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

Cette étude aborde le problème de la sécurité des passagers de transports en commun guidés. L'analyse de la bibliographie fait ressortir que le risque de chute, et donc de blessures, est particulièrement important pour les passagers debout. Il apparaît en outre que la situation des passagers debout dans les transports en commun est intermédiaire par rapport à ce qui est étudié de manière classique 1/ dans le domaine de la protection des usagers de transport; 2/ dans la littérature concernant l'équilibre perturbé. L'approche de ce problème doit donc être reconsidérée. Il est nécessaire d'acquérir des données pertinentes et de mettre en place des méthodes de traitements spécifiques. Les principaux résultats de ce travail sont : • un protocole expérimental permettant d'étudier les réactions de sujets volontaires dans des situations représentatives des transports en communs; • une méthode de reconstruction de mouvement originale, utilisant un modèle cinématique du corps humain et traitant le problème de manière semi-globale; • la mise en évidence et la description des principaux phénomènes du rattrapage d'équilibre, ainsi que de l'influence des différents paramètres; • une première approche de la prédiction de la cinématique du rattrapage en fonction des conditions initiales, dont les résultats s'avèrent encourageants; • une méthode de calcul des forces et moments articulaires, basée sur des principes classiques (approche récursive), mais adaptée à la complexité des mouvements et du modèle étudiés. Les méthodes mises en place dans cette étude, ainsi que ses apports dans la connaissance du rattrapage d'équilibre, constituent une première étape en vue de l'obtention d'un outil permettant d'évaluer et de limiter les risques encourus par les passagers debout.

La biomécanique peut être définie comme l'application des connaissances mécaniques à l'analyse d'un système très complexe et évolutif : le corps humain. Il s'agit d'une activité pluridisciplinaire, visant essentiellement à adapter les méthodes et les outils, développés dans d'autres domaines de recherche, à l'étude des êtres vivants. Ce mémoire présente une synthèse de mes activités de recherche au sein de ce laboratoire depuis 1990, regroupant mes travaux personnels et ceux réalisés dans le cadre de DEA ou de thèses que j'ai encadrés. Ce document est structuré selon deux parties principales : La première partie décrit les études biomécaniques à vocation d'applications cliniques. Dans ce contexte, deux thèmes complémentaires sont traités. L'un utilise des données internes statiques (images radiographiques) pour décrire la structure géométrique et la déformation d'une colonne vertébrale pathologique, l'autre des données externes enregistrées au cours de la marche par un système d'analyse du mouvement optoélectronique. Le chapitre décrivant l'analyse de la marche présente les aspects expérimentaux, les aspects de modélisation cinématique et dynamique, et différentes applications dans le domaine clinique. La seconde partie de ce mémoire concerne les études ayant pour objectif des applications de type ergonomique. Deux thèmes sont également abordés dans cette partie. Le premier consiste à simuler de façon réaliste des postures et des mouvements du corps humain. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'un contrat financé par la DRET avec comme partenaire industriel la société DASSAULT AVIATION. Le second thème a trait à la simulation du comportement mécanique du thorax en cas de choc automobile, et s'inscrit dans le cadre de collaborations avec le Laboratoire de Mécanique des Solides de l'INSA de Lyon et le Laboratoire de Biomécanique et de Sécurité des Usagers de l'INRETS. Une conclusion est apportée à l'ensemble de ces travaux, dont certains sont en cours, et les prolongements possibles des thèmes développés sont recensés dans le chapitre Conclusion et Perspectives.

Je présenterai mes activités de recherche en vision par ordinateur effectuées au sein des équipes MOVI et LEAR du laboratoire GRAVIR depuis l'année 2000, sur l'estimation de la pose et du mouvement articulaire humain à partir d'images monoculaires, et sur d'autres sujets liés au traitement d'image, à la vision géométrique et à l'apprentissage statistique. Les travaux sur le mouvement humain se divisent en trois parties : l'approche par modélisation 3-D explicite, où notre contribution porte sur l'optimisation non-convexe de la pose ; l'approche 2-D où nous contribuons un détecteur de personnes et un modèle dynamique du mouvement ; et une approche 3-D par apprentissage, sans modèle explicite.

Thèse doctorat : Traitement du signal et télécommunications : Rennes 1 : 2006. / Bibliogr. p. 279-288.

Thèse de doctorat : Sciences et techniques des activités physiques et sportives : Rennes 2 : 2008. / Bibliogr. p.139-162. Table des illustrations et tableaux.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Littérature générale et comparée : Paris 8 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 283-300. Index.

L'analyse de la posture constitue un élément fondamental dans l'évaluation diagnostique et thérapeutique des patients atteints de déformations rachidiennes. Classiquement basée en pratique courante sur des radiographies du rachis en totalité, de nombreux paramètres posturaux ont été décrits et corrélés à la qualité de vie des patients. Toutefois, l'analyse radiographique conventionnelle ne permet pas systématiquement d'appréhender la posture véritable d'un individu. Une approche biomécanique de la posture en laboratoire d'analyse du mouvement permet donc de s'affranchir de ces contraintes et de caractériser la posture à l'aide de nouveaux paramètres. Un protocole spécifique biomécanique d'analyse de la posture, utilisant des plateformes de force et un système optoélectronique, a été développé afin de caractériser la posture libre d'un individu. D'autre part, ce protocole d'analyse peut ensuite être adapté à la pratique clinique quotidienne en couplant les données issues de la radiographie à celles d'une plateforme de pression. L'analyse d'une cohorte de volontaires sains a ainsi été réalisée, confirmant la faisabilité technique du calcul des moments nets inter segmentaires à l'aide de radiographies et d'une plateforme de pression. Les résultats de ce travail mettent en évidence la faisabilité et la fiabilité du protocole de mesure des moments inter-segmentaires. Ces résultats ouvrent des perspectives en pratique clinique courante avec la possibilité de réaliser cette analyse en pré et postopératoire a des fins diagnostics mais également pour évaluerl'influence du traitement chirurgical sur la modification des contraintes exercées sur le rachis. / Postural analysis is of primary importance for clinical and therapeutic evaluation of spinal deformity patients. This evaluation is currently based on full-spine radiographs and various parameters have been described and correlated with health related quality of life scores. However, this radiographic analysis is not applicable to every patient and can be sometimes misleading for physicians. A biomechanical postural approach using gait analysis is therefore necessary in order to avoid limits from the radiographic analysis. It provides new parameters for postural evaluation. A dedicated biomechanical "free-posture" protocol has been developed using force plates and gait analysis markers. Results from this approach revealed the reliability of the inter-segmental moment's measurements. Evolution of postural parameters during growth according to age was also described using a pediatric cohort. Concurrently, this biomechanical protocol can also be adapted to daily clinical practice, by the combination of a pressure platform and full-spine x-rays. Reliability of this combination was reported on a cohort of volunteers on whom spinal constraints were measured. These results are a source for potential new methods of postural outcomes evaluation in daily practice as they can be calculated during preoperative and postoperative courses.

Lorsque l'on s'intéresse aux positions d'accouchement, les avis sont très partagés. D'après la littérature, les positions dites verticales parmi lesquelles figure la position accroupie semblent aboutir à des issues materno-fœtales plus favorables que les positions horizontales qui comprennent la position gynécologique. Seulement, l'origine de ces bénéfices notamment du point de vue de la mécanique obstétricale reste incertaine. Il apparait que ce manque de clarté provient avant tout d'un manque de définition des postures segmentaires retrouvées lors de ces positions d'accouchement. L'objectif premier de ce travail était donc de définir les postures segmentaires au cours de différentes positions d'accouchement et de préciser en particulier le rôle de la posture des cuisses sur des éléments jugés importants en mécanique obstétricale à savoir l'orientation du plan du détroit supérieur et la courbure lombaire. En premier lieu, une enquête épidémiologique régionale a été effectuée afin d'attester les positions d'accouchement les plus fréquemment adoptées et d'identifier les facteurs associés à leur adoption. Par une méthode dérivée entre autres des méthodes d'analyse du mouvement par système optoélectronique, l'influence de la posture des cuisses (flexion et abduction) sur la posture du plan du détroit supérieur et du rachis lombaire a été analysée tout d'abord en position gynécologique puis en position accroupie. Enfin, l'importance de la posture initiale des cuisses sur les mouvements segmentaires a été évaluée au cours d'une manœuvre obstétricale (Mac Roberts), manœuvre couramment utilisée en cas de dystocie des épaules.Ce travail a permis de mettre en évidence l'importance de la caractérisation des postures segmentaires pour la compréhension des bénéfices d'une position d'accouchement sur une autre. / When looking at birthing positions, opinions are strongly divided. According to the literature, the so-called vertical positions, which include the squatting position, seem to lead to more favorable maternal-fetal outcomes than the horizontal positions which include the gynecological position. In fact, the origin of these benefits, particularly from the point of view of obstetric mechanics, remains uncertain. It appears that this lack of clarity comes primarily from a lack of definition of segmental postures found in these delivery positions.The primary objective of this work was therefore to define the segmental postures during different birthing positions and to specify in particular the role of the thigh posture on elements considered as important in obstetric mechanics namely, the orientation of the pelvic inlet and the lumbar curvature.Firstly, a regional epidemiological survey was carried out to document the most frequently adopted childbirth positions and to identify the factors associated with their adoption.Using a method derived inter alia from movement analysis methods based on optoelectronic system, the influence of thigh posture (flexion and abduction) on the posture of the pelvic inlet and the lumbar spine was analyzed firstly during gynecological position and then during squatting position. Finally, the importance of initial thigh posture on segmental movements was evaluated during an obstetric maneuver (Mac Roberts), a maneuver commonly used in cases of shoulder dystocia.This work has highlighted the importance of the characterization of segmental postures for understanding the benefits of one delivery position on another.

Le projet SIMUSURF consiste en l’utilisation d’un robot hexapode de mouvement pour l’analyse de la réponse biomécanique d’un sujet positionné sur un plateau mobile et soumis à des mouvements de translation et/ou de rotation. Ce robot permet l’apprentissage d’activités sportives nécessitant des conditions particulières d’équilibre. Les sports de glisse tels que le surf, le ski ou le snowboard sont des activités qui nécessitent la conduite de trajectoire du support (planche de surf, skis ou snowboard) et l’équilibre du sportif. Pour un simulateur de surf, l’hexapode équipé de plates-formes de forces permettra alors d’établir des relations entre figures et réponse biomécanique du surfeur, d’étudier la variabilité interindividuelle pour exécuter un mouvement donné et d’optimiser le geste sportif dans un but d’aide à la performance.L’étude concernant le développement de ce simulateur à partir de l’hexapode a été abordée sous deux aspects.- D’un point de vue instrumentation et acquisition, la simulation des trajectoires correspondant aux mouvements de l’ensemble {surfeur + planche} sur l’eau a nécessité la constitution d’une base de données expérimentales permettant notamment d’identifier un modèle dynamique de comportement d’interactions entre le surfeur, sa planche et la vague. Pour ces mesures in situ, l’instrumentation d’une planche a été nécessaire. La conception d’une planche instrumentée et la mise en place d’un protocole d’acquisition dans les conditions extrêmes que représente l’environnement marin ont été un des verrous technologiques associés à ce projet.- D’un point de vue mécanique et robotique, il a été indispensable d’optimiser le pilotage de cette machine (au total 6 vérins avec des vitesses potentielles de 5 m/s) pour atteindre les trajectoires désirées ou les efforts multiaxiaux à imposer dans le cas particulier d’un pilotage complexe en effort.Afin d’être réaliste, un simulateur de surf réalisé autour d’un hexapode devait être capable de reproduire les mouvements complexes et de dynamiques élevées d’une planche de surf sur une vague et soumis aux efforts du surfeur. Ces performances ont été atteintes en tenant compte des phénomènes de couplage dynamiques existants entre ses actionneurs et en mettant en œuvre une approche de commande multivariable efficace : une approche CRONE permettant de synthétiser des lois de commande à la fois performantes et robustes, c’est-à-dire résistant à une connaissance imparfaite du système commandé. / The project SIMUSURF consists in using an hexapod to analyze the biomechanical response of a human subject positioned on the moving platform of the hexapod and submitted to a translation and/or rotation movement. This robot allows practice of sport activities where balanced specific conditions are required. Riding sports such as surf, ski or snowboard are sports for which special skills to steer the support (surfboard, snowboard or ski for instance) are needed. The development of a surf simulator, using the hexapod equipped with multi-axis force plates, will allow to study the relations between figure and biomechanical response of the surfer, the interindividual variability to execute a given movement and to optimise the actions of the person aiming at better performances.The development of this simulator from the hexapod has been approached from two aspects.- From an instrumentation and acquisition point of view, simulation of the trajectories corresponding to the movements of the set {surfer + board} on the ocean required the constitution of an experimental database to identify such a behavioral dynamic model of the interactions between the surfer, his board and the wave. For these in situ experimentations, instrumentation of a surfboard was required. The design of an instrumented board and the implementation of an acquisition protocol in the extreme conditions due to the marine environment have been one of the technological hurdles associated.- From a mechanical and robotics point of view, it was essential to optimize the control of the hexapode (a total of 6 actuators with the potential speed of 5 m/s) to reach the desired trajectory or multiaxial efforts to impose in the special case of a force complex command.To be realistic, a surfing simulator designed with an hexapod had to be able to reproduce the complex movements and high dynamic of a surfboard on a wave and submitted to the efforts of surfer. These specifications were reached by taking account of existing dynamic coupling phenomena between actuators and implementing effective multivariable control approach: CRONE approach synthesizing control laws both powerful and robust, that is resistant to imperfect knowledge of the controlled system.