La marche est pour l'homme son mode de locomotion le plus usuel. Pour un sujet sain, il s'agit d'une action simple qu'il exécute sans être obligé d'y penser. Cependant, la survenue d'une pathologie peut venir la perturber et augmenter son coût énergétique. L'autonomie diminue, ce qui risque de rendre dépendant l'individu dans ses activités quotidiennes. Afin de lutter contre, la rééducation de la marche doit prendre en compte les causes de ses perturbations. Or, il est difficile d'isoler le rôle de chacun des paramètres interdépendants qui composent la marche. L'objectif de ces travaux est donc de proposer une boucle complète allant de l'analyse à la simulation de la marche pathologique en passant par sa modélisation. L'intérêt est de disposer d'un outil capable de déterminer les facteurs discriminants de l'altération de la marche. Premièrement, le développement de nouveaux outils génériques d'analyse nous aide à mieux comprendre le mouvement étudié et ceci uniquement à partir de données cinématiques, en particulier acquises lors d'une marche sur tapis roulant. La deuxième étape se focalise sur la modélisation d'une marche particulière, celle des sujets hémiplégiques. La cinématique inverse permet de définir une tâche principale liée au mouvement ainsi qu'une tâche secondaire capable de tenir compte de la pathologie du sujet. Finalement, la marche hémiplégique est reproduite grâce à la méthode de simulation choisie. L'approche se base sur des entrées simples à acquérir et permet de tester des hypothèses de rééducation à travers le travail mécanique. La finalité de ce travail est donc de fournir aux thérapeutes un outil simple d'évaluation des hypothèses de rééducation de la marche à partir de son coût énergétique

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 problématique du port de charges par l'Homme est l'objet de questionnements scientifiques depuis plus d'un siècle, notamment dans les armées où les soldats doivent remplir des objectifs opérationnels tout en emportant des équipements lourds, distribués de façon complexe autour de leur corps, et cela au cours d'efforts allant de quelques heures à plusieurs jours. Aussi, avec le développement des nouvelles technologies et l'arrivée des systèmes fantassins futurs sur le marché de la défense, cette problématique continue de se complexifier puisque la masse totale emportée tend encore à croître. Objectif général : Le but de ce travail de thèse était d'étudier l'impact biomécanique, métabolique et neuromusculaire du port d'un système fantassin moderne chez le soldat expérimenté. Plus précisément, une première recherche a été menée pour caractériser les effets aigus du port d'un tel équipement sur la biomécanique et le coût métabolique de la marche. Puis, une seconde recherche a été consacrée à l'étude des conséquences neuromusculaires et locomotrices d'une mission militaire (simulation sur le terrain) de durée " extrême " réalisée avec ce système fantassin moderne. Première partie : L'analyse de la marche sur tapis roulant dynamométrique a permis de montrer que le port du système fantassin en configurations de " combat " et de " marche d'approche " (principales configurations du théâtre militaire, représentant respectivement ~30 % et ~50 % de la masse corporelle des sujets) altérait le pattern spatio-temporel par rapport à la marche sans charge. Par ailleurs, le travail mécanique appliqué au centre de masse et le coût métabolique de la marche augmentaient parallèlement lors du port des deux configurations du système fantassin, ce qui résultait en un maintien du rendement locomoteur constant dans toutes les conditions testées. Le mécanisme de transfert d'énergie en pendule inversé (méthode Cavagna), permettant de minimiser les coûts mécanique et métabolique de transport, était également similaire dans toutes les conditions avec et sans charge. Enfin, bien que complexement organisés autour du corps du soldat, les équipements militaires n'induisaient pas d'effets mécaniques et métaboliques sensiblement plus importants que ceux rapportés lors du port de masses positionnées symétriquement autour de la taille ; ce mode de portage étant pourtant considéré comme l'un des plus optimisés, abstraction faite des techniques de portage sur la tête inadaptées au contexte militaire. Deuxième partie : La réalisation d'une mission simulée, incluant 21 h d'activités militaires sur le terrain et le port constant d'un système fantassin, résultait en une fatigue neuromusculaire (mesure des forces, électrostimulation et EMG) relativement modérée des muscles locomoteurs extenseurs du genou et fléchisseurs plantaires chez les soldats expérimentés inclus dans ce travail. Les origines de cette fatigue neuromusculaire étaient essentiellement périphériques, mais s'accompagnaient d'une fatigue subjective importante. Enfin, la réalisation de la mission, et donc la fatigue des muscles locomoteurs notamment associée à cette dernière, n'affectait pas sensiblement les paramètres mécaniques et métaboliques de la marche. Conclusion générale : Ce travail rapporte les premières données relatives aux effets biomécaniques, métaboliques et neuromusculaires du port d'un système fantassin moderne chez le soldat expérimenté, et ce par le biais d'une simulation opérationnelle visant à reproduire les conditions militaires

En prenant comme point d'horizon l'entrée du concept de travail mécanique dans la physique théorique par les ingénieurs-savants du début de 19e siècle (Coriolis et Navier notamment), cette thèse montre la filiation de ce concept vis-à-vis de démarches apparaissant à l'aube du 18e siècle à l'Académie Royale des Sciences de Paris, notamment dans les oeuvres d'Amontons et de Parent. La thèse montre alors comment et pourquoi le concept commence à se développer au premier 18e siècle dans cet environnement, comment il est ensuite repris, enrichi, modifié par Pitot, Bélidor, Desaguliers, D. Bernoulli, et comment au contraire ce concept semble ignoré de savants plus théoriciens tel que D'Alembert. Le rôle de la rupture de la vision statique de la machine semble déterminant. Apparaît alors la forte dépendance de ce concept aux problématiques qu'il permet de résoudre, axées sur la quantification et l'optimisation de l'effet des hommes, des animaux et des machines en situation laborieuse, et leurs comparaisons mutuelles dont l'une des finalités est la recherche du profit économique. L'histoire du concept se donne à voir comme une interface permanente entre mécanique théorique, mécanique pratique, et aspects productifs. On suggère alors que la légitimité du concept tient dans sa pertinence à rendre compte du travail des agents producteurs. Enfin, la thèse s'attache à recréer l'épaisseur du réel derrière les concepts et les problématiques, en montrant ce qu'ils doivent aux stratégies gouvernementales et aux pratiques d'ingénieurs.

La problématique du port de charges par l’Homme est l’objet de questionnements scientifiques depuis plus d’un siècle, notamment dans les armées où les soldats doivent remplir des objectifs opérationnels tout en emportant des équipements lourds, distribués de façon complexe autour de leur corps, et cela au cours d’efforts allant de quelques heures à plusieurs jours. Aussi, avec le développement des nouvelles technologies et l’arrivée des systèmes fantassins futurs sur le marché de la défense, cette problématique continue de se complexifier puisque la masse totale emportée tend encore à croître. Objectif général : Le but de ce travail de thèse était d’étudier l’impact biomécanique, métabolique et neuromusculaire du port d’un système fantassin moderne chez le soldat expérimenté. Plus précisément, une première recherche a été menée pour caractériser les effets aigus du port d’un tel équipement sur la biomécanique et le coût métabolique de la marche. Puis, une seconde recherche a été consacrée à l’étude des conséquences neuromusculaires et locomotrices d’une mission militaire (simulation sur le terrain) de durée « extrême » réalisée avec ce système fantassin moderne. Première partie : L’analyse de la marche sur tapis roulant dynamométrique a permis de montrer que le port du système fantassin en configurations de « combat » et de « marche d’approche » (principales configurations du théâtre militaire, représentant respectivement ~30 % et ~50 % de la masse corporelle des sujets) altérait le pattern spatio-temporel par rapport à la marche sans charge. Par ailleurs, le travail mécanique appliqué au centre de masse et le coût métabolique de la marche augmentaient parallèlement lors du port des deux configurations du système fantassin, ce qui résultait en un maintien du rendement locomoteur constant dans toutes les conditions testées. Le mécanisme de transfert d’énergie en pendule inversé (méthode Cavagna), permettant de minimiser les coûts mécanique et métabolique de transport, était également similaire dans toutes les conditions avec et sans charge. Enfin, bien que complexement organisés autour du corps du soldat, les équipements militaires n’induisaient pas d’effets mécaniques et métaboliques sensiblement plus importants que ceux rapportés lors du port de masses positionnées symétriquement autour de la taille ; ce mode de portage étant pourtant considéré comme l’un des plus optimisés, abstraction faite des techniques de portage sur la tête inadaptées au contexte militaire. Deuxième partie : La réalisation d’une mission simulée, incluant 21 h d’activités militaires sur le terrain et le port constant d’un système fantassin, résultait en une fatigue neuromusculaire (mesure des forces, électrostimulation et EMG) relativement modérée des muscles locomoteurs extenseurs du genou et fléchisseurs plantaires chez les soldats expérimentés inclus dans ce travail. Les origines de cette fatigue neuromusculaire étaient essentiellement périphériques, mais s’accompagnaient d’une fatigue subjective importante. Enfin, la réalisation de la mission, et donc la fatigue des muscles locomoteurs notamment associée à cette dernière, n’affectait pas sensiblement les paramètres mécaniques et métaboliques de la marche. Conclusion générale : Ce travail rapporte les premières données relatives aux effets biomécaniques, métaboliques et neuromusculaires du port d’un système fantassin moderne chez le soldat expérimenté, et ce par le biais d’une simulation opérationnelle visant à reproduire les conditions militaires / For more than a century, load carriage has been the source of many scientific questions and researches, especially in armies in which soldiers have to reach operational goals while carrying heavy loads complexly distributed around their body and this for some hours to several days. Moreover, with the development of new technologies and the advent of land warfare systems, this issue is becoming more complex since load continues to increase. General purpose: The aim of the present work was to investigate the biomechanical, metabolic and neuromuscular constraints imposed by the carriage of a modern land warfare system in experienced soldiers. Specifically, a first study was conducted to characterize the acute effects of land warfare equipments carriage on the biomechanics and energetics of walking. Moreover, a second research was performed to investigate the neuromuscular and locomotor consequences of an extreme-duration simulated military mission (performed in the field) involving the carriage of these specific equipments. First part: Walking analyses performed on an instrumented treadmill showed that the carriage of a land warfare system in two configurations made for “Battles” and “Road marches” (main configuration used in the field representing ~30% and ~50% of subject’s body mass, respectively) altered the walking pattern. Moreover, the mechanical work applied to the center of mass increased in parallel with the energy cost of walking during Battle and Road March configurations carriage, as shown by the constant locomotor efficiency in the three tested conditions. The inverted pendulum-like energy exchange (Cavagna’s standard method), allowing mechanical/metabolic energy saving, was also constant in all the unloaded and loaded conditions. Finally, even if the load was complexly distributed around soldiers’ body with this warfare system, this did not induce greater effects than those reported with loads carried symmetrically around the waist and close to the center of mass; which has yet been hypothesized to be the optimal method of load carriage from both mechanical and metabolic standpoints (except “original” methods such as head carrying that cannot be used in the military theater). Second part: Performing a 21-h simulated military mission with heavy land warfare system carriage induced relatively moderate neuromuscular alterations (isometric force measurement with electrical stimulation and EMG) for both knee extensors and plantar flexors locomotor muscle groups in experienced soldiers. Moreover, the origin of fatigue was essentially peripheral for both muscle groups but was concomitant with a large sensation of fatigue. Finally, the simulated mission, and notably the associated locomotor muscles fatigue, did not alter walking biomechanics and energetics. General conclusion: These results bring the first insight into the biomechanical, metabolic and neuromuscular consequences of modern land warfare system carriage in experienced soldiers, and this by a real-world approach aiming at simulating the military theater conditions

En prenant comme point d’horizon l’entrée du concept de travail mécanique dans la physique théorique par les ingénieurs-savants du début de 19e siècle (Coriolis et Navier notamment), cette thèse montre la filiation de ce concept vis-à-vis de démarches apparaissant à l’aube du 18e siècle à l’Académie Royale des Sciences de Paris, notamment dans les oeuvres d’Amontons et de Parent. La thèse montre alors comment et pourquoi le concept commence à se développer au premier 18e siècle dans cet environnement, comment il est ensuite repris, enrichi, modifié par Pitot, Bélidor, Desaguliers, D. Bernoulli, et comment au contraire ce concept semble ignoré de savants plus théoriciens tel que D’Alembert. Le rôle de la rupture de la vision statique de la machine semble déterminant. Apparaît alors la forte dépendance de ce concept aux problématiques qu’il permet de résoudre, axées sur la quantification et l’optimisation de l’effet des hommes, des animaux et des machines en situation laborieuse, et leurs comparaisons mutuelles dont l’une des finalités est la recherche du profit économique. L’histoire du concept se donne à voir comme une interface permanente entre mécanique théorique, mécanique pratique, et aspects productifs. On suggère alors que la légitimité du concept tient dans sa pertinence à rendre compte du travail des agents producteurs. Enfin, la thèse s’attache à recréer l’épaisseur du réel derrière les concepts et les problématiques, en montrant ce qu’ils doivent aux stratégies gouvernementales et aux pratiques d’ingénieurs. / Taking the early 19th century concept of mechanical work in theoretical physics (popular among such engineers as Coriolis and Navier) as the point of reference, this essay draws a connection between this concept and similar reasoning occurring at the Royal Academy of Sciences in Paris at the turn of the 18th century, especially evident in the works of Amontons and Parent. The essay then demonstrates how and why this concept begins to develop in this academic environment, and how it is then adopted, enhanced and modified by Pitot Bélidor, Désaguliers, and D. Bernoulli while seemingly ignored by theorists such as D’Alembert. The role of the breakdown of the conceptualisation of machines as static agents seems decisive. What follows is a strong dependence on the concept of mechanical work for its ability to problem solve and in pursuit of economic gain, particularly as pertains to quantification, optimization and the comparative labour productivity of men, animals and machines. The concept’s history suggests a permanent interplay between theoretical mechanics, practical mechanics and productivity, thus indicating that the legitimacy of the concept lies in its ability to represent the work of producing agents. Finally, the essay attempts to recreate in practical terms the reality behind the concepts and problems, showing what they owe to government strategies and what to the practices of engineers.

Cette thèse à caractère biographique est une étude de la carrière et de l'œuvre scientifiques de Gaspard-Gustave de Coriolis (1792-1843), polytechnicien, ingénieur des ponts et chaussées, dont le nom est universellement connu (force de Coriolis), mais dont le parcours et l'œuvre multiforme sont peu connus. Le fait que Coriolis fasse l'intégralité de sa carrière comme enseignant, puis directeur des études à l'École polytechnique, et que par ailleurs il participe à l'évolution de l'École et du Corps des ponts et chaussées à partir de 1830, nous donne un éclairage intéressant sur ces institutions (notamment grâce à la correspondance privée de Coriolis de 1838 à sa mort). Concernant son œuvre scientifique, sont rappelés ses apports de mathématicien. Son œuvre se caractérise principalement, toutefois, par une approche avant tout mathématique et théorique de la mécanique appliquée aux machines - il établit les fondements d'une théorie du travail. Cette approche et les résultats importants qui peuvent être attribués à ce savant, comme la définition physique du travail, les forces d'entraînement ou les forces centrifuges composées (forces de Coriolis), témoignent du lien tissé par Coriolis entre la mécanique rationnelle des géomètres et la mécanique appliquée à l'industrie naissante des machines.