Cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université Claude Bernard Lyon 1 / Le fauteuil roulant manuel (FRM) est nécessaire à la participation de ses usagers lors de la vie active. Cependant, le geste répétitif de propulsion est contraignant pour l’épaule, ce qui mène à l’apparition de lésions au niveau des tendons de la coiffe des rotateurs, impactant négativement la mobilité, l’autonomie et la qualité de vie de l’usager. Bien que plusieurs études aient essayé de caractériser la propulsion pour identifier des prédicteurs de douleurs, la complexité technique de la propulsion associée à celle anatomique de l’épaule entravent la compréhension des pathomécanismes associés à l’usage du FRM. Aussi, la variabilité des contextes de propulsion en milieu urbain (trottoirs, pentes, etc.) nécessite d’identifier les adaptations de l’usager pour mieux représenter son quotidien. L’objectif principal de cette thèse était d’approfondir notre compréhension des pathomécanismes de l’épaule associés à la propulsion en FRM. À cet égard, il était important de comprendre l’effet de la charge imposée par le FRM sur l’épaule à différentes échelles allant de la cinématique à la contrainte au sein des tissus mous, en passant par les forces articulaires. Nos objectifs spécifiques étaient de (1) Identifier les adaptations de la technique de propulsion à la présence d’un dévers, habileté représentative de la propulsion le long des trottoirs ; (2) Prédire des forces musculaires physiologiquement plausibles qui expriment le rôle des muscles dans la stabilité articulaire ; (3) Prédire le champ de déformations au niveau de la coiffe des rotateurs en utilisant un simulateur hybride de l’épaule, c’est-à-dire un modèle éléments-finis piloté par les excitations musculaires et la cinématique articulaire prédite par un modèle multi-corps rigides. (1) À partir des données cinématiques, cinétiques et électromyographiques de neuf utilisateurs de FRM, nous avons analysé l’adaptation de leurs techniques de propulsion sur un dévers. Si tous les participants ont réussi à se propulser, leurs techniques d’adaptation variaient en termes d’efficacité et de risque de blessures. Ce qui souligne l’importance de l’enseignement des habiletés en FRM. (2) Nous avons adapté une boite à outils de calibration de modèle neuro-musculo-squelettique pour exprimer les contraintes de stabilité gléno-humérale. Le modèle calibré a été ensuite implémenté pour prédire les forces musculaires et de réaction gléno-humérale. Cette approche nous a permis d’exprimer le rôle de la co-contraction musculaire dans la stabilité articulaire. Les forces de réaction prédites indiquaient que la propulsion est une tâche déstabilisante pour l’articulation gléno-humérale. Enfin, la comparaison des modèles calibrés de participants avec des capacités fonctionnelles variées a mis en en évidence les limites de la calibration numérique. (3) Un modèle éléments-finis de l’épaule avec muscles tridimensionnels a été développé pour simuler un cycle de propulsion. Les muscles ont été activés à partir des données électromyographiques expérimentales. La scapula et l’humérus ont été pilotés par la cinématique articulaire extraite d’un modèle multi-corps rigides. L’analyse des déformations de l’unité musculo-tendineuse du supra-épineux nous a permis de proposer des explications potentielles pour la prévalence des déchirures tendineuses chez les utilisateurs de FRM, particulièrement au niveau de la zone antérieure et interstitielle de ce tendon. Notre analyse semble rejoindre la littérature, soulignant que la répétitivité de la propulsion pourrait être plus contraignante que sa charge. Cette thèse a permis de développer des outils numériques de modélisation biomécanique, qui pourraient être implémentés pour l’étude d’autres pathologies qui touchent les muscles de la coiffe. Elle a aussi permis d’identifier des pathomécanismes potentiels de l’épaule associés à la propulsion en FRM. Plus d’études restent nécessaires pour valider nos résultats pour des populations plus larges et plus hétérogènes. / Manual wheelchairs (MWC) are essential for their users’ participation in active life. However, the repetitive propulsion motion is straining on the shoulder, leading to the injury of the rotor cuff tendons, which negatively impacts the mobility, autonomy, and life quality of the users. While numerous studies tried to characterise propulsion to identify pain predictors, the technical and anatomical complexities of the propulsion and shoulder, respectively, hinder the understanding of the pathomecanisms associated with the MWC use. Additionally, the variability of the propulsion conditions within an urban environment (sidewalks, slopes, etc.) entails assessing users’ adaptations to better represent their daily life. The main objective of this thesis was to further our understanding of the shoulder pathomecanisms associated with MWC propulsion. For this purpose, it was important to understand the effect of the load imposed by MWC propulsion on the shoulder at different scales ranging from the kinematics to soft tissue stress through joint forces. Our specific objectives were to (1) Identify adaptations of the propulsion technique across a cross-slope, as this skill is representative of propulsion along sidewalks; (2) Predict physiologically plausible muscle forces that express the role of muscles in joint stability; (3) Predict the deformation field at the rotator cuff using a hybrid shoulder simulator, i.e., a finite element model driven by muscle excitations and joint kinematics predicted by a rigid multi-body model. (1) Using kinematic, kinetic and electromyographic data from nine MWC users, we analysed the adaption of their propulsion techniques across a cross-slope. While all participants propelled themselves, their adaptation techniques varied in terms of efficiency and injury risk. This highlighted the importance of training of MWC skills. (2) We adapted a neuromusculoskeletal calibration toolbox to express glenohumeral stability constraints. The calibrated models were then implemented to predict muscle and glenohumeral joint reaction forces. This approach allowed us to express the role of co-contraction in joint stability. The predicted joint reaction forces indicated that propulsion is a destabilizing task for the glenohumeral joint. Finally, the comparison of models calibrated to participants with varying functional abilities highlighted the limitations of numerical calibration. (3) A finite element model of the shoulder with three-dimensional muscles was developed to simulate a propulsion cycle. The muscles were activated using experimental electromyographic data. The scapula and humerus were driven by joint kinematics extracted from a rigid multi-body model. The analysis of the deformations of the supraspinatus muscle-tendon unit suggested potential explanations for the prevalence of tendon tears in MWC users, particularly in the anterior and interstitial zone of this tendon. Our analysis seems to agree with the literature, emphasizing that the high repetition of the propulsion cycle might be more taxing than its load. Through this thesis, we developed numeric tools for biomechanical modelling, which could be implemented for the study of other pathologies that affect the rotator cuff. We were also able to identify potential pathomecanisms of the shoulder that are associated with MWC propulsion. Mores studies are still needed to validate our results for larger and more heterogeneous populations.

L'utilisation quotidienne du fauteuil roulant manuel (FRM) entraîne chez certaines personnes âgées, tout comme chez les jeunes et/ou les athlètes handicapés, un surmenage de la structure anatomique des épaules. Ce fait est responsable à la longue de phénomènes dégénératifs et douloureux entraînant des dépenses de santé supplémentaires. Dans un but préventif, les recherches présentées ci-dessous visent à réduire le travail de la ceinture scapulaire au cours de la propulsion du FRM. Une étude épidémiologique préliminaire a révélé l'étendue de ce problème. Par ailleurs l'étude anatomo-pathologique a montré l'inefficacité des soins destinés à diminuer les douleurs d'épaules. La revue bibliographique a aussi révélé les lacunes de la littérature concernant les aspects de la propulsion du FRM par la population âgée et amputée. Dans un premier temps, une chaîne de mesure destinée à appréhender les aspects dynamique, cinématique et électromyographique de la propulsion du FRM, a été développée et validée. Ce dispositif a permis d'étudier la technique de propulsion du FRM par les personnes âgées souffrant ou non de douleurs d'épaules. Les résultats ont révélé certaines causes et conséquences probables de ces douleurs. Ils permettront aux cliniciens d'améliorer la conduite d'un processus de prévention. Ces investigations ont abouti à la mise au point et à la validation d'un prototype de propulsion peu coûteux et adaptable à tous les types de FRM. Ce dispositif innovant met en œuvre une liaison élastique entre la main courante et la roue motrice. Les analyses expérimentales et les résultats cliniques ont révélé l'intérêt de cette invention dans l'amélioration du confort d'utilisation du FRM et dans la réduction des contraintes articulaires du membre supérieur. Les retombées de ce travail sont à caractère scientifique et technologique mais aussi médical, humain et économique.

Introduction : Une utilisation non-optimale du fauteuil roulant manuel (FRM) peut avoir des répercussions sur différents aspects de la vie des enfants et jeunes qui utilisent cette aide à la mobilité. Malgré la disponibilité et l'efficacité du Wheelchair Skills Program (WSP), l'entraînement des habiletés en FRM est parfois inadéquat ou absent en pratique. Pour combler cette lacune entre les connaissances et la pratique, ce mémoire vise à identifier les besoins et les enjeux concernant l’évaluation et l’entraînement des habiletés en FRM en réadaptation pédiatrique. Méthodes: Guidé par le cadre Knowledge to Action, une étude à devis mixte séquentiel explicatif a été conduite dans un centre de réadaptation pédiatrique et ses écoles affiliées. La phase quantitative comprenait une enquête en ligne auprès d'ergothérapeutes et un questionnaire papier auprès d’usagers pédiatriques et de leurs parents. La phase qualitative comprenait des groupes de discussion avec les ergothérapeutes. L’analyse a utilisé des statistiques descriptives et une méthode déductive basée sur le Consolidated Framework for Implementation Research. Résultats : Les résultats du sondage aux ergothérapeutes (n=35) montrent une divergence entre l’importance perçue à l’égard de l’évaluation et l’entraînement des habiletés en FRM (94% jugent important) et leur prévalence dans la pratique. Peu d’ergothérapeutes utilisent des outils standardisés et forment principalement les enfants aux habiletés de base (c.-à.-d., d’intérieur) et les parents à l'entretien du FRM. Les réponses du questionnaire aux usagers corroborent ces résultats alors que les enfants et parents décrivent des difficultés à l’utilisation du FRM dans la communauté, en plus de rapporter des chutes. Les résultats des groupes de discussion révèlent des barrières à l’utilisation du WSP qui expliquent les lacunes observées dans la pratique. Conclusion : Pour surmonter les barrières à l’utilisation du WSP en réadaptation pédiatrique, des adaptations au WSP et la production d'outils pour le transfert de connaissances (TC) ont été proposées avec la création de nouvelles connaissances par la recherche. / Introduction : Suboptimal manual wheelchair use can have repercussions on different aspects of the lives of children and adolescents who use this mobility aid. Despite the availability and effectiveness of the Wheelchair Skill Program (WSP), manual wheelchair skills training is often inadequate or absent in clinical practice among occupational therapists (OTs). To bridge this evidence-practice gap, this thesis aims to identify and understand the needs and challenges regarding manual wheelchair skills testing and training practices in pediatric rehabilitation. Methods: Guided by the Knowledge to Action Framework, an explanatory sequential mixed methods design was employed. The quantitative phase involved an online survey with OTs working in a pediatric rehabilitation center and its affiliated schools and a paper survey with pediatric manual wheelchair users and their parents. The qualitative phase involved focus groups with the OTs. Data were analyzed using descriptive statistics and a deductive analysis based on the Consolidated Framework for Implementation Research. Results: According to the OT survey results (n=35), there is a discrepancy between the perceived importance of wheelchair skills testing and training (94% consider it important) and their prevalence in practice. Of the training provided, children are primarily trained indoor skills, while parents are primarily educated about wheelchair maintenance. Standardized, evidence-based tools are rarely used. The child survey results corroborate these findings as the children and parent described difficulties with many community and advanced wheelchair skills, as well as falls experienced in these situations. The focus group findings identified barriers to using the WSP which explained the gaps observed in practice. Conclusion: To address the identified barriers, recommendations of WSP adaptations and knowledge translation (KT) tools production were proposed with creation of new knowledge. Findings from this thesis establish a first step towards bridging the evidence-practice gap in manual wheelchair skills testing and training.