A utilização da eletroestimulação muscular é uma estratégia utilizada para investigação da fadiga neuromuscular. Entretanto, esta técnica é pouco aplicada na musculatura extensora do cotovelo em função de limitações biomecâncias (atuação de músculos sinergistas), neurais (influência de reflexo neural) e fisiológicas (facilidade em atingir estados de potencialização pós-ativação e fadiga). Portanto, o objetivo deste estudo foi padronizar procedimentos para avaliação neuromuscular da musculatura extensora do cotovelo. Para isso, foram realizados três estudos que envolveram a adequação da técnica de eletroestimulação e um \"estudo principal\" para validar um novo protocolo de avaliação neuromuscular. Após resultados positivos em estudos complementares, a presente dissertação propôs a validação de um protocolo para análise neuromuscular com contrações submáximas para a musculatura extensora do cotovelo. Vinte participantes com idade de 25,1 ± 6,8 anos foram submetidos, em dias diferentes, a dois esforços, um a fim de promover fadiga central e fadiga periférica respectivamente. Antes e após os esforços envolvendo fadiga (periférica ou central) foram realizadas avaliações de fadiga neuromuscular para musculatura extensora do joelho (protocolo já validado) e musculatura extensora do cotovelo (protocolo proposto). Verificou-se que: (i.) o modelo de análise proposto não promove nenhum tipo de fadiga ou potencialização pós-ativação; (ii) a resposta de um pulso controle no início e no fim do modelo de análise proposto promovem respostas diferentes; (iii) o modelo proposto foi capaz de identificar redução da resposta neuromuscular; (iv) o esforço envolvendo fadiga central não promoveu fadiga central significante; (v) a utilização de um modelo matemático para investigação de fadiga neuromuscular (coeficientes resultantes de uma regressão linear) com os valores de estimulação em contrações submáximas foi sensível a fadiga mas não foi capaz de discriminar fadiga central e periférica. É possível concluir que o modelo de análise proposto para a musculatura extensora do cotovelo apresentou sensibilidade para verificar a fadiga neuromuscular. Entretanto, este não foi capaz de discriminar fadiga central e periférica. A utilização da regressão linear parece ser uma boa estratégia para diferenciar os dois modelos de fadiga e deve ser estudada com mais profundidade futuramente. / Muscular electrostimulation is a strategy used to investigate neuromuscular fatigue. However, this technique is poorly applied in the elbow extensor muscles due to the limitations of biomechanics (acting of synergistic muscles), neural (influence of neural reflex) and physiological (easiness to achieve post-activation and fatigue states of potentiation). Therefore, the purpose of this study was to standardize a neuromuscular evaluation strategy for the elbow extensor musculature. Thus, three complementary studies aimed at adjusting the electrostimulation technique and one \"main study\" to validate a new neuromuscular assessment protocol were realized. After positive results in complementary studies, the present dissertation proposed a protocol validation for neuromuscular analysis with submaximal contractions on the elbow extensor musculature. Twenty participants with 25.1 ± 6.8 years old performed, on different days, two efforts, one to promote central fatigue and peripheral fatigue respectively. Before and after the exercise involving fatigue (peripheral or central) there were realized neuromuscular fatigue evaluations for knee extensor muscles (protocol already validated) and elbow extensor musculature (protocol). The results indicate that: (i) the proposed analysis model does not promote any type of fatigue or post-activation potentiation; (ii) the response of a control pulse at the beginning and end of the proposed analysis model promotes different responses; (iii) the proposed model was able to identify reduction of neuromuscular response; (iv) the effort involving central fatigue did not promote significant central fatigue; (v) the use of a mathematical model to investigate neuromuscular fatigue (coefficients resulting from a linear regression) with the values of stimulation in submaximal contractions was sensitive after fatigue but was not able to discriminate central and peripheral fatigue. It is possible to conclude that the proposed analysis model for the elbow extensor musculature presented sensitivity to verify the neuromuscular fatigue. However, it was not able to discriminate central and peripheral fatigue. The use of linear regression seems to be a good strategy to differentiate the two models of fatigue and should be studied in more depth in the future.

The assessment of strength and power and the relationship of these measures to functional variables such as speed and vertical jump ability are understood poorly. This is particularly the case when dealing with a long-term preparation for a major event in a sport such as women's soccer. The results of this research suggest that a number of isoinertial speed strength measures may be sensitive to aspects of a training program and therefore be useful tools for determining the level of development of various underlying neuromuscular capacities. Further results provide a question mark about the role of maximum strength in the development of high velocity functional movements, as increases in maximum strength did not correlate to changes in measures of functional performance. An important finding from this research is the potential role of specific isoinertial speed strength parameters in the detection of neuromuscular fatigue. Time course analysis of the results in this study suggests that the use of these measures to detect fatigue warrants further investigation.

Parallèlement aux adaptations cardiovasculaires et neuromusculaires, les exercices mono-articulaires ou locomoteurs peuvent induire des changements neuroplastiques de muscles impliqués ou non dans l’exercice. Si l’effet de paramètres de l’exercice, comme l’intensité ou la durée, sur les changements neuroplastiques ont déjà été étudiés, l’effet du mode de contraction musculaire reste, quant à lui, moins connu. L’objectif de cette thèse a été d’évaluer les effets du mode de contraction musculaire sur les changements neuroplastiques consécutifs à un exercice locomoteur ou mono-articulaire. La première étude a montré que l’augmentation de l’excitabilité corticospinale d’un muscle non-impliqué dans l’exercice (muscle de la main), observée suite à un exercice de marche/ course, n’était pas modulée par le mode de contraction des muscles extenseurs du genou. En revanche, une modulation spécifique des réseaux intracorticaux par le mode de contraction impliqué lors d’un exercice a été mise en évidence par l’application d’un protocole de stimulation associative jumelée. Des observations similaires ont été faites dans une seconde étude investiguant les changements corticospinaux observés au niveau des muscles extenseurs du genou impliqués dans des exercices mono-articulaires fatigants, effectués dans un mode de contraction concentrique ou excentrique. Une troisième étude a montré que pour un exercice de marche/ course réalisé à même fréquence cardiaque en montée, à plat ou en descente, la modalité en descente induisait une fatigue musculaire des extenseurs du genou plus importante, avec des altérations contractiles plus marquée. La quatrième étude a montré que seule la modalité en descente induisait une augmentation de l’excitabilité corticospinale, et une réduction de l’inhibition corticale des muscles extenseurs du genou. Les travaux de cette thèse proposent que le mode de contraction musculaire lors d’un exercice n’est, en lui-même, pas un facteur prépondérant des changements neuroplastiques observés pour des muscles impliqués dans l’exercice. Ces changements neuroplastiques seraient au contraire dépendant de la magnitude de la fatigue neuromusculaire induite, elle-même dépendante du mode de contraction musculaire. / Along with cardiovascular and neuromuscular changes, mono-articular and locomotor exercises may induced neuroplastic changes from muscles involved, or non-involved, in the exercise. If the effect of exercise intensity or duration on neuroplastic changes has been previously investigated, the effect of the mode of muscle contraction remains unclear. The aim of this thesis was to investigate the effects of the mode of muscle contraction on neuroplastic changes induced a locomotor or a single-joint exercise. The first study showed that the increase in the corticospinal excitability of a non-exercised hand muscle, observed after a walking/ running exercise, was not modulated by the knee extensors mode of muscle contraction. However, a specific modulation of the intracortical networks by the mode of muscle contraction was evidenced using a paired-associative stimulation protocol. Similar findings were made in a second study that investigated corticospinal changes in the knee extensors following a fatiguing single-joint exercise, performed in either a concentric or an eccentric mode of muscle contraction. A third study showed that for a walking/ running exercise performed at the same heart rate in either a inline, a level or a decline condition, the latter condition induced a greater magnitude of neuromuscular fatigue of the knee extensors, with greater contractile impairments. The fourth study reported that only a decline exercise induced an increase in the corticospinal excitability, and a reduction of the cortical inhibition of the knee extensors. Altogether, findings from this thesis suggest that the mode of muscle contraction during an exercise is not, per se, a main factor responsible for neuroplastic changes observed in exercised muscles. Rather, these changes may depend upon the magnitude of neuromuscular fatigue induced, which could depend upon the mode of muscle contraction involved during exercise.

L’optimisation de la performance oblige l’athlète à répéter des séances d’entraînement à haute intensité de travail avec peu de récupération, ce qui génère une fatigue neuromusculaire qui peut être préjudiciable. Ainsi, dans le but de limiter ce phénomène et d’améliorer l’efficacité des séances d’entraînement, le choix d’une récupération adéquate s’impose.La récupération active est la méthode la plus connue et la plus efficace relatée dans la littérature. En effet, de nombreuses études démontrent son effet bénéfique sur la fatigue provoquée lors d’exercices globaux (types course ou pédalage). Cette modalité de récupération correspond à un exercice musculaire léger permettant une augmentation du flux sanguin périphérique et une élimination plus rapide des métabolites. A l’heure actuelle, peu d’études se sont intéressées à la récupération active appliquée de manière locale pour des exercices de renforcement de groupes musculaires spécifiques.L’objectif de ce travail était donc d’étudier la méthode la plus efficace, en termes de modalité et de moment d’application, pour récupérer la force maximale de l’athlète lors d’un exercice de renforcement musculaire. De plus, afin d’assurer une application de cette récupération active, spécifiquement sur les groupes musculaires souhaités, nous avons utilisé l’électromyostimulation (EMS).Nos différents résultats suggèrent qu’il n’est pas nécessaire d’appliquer une modalité particulière pour la récupération des exercices de renforcement musculaire réalisés à intensité maximale. En effet, la récupération active par EMS appliquée au cours d’une séance (entre les séries) ou après une séance ne montre pas de différence avec une récupération passive. De plus, l’application proximale ou distale de l’EMS n’a pas d’influence sur la cinétique de récupération. L’approche neuromusculaire de la fatigue, montre cependant, qu’il s’avère nécessaire d’analyser l’origine des perturbations engendrées par l’exercice, afin de choisir la modalité de récupération la mieux adaptée / The high frequency of resistance training sessions induces heavy strain and fatigue phenomenon, which could be prejudicial for subsequent performance. In this context, it appears necessary to apply proper recovery strategies in order to improve the athlete’s ability to regain an adequate working state for subsequent training.Active recovery is widely described in the literature as the most efficient method for this purpose. It consists in low-intensity exercises, which could improve metabolites washout by increasing peripheral blood flow. To our knowledge, active recovery is usually applied globally, with exercises involving the whole body (light pedalling or running) but little is known regarding a local application after analytical exercises such as strengthening exercise. The aim of our research was therefore to determine the most effective method to recover from resistance training session in terms of maximal strength performance. Among the active recovery modes, electromyostimulation (EMS) is of particular interest since it can be applied on specific muscles groups. Our results showed that active recovery using EMS applied during a session (between the sets) or after a session, did not demonstrate any difference as compared with passive recovery. Also, we demonstrated that EMS was not more efficient when applied distally. However, we highlighted that the investigation of neuromuscular parameters is necessary to better understand the origin of the fatigue induced by a specific exercise in order to apply the most appropriated recovery mode

This thesis describes a series of experiments to investigate sex differences in neuromuscular fatigue mechanisms of the ankle muscles and related postural control changes in healthy young adults. We found that isometric exercise-induced ankle muscle fatigue led not only to significant declines in twitch contractile function and voluntary activation (using twitch interpolation technique, Article 2) but also to significant changes in the center of pressure (COP) sway (backward/right shifts of the COP position and/or increased COP sway velocity) during quiet standing and/or standing forward leaning (FL) task with eyes open and/or eyes closed (Articles 3 and 4). However, we found minor or no significant sex differences in the fatigue mechanisms and fatigue-induced COP sway changes regardless of task difficulty, except for a significant sex X fatigue interaction for COP sway velocity (Article 3). The interaction effect was due to a significant increase in sway velocity in males during the FL task with eyes closed (but not in females), suggesting that males may preferentially rely on ankle control during a relatively challenging task (as compared to females). The general lack of sex differences is not surprising given similar performance and/or perceived fatigability between the sex groups (Articles 2-4), which could be explained by the relatively small differences in contractile function (and/or muscle strength) between males and females for ankle plantar and dorsi flexors compared with other muscle groups. In addition, this thesis involves a scoping review (Article 1), which summarized the broad range of rating of perceived exertion (RPE) values documented in studies observing an effect of muscle fatigue on postural control and suggested the potential effect of various fatigue levels on postural changes. Collectively, these findings advance our understanding of sex-specific fatigue mechanisms and postural control behavior. These findings also indirectly contribute to the understanding of sex differences in injury risks during physically or stability-demanding tasks and sports, as well as to the improvement in the prescription of physical training or rehabilitation exercise.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a widely-used investigative technique in motor cortical evaluation. TMS is now being used in the investigation of fatigue to help partition the effects of central fatigue. Few studies have utilized this technique to evaluate the effects of locomotor exercise and none in conditions of extreme exercise. Therefore, the purpose of this thesis was twofold; first, to answer methodological questions pertaining to the use of TMS in fatigue evaluation, particularly of the quadriceps, and second, to investigate the effects of extreme exercise conditions on the development of central and supraspinal fatigue and corticospinal excitability and inhibition. In Studies 1 and 2, the effect of approaching a target force in different ways before the delivery a TMS pulse and the difference between commonly-employed methods of determining TMS intensity on the selection of optimal TMS intensity were investigated. In Study 3, the effect of one night sleep deprivation on cognitive and exercise performance and central parameters was investigated. The effect of a 110-km ultra-trail on the supraspinal component of central fatigue was evaluated in Study 4. The principal findings from this thesis are that during TMS evaluation during brief voluntary contractions, it is essential to deliver the TMS pulse once the force has stabilized at the target and that a stimulus-response curve at 20% MVC is appropriate for determining optimal TMS intensity in exercise and fatigue studies. Furthermore, while sleep deprivation negatively-impacted cognitive and exercise performance, it did not influence neuromuscular parameters nor result in greater central fatigue. Supraspinal fatigue develops and corticospinal excitability increases during endurance/ultra-endurance running and cycling, while the effects on inhibitory corticospinal mechanisms are equivocal and probably depend on exercise characteristics and TMS intensity

Les objectifs de ce travail étaient d'analyser les réponses physiologiques au cours d’exercices intermittents en course à pied et de déterminer i) un test d'évaluation de la vitesse maximale aérobie (VMA) adapté aux exercices intermittents ; ii) les exercices intermittents permettant une sollicitation maximale de la consommation d'oxygène (VO2max) ; iii) les facteurs physiologiques et neuromusculaires limitant la durée des exercices intermittents.La première étude a permis de montrer que la réalisation d’un exercice intermittent alternant des périodes d'effort de 30 s avec des périodes de récupération de 30 s (30s-30s), à la VMA atteinte à la fin du test intermittent incrémental 45-15FIT, permettait à la fois de réaliser un grand nombre de répétitions et de solliciter un fort pourcentage de la VO2max pendant la durée de l'exercice. Lors de la seconde étude nous avons montré que les exercices intermittents de type 5s-15s, 30s-30s et 60s-60s, courus à la VMA permettaient de solliciter un fort pourcentage de la VO2max. L'exercice intermittent de type 30s-30s est celui qui permet néanmoins de réaliser le plus grand nombre de répétitions. Une part plus importante de la glycolyse dans la production d'énergie réduit le nombre de répétitions lors de l'exercice de type 60s-60s par rapport à l'exercice de type 30s-30s ; une fatigue musculaire causée par un plus grand nombre d'accélérations et de décélérations réduit quant à elle le nombre de répétitions lors de l'exercice de type 15s-15s, par rapport à l'exercice de type 30s-30s. Les résultats de la troisième étude ont confirmé que les exercices intermittents de type 5s-15s, courus à la VMA, induisaient une fatigue musculaire plus importante, due essentiellement aux nombreuses accélérations et décélérations. Il a également été montré qu'à la suite d'un exercice pré-fatigant des muscles extenseurs du genou (contractions musculaires évoquées par électromyostimulation vs contractions volontaires isométriques), le nombre de répétitions lors de l'exercice intermittent 30s-30s était réduit, mais que le pourcentage de temps passé à plus de 90% de la VO2max n'était pas diminué par rapport à la réalisation sans pré-fatigue.L'ensemble de nos travaux permettent de définir un ensemble d'exercices intermittents qui, lorsqu'ils sont courus à la VMA évaluée lors du test 45-15FIT, permettent d'atteindre un niveau élevé de sollicitation du système aérobie, dont l'exercice de type 30s-30s pourrait constituer un exercice "standard" / The aims of the present work were to analyze the physiological responses during intermittent exercise and to determine; i) an field test to assess the maximal aerobic velocity (MAV) for intermittent exercise; ii) the type of intermittent exercise could elicit maximal oxygen uptake (VO2max); iii) the physiological and neuromuscular factors that could limit intermittent exercise duration.The first study demonstrated that the MAV (MAV45-15) reached at the end of an incremental intermittent (45s run/ 15s rest) field test (45-15FIT) was relevant to elicit a high percentage of VO2max during a 30s-30s intermittent training session. The second and third studies demonstrated that intermittent exercises performed at MAV45-15 such as 5s-15s, 15s-15s, 30s-30s, and 60s-60s, were relevant to elicit a high percentage of VO2max. In the 60s-60s intermittent exercise, the lowest endurance time compared to 30s-30s, was explained by the predominance of the anaerobic system in the energy supply. In the 15s-15s and 5s-15s intermittent exercises, the lowest endurance time in comparison with 30s-30s was explained by the greater neuromuscular fatigue. The fourth study showed that a pre-fatigue induced by evoked contractions by electrostimulation, and isometric voluntary contraction of the knee extensor muscles reduced the time to exhaustion in a 30s-30s intermittent exercise, but was relevant to elicit a high percentage of VO2max. These results give new insights in the field of intermittent exercise training

La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) est une technique d'investigation classiquement utilisée dans l'évaluation du cortex moteur. La TMS est utilisée dans l'étude de la fatigue afin de distinguer sa composante centrale. Peu d'études ont utilisé cette technique pour évaluer les effets de l'exercice locomoteur et aucune dans des conditions extrêmes. Ainsi, l'objectif de cette thèse était double: d'abord, répondre à certaines questions méthodologiques concernant l'utilisation de la TMS dans l'évaluation de la fatigue, en particulier du muscle quadriceps, et deuxièmement, étudier les effets de l'exercice en conditions extrêmes sur le développement de la fatigue centrale et supraspinal ainsi que sur l’excitabilité et l'inhibition corticospinales. Dans les Etudes 1 et 2, l'effet de différentes approches d'une force cible avant l’application d'une impulsion TMS ainsi que les différences entre les principales méthodes utilisées pour déterminer l'intensité optimale de TMS ont été étudiés. Dans l'Etude 3, l'effet d'une nuit de privation de sommeil sur les performances cognitives et physiques et les paramètres centraux a été étudié. L'effet d'un ultra-trail de 110 km sur la composante supraspinale de la fatigue centrale a été évalué dans l'Etude 4. Les conclusions principales de cette thèse sont, sur le plan méthodologique, i) que lors de l'évaluation par TMS pendant de brèves contractions volontaires, il est essentiel d’appliquer l'impulsion de TMS après que la force produite par le sujet se soit stabilisée à la valeur cible et ii) qu'une courbe stimulus-réponse à 20% de la force maximale volontaire est appropriée pour déterminer l'intensité de TMS optimale dans les études portant sur l'exercice et la fatigue. De plus, bien que la privation de sommeil ait des impacts négatifs sur les performances cognitives et à l'exercice, elle n'a pas d'influence sur des paramètres neuromusculaires ni ne provoque une plus grande fatigue centrale. Une fatigue supraspinale se développe et l’excitabilité corticospinale augmente au cours d’exercices d'endurance/ultra-endurance en course à pied et ne vélo, tandis que les effets sur les mécanismes inhibiteurs corticospinaux sont équivoques et probablement dépendent des caractéristiques de l'exercice et de l'intensité de la TMS / Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a widely-used investigative technique in motor cortical evaluation. TMS is now being used in the investigation of fatigue to help partition the effects of central fatigue. Few studies have utilized this technique to evaluate the effects of locomotor exercise and none in conditions of extreme exercise. Therefore, the purpose of this thesis was twofold; first, to answer methodological questions pertaining to the use of TMS in fatigue evaluation, particularly of the quadriceps, and second, to investigate the effects of extreme exercise conditions on the development of central and supraspinal fatigue and corticospinal excitability and inhibition. In Studies 1 and 2, the effect of approaching a target force in different ways before the delivery a TMS pulse and the difference between commonly-employed methods of determining TMS intensity on the selection of optimal TMS intensity were investigated. In Study 3, the effect of one night sleep deprivation on cognitive and exercise performance and central parameters was investigated. The effect of a 110-km ultra-trail on the supraspinal component of central fatigue was evaluated in Study 4. The principal findings from this thesis are that during TMS evaluation during brief voluntary contractions, it is essential to deliver the TMS pulse once the force has stabilized at the target and that a stimulus-response curve at 20% MVC is appropriate for determining optimal TMS intensity in exercise and fatigue studies. Furthermore, while sleep deprivation negatively-impacted cognitive and exercise performance, it did not influence neuromuscular parameters nor result in greater central fatigue. Supraspinal fatigue develops and corticospinal excitability increases during endurance/ultra-endurance running and cycling, while the effects on inhibitory corticospinal mechanisms are equivocal and probably depend on exercise characteristics and TMS intensity

L'hémiparésie est une des déficiences fréquemment observée après un accident vasculaire cérébral (AVC). Elle s’accompagne d’une gestion anormale de la co-contraction musculaire et des déficits de production de force qui contribuent de manière significative à réduire la performance de la marche. Une réorganisation des stratégies musculaires est mise en place pour répondre aux contraintes de stabilité et de propulsion du centre de masse au cours de la marche. Cependant, la littérature reporte très peu de données sur les actions musculaires des membres, parétique et non-parétique, au cours de la marche. De plus, les patterns de co-contraction ont été évalués à partir des seules données EMG chez les patients post-AVC. Par ailleurs, les patients post-AVC présentent une fatigabilité plus importante que les individus sains. Alors que plusieurs facteurs sont impliqués dans la fatigue, le rôle de la co-contraction reste mal connu. L’objectif principal de ce travail était de caractériser les altérations des stratégies musculaires des membres inférieurs chez des patients hémiparétiques post-AVC au cours de la marche et lors de la fatigue induite par des contractions maximales volontaires concentriques isocinétiques. Ce travail introduit l'utilisation novatrice d'une modélisation neuromusculo-squelettique assistée par EMG pour estimer les forces musculaires générées autour des articulations du genou et de la cheville au cours de la marche chez des patients post-AVC. De plus, nous avons montré qu’une quantification de la co-contraction à partir des moments musculaires est préférable par rapport à des mesures EMG. Les résultats ont montré que les forces réduites développées par les fléchisseurs plantaires de la cheville et les extenseurs du genou du côté parétique seraient à l’origine des troubles de la marche hémiparétique. Les forces musculaires élevées produites par les quadriceps et les fléchisseurs du genou du côté nonparétique, ainsi que la force élevée générée par les fléchisseurs du genou du côté parétique, par rapport aux sujets sains, pendant la phase d’appui correspondrait à une réorganisation comportementale, permettant d’augmenter la stabilité et d’ajuster la propulsion du centre de masse. Cette réorganisation des patterns de coordination musculaire se manifeste également par des niveaux élevés de co-contraction (basée sur les moments musculaires) observés du côté parétique et non-parétique au cours de la marche. Il s’agit d’une stratégie d'adaptation permettant d’améliorer la stabilité articulaire. Cependant, la cocontraction plus élevée au cours de la marche peut contribuer à l’augmentation du coût énergétique chez les patients et entraîner une fatigue plus rapide. L’étude de la fatigue neuromusculaire chez les patients post-AVC a mis en évidence une fatigabilité moindre par rapport aux sujets sains en présence d’un niveau plus élevé de co-contraction (basée sur les données EMG). Le déclin de l’activité EMG agoniste lors de contractions concentriques répétées, s’est produit parallèlement à un déclin de l’activité EMG antagoniste diminuant la force d’opposition au mouvement et entraînant une moindre diminution du moment net. Ceci semble être un mécanisme potentiel par lequel la production du moment net est préservée chez les patients post-AVC qui sont intrinsèquement plus faibles. Les résultats de ce travail soulignent l’importance de développer des programmes de rééducation centrés sur le renforcement des fléchisseurs plantaires et des extenseurs du genou et sur la sélectivité du contrôle des mouvements tel que l’entraînement en puissance. / Hemiparesis is one of the most frequent deficits after stroke. It is accompanied by an abnormal muscle co-contraction pattern and an altered force production that significantly contribute to reduced gait performance. These alterations lead to a reorganization of muscle coordination patterns to ensure stability and adjust the propulsion of the center of mass during walking. However, less is known about muscle actions in the paretic and non-paretic lower limbs during walking. In addition, co-contraction patterns were evaluated from only EMG data in post-stroke patients. Furthermore, post-stroke patients manifest higher levels of fatigability than healthy individuals. While several factors are involved in fatigue, the role of co-contraction remains poorly understood. The main objective of this thesis was to characterize the alterations of the muscle strategies of the lower limbs in post-stroke hemiparetic patients during walking and during fatigue induced by isokinetic concentric maximal contractions. This thesis introduces the novel use of an EMG-driven modelling approach to measure muscle forces generated around the knee and ankle joints of the paretic and non-paretic lower limbs during gait in post-stroke patients. In addition, we have shown that quantification of co-contraction from muscle moments is preferable compared to EMG measurements. The results showed that the reduced forces exerted by the plantar-flexors and the knee-extensors on the paretic side, gives a possible explanation for hemiparetic gait abnormalities. Increased forces generated by the knee-flexor and knee-extensor muscles on the non-paretic side, as well as increased force generated by the knee flexors on the paretic side, compared to healthy subjects, during the stance phase would be a behavioral reorganization to better support body weight and properly adjust the forward center of mass. This reorganization of muscle coordination patterns is also reflected by the increased levels of co-contraction (based on muscle moments) observed on the paretic and non-paretic side during walking. This seems to be an adaptive, compensatory strategy to ensure postural stability. However, increased co-contraction during walking can contribute to an increased energy cost in patients and lead to a more rapid fatigue development. The study of neuromuscular fatigue in post-stroke patients showed less fatigability compared to healthy subjects, in the presence of a higher level of co-contraction (based on EMG data). Decreasing agonist EMG during repeated concetric contractions, occurred in parallel with decreasing antagonist EMG, reducing the relative opposing force and resulting in a less decline in net torque. This seems to be a potential mechanism by which net torque output is preserved in post-stroke patients who are inherently weaker. The results of these studies underline the importance of developing rehabilitation programs focused on the strengthening of plantar flexors and knee extensors and on the selectivity of movement control, such as power training.

Bien que constitué anatomiquement et physiologiquement pour la course d’endurance, l’Homme est considérablement exposés à diverses blessures musculo-squelettiques liées à la répétition de contraintes mécaniques. Le coureur de trail running par exemple est soumis à de nombreux impacts ainsi qu’à une fatigue et des dommages musculaires sévères. Ces chocs répétitifs et dommages musculaires réduiraient la tolérance du coureur face aux contraintes mécaniques le poussant ainsi à altérer sa cinématique de course. Par conséquent, minimiser les dommages musculo-squelettiques serait déterminant pour la performance en trail running. Des évidences montrent que la pose de pied altère la localisation et l’intensité des contraintes appliquées au système musculo-squelettique. L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier l’influence du pattern de pose de pied sur l’impact et la fatigue neuromusculaire en trail running. Les phases de descente ont été tout particulièrement étudiées du fait qu’elles sont les plus traumatisantes. En effet, ce travail de thèse a mis en évidence qu’en situation de trail running, l’intensité de l’impact augmente lorsque la pente diminue, et que la fatigue neuromusculaire périphérique est aussi sévère à la suite d’une descente isolée qu’après un ultra-trail de plusieurs heures. En étudiant l’influence de la pose de pied adoptée au cours d’une descente en situation de trail running, il a été observé qu’attaquer le sol par l’avant du pied augmentait la fatigue neuromusculaire aux extenseurs du genou. Cependant, une importante variabilité dans les patterns de pose de pied adoptés au cours de la descente a été associée à une baisse de la fatigue neuromusculaire aux extenseurs du genou et fléchisseurs plantaires. L’influence de la pose de pied sur l’intensité du choc et le contenu vibratoire le long des axes axial et transversal a également été démontrée : adopter une attaque talon diminue la sévérité du choc axial mais réduit l’intensité du choc transversal. La principale conclusion est qu’aucun pattern de course ne saurait être universellement recommandé du fait que « changer de pose de pied » est synonyme de « changer la localisation et la magnitude des contraintes appliquées au système musculo-squelettique ». En ce sens, alterner entre différents patterns de course serait une stratégie efficiente en trail running / Although Humans are “born” anatomically and physiologically adapted to long distances run, they are substantially exposed to various musculoskeletal overuse injuries. Trail runners sustain a high number of foot-to-ground contacts and develop severe muscle fatigue and damages. Repetitive shocks and muscle damages would reduce the runners’ tolerance to mechanical strains leading to changes in running kinematics. Minimizing musculoskeletal damages is therefore considered paramount for performance in trail running. Numerous studies highlighted that the foot strike pattern alters the localization and magnitude of the mechanical strains applied on the musculoskeletal system. The main purpose of this thesis was to study the influence of the foot strike pattern on impact and neuromuscular fatigue in trail running. Downhill sections were mainly investigated since they are the most mechanically stressful. Indeed, it was observed from this thesis’ work that, in real trail running practice, the impact intensity increases as the slope decreases, and that the neuromuscular fatigue induced by a single downhill run is as severe as the one induced by an ultratrail race that lasts several hours. Investigating the effect of the foot strike pattern adopted during a downhill trail run on fatigue, it was observed that forefoot striking increases the neuromuscular fatigue at knee extensors. However, a high variability in foot strike patterns adopted was associated to a lower neuromuscular fatigue at both knee extensors and plantar flexors. The effect of the foot strike pattern on axial and transversal shock and vibration content was also demonstrated: heel striking was correlated to a lower impact severity along the axial axis of the skeleton but a greater one along its transversal axis. The main conclusion of this thesis is that no single foot strike pattern should be universally advised due to “changing of foot strike” means “changing the localization and magnitude of the mechanical stress applied on the musculoskeletal system”. Switching between different running patterns might be an efficient strategy in trail running