤0.90) ABI (OR: 1.52; p=0.0359). The EPIDEMCA program contributes to a better understanding of PAD in general African population. It highlights the the high prevalence of PAD on the African continent, describes specifically associated risk factors and underlines the importance of an available, inexpensive marker of atherosclerosis in order to detect risk populations in these countries.

La lombalgie est un problème de santé public induisant de nombreuses répercussions sur le plan économique et social. Le passage à la chronicité concerne moins de 10% des lombalgies, mais représente 85% des coûts liés à la prise en charge de cette pathologie. Dans ce contexte, il parait indispensable de pouvoir optimiser les programmes de réentrainement à l’effort du lombalgique chronique afin de les rendre le plus efficace et le plus pertinent possible. Ce travail de thèse a pour objectif d’évaluer les facteurs mécaniques des membres inférieurs au moyen des relations moment-vitesse dans des conditions isocinétiques. Dans une première étude, nous avons évalué les muscles extenseurs du genou et les muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc chez des sujets lombalgiques et des sujets sains. Nous avons, ainsi mis en évidence une faiblesse significative au niveau de la force et de la puissance des muscles extenseurs du genou chez les sujets lombalgiques associée à la faiblesse musculaire du tronc classiquement évoquée pour cette population. Après avoir mis en place, dans une seconde étude, un protocole d’évaluation permettant d’établir des relations moment- et puissance-vitesse pour les muscles extenseurs et fléchisseurs de la hanche, nous avons évalué la force et la puissance de ces groupes musculaires chez des sujets lombalgiques. Les résultats ont, comme pour la première étude, mis en avant une faiblesse significative au niveau de la force et de la puissance de ces groupes musculaires, par rapport à des sujets sains, avec un déficit plus marqué au niveau des extenseurs, comme pour le tronc. L’ensemble des résultats obtenus dans le cadre de ce travail de thèse démontre qu’il est important de proposer un travail de force et de puissance au niveau des membres inférieurs pour les patients lombalgiques chroniques afin de mieux lutter contre le syndrome de déconditionnement qui touche l’ensemble des chaines musculaires des patients. / Low back pain is a public health problem inducing economical and social consequences. Chronicity involves less than 10% of low back pain, but represents 85% of the total costs related to this pathology. In this context, it seems essential to optimize chronic low back pain rehabilitation programs to make them more effective and relevant. The purpose of this phD was then to evaluate lower limbs mechanical factors using torque- and power-velocity relationships. In a first study, knee extensors muscles and trunk flexor and extensor muscles were evaluated in chronic low back pain and healthy subjects. A significant knee extensor strength and power weakness weas observed for chronic low back pain subjects, associated with the typical trunk weakness referred to this population. The second study focused on establishing a protocol allowing assessing hip flexor and extensor torque- and power-velocity relationships. This protocol was then applied to evaluate flexor and extensor hip muscles in chronic low back pain subjects. Results, in accordance with the first study, highlighted a significant strength and power weakness for hip muscle groups in chronic low back pain relative to healthy subjects, with a greater hip extensor deficit, as it is generally observed for the trunk.In conclusion, these different studies showed the importance of proposing torque and power lower limbs rehabilitation for chronic low back pain patients to better fight against the deconditioning syndrome that affects all muscular chains in this population.

**Introduction :** Les individus atteints de paralysie cérébrale de type hémiparésie spastique présentent une variété plus importante d'atteintes motrices et sensorielles dans un membre supérieur par rapport à l'autre, ainsi que des déficits de coordination bilatérale. Les atteintes bilatérales se retrouvent dans plusieurs types de tâche, dont notamment des tâches bilatérales asymétriques avec but indépendant et des tâches symétriques avec but commun. Les évaluations de la fonction motrice disponibles se concentrent principalement sur l'évaluation des fonctions de la main la plus affectée, et il existe peu d'évaluations quantitatives de la coordination bilatérale. De plus, la relation entre les atteintes motrices et sensorielles n'a pas été bien caractérisée dans cette population. Au cours des dernières années, des systèmes robotisés permettant d'objectiver les atteintes motrices et sensorielles, ainsi que des évaluations par accélérométrie permettant d'évaluer l'utilisation relative des membres supérieurs dans des contextes réels, ont été utilisés et validés chez les enfants atteints de paralysie cérébrale. Cependant, peu d'études ont été menées chez les adultes atteints de paralysie cérébrale, bien que l'on sache que les fonctions motrices et sensorielles ont tendance à diminuer avec l'âge. **L'objectif de cette thèse** est de décrire les atteintes motrices et sensorielles aux membres supérieurs, ainsi que leur impact sur l'utilisation de la main la plus atteinte dans les activités de la vie quotidienne chez des adultes ayant la paralysie cérébrale. **Méthodologie :** Dix-neuf adultes (34,3 ± 11,5 ans, *Manual Ability Classification Scale* : I= 7, II= 6, III= 6) ayant la paralysie cérébrale ont été recrutés afin de réaliser deux séances d'évaluation composées d'une variété d'évaluations motrices (unilatérales et bilatérales) et sensorielles (discrimination tactile, stéréognosie, proprioception et perception visuelle). Les évaluations effectuées se regroupent en trois catégories, soit des évaluations cliniques, des évaluations robotisées (exosquelette Kinarm) et des évaluations par accélérométrie (Actigraph GT9x). **Résultats** L'étude présentée au Chapitre I a permis d'identifier que les adultes avec la paralysie cérébrale présentaient davantage d'atteintes au niveau de leurs fonctions motrices bilatérales (78,9%) qu'unilatérales (63,2%). Au niveau de leur fonction motrice unilatérale, ils présentent davantage d'atteintes dans leur main la plus atteinte (63,2%), même si près d'un tiers des participants présentent également des atteintes dans leur main la moins atteinte. Ils présentent également des difficultés plus fréquentes à planifier leurs mouvements (52,6%) qu'à les corriger avec rétroaction (31,2%). L'étude présentée au Chapitre II démontre que la méthode de quantification par accélérométrie est une méthode valide afin de quantifier l'utilisation des membres supérieurs chez les adultes ayant la paralysie cérébrale. L'étude présentée dans le Chapitre III a révélé que les adultes atteints de paralysie cérébrale utilisent leur membre supérieur le moins affecté de manière plus importante lors de la réalisation des activités quotidiennes, que ce soit en termes de temps ou d'intensité d'utilisation. Elle a également permis d'identifier que la présence d'atteintes de la fonction motrice bilatérale est associée de façon plus importante à la sous-utilisation du membre supérieur le plus atteint dans les activités du quotidien. La revue systématique présentée au Chapitre IV a permis d'identifier la présence d'une association modérée entre les atteintes de la fonction tactile et de la fonction motrice. Une tendance était également présente au niveau de la proprioception et de la perception visuelle, mais le nombre restreint d'études inclus ne permettaient pas de conclure. L'étude présentée au Chapitre V a permis d'identifier des atteintes importantes au niveau de la stéréognosie (57,9%), de la proprioception (44,4%) et de la perception visuelle (47,4%), alors que la discrimination tactile et la stéréognosie étaient les plus souvent associées aux atteintes motrices. **Conclusions:** Les adultes atteints de paralysie cérébrale présentent des altérations de la fonction motrice bilatérale plus prononcées qu'unilatérale, et ces altérations contribuent de manière significative à l'utilisation asymétrique des membres supérieurs dans la vie quotidienne. La présence de déficits au niveau de la planification des mouvements semble contraindre les adultes atteints de paralysie cérébrale à dépendre davantage de la rétroaction sensorielle pendant les tâches. Cependant, la présence de déficits sensoriels, ne leur permettent pas toujours de compenser les atteintes de planification présentes en utilisant la rétroaction fournie dans l'environnement. / **Introduction:** Individuals with spastic hemiparetic cerebral palsy exhibit greater motor and sensory impairments in one upper extremity compared to the other, along with bilateral coordination impairments. Bilateral impairments are found in several task types, including asymmetrical bilateral tasks with independent goals and symmetrical tasks with common goals. The motor assessments available primarily focus on evaluating the functions of the most affected hand, with few quantitative assessments of bilateral coordination. Moreover, the relationship between motor and sensory impairment have not been well characterized in individuals with cerebral palsy. During the last few years, the robotic devices quantifying motor and sensory impairments, along with accelerometry assessment evaluating the relative utilization of upper extremities during activities of daily living, has been used and validated in children with cerebral palsy. However, few studies have focused on adults with cerebral palsy, despite the known decline in motor and sensory functions with aging. The **aim** of this thesis is to describe upper extremity motor and sensory impairments, along with their impact on the utilization of the more affected arm during activities of daily living in adults with cerebral palsy. **Methods.** Nineteen adults (34.3 ± 11.5 years old, *Manual Ability Classification Scale*: I= 7, II= 6, III= 6) participated in two sessions comprising different motor (unilateral and bilateral) and sensory assessments (tactile discrimination, stereognosis, proprioception and visual perception). The assessments performed fall into three categories, either clinical, robotic (Kinarm exoskeleton) or accelerometry (Actigraph GT9x) assessments. **Results:** The study presented in Chapter I showed that quantification by accelerometry is a valid method for quantifying upper limb utilization in adults with cerebral palsy. The study presented in Chapter II identified that adults with cerebral palsy exhibit more bilateral impairments (78.9%) than unilateral impairments (63.2%). For the unilateral impairments, they show more impairments in their more affected arm (63.2%), although almost a third of participants also show impairments in their less affected arm. They also exhibit more impairments in feedforward control (52.6%) than in feedback control (31.2%). The results presented in Chapter III showed that adults with cerebral palsy utilize their less affected arm more during activities of daily living, both in terms of intensity and duration of use. This study also demonstrated that bilateral motor impairments are more frequently associated with reduced utilization of the more affected arm. The systematic review presented in Chapter IV identified a moderate association between tactile function and motor function. While there was also a trend suggesting an association with proprioception and visual perception, the number of included studies was insufficient to draw definitive conclusions. The study presented in Chapter V identified greater impairments in stereognosis (57.9%, proprioception (44.4%) and visual perception (47.4%) while the tactile discrimination and the stereognosis where more frequently associated with motor impairments. **Conclusions:** Adults with cerebral palsy exhibit more motor bilateral impairments than unilateral impairments, and these impairments contribute significantly to asymmetrical upper extremity utilization during activities of daily living. The presence of impairments in motor planning seems to force adults with cerebral palsy to rely more heavily on sensory feedback provided during tasks. However, the presence of sensory deficits, and their association with motor impairments, do not always allow them to compensate for their planning impairments.

**Introduction :** Les activités quotidiennes nécessitent l'anticipation des mouvements et la coordination des membres supérieurs. La planification motrice implique le contrôle des paramètres du mouvement, avant l'action. Le contrôle moteur repose sur des mécanismes de rétroaction (*feedback*), basé sur le retour direct des informations sensorielles pendant l'exécution, et d'anticipation (*feedforward*) reposant sur les représentations internes des propriétés de l'environnement, qui sont sous-tendus par des voies de matière blanche distinctes. L'imagerie par résonance magnétique de diffusion a montré l'implication des voies cortico-cérébelleuses dans la planification motrice, notamment dans le contrôle *feedforward*. La planification motrice est altérée dans de nombreuses populations ayant des atteintes neurologiques et contribuerait aux symptômes sensorimoteurs. Par exemple, les enfants avec une paralysie cérébrale, causée par des altérations précoces du cerveau en développement, présentent des déficits de la planification motrice, associés à des anomalies des voies de matière blanche liées à l'exécution motrice. Cependant, le lien entre le contrôle *feedforward* de ces enfants et les voies de matière blanche de la planification motrice est peu documenté. L'**objectif générale** de cette thèse est de caractériser la planification motrice chez les enfants avec une paralysie cérébrale et d'évaluer la présence d'association avec l'intégrité des voies cortico-cérébelleuses et d'autres voies impliquées dans le contrôle moteur. **Méthode :** Une revue systématique, présentée dans le *chapitre 2*, a permis de recenser les déficits de planification motrice à travers différentes tâches chez des individus avec une paralysie cérébrale de 3 à 21 ans. Le contrôle *feedforward* a été évalué chez 40 enfants à développement typique (12.12 ± 2.63; **chapitre 4**), puis a été comparé à celui de 9 enfants avec la paralysie cérébrale (11.06 ± 2.01 ; **chapitre 5**) grâce à une tâche de saisie et soulèvement d'objets. Les voies de matière blanche, notamment cortico-cérébelleuses ont été reconstruites et quantifiées grâce à une méthode de neuroimagerie par diffusion, dont les étapes de prétraitement et d'analyses ont été testées dans le **chapitre 3. Résultats :** Les résultats du **chapitre 2** montrent des déficits de planification motrice, soit généralisés aux deux membres supérieurs, soit latéralisés dans le membre non dominant/parétique des enfants avec la paralysie cérébrale, en fonction du type de tâche utilisée. L'étude du **chapitre 3** sur la méthode d'analyse de neuroimagerie de diffusion, a démontré sa capacité à reconstruire et caractériser les voies de matière blanche chez les enfants avec une paralysie cérébrale, y compris les voies cortico-cérébelleuses. Le contrôle *feedforward* des forces mis en évidence dans le **chapitre 4** indique peu de différences entre des enfants à développement typique âgés de 8 à 11 ans et ceux de 11 à 17. Ceci suggère un contrôle *feedforward* mature à 8 ans, bien que quelques variables semblent évoluer plus tardivement. Dans le **chapitre 5**, des déficits de contrôle des forces sont rapportés uniquement pour la main non dominante des enfants avec une paralysie cérébrale, par rapport aux enfants à développement typique. Également, les enfants avec une paralysie cérébrale n'adaptent pas leurs forces au fur et à mesure des essais comparativement aux enfants à développement typique. Dans cette même étude, l'asymétrie du contrôle des forces est associée à l'asymétrie de variables microstructurelles et macrostructurelles des voies corticospinales et fronto-pariétales (i.e., fascicule longitudinal supérieur), impliquées dans la commande motrice et l'intégration sensorimotrice. Contrairement à notre hypothèse, aucune corrélation n'est retrouvée entre le contrôle des forces et l'intégrité des voies corticocérébelleuses. **Conclusions :** Les enfants avec une paralysie cérébrale présentent des déficits de planification motrice dans des nombreuses tâches. Lorsqu'ils doivent saisir et soulever un objet, ils montrent un contrôle des forces atteint dans le membre parétique, résultant soit d'un contrôle *feedforward* altéré ou de l'utilisation d'un contrôle basé sur les rétroactions sensorielles (i.e., *feedback*). Les associations retrouvées avec les voies impliquées dans la commande motrice (i.e., corticospinales) et l'intégration sensorimotrice (i.e., fascicule longitudinal supérieur) soutiennent l'hypothèse que les déficits observés soient le fruit de déficits sensorimoteurs, plutôt qu'anticipatoires. Des recherches futures sont nécessaires pour identifier les voies de matière blanche responsables des différents mécanismes de planification motrice et pour déterminer les déficits dans les divers types de contrôle du mouvement. / **Introduction:** Most daily activities require the coordinated movement of the upper limbs and digits. Motor planning involves the anticipation of movement parameters before the action is executed. This control relies on feedback and feedforward mechanisms, which are based, on sensory integration during movement execution and on internal representations of environment characteristics, respectively. These processes are supported by different brain networks, with feedforward control relying on the cortico-cerebellar white matter pathway. Motor planning is impaired in various populations with neurological disorders, contributing to their sensorimotor symptoms. For example, children with cerebral palsy, a neuromotor disorder caused by early brain lesions, exhibit difficulties in planning movement alongside primary impairments of motor execution. The study of white matter pathways through diffusion magnetic resonance imaging has shown an association between feedforward control deficits and cerebral pathways involved in motor execution. However, little is known about the link between the integrity of the cortico-cerebellar pathway and feedforward control in children with cerebral palsy. Although these altered pathways are correlated with disturbances in fine motor skill, further research is needed to better understand the role of white matter abnormalities in motor planning impairments. Thus, this thesis aims to characterize motor planning in children with cerebral palsy and to assess its association with the integrity of the cortico-cerebellar system. **Method:** Through a systematic review (**chapter 2**), motor planning deficits were identified across various tasks among children with cerebral palsy. Force control was then assessed by age group in 40 typically developing children (mean age: 12.12 ± 2.63 years; **chapter 4**) and nine children with cerebral palsy (mean age: 11.06 ± 2.01 years; **chapter 5**) using a grasp and lift task. In this study (**chapter 5**), children with cerebral palsy underwent an MRI scan to acquire anatomical and diffusion images. The white matter pathways were reconstructed and quantified using preprocessing and analysis steps validated in chapter 3. **Results:** The systematic review (**chapter 2**) identified motor planning deficits that are either generalized to both upper limbs or lateralized in the non-dominant/paretic hand in children with cerebral palsy. The diffusion neuroimaging study (**chapter 3**) demonstrated the effectiveness of our pipeline in reconstructing and characterizing various white matter pathways in children with cerebral palsy, including the cortico-cerebellar system. Assessment of force control in typically developing children, in **chapter 4**, indicated little difference between children aged 8 to 11 years and those aged 11 to 17, although some force variables seem to develop later. Subsequently, force control deficits were observed in the non-dominant hand of children with cerebral palsy, compared to typically developing children (**chapter 5**). Moreover, they showed a lack of adaptation of force during the task, contrary to typically developing children, indicating the inability of children with cerebral palsy to construct internal representations of object properties. In this same study, force control asymmetry between upper limbs was associated with the asymmetry of microstructural and macrostructural variables of the corticospinal and frontoparietal (i.e., superior longitudinal fasciculus) pathways, but not with the corticocerebellar pathways. **Conclusions:** Children with cerebral palsy exhibit motor planning deficits, identified using a systematic review method. However, the deficits observed in the grasp and lift task may be attributable to either feedforward control deficits or the inappropriate use of feedback control strategy. This is further supported by correlations found with pathways involved in sensory integration and motor command, rather than feedforward control pathways. Children with cerebral palsy showed an inability to adapt their force and update internal models, which may more accurately reflect impairments in feedforward control. Future research is needed to identify the white matter pathways responsible for different motor planning mechanisms and to determine deficits in various types of movement control.

Introduction : Il est estimé que 10 à 15% des individus âgés de plus de 60 ans sont atteints d'arthrose de degrés variés, ce qui engendre des coûts élevés pour nos systèmes de santé. En particulier, l'arthrose fémoro-tibiale interne entraîne une diminution de l'activité physique et une plus grande sédentarité de la population atteinte à cause de la douleur ressentie durant les activités de la vie de tous les jours, comme la marche. Il a été montré que les personnes souffrant d'arthrose fémoro-tibiale ont souvent recours à des stratégies motrices compensatoires pour palier à la douleur. Ces stratégies motrices agissent en latéralisant les forces de contact articulaire, diminuant les contraintes entre le condyle fémoral et le plateau tibial interne. C'est ainsi que le ré-entraînement de la marche, une intervention prospective élaborée en recherche, qui vise à altérer le patron de marche des individus dans le but de diminuer les contraintes entre le condyle et le plateau tibiale a vu le jour. Toutefois, la relation entre les forces de contact articulaire et les modifications de marche n'a, à notre connaissance, pas été quantifiée. De plus, l'impact des modifications de marche sur les articulations de la cheville et de la hanche n'ont que peu été décrit dans la littérature scientifique. C'est pourquoi l'objectif général de la thèse est de décrire l'impact individuel d'une modification de la marche dans le but d'optimiser son implémentation dans la pratique clinique. L'hypothèse générale associée est qu'une modification de marche à un impact sur la cinématique et la cinétique de chaque articulation du membre inférieur. De plus, l'impact de ces modifications est modulée par l'indice de masse corporel et l'alignement du membre inférieur de chaque individu. Méthode : La collecte des données cinématiques et cinétiques a été effectuée à l'aide d'un système de capture du mouvement Vicon (9 caméras, Vicon motion system, Oxford, UK, 100Hz) et d'un tapis roulant instrumenté avec deux plateformes de force (Bertec, Columbus, OH, USA, 1000Hz). Les individus ont altéré leur marche à l'aide d'une rétroaction visuelle projetée sur un écran placé devant eux (Chapitre 4, N = 23 participants sains ; Chapitre 6, N = 29 participants sains). Les données de 120 individus souffrant d'arthrose fémoro-tibiale, ont été collectées la semaine précédant une arthroplastie totale unilatérale du genou. L'alignement du membre inférieur préopératoire a été évalué à l'aide d'une radiographie complète du membre inférieur et à l'aide d'un système de capture du mouvement (12 caméras, VICON Peak, Oxford, UK, 100Hz) dans une position debout standardisée. Résultats : Une modification de marche, simple ou combinée, visant à diminuer le moment d'adduction au genou impact aussi la cinétique à la cheville et/ou la hanche de manière significative (Chapitre 4). Un système de capture du mouvement n'est pas fiable pour estimer l'alignement du membre inférieur chez des individus avec un indice de masse corporel supérieur à 30kg/m² (Chapitre 5). L'interaction entre l'alignement du membre inférieur et les altérations de marche contribuent significativement à la variance observée aux moments de force externes chez une partie des individus (Chapitre 6). Conclusions : Une modification de marche implique aussi des variations significatives des moments de force externes au niveau de la cheville et de la hanche, et qui sont de plus modulées par les caractéristiques anatomiques individuelles. Les résultats soutiennent donc une approche personnalisée des modifications de la marche. En effet, d'un point de vue clinique, l'imagerie fournit des mesures objectives et directes des caractéristiques anatomiques individuelles, qui peuvent être utilisées en conjonction avec une analyse de mouvement spécifique au patient, pouvant fournir ainsi des informations importantes sur la façon dont l'anatomie et la biomécanique interagissent et peuvent être mises à profit pour améliorer et optimiser l'efficacité du ré-entraînement de la marche. En ce qui concerne la recherche, il sera important d'identifier les mécanismes qui expliquent la grande variabilité inter-sujet observée lors de l'adoption d'un nouveau patron de marche. / Introduction : It is estimated that 10% to 15% of people over the age of 60 have osteoarthritis of varying degrees, which results in high costs to healthcare systems. In particular, femoro-tibial osteoarthritis leads to a decrease in physical activity and a greater sedentary lifestyle due to the pain experienced during activities of daily living, such as walking. It has been shown that people with femoro-tibial osteoarthritis often use compensatory motor strategies for pain relief. These compensatory motor strategies act by lateralizing the joint contact forces, reducing the constraints between the femoral condyle and the internal tibial plateau. Gait retraining, a prospective intervention developed in research, aims to alter the gait pattern of individuals in order to reduce the constraints between the condyle and the tibial plateau. However, the relationship between joint contact forces and gait alterations has not, to our knowledge, been quantified. In addition, the impact of gait alterations on the ankle and hip joints is not well documented. This is why the general objective of the thesis is to describe the individual impact of gait retraining in order to optimize its implementation in clinical practice. The associated general hypothesis is that a change in gait has an impact on the kinematics and kinetics of each joint of the lower limb. In addition, the impact of these alterations is modulated by the body mass index and lower limb alignment of each individual. Methods : Kinematic and kinetic data collection was carried out using a Vicon motion capture system (9 cameras, Vicon motion system, Oxford, UK, 100Hz) and an instrumented treadmill with two force platforms ( Bertec, Columbus, OH, USA, 1000Hz). Individuals altered their gait using visual feedback projected onto a screen placed in front of them (Chapter 4, N = 23 healthy participants ; Chapter 6, N = 29 healthy participants). Data from 120 individuals (Chapter 5) suffering from femoro-tibial osteoarthritis were collected the week preceding a unilateral total knee arthroplasty. Preoperative lower limb alignment was assessed using a total lower limb radiography and motion capture system (12 cameras, VICON Peak, Oxford, UK, 100Hz) in a standardized standing position. Results : A gait alteration, single or combined, aimed at reducing the knee adduction moment also significantly impacts ankle and/or hip kinetics (Chapter 4). A motion capture system is not reliable for lower limb alignment estimation in individuals with a body mass index greater than 30kg/m² (Chapter 5). The interaction between lower limb alignment and gait alterations significantly contributes to the variance observed in lower limb joints external moments in some individuals (Chapter 6). Conclusion : Impaired gait also involves significant variations in external moments at the ankle and hip, which are further modulated by individual anatomical characteristics. The results therefore support a personalized approach to gait retraining. Indeed, from a clinical point of view, imaging provides objective and direct measurements of individual anatomical features, which can be used in conjunction with patient-specific motion analysis, thus providing important information on how anatomy and biomechanics interact and can be used to improve and optimize the efficiency of gait retraining. As far as research is concerned, it will be important to identify the mechanisms that explain the great inter-subject variability observed during the adoption of a new gait pattern.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le sujet de cette thèse est le développement de méthodes itératives permettant la résolution degrands systèmes linéaires creux d'équations présentant plusieurs seconds membres simultanément. Ces méthodes seront en particulier utilisées dans le cadre d'une application géophysique : la migration sismique visant à simuler la propagation d'ondes sous la surface de la terre. Le problème prend la forme d'une équation d'Helmholtz dans le domaine fréquentiel en trois dimensions, discrétisée par des différences finies et donnant lieu à un système linéaire creux, complexe, non-symétrique, non-hermitien. De plus, lorsque de grands nombres d'onde sont considérés, cette matrice possède une taille élevée et est indéfinie. Du fait de ces propriétés, nous nous proposons d'étudier des méthodes de Krylov préconditionnées par des techniques hiérarchiques deux niveaux. Un tel pre-conditionnement s'est montré particulièrement efficace en deux dimensions et le but de cette thèse est de relever le défi de l'adapter au cas tridimensionel. Pour ce faire, des méthodes de Krylov sont utilisées à la fois comme lisseur et comme méthode de résolution du problème grossier. Ces derniers choix induisent l'emploi de méthodes de Krylov dites flexibles. / The topic of this PhD thesis is the development of iterative methods for the solution of large sparse linear systems of equations with possibly multiple right-hand sides given at once. These methods will be used for a specific application in geophysics - seismic migration - related to the simulation of wave propagation in the subsurface of the Earth. Here the three-dimensional Helmholtz equation written in the frequency domain is considered. The finite difference discretization of the Helmholtz equation with the Perfect Matched Layer formulation produces, when high frequencies are considered, a complex linear system which is large, non-symmetric, non-Hermitian, indefinite and sparse. Thus we propose to study preconditioned flexible Krylov subspace methods, especially minimum residual norm methods, to solve this class of problems. As a preconditioner we consider multi-level techniques and especially focus on a two-level method. This twolevel preconditioner has shown efficient for two-dimensional applications and the purpose of this thesis is to extend this to the challenging three-dimensional case. This leads us to propose and analyze a perturbed two-level preconditioner for a flexible Krylov subspace method, where Krylov methods are used both as smoother and as approximate coarse grid solver.