L’initiation de la marche met en jeu des ajustements posturaux anticipatoires permettant l’exécution du premier pas. Ceux-ci sont caractérisés par un patron structuré de l’inhibition des soléaires suivis de l’activation des muscles tibiaux antérieurs. Le but de cette étude est d’analyser l’effet d’une inclinaison naturelle du tronc sur le patron moteur caractérisant l’initiation de la marche et de déterminer les conditions de posture initiale prédisant les deux composantes du patron. Vingt-quatre jeunes adultes ont participé à cette étude. Deux groupes ont d’abord été créés à partir de l’angle du tronc et deux modèles de régression ont ensuite permis de prédire les deux composantes du patron, soit l’inhibition des soléaires et l’activation du TA. Les inclinés arrière inhibaient les soléaires moins souvent que les inclinés avant et présentaient une activation initiale du soléaire plus petite et une co-activation initiale plus élevée. Les modèles de régression ont mis en évidence qu’une activation initiale du soléaire plus grande prédisait une inhibition.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'identification des fondements de la locomotion passe par la compréhension des structures anatomiques et des mécanismes mis en jeu lors de ce mouvement. Les études expérimentales en biomécanique ont ainsi permis de mettre en évidence un grand nombre d'invariants tels que la minimisation de l'énergie. En paléoanthropologie, lorsqu'il s'agit d'étudier l'influence de la morphologie sur le mouvement, l'approche par« anatomie comparée» est la plus utilisée. A partir d'observations sur les espèces actuelles, cette approche propose un certain nombre d'hypothèses locomotrices pour des espèces fossiles. Toutefois, la plupart des analyses en paléoanthropologie se focalisent sur une partie isolée du squelette (la hanche, le genou ou le bassin par exemple) et il est difficile de faire fonctionner ensemble des caractéristiques anatomiques de nature très différente et provenant de différentes parties du corps. Dans ce travail, nous proposons d'adapter des méthodes de simulation du mouvement bipède afin d'étudier les relations entre les paramètres anatomiques et le mouvement. Nous proposons, dans un premier temps, une méthode pour modéliser des squelettes et les exploiter pour la simulation. Nous décrivons ensuite une solution pour calculer les mouvements de la chaîne articulaire pelvienne à partir d'une trajectoire connue des pieds. Enfin, nous décrirons comment cette précédente méthode peut être utilisée pour simuler une locomotion bipède incluant le calcul de la trajectoire des pieds. Après avoir validé cette approche globale chez l'homme, nous proposons une application à un chimpanzé et à un spécimen d'Australopithecus afarensis ("Lucy", A.L.288-1). L'application paléontologique vise à tester l'influence de la longueur de pas et de diverses reconstructions de squelettes sur les mouvements simulés. En plus de l'apport scientifique dans le domaine de l'analyse du mouvement, ce travail a des implications directes dans le domaine des activités physiques et sportives afin de comprendre les fondamentaux de la performance motrice

La paléoanthropologie utilise la bipédie comme critère d'interprétation des vestiges fossiles permettant d'établir leur appartenance à la lignée humaine. Ainsi, la bipédie devient une caractéristique propre à la lignée humaine et qui en marque l'origine. Nous identifions ici un « cercle herméneutique » de la paléoanthropologie, puisque l'humain y est défini par la bipédie et, réciproquement, tout bipédie est interprétée comme étant nécessairement humaine. Du fait de cette circularité, les traits associés à la bipédie sont surinterprétés dans la description des vestiges fossiles, qui se voient alors conférer une signification fonctionnelle et phylogénétique univoque. L'unicité de la bipédie humaine constitue un principe d'interprétation resté ininterrogé en paléoanthropologie. Ce point révèle l'attachement de cette discipline scientifique à une conception philosophique du propre de l'homme qui semble pourtant difficilement compatible avec l'approche évolutionniste. Au contraire, une véritable épistémologie de la paléoanthropologie doit mettre en perspective la signification accordée à cette caractéristique anthropologique : nous nous y employons dans cette thèse, en montrant que le concept métaphysique de « station droite » trouve son écho dans le concept naturaliste de « bipédie ». Cette continuité ou cette capillarité de la philosophie à la science est mise en évidence à travers les usages du critère de la bipédie dans la description de plusieurs espèces fossiles. De Pithecanthropus erectus à Ardipithecus ramidus, nous analysons différents modes de l'équivalence entre « bipède » et « humain ». Cette équivalence, souvent implicite, représente une source de confusion majeure pour la paléoanthropologie, impliquant un concept d’ « humain » aux contours flous. Notre épistémologie de la paléoanthropologie dégage donc différents problèmes que cette discipline se doit d'affronter pour que le débat sur l'évolution de la bipédie dans la lignée humaine puisse avancer. / Bipedalism represents for paleoanthropology a criterion to decipher fossil records in order to establish their belonging to the human lineage. As such, bipedalism is considered as a unique characteristic of the human lineage that marks its origin. In this thesis, we identify a "hermeneutic circle" of paleoanthropology, since the human is defined by its bipedal characteristics and, conversely, any bipedalism is interpreted as necessarily human. Because of this circularity, traits associated with bipedalism are overstated in describing the fossil record, hence conferring an unambiguous functional and phylogenetic significance. The uniqueness of human bipedalism is a principle of interpretation remained unquestioned in paleoanthropology. This shows the commitment of this scientific discipline to a philosophical conception of the human uniqueness who hardly seems consistent with the evolutionary approach. On the contrary, a real epistemology of paleoanthropology has put into perspective the meaning given to this anthropological characteristic. We address this latter in showing that the metaphysical concept of "upright station" is echoed in the naturalist concept of « bipedalism ». This continuity or capillary from philosophy to science is emphasized through the use of the criterion of bipedalism in the description of several fossil species. From Pithecanthropus erectus to Ardipithecus ramidus, we analyze various modes of equivalence between "biped" and "human". This equivalence, albeit implicit, represents a major source of confusion for paleoanthropology, implying an unclear concept of « human ». Our epistemology of paleoanthropology put thus upfront several philosophical and epistemological problems that this discipline has to challenge in order to the debate on the evolution of bipedalism in the human lineage can move forward.

L’hallux de l’humain (plus couramment appelé gros orteil) est aujourd’hui aligné avec les autres orteils ce qui rend son opposition aux autres orteils impossible. Il a été proposé que la perte de l’opposabilité de l’hallux, chez les premiers hominines, aurait mené à une augmentation des coûts liés à la maternité, due à l’obligation de transporter activement les juvéniles lors de longs trajets (Tanner & Zihlman 1976 ; Wall-Sheffler 2007 ; Watson et al. 2008). Cela suggère que l’Australopithecus afarensis devait transporter activement son juvénile car il ne pouvait pas se maintenir par lui-même lors des transports. Mon étude propose de vérifier cette hypothèse en déterminant si un primate juvénile a besoin de son hallux pour s’accrocher au poil de sa mère. Les deux hypothèses de ce travail sont donc les suivantes : L’abduction de l’hallux est nécessaire à la préhension du poil d’un porteur (généralement la mère) par les jeunes macaques et l’abduction de l’hallux n’est pas nécessaire à la préhension du poil d’un porteur (généralement la mère) par les jeunes macaques lors des transports. L’observation de vidéos de dyades mère/enfant de macaques rhésus vivant en liberté à Cayo Santiago (Costa Rica) filmées sur une période de cinq mois, tend à supporter mon hypothèse. En effet, les résultats de mon étude montrent que les macaques rhésus sont capables de s’accrocher, et se maintenir, par eux-mêmes à leur mère durant les transports sans se servir de leur hallux. Il serait cependant nécessaire de compléter cette étude par des recherches supplémentaires pour inférer avec plus de confiance ce type de comportement à l’A. afarensis. / The human hallux (more commonly called big toe) is now aligned with the other toes, which makes its opposition to other toes impossible. It has been proposed that the loss of opposability of the hallux in early hominins would have led to increase the energetic costs related to maternity, due to the obligation to carry juveniles actively (Tanner & Zihlman 1976; Wall-Sheffler 2007, Watson et al. 2008). This implies that Australopithecus afarensis juveniles had to be actively transported instead of grasping their mother's hair. My study proposes to test whether a juvenile primate needs its hallux to cling to the hair of its mother. The two hypotheses of this work are as follows: The abduction of the hallux is essential for the grasping of the hair of a carrier (usually the mother) by the young macaques and the abduction of the hallux is not necessary for the grasp of the hair of a carrier (usually the mother) by young macaques during transport. Videos of mother/child dyads of rhesus macaques are used in this study to evaluate the use of the hallux in juveniles being carried. The macaques are from a free-range colony in Cayo Santiago, Costa Rica, and they were filmed over a 5-month period. Results tend to support my hypothesis. Indeed, rhesus macaques are able to cling and maintain themselves on their mother during transport without using their hallux. It would, however, be necessary to supplement this study with further research in order to infer this type of behavior in A. afarensis.

Comprendre l'évolution de la bipédie est un élément essentiel à la recherche en paléoanthropologie, car ce comportement est le trait le plus important utilisé pour identifier les fossiles comme appartenant à la lignée des hominines. La topographie de la surface infradiaphysaire du fémur et du tibia pourrait donner un aperçu du comportement locomoteur des espèces fossiles, mais n'a pas été étudiée de façon approfondie. Ce trait reflète directement les différences dans la locomotion, puisque la surface change de topographie pour mieux résister aux charges encourues par les mouvements réguliers. Le plan infradiaphysaire du fémur chez les humain est relativement plat, tandis que la surface est plus irrégulière chez les grands singes. Dans ce projet, les métaphyses du genou ont été étudiées d’une manière quantifiée afin de percevoir les différences entre espèces et mieux comprendre le développement ontogénique de ces traits. Les angles formés par les protrusions et les creux de ces surfaces ont été mesurés à partir de points de repère enregistrés en trois-dimensions sur les métaphyses du genou chez les humains, chimpanzés, gorilles, et orangs-outans, et chez trois fossiles Australopithecus afarensis, afin d’observer de l’effet de facteurs tel le stade de croissance et l’appartenance à une espèce sur la topographie des plaques de croissance du genou. Les angles d’obliquité du fémur et du tibia ont aussi été mesurés et analysés. Les résultats ont révélé que le stade développemental et l’appartenance à une espèce et, par association, le mode de locomotion, ont un effet significatif sur les métaphyses du genou. Il a également été constaté que les mesures d'Australopithecus afarensis chevauchent les valeurs trouvées chez les humains et chez les grands singes, ce qui suggère que cette espèce avait possiblement conservé une composante arboricole dans son comportement locomoteur habituel. / Understanding the evolution of bipedality is a critical part of research in paleoanthropology, as it is the single-most important trait used to identify fossils as belonging to the hominin lineage. The topography of the infradiaphyseal plane could provide insight into the locomotor behaviour of fossil species, but has not been studied extensively. This trait directly reflects differences in locomotion, as the surface changes to resist loads incurred by regular movement. Humans have an infradiaphyseal plane that is relatively flat, while this feature is very convoluted in great apes. This project studied this feature in the femur and tibia quantifiably to allow for statistical comparisons between species and to provide a better understanding of its ontogenic development. Three-dimensional landmarks were recorded from the metaphyses of the knee in humans, chimpanzees, gorillas, orang-utans, and three Australopithecus afarensis fossils. Using these landmarks, angles formed by the salient points of these planes were analyzed to confirm observations that development and species have a significant effect on the topography of growth plates of the knee. Carrying angles of the femur and tibia were also measured and analyzed. Results revealed that development and species, and by extension, mode of locomotion, have a significant effect on the overall metaphyses of the knee, especially on the sagittal plane. It was also found that A. afarensis have values that overlap human and great ape ranges, suggesting this species had probably retained an arboreal component in its regular locomotion.

Comprendre l'évolution de la bipédie est un élément essentiel à la recherche en paléoanthropologie, car ce comportement est le trait le plus important utilisé pour identifier les fossiles comme appartenant à la lignée des hominines. La topographie de la surface infradiaphysaire du fémur et du tibia pourrait donner un aperçu du comportement locomoteur des espèces fossiles, mais n'a pas été étudiée de façon approfondie. Ce trait reflète directement les différences dans la locomotion, puisque la surface change de topographie pour mieux résister aux charges encourues par les mouvements réguliers. Le plan infradiaphysaire du fémur chez les humain est relativement plat, tandis que la surface est plus irrégulière chez les grands singes. Dans ce projet, les métaphyses du genou ont été étudiées d’une manière quantifiée afin de percevoir les différences entre espèces et mieux comprendre le développement ontogénique de ces traits. Les angles formés par les protrusions et les creux de ces surfaces ont été mesurés à partir de points de repère enregistrés en trois-dimensions sur les métaphyses du genou chez les humains, chimpanzés, gorilles, et orangs-outans, et chez trois fossiles Australopithecus afarensis, afin d’observer de l’effet de facteurs tel le stade de croissance et l’appartenance à une espèce sur la topographie des plaques de croissance du genou. Les angles d’obliquité du fémur et du tibia ont aussi été mesurés et analysés. Les résultats ont révélé que le stade développemental et l’appartenance à une espèce et, par association, le mode de locomotion, ont un effet significatif sur les métaphyses du genou. Il a également été constaté que les mesures d'Australopithecus afarensis chevauchent les valeurs trouvées chez les humains et chez les grands singes, ce qui suggère que cette espèce avait possiblement conservé une composante arboricole dans son comportement locomoteur habituel. / Understanding the evolution of bipedality is a critical part of research in paleoanthropology, as it is the single-most important trait used to identify fossils as belonging to the hominin lineage. The topography of the infradiaphyseal plane could provide insight into the locomotor behaviour of fossil species, but has not been studied extensively. This trait directly reflects differences in locomotion, as the surface changes to resist loads incurred by regular movement. Humans have an infradiaphyseal plane that is relatively flat, while this feature is very convoluted in great apes. This project studied this feature in the femur and tibia quantifiably to allow for statistical comparisons between species and to provide a better understanding of its ontogenic development. Three-dimensional landmarks were recorded from the metaphyses of the knee in humans, chimpanzees, gorillas, orang-utans, and three Australopithecus afarensis fossils. Using these landmarks, angles formed by the salient points of these planes were analyzed to confirm observations that development and species have a significant effect on the topography of growth plates of the knee. Carrying angles of the femur and tibia were also measured and analyzed. Results revealed that development and species, and by extension, mode of locomotion, have a significant effect on the overall metaphyses of the knee, especially on the sagittal plane. It was also found that A. afarensis have values that overlap human and great ape ranges, suggesting this species had probably retained an arboreal component in its regular locomotion.

L’espèce humaine est caractérisée par une forme de locomotion bipède qui lui est propre. Toumaï, l’holotype de l’espèce Sahelanthropus tchadensis découverte au Tchad, est le plus ancien représentant connu du rameau humain. Daté de 7 millions d’années, il est très proche de la dichotomie entre ce rameau et celui des chimpanzés. C’est donc un témoin précieux des premières phases de l’évolution de la locomotion dans ce groupe. Le but de ce travail est de reconstituer le comportement locomoteur de Sahelanthropus tchadensis à partir de l’étude de la partie osseuse de son labyrinthe, organe de l’équilibre.Pour cela, les relations entre locomotion et morphologie du labyrinthe osseux sont recherchées chez les hominoïdes actuels. Les covariations entre le labyrinthe et le crâne sont étudiées chez Homo sapiens afin de déterminer l’influence sur la morphologie du labyrinthe de son intégration dans le crâne. Ces résultats sont enfin appliqués au labyrinthe de Toumaï, comparé à d’autres hominines fossiles.La morphométrie géométrique discrimine l’ensemble des espèces actuelles par l’orientation, la taille et la forme relatives de chacune des parties du labyrinthe. Cependant, la torsion et l’orientation relative des canaux semi-circulaires sont majoritairement liées à l’intégration du labyrinthe dans le crâne (orientation des pyramides pétreuses et de la face par rapport à la ligne médio-sagittale du basicrâne). Au contraire, l’excentricité des canaux et leur taille sont uniquement liées à la locomotion.Chez Sahelanthropus tchadensis, la taille des canaux semi-circulaires indique une espèce relativement plus agile que les grands singes. En revanche, il ne présente pas les rotations de canaux caractéristiques du genre Homo. La forme de ses canaux constitue une combinaison unique de caractères : canal postérieur rond et canal antérieur légèrement étiré, comme les humains et les australopithèques, mais canal latéral légèrement projeté postéro-latéralement, comme les gorilles et les babouins. Ceci indiquerait un comportement locomoteur associant le grimper vertical dans les arbres à des déplacements au sol bipèdes mais aussi quadrupèdes. / Humans are characterised by a specific form of bipedal locomotion. Toumaï, holotype specimen of Sahelanthropus tchadensis discovered in Chad, is the oldest known member of the human branch. Dated from 7 million years ago, it is very close to the dichotomy between this branch and the branch of chimpanzees. Therefore, it gives valuable information on the first stages of the evolution of locomotion is this group. The purpose of this work is to reconstruct the locomotor behaviour of Sahelanthropus tchadensis based on the study of the osseous part of its labyrinth, the balance organ.To this aim, the relationships between the locomotion and the bony labyrinth morphology are investigated in extent hominoids. The covariations between the labyrinth and the skull are studied in Homo sapiens in order to determine the influence of cranial integration on labyrinth morphology. Finally, these results are applied to the bony labyrinth of Toumaï, compared to other hominin fossils.Geometric morphometrics discriminates all extant species by the relative orientation, size and shape of each part of the labyrinth. However, the torsion and the relative orientation of the semicircular canals are mainly due to the integration of the labyrinth in the skull (petrous pyramids and face orientations relative to the midline of the basicranium). On the contrary, canal eccentricity and size are linked only to locomotion.In Sahelanthropus tchadensis, the canal size indicates that this species was more agile than great apes. However, it does not have the semicircular canal rotations characterising the genus Homo. The shape of its canals constitutes a unique combination of features: a round posterior canal and a slightly stretched anterior canal, as in humans and australopithecines, but a slightly posterolaterally projected lateral canal, as in gorillas and baboons. This is the sign of a locomotor behaviour associating vertical climbing in trees to both bipedalism and quadrupedalism on the ground.