L'objet principal de cette thèse est l'étude de l'activité musculaire du membre supérieur par le biais de l'électromyographie de surface (EMG) lors d'une activité dynamique. Une première étude a montré que sept muscles sur neuf peuvent être normalisés à partir de deux tâches maximales dynamiques, tandis que deux autres muscles doivent l'être avec la méthode traditionnelle isométrique. Cette procédure contribue à l'amélioration de la fiabilité de l'étude du membre supérieur tout en réduisant le temps de normalisation. D'autre part, l'étude de la relation entre activité EMG et vitesse de frappe en coup droit a permis de mettre en lumière les modifications d'amplitude EMG et des paramètres temporels d'activation de certains muscles du membre supérieur en réponse à l'augmentation de la vitesse de balle. Par ailleurs, une troisième étude a démontré que la fatigue générée par un exercice intense de tennis entraîne une baisse du niveau d'activation du grand pectoral et des muscles de l'avant-bras lors des frappes, sans toutefois entraîner de changement au niveau du timing d'activation. Cette diminution de l'activité EMG pourrait expliquer la dégradation de la performance relevée lors de cette expérience. Toutefois, des stratégies de protection de l'organisme et/ou de gestion du conflit vitesse-précision sont à envisager et ouvrent la voie à de futures études / The main purpose of this thesis is the study of upper limb muscle activity through surface electromyography (EMG) during a dynamic activity. An initial study showed that seven out of nine muscles can be normalized from two maximum dynamic tasks, while two other muscles require the traditional isometric method. This procedure helps to improve the reliability of the upper limb EMG while reducing the time of standardization. On the other hand, the study of the relationship between EMG and stroke velocity in forehand drive in tennis emphasized the changes in EMG amplitude and activation timing of some muscles in response to the increase of the ball velocity. Otherwise, a third study showed that fatigue generated by intense exercise tennis results in a decrease in activation level of the pectoralis major and the forearm muscles during strokes, without any change in activation timing. This decrease in EMG activity could explain the performance degradation observed during this experiment. However, strategies of organism protection and/or gestion of the speed-accuracy trade-off should be considered and may need future studies

L'objectif de ce travail de doctorat étati d'examiner les modalités d'entrainement permettant de développer la vitesse de balle post impact en coup droit au tennis, tout en évaluant les risques potantiels d'hypersollicitation de l'épaule qui pourraient en résulter. Les résultats de nos différentes études ont montré que la puissance maximale développée lors d'un lancer de medecine-ball (MB) à 2 mains sur le côté expliquait 25% de la variation de la vitesse maximale de balle en coup droit et qu'elle était atteinte en utilisant une masse de MB de 5,7% du poids de corps du joueur. Toutefois, les relations entre les distances obtenues lors de ce type de lancer et la vitesse de balle en coup droit sont faibles. En revanche, les lancers de MB sur le côté à une main ont démontré une relation significative avec la vitesse maximale de balle en coup droit. Un entrainement de six semaines basé sur l'utilisation de ce type de lancers a augmenté la vitesse de balle de 11% mais la précision des coups tendait à diminuer. Finalement, un entraînement incorporant des frappes de balle avec une raquette lestée d'environ 12% a également amélioré la vitesse maximale de balle en coup droit (5%), tout en conservant la précision des coups. Enfi, la comparaison de la coordiantion musculaire entre lesles deux types de lancers de MB et la frappe en coup droit a montré que les muscles du tronc et du membre supérieur testés présentaient des modèles d'activité musculaire et des niveaux de sollicitations similaires. Ainsi, les craintes concernant un potentiel de blessure ne sembleraient pas justifiées. Ainsi, les résulats de ces tudes ont contribué à la périodisation de la préparation physique pour l'amélioration de la performance en coup droit chez le joueur de tennis compétiteur amateur / This work aimed at exploring the training modalities to develop maximal post impact ball velocity fo the tennis forehand drive, while assessing the potential risk of upper limb oeruse. The results of our studies showed that maximal power developed during a two-handed side medecine-ball(MB) throw explained 25% of the variation of maximal forehand ball velocitiy, and was achieved when using a MB mass of 5,7 % of player's body weight. However, the relationship between throwing distances and maximal ball velocity of forehand drive was weak. By contrast, a significant relationship was found between the performance for the one-handed side MB throw and the maximal velocity of the forehand drive. A six-week trainig program based on one-hand MB throws increased the ball velocity by 11%, but the shot accuracy tended to be reduced. In the same way, a six-week training program including forehand drives with an overweighted racketr about 12 % allowed the maximal forehand ball velocity to be improved (5%), without alteration in theshot accuracy. Finally, the comparison of muscular coordination between both MB throws and the forehand drive demonstrated that the trunk and upper limb muscles presented similar activity pattern and levels. The potentials for injury risk would thus not justify. In conclusion, the finding of this work contributed to the periodization of the strength and conditioning training in order to improve the forehand drive performance in nonprofessional competitive tennis players.

Les exosquelettes robotisés de marche (ERM) représentent une intervention prometteuse dans le domaine de la réadaptation locomotrice. Sur le plan clinique, les ERM facilitent la mise en application de principes de neuroplasticité. Jusqu'à présent, la majorité des études analysant les effets de l’ERM a été menée avec des ERM fournissant une assistance robotique complète le long d’une trajectoire de mouvements prédéfinie des membres inférieurs (MI) de façon à reproduire la marche de façon quasi parfaite à très basse vitesse. La nouvelle génération d’ERM, maintenant disponible sur le marché, propose de nouveaux modes de contrôles qui permettent, entre autres, une liberté de mouvement accrue aux MIs (c.-à-d. trajectoire non imposée) et une possibilité d’offrir une assistance ou résistance aux mouvements de différentes intensités surtout pendant la phase d’oscillation du cycle de marche. Cependant, les effets de ces modes de contrôles sur la coordination musculaire des MI pendant la marche au sol avec l’ERM, caractérisé via l’extraction de synergies musculaires (SM), restent méconnus. Cette thèse mesure et compare les caractéristiques des SM (c.-à-d. nombre, profils d’activation, composition musculaire et contribution relative des muscles) pendant la la marche au sol sans ou avec un ERM paramétré avec six différents modes de contrôle chez des individus en bonne santé (articles #1 et #2) et d’autres ayant une lésion médullaire incomplète (LMI) (article #3). Les signaux électromyographiques (EMG) des différents muscles clés des MI, enregistrés lors de la marche, ont été utilisés afin d’extraire les SM avec un algorithme de factorisation matricielle non négative. La similarité des cosinus et les coefficients de corrélation ont caractérisé les similitudes entre les caractéristiques des SM. Les résultats montrent que: 1) les profils d'activation temporelle et le nombre de SM sont modifiés en fonction de la vitesse de marche avec, entre autres une augmentation de la vitesse de marche entrainant une fusion de SM, chez les individus en bonne santé marchant sans ERM ; 2) lorsque ces derniers marchent avec un ERM, les différents modes de contrôle testés ne dupliquent pas adéquatement les SM retrouvées lors de la marche sans ERM. En fait, uniquement le mode de contrôle libérant la contrainte de trajectoire de mouvements des MIs dans le plan sagittal lors de la phase d’oscillation reproduit les principales caractéristiques des SM retrouvées pendant la marche sans ERM ; 3) le nombre et la composition musculaire des SM sont modifiés pendant la marche sans ERM chez les personnes ayant une LMI. Cependant, parmi tous les modes de contrôle étudiés, seul le mode de contrôle libérant le contrôle de la trajectoire de mouvements des MI et assistant l’oscillation du MIs (c.-à-d. HASSIST) permets l’extraction de SM similaire à celles observées chez des individus en santé lors d'une marche sans ERM. Dans l’ensemble, cette thèse a mis en évidence le fait que différentes demandes biomécaniques liées à la marche (c.-à-d. vitesse de marche, modes de contrôle de l’ERM) modifient le nombre et les caractéristiques de SM chez les personnes en santé. Cette thèse a également confirmé que la coordination musculaire, mise en évidence via l’analyse de SM, est altérée chez les personnes ayant une LMI et a tendance à se normaliser lors de la marche avec l’ERM paramétré dans le mode de HASSIST. Les nouvelles preuves appuieront les professionnels de la réadaptation dans le processus de prise de décision concernant la sélection du mode de contrôle des MIs lors de l’entrainement locomoteur utilisant avec un ERM. / Wearable robotic exoskeletons (WRE) represent a promising rehabilitation intervention for locomotor rehabilitation training that aligns with activity-based neuroplasticity principles in terms of optimal sensory input, massed repetition, and proper kinematics. Thus far, most studies that investigated the effects of WRE have used WRE that provide full robotic assistance and fixed trajectory guidance to the lower extremity (L/E) to generate close-to-normal walking kinematics, usually at very slow speeds. Based on clinicians’ feedback, current commercially-available WRE have additional control options to be able to integrate these devices into the recovery process of individuals who have maintained some ability to walk after an injury to the central nervous system. In this context, WRE now offer additional degrees of movements for the L/E to move freely and different strategies to assist or resist movement, particularly during the gait cycle’s swing phase. However, the extent that these additional WRE control options affect L/E neuromuscular control during walking, typically characterized using muscle synergies (MSs), remains unknown. This thesis measures and compares MSs characteristics (i.e., number, temporal activation profile, and muscles contributing to a specific synergy [weightings]) during typical overground walking, with and without a WRE, in six different control modes, in abled-bodied individuals (Articles #1 and #2) and individuals with incomplete spinal cord injury (iSCI; Article #3). Surface EMG of key L/E muscles were recorded while walking and used to extract MSs using a non-negative matrix factorization algorithm. Cosine similarity and correlation coefficients characterized, grouped, and indicated similarities between MS characteristics. Results demonstrated that: 1) the number of MSs and MS temporal activation profiles in able-bodied individuals walking without WRE are modified by walking speed and that, as speed increased, specific MSs were fused or merged compared to MSs at slow speeds; 2) In able-bodied individuals walking with WRE, few WRE control modes maintained the typical MSs characteristics that were found during overground walking without WRE. Moreover, freeing the L/E swing trajectory imposed by the WRE best reproduced those MSs characteristics during overground walking without the WRE; and 3) After an iSCI, alterations to the number and the composition of MSs were observed during walking without WRE. However, of all WRE control modes that were investigated, only HASSIST (i.e., freeing WRE control over L/E swing trajectory while assisting the user’s self-selected trajectory) reproduced the number and composition of MSs found in abled-bodied individuals during overground walking without WRE. Altogether, the results of this thesis demonstrated that different walking-related biomechanical demands (i.e., walking speed) and most of the WRE control modes can alter some MSs, and their characteristics, in able-bodied individuals. This research also confirmed that impaired muscle coordination, assessed via MSs, can adapt when walking with a WRE set with specific control options (e.g., HASSIST). These MS adaptations mimicked typical MS characteristics extracted during overground walking. The evidence generated by this thesis will support the decision-making process when selecting specific L/E control options during WRE walking, allowing rehabilitation professionals to refine WRE locomotor training protocols.