L’asymétrie de longueur de pas est une caractéristique du patron de marche fréquemment observée chez des personnes qui ont subi un accident vasculaire cérébral (AVC). Très peu d’interventions conventionnelles en réadaptation ont démontré leur efficacité sur ce paramètre de marche. Une approche novatrice utilisant un tapis roulant à double courroie (DC) a récemment présenté des effets prometteurs en réduisant, à court et long termes, l’asymétrie de longueur de pas chez des personnes post-AVC. Cependant, une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents aux changements induits par cette intervention est nécessaire avant que l’utilisation de cette intervention soit recommandée en clinique. Ce projet doctoral visait à améliorer les connaissances sur la contribution musculaire et les facteurs biomécaniques impliqués dans les changements immédiats (c.-à-d. les post-effets) et à long terme de l’asymétrie de la longueur de pas chez des personnes post-AVC. Les objectifs principaux étaient 1) d’analyser l’activité musculaire associée aux changements de longueur de pas après la marche sur un tapis à DC avec des vitesses de courroies inégales, 2) d’évaluer les effets d’un entraînement sur un tapis à DC sur l’asymétrie de longueur de pas et sur la capacité de marche au sol et 3) de quantifier la contribution musculaire et les stratégies sous-jacentes aux changements du patron de marche résultant de l’entraînement. L’hypothèse générale était que les muscles distaux des membres inférieurs seraient majoritairement impliqués dans les changements de longueur de pas induits par la marche sur le tapis à DC avec des vitesses de courroies inégales (ratio 2:1) chez les personnes post-AVC. L’étude transversale (article #1) a quantifié l’activité musculaire des membres inférieurs associée aux post-effets observés au niveau de la longueur de pas après six minutes de marche sur le tapis à DC (ratio 2:1) chez 16 personnes post-AVC et 10 personnes saines. Les résultats ont confirmé que les muscles distaux, c.-à-d. les fléchisseurs plantaires et dorsaux, étaient associés aux post-effets de la longueur de pas. Ces effets ont été observés, quel que soit le membre inférieur (c.-à-d. parétique ou non parétique) qui était sur la courroie rapide. La deuxième étude, a démontré que six séances d’entraînement sur le tapis à DC conduisaient à une réduction de l’asymétrie de longueur de pas et amélioraient la vitesse de marche sur le sol chez 12 personnes post-AVC (article #2). Les changements ont persisté un mois après l’entraînement. En outre, les résultats de cette étude pilote ont suggéré une bonne faisabilité de ce protocole d’entraînement dans un environnement clinique (données supplémentaires de l’article #2). Dans l’article #3, il a été démontré que l’amélioration post-entraînement de la symétrie et de la vitesse de marche était associée à une variété de stratégies et de contributions musculaires chez nos participants. Cependant, une contribution prédominante a été observée au niveau du membre inférieur entraîné sur la courroie rapide avec des tailles d’effet modérées obtenues surtout pour les changements de moment et d’activité musculaire des fléchisseurs plantaires pendant la phase d’appui de la marche. Suite à ces résultats et ceux de l’article #1, il a été suggéré que ce groupe musculaire jouait un rôle principal dans l’adaptation locomotrice et la réduction à long terme de l’asymétrie de la longueur de pas chez des personnes post-AVC. Néanmoins, des études cliniques contrôlées avec une population plus importante sont nécessaires afin de préciser la pertinence de l’entraînement sur le tapis à DC ainsi que les différentes stratégies musculaires associées aux changements de l’asymétrie de longueur du pas à long terme chez des personnes post-AVC. / Step length asymmetry is a common characteristic of post-stroke gait, but considered as particularly resistant to conventional gait interventions. A recent novel approach using a split-belt treadmill (SBT) showed promising results in short- and long-term reduction of step length asymmetry post-stroke. However, the underlying mechanisms of this intervention and its effects must be better understood before recommending its use in clinical settings. This project aimed to improve our current knowledge about muscular and biomechanical factors contributing to immediate and long-term changes in step length asymmetry in chronic stroke survivors. The main objectives were to: 1) analyze muscle activity associated with changes in step length after walking at unequal belt speeds on a SBT; 2) test the effects of repeated exposure to SBT walking on step length asymmetry and gait ability during walking over ground; and 3) investigate the muscular contributions and strategies involved in these changes. To attain these objectives, a cross-sectional analysis was conducted followed by a pilot training study. The general hypothesis was that distal lower limb muscles are the main contributors to SBT-induced changes in step length asymmetry in chronic stroke survivors using a SBT protocol where two belts were set at unequal speeds with a ratio of 2:1 for a period of time (split-belt configuration). The cross-sectional study analyzed the immediate changes in muscle activity and step length after six minutes of SBT walking in a group of 16 individuals post-stroke and in 10 healthy controls. The findings confirmed that regardless of the side (paretic or non-paretic) walking on the fast belt during split-belt configuration, changes in muscle activity of the ankle plantar- and dorsiflexors were mainly associated with changes in step length symmetry (paper #1). The pilot training study demonstrated that repeated exposure to SBT protocol reduced step length asymmetry and improved walking speed over ground in 12 individuals post-stroke (paper #2). Improvements persisted at least one month post-training. Findings also indicated that from a therapist’s viewpoint the training protocol was easy to use and practical in a clinical environment (supplementary data paper #2). Paper #3 showed that these consistent improvements in gait parameters were achieved by a variety of muscular contributions and strategies which involved both lower limbs with a predominant contribution on the side that was trained on the faster belt. Large effect sizes were found in the plantarflexor group during late stance of gait for both net joint moments and muscle activity in the training study. These results combined with the findings of paper #1 indicate that overall, step length asymmetry post-stroke can be successfully reduced with repeated exposure to the tested SBT protocol with distal lower limb muscles appearing to be strong contributors to locomotor adaptation post-stroke and long-term changes in step length asymmetry. Larger control trials are necessary to confirm the relevance of the use of SBT protocols and to further understand the role of the distal lower limb muscles in improvements in step length symmetry post-stroke.

Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet EDIT(Efficient Distribution Truck, FUI19), piloté par le groupe Volvo Trucks, dont l’objectif de réduction de consommation pour 2020 est fixé à 13% par rapport à un véhicule actuel EURO-6. Le projet EDIT porte sur cinq axes techniques d’amélioration dont un consiste en l’obtention d’un système optimisé de transmission par courroie poly-V au regard des pertes de puissance. Actuellement les faces avant de moteur sont perfectionnées sur le plan mécanique ; cela signifie que la durée de vie de ses composants est optimisée, et que les nuisances vibratoires sont réduites. Par contre, des améliorations peuvent être apportées sur le plan énergétique. Cette thèse, qui a pour objectif d’investiguer les possibilités de réduction et d’optimisation des pertes de puissance sur les façades accessoires, se décline en trois parties : une caractérisation par l’analyse mécanique dynamique des matériaux viscoélastiques des courroies poly-V et des composantes de façade ; une modélisation, une optimisation et une implémentation logicielle des modèles de pertes de puissance ; validées par une dernière partie expérimentale sur banc d’essais. Les pertes de puissances dans une face avant moteur sont de plusieurs types : des pertes internes à la courroie poly-V (hystérésis du caoutchouc), des pertes externes à la courroie (glissement poulie/courroie) et des pertes internes aux composants (frottement dans les roulements). Ces pertes peuvent désormais être quantifiées et optimisées grâce aux modèles développés durant cette thèse. Ces modèles ont été validés et implémentés dans un outil de simulation (PLFead, Power Loss Front engine accessory drive), qui a été développé pour optimiser les pertes de puissance en tenant compte des paramètres de design et de fonctionnement des faces avant moteur. / This work is a part of the Efficient Distribution Truck (EDIT, FUI 19) project, led by Volvo Trucks, whose objective is to reduce distribution vehicles’ fuel consumption for 2020 by 13% when compared with the current production vehicle EURO-6. The EDIT project targets five areas of research and technical solutions, one of which consists of obtaining an optimized poly-V belt transmission concerning the power losses. In terms of lifetime of the mechanical components, reduction of noise and vibrations, the Front Engine Accessory Drives (FEADs) are currently one of the most technologically sophisticated systems. However, further improvements can be made to make the vehicles more energy efficient. This thesis, which aims at investigating possibilities for reducing and optimizing the power losses in the FEADs, is composed of three main parts: the characterization of the viscoelastic materials of the poly-V belts via Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and the FEAD components; the modeling, the optimization and the implementation of the power loss models in a simulation tool; and their experimental validation through a test bench. The power losses occurring in a FEAD are of several types: poly-V internal losses (hysteresis of the belt-rubber), poly-V external losses (belt/pulley slip) and losses from the accessory drives (friction inside the bearings). These power losses can be quantified and optimized thanks to the models developed throughout this thesis. These models have been validated and implemented in a simulation tool (PLFead, Power Loss Front engine accessory drive), which has been developed to optimize the power losses taking into consideration the design parameters and operating conditions of the FEAD.

Dans cette thèse, nous nous proposons d’investiguer les signaux expérimentaux provenant des transmissions par courroie, afin d’envisager par exemple le diagnostic de la tension. N’étant pas issu du domaine de la Mécanique, nous présentons donc une bibliographie exhaustive et thématique sur la théorie et l’expérimentation dans les systèmes transmissions par courroie. Le résumé de ce travail a permis de choisir une approche de modélisation mécanique correspondant au mieux aux conditions réelles de fonctionnement de notre système. Elle inclut les variations temporelles dans la vitesse de rotation du moteur qui entraîne la transmission entière et des changements dans la tension de la courroie. Malheureusement, nous n’avons pas réussi à implémenter numériquement les équations de simulation. Néanmoins, les conclusions que nous en tirons nous aident par la suite à mieux comprendre et interpréter les résultats expérimentaux obtenus, après application de l’ensemble des procédures de Traitement du signal. Notre panoplie d’outils de traitements numériques est tirée d’une longue analyse comparative des différents algorithmes de Traitement du Signal existants, dédiés à la surveillance, au diagnostic et au pronostic des défaillances observées sur les roulements et les engrenages. Nous les avons réadaptés pour convenir à l'étude des paramètres variables (tension, charge et/ou vitesse) qui peuvent apparaître dans les transmissions par courroie. Le principal intérêt de notre travail est le développement d’une procédure automatisée et efficace, permettant un suivi fiable des défaillances, dans les domaines d’analyses : modale, traditionnelle (temporelle, fréquentielle, spectrale), synchrone, temps-fréquence et surtout « cyclostationnaire » . Dans ce dernier domaine, avec des méthodes d’extraction de sources à partir d’un signal préalablement rééchantillonné, nous étudions spécifiquement les composantes périodique et aléatoire. Chaque type de défaut (variations au niveau de la tension, la charge et/ou la vitesse) a une signature que nous cherchons à distinguer avec des indicateurs de condition(temporels, fréquentiels et spectraux). Nous essayons de comparer les résultats expérimentaux à la théorie sur les transmissions par courroie. Grâce aux méthodes et algorithmes développés dans ce travail de thèse, nous apportons une contribution permettant de traiter un certain nombre de problèmes inhérents aux transmissions par courroies, à partir de leurs signaux expérimentaux acquis sur des accéléromètres, des jauges de contraintes et des codeurs optiques / In this PHD, we investigate experimental signals recorded from belt drives with a diagnosis aim of belt tension. Our research works present an exhaustive and thematic bibliography on theory and experimentation in belt drive to complete our insufficient knowledges in mechanical domain. We choosed a theoritical approach nearest real conditions of our belt drives bench. We included time fluctuaction in drive shaft speed and blet changes. Unfortunately, we could not resolve motion equations because existence of numerical limits. All conclusions will be used to understand and interprate experimental results after our signal processing numerical procedures. Our tools panel of numerical process comes from a comparative analysis extracted in several scientific documents and differents algorithms. They dedicate to surveillance, diagnosis and pronostic oriented toward bear and gear defaults. A adaptation in our belt case is necessary with variables parameters (tension, load and/or speed) affecting our case. In our automatic approach, we study several faults in analysis domains : modal, traditionnal (time, frequency, spectrum), synchronous, time-frequency and « cyclostationary » . In this last domain, we extract both comopnent (discret and random), after an previous resmapling operation applying to raw collected signal. Each falut type has a specific signature to discriminate with pertinent condition indications (time, frequency and spectrum domains). All results are discussed at the end of this PHD document. Our developped methods and algorithms are a contribution to process belt drives problems, from exprerimental signals recording with acceleromertes, constraint gauges and optical coders