Les études neurophysiologiques de la locomotion ont été en très grande majorité conduites chez l’animal. Elles ont permis de mettre en évidence une région locomotrice dans le mésencéphale, dans laquelle le noyau pédonculopontin (NPP) joue un rôle prépondérant. Des troubles de la marche et de l’équilibre dans la maladie de Parkinson sont en lien avec la perte de neurones cholinergiques dans le NPP, mais également avec la dysfonction dopaminergique dans les ganglions de la base. L’activité du noyau subthalamique (NST) est impactée par la perte dopaminergique. Recevant de nombreuses afférences corticales et ayant une connectivité réciproque forte avec le PPN, la connectivité du NST suggère son importance pour le contrôle locomoteur. Néanmoins, il existe peu de données sur le rôle du NST et du NPP dans le contrôle de la marche et de l’équilibre chez l’Homme. Ce manuscrit regroupe des enregistrements électrophysiologiques du NST pendant l’initiation de la marche, une étude de l’effet de la fréquence de la stimulation cérébrale profonde du NST sur l’initiation de la marche en contexte de charge cognitive, une étude par immunohistochimie de la région du NPP chez l’Homme, et des données préliminaires d’activité électrophysiologique du NPP pendant une tâche de marche imaginaire et l’initiation de la marche. Ensemble, ces données participent à une meilleure compréhension des bases anatomo-fonctionnelles du contrôle de la marche et de l’équilibre chez l’Homme. De plus, la mise en évidence de marqueurs électrophysiologiques des troubles de la marche et de l’équilibre laisse à penser que la prise en charge de ces troubles est possible par stimulation cérébrale profonde. / Neurophysiological studies of locomotion have been in majority driven on animal models. These approaches led to the identification of a mesencephalic locomotor region in which the pedonculopontin nucleus (PPN) plays a preponderant role. Gait and posture disabilities in Parkinson’s disease were linked with a loss of cholinergic neurons in the PPN as well as a dopaminergic dysfunction in the basal ganglia. The activity in the subthalamic nucleus (STN) is impacted by the dopaminergic loss. The STN receives numerous cortical inputs and is reciprocally connected with the PPN, suggesting an important role of the STN in the locomotor control. However, few data exist on the role of the STN and the PPN in gait and balance control in humans. This manuscript regroups electrophysiological recordings of the STN during gait initiation, a study of the effect of deep brain stimulation frequency of gait initiation in the context of cognitive load, an immunochemistry study of the region of the PPN in human, and preliminary results of the electrophysiological activity of the PPN during virtual gait and real gait initiation. Together, these data participate to a better understanding of the anatomo-functional basis of the gait and balance control in human. Moreover, the identification of electrophysiological markers of gait and balance dysfunction suggest that a deep brain stimulation may be relevant for their alleviation.

Cette thèse s’inscrit dans le champ de l’aménagement urbain orienté vers le transport collectif (TC). Elle focalise sur deux contextes culturels différents, celui de la République tchèque et celui de la France, au sein desquels, néanmoins, les enjeux de promouvoir les TC sont partagés aujourd’hui, dans le cadre de la recherche d’un développement urbain durable. A l’échelle de quartier urbain, le travail s’intéresse, à part la densité et la mixité urbaine, plus particulièrement à des caractéristiques de l’accessibilité piétonne aux stations. A cette fin, des démarches originales d’appréciation qualitative et quantitative sont proposées. Les points forts et les points faibles marqués dans chacun des contextes ainsi que les potentiels de transférabilité réciproque de bonnes pratiques sont enfin considérés / My work explores transit-oriented development within two different cultures, France and the Czech Republic, which nevertheless have significant factors in common with regard to the goal of promoting the modal share of mass transit from a sustainable urban development perspective. Besides the basic urban variables, such as density and functional mix, our work attempts to explore characteristics of pedestrian accessibility, all these at the neighbourhood scale around the stations. For the appreciation, original qualitative and quantitative approach to the appreciation are proposed. The strengths and weaknesses on each side and the potential for reciprocal transfer of best-practices are finally considered

Lors des interventions humaines pendant les arrêts de tranche des installations nucléaires d’EDF, on remarque une remise en suspension de certains radionucléides sous forme d’aérosols (1 µm < dp < 10 µm). Dans le cadre d’une augmentation des interventions effectuées de façon simultanée en bâtiment réacteur, il devient important de mieux comprendre la remise en suspension due à l’activité des opérateurs pour adapter leur radioprotection. Le but des travaux de cette thèse est de quantifier la remise en suspension des particules suite à la marche des opérateurs sur un sol faiblement contaminé. Pour cela, la démarche suivie consiste à coupler un modèle de remise en suspension aéraulique avec des calculs numériques d’écoulement sous une chaussure, puis à caractériser expérimentalement certains paramètres d’entrée du modèle (diamètre de particule, forces d’adhésion, mouvement de la chaussure).Le modèle de remise en suspension Rock’n’Roll proposé par Reeks et Hall (2001) a été choisi car il décrit de manière physique ce mécanisme et est basé sur le moment des forces appliquées à une particule. Il nécessite la maîtrise de paramètres d’entrée tels que la vitesse de frottement de l’air, la distribution des forces d’adhésion et le diamètre des particules.Concernant le premier paramètre, des simulations numériques d’écoulement ont été réalisées, à l’aide du code de calcul ANSYS CFX, sous une chaussure de sécurité en mouvement (numérisée par CAO 3D) ; les cartographies des vitesses de frottement obtenues donnent des valeurs de l’ordre de 1 m.s⁻ ¹ pour une vitesse angulaire moyenne de 200 °.s⁻ ¹ .Concernant le deuxième paramètre, des mesures AFM (Atomic Force Microscope) ont été réalisées avec des particules d’alumine ainsi que des particules d’oxyde de cobalt en contact avec des surfaces en époxy représentatives de celles rencontrées dans les installations d’EDF. L’AFM permet d’obtenir la distribution des forces d’adhésion et révèle une valeur moyenne bien plus faible que ce qui peut être calculé de façon théorique en utilisant par exemple le modèle JKR proposé par Johnson et al. (1971). De plus, cette technique, tenant compte des rugosités de surface, montre que plus la taille de la particule augmente, plus la moyenne des forces d’adhésion diminue. Enfin, l’analyse des mesures AFM a permis d’obtenir une corrélation liant la distribution des forces d’adhésion au diamètre des particules, remplaçant celle de Biasi et al. (2001) initialement utilisée dans le modèle Rock’n’Roll et permettant ainsi d’adapter le modèle aux particules et aux revêtements de sol étudiés. Le couplage, effectué dans le code de calcul ANSYS CFX, entre les calculs de vitesses de frottement et le modèle de remise en suspension, a permis de déterminer des taux de remise en suspension théoriques pour le cas d’un cycle unique de marche. Ce couplage a été dans un premier temps validé par une comparaison à l’expérience pour le cas simple d’une plaque en rotation dans un volume contrôlé. En complément, des expériences à l’échelle d’un local ventilé de 30 m³ ont été réalisées en marchant sur un revêtement époxy ensemencé en particules de tailles calibrées (1,1 µm et 3,3 µm). Ces expériences ont permis de mettre en évidence les paramètres influant la remise en suspension des particules, tels que la fréquence de pas et la taille des particules. / In nuclear facilities, during normal operations in controlled areas, workers could be exposed to radioactive aerosols (1 µm < dp < 10 µm). One of the airborne contamination sources is particles that are initially seeded on the floor and could be removed by workers while they are walking. During the outage of EDF nuclear facilities, there is a resuspension of some radionuclides in aerosol form (1 µm < dp < 10 µm). Since the number of co-activity will increase in reactors buildings of EDF, it becomes important to understand particle resuspension due to the activity of the operators to reduce their radiation exposure. The purpose of this Ph.D thesis is to quantify the resuspension of particles due to the progress of operators on a contaminated soil. Thus, the approach is to combine an aerodynamic resuspension model with numerical calculations of flow under a shoe, and then to characterize experimentally some input parameters of the model (particle diameter, adhesion forces, shoes motion).The resuspension model Rock'n'Roll proposed by Reeks and Hall (2001) was chosen because it describes physically the resuspension mechanism and because it is based on the moment of forces applied to a particle. This model requires two input parameters such as friction velocity and adhesion forces distribution applied on each particle.Regarding the first argument, numerical simulations were carried on using the ANSYS CFX software applied to a safety shoe in motion (digitized by 3D CAO); the mapping of friction velocity shows values of about 1 m.s⁻ ¹ for an angular average velocity of 200 °.s⁻ ¹ . As regards the second parameter, AFM (Atomic Force Microscopy) measurements were carried out with alumina and cobalt oxide particles in contact with epoxy surfaces representative of those encountered in EDF power plants. AFM provides the distribution of adhesion forces and reveals a much lower value than what can be calculated theoretically using JKR model (Johnson et al. (1971)). Moreover, this technique, taking into account the surface roughness, shows that adhesion forces decrease while particle diameter increase. Finally, the analysis of AFM measurements gives a correlation linking the distribution of adhesion forces to the particle diameter, replacing the one given by Biasi et al. (2001) originally used in the Rock'n'Roll model and thereby adapt the model to particles and flooring studied in our case.Coupling, performed in ANSYS CFX software, between the calculations of friction velocity and model of particle resuspension, gives theoretical resuspension rate during shoe motion. This coupling was initially validated by comparison to the experience for the simple case of a rotating plate in a controlled volume. Secondly, experiments at the scale of a ventilated room of 30 m³ were performed by walking on an epoxy coating initially seeded by calibrated particle size (1,1 µm and 3,3 µm). These experiments highlight the parameters influencing the suspension of particles, such as step frequency and particle size.

Le rôle respectif des ganglions de la base (GB) et de la région locomotrice dans le contrôle locomoteur et postural n'est pas établi chez l'homme. Au sein de ces circuits, le noyau sous-thalamique (NST) et le noyau pédunculopontin (NPP) semblent impliqués dans le pattern locomoteur et le maintien de l'équilibre. En effet, chez les patients avec maladie de Parkinson (MP), caractérisée par une perte des neurones dopaminergiques et représentant un modèle de dysfonctionnement des GB, des dysfonctionnements de l'activité du NST seraient à l'origine d'un freinage du mouvement, jusqu'au blocage moteur (freezing de la marche-FOG). Dans le NPP, des lésions cholinergiques sont retrouvées chez les patients MP avec des chutes. Dans ce travail de recherche nous avons étudié le rôle du NST et les effets de la modulation de l'activité du NPP sur les étapes de l'initiation de la marche (GI) chez les patients avec MP. Nous avons retrouvé une synchronisation dans la bande de fréquence alpha précédant l'exécution du pas, en cohérence avec le NPP. La stimulation à basse fréquence du NPP améliore le contrôle postural. Ces données suggèrent que le NST est impliqué dans la préparation de la GI, et que le NPP a un rôle dans le contrôle postural chez l'homme. Dans une seconde partie, nous avons examiné le rôle des lésions du circuit cortex-GB-NPP dans la survenue du FOG et des chutes chez des sujets âgés non-parkinsoniens et démontré une lésion sélective de ce circuit chez ces sujets. Finalement, l'ensemble de ces données confortent les hypothèses physiopathologiques à l'origine des troubles de la marche et de l'équilibre chez les patients MP avec lésion/dysfonction du circuit cortex-GB-NPP. / The respective roles of basal ganglia (BG) and the mesencephalic locomotor region (MLR) in the postural control and locomotion are not clearly established in humans. In these circuits, the subthalamic nucleus (STN) and the pedunculopuntine nucleus (PPN), two interconnected structures, appear to be involved in the locomotor pattern control and postural maintenance. Indeed, in patients with Parkinson’s disease (PD), characterized by a progressive loss of dopaminergic neurons and representing a model of dysfunction of the BG, there are dysfunctions of STN activity that could cause braking of movement underlying motor block (freezing of gait-FOG). In the PPN, greater loss of cholinergic neurons is observed in PD patients with falls. In this research, we studied STN activity and the effects of modulating the PPN activity during the stages of gait initiation (GI) in patients with PD. We found a modulation of activity of the STN with synchronization in the alpha frequency band before the postural adjustments and the execution of step, with PPN coherence. Low frequency stimulation of the PPN improved postural control with no significant effect on the locomotion. These data suggest that the STN is involved in the preparation of GI and the PPN has a leading role in postural control in humans. In a second part, we examined the role of the cortex-basal ganglia-PPN circuit in FOG and falls in a non-parkinsonian elderly population and demonstrated a selective lesion of this circuit in these subjects. Taken together, these data support the pathophysiological hypothesis for the origin of abnormal gait and balance in patients with PD, with lesion and/or dysfunction of the cortex-BG-PPN.

La marche humaine nécessite la génération de force propulsive ainsi que des forces antigravitaires pour maintenir l’équilibre. Pour cela, le système nerveux central est requis d’orchestrer la contraction des muscles des membres inférieurs, notamment les fléchisseurs plantaire de la cheville qui interface entre le sol et le corps humain. Durant la première phase de simple appui, le triceps sural (TS) est en contraction excentrique et son activation aide à soutenir le corps en résistant à la rotation du tibia sur le Tarsus. Par contre, la phase finale de simple appui est marquée par une augmentation des forces de réactions au sol « Push-off », du couple articulaire de la cheville et de l’activité électromyographique du TS. Le rôle du TS durant la phase finale de simple appui est l’objet de débat dans la littérature, où certains lui attribut le rôle de propulseurs et d’autre de soutien du corps. Dans ce travail, nous postulons que l’augmentation de l’activité du TS en phase finale de simple d’appui sert uniquement à décélérer la chute du centre de masse. En outre, nous postulons que la modulation temporelle de l’activité du TS permet de contrôler la cinématique (cadence et longueur de pas) et la cinétique de la marche. Deux études ont été mises en places pour tester les hypothèses de travail. Des données biomécaniques mesurées à partir d’une plateforme de force et l’activité EMG du soléaire et des gastrocnémiens latéral et médial de la jambe d’appui ont été collecté pour les deux études. Dans la première études des volontaires ont initié la marche sans et avec un ajout de poids de 20 kg attaché au niveau de la ceinture abdominale. L’ajout du poids augmente les forces de propulsion. Une augmentation de l’activité EMG du triceps permettrait de comprendre si le triceps participe à la génération de force propulsive. La deuxième étude est composée de deux expérimentations. Dans la première expérimentations des volontaires ont accompli 3 conditions de initiation de marche à vitesse variée tout en maintenant la longueur de pas constante. Dans la deuxième expérimentation, les sujets ont été incliné et instruit de récupérer leur équilibre en exécutant un pas de longueur différente. Les résultats ont montré que : 1) le triceps ne participe pas au push-off mais freine la chute du centre de masse en phase finale de simple appui. 2) L'amplification d’activité électromyographique durant la marche rapide est due à l’augmentation de demande de support de corps causé par la croissance des forces inertiels du corps. 3) La durée de contraction du TS permet de déterminer la cadence et la longueur de pas, donc la cinématique de la marche. La durée d’activité du TS permet aussi de déterminer la position du centre de masse par rapport au centre de pression au moment du contact avec le sol. 4) Ceci permet au TS de moduler le couple de déséquilibre responsable des forces propulsives, donc la cinétique de la marche. / Human gait necessitates the generation of both propulsive force to propel the body forward and anti-gravitational force to maintain dynamic postural equilibrium. This requires the central nervous system to orchestrate lower limb muscles. Notably the CNS has to control ankle plantar flexors activity as the whole body rotates around the ankle, which in turn interfaces with the external environment. From early to middle stance, triceps surae (TS) contracts eccentrically thus resisting tibial rotation around the tarsus. However, late stance is marked by an increase in ground reaction forces, commonly known as « Push-off », in ankle torque and electromyographic activity of TS. The role of triceps surae during late stance is object of debate in the literature. Some believe it is responsible for the push-off other insist it is sole role is to maintain dynamic postural equilibrium. In this work, we postulate that the increase in TS activity in late stance is to decelerate vertically the fall of the centre of mass. We further hypothesise that temporal modulation of TS activity determines global gait kinematics (cadence and step length) and kinetics. Two studies have been conducted to test the work hypotheses. Ground reaction force data gathered from a large force platform and EMG activity of soleus, medial and lateral gastrocnemius of stance was measured using surface electrodes. In the first study, subjects initiated gait with and without an added mass of 20 kg attached around the waist. Adding the weight increases propulsive force. If TS activity increases as well than it is responsible for generating propulsive force. The second study is composed of two experiments. In the first volunteers performed gait initiation at three different walking velocity conditions while maintain step length constant. In the second experiment, subjects were inclined and asked to recuperate their equilibrium by performing a step. They were asked to perform three step lengths. Results showed that: 1) Triceps does not participate in push-off but brakes the fall of the centre of mass during late single stance. 2) Increasing TS EMG activity in late stance is due to an increase in the requirement of maintaining dynamic postural equilibrium. 3) Control over the duration of TS activity determines cadence and step length and thus the kinematics of gait. Temporal modulation of TS also sets the position of centre of mass with respect to centre of pressure at the moment of foot-contact. 4) By controlling the distance between the two, the CNS modulates the disequilibrium torque that is responsible for propulsive force and thus the kinetics of gait.

Une future mission spatiale (Darwin, TPF-I) est en préparation pour étudier les planètes extrasolaires telluriques dans les zones habitables respectives de leurs étoiles, notamment, pour établir combien, parmi ces exoplanètes, ont une composition atmosphérique indiquant la présence de la photosynthèse biotique. Travaillant dans la bande spectrale de 6 à 18 m, l'interfèrométrie en frange noire doit permettre de distinguer le flux lumineux de l'exoplanète de celui de son étoile ainsi que des sources diffuses. La thèse résume les travaux expérimentaux conduits sur le banc Synapse à l'Institut d'Atrophysique Spatiale à Orsay. Le banc a été testé dans la bande K, de 2.0 à 2.5 µm, ainsi qu'avec une source laser à 3.39 µm. Les fibres optiques monomodes sont employées comme filtres du front d'onde. Le banc utilise deux paires (une dans chacun des deux bras) de prismes dispersifs qui servent de compensateur du chromatisme et de d´ephaseur achromatique. Les résultats confirment la tendance observée par d'autres équipes : les performances sont meilleures en lumière monochromatique qu'en bande large (taux d'extinction : 1E-5 monochromatique et 3E-4 bande large). Des études expérimentales extensives de ce phénomène sont décrites. A part ces travaux portant sur le principe de l'interférométrie en frange noire, nous avons testé un prototype du déphaseur achromatique basé sur le passage par un foyer optique. Nous avons d´eveloppé une technique pour stabiliser la différence de marche, mesurant le flux recombiné en modulant la différence de marche. Nous avons obtenu des niveaux de stabilité comparables à ceux qui sont nécessaires pour la future mission spatiale.

Dans cette étude on présente les résultats de simulations numériques réalisées sur un écoulement de marche descendante. L'influence de la condition aux limites amont est examinée alors que les calculs sont menés au moyen de la méthode de Simulation des Grandes Echelles.<br />La première condition d'entrée considérée est constituée d'un profil de vitesse moyen turbulent perturbé par un bruit blanc. Les données de la seconde condition d'entrée sont quant à elles issues d'un calcul précurseur de couche limite turbulente.<br />Les visualisations de l'écoulement et l'examen des statistiques portant sur les vitesses et la pression montrent comment la couche cisaillée après la séparation est modifiée par la nature de la condition d'entrée.<br />Dans le cas de la simulation utilisant un calcul précurseur en entrée, l'étude révèle l'influence déterminante des structures de la couche limite incidente. Notamment, on montre de quelle manière les courants de basses et hautes vitesses ainsi que les tourbillons quasi-longitudinaux associés sont responsables de la déstabilisation précoce de la couche cisaillée, conduisant alors à la réduction de la taille de la bulle de recirculation.<br />Pourtant, malgré les différences de conditions initiales, les écoulements des deux simulations développent une structure relativement similaire à l'approche du rattachement, si bien que l'influence de la condition d'entrée est négligeable, dans cette zone et plus loin dans l'écoulement. Le contenu spectral des deux écoulements est aussi examiné, permettant ainsi de mettre en évidence les deux régimes d'oscillations basses fréquences caractéristiques de ce type de configuration : l'oscillation du rattachement moyen et le battement de la couche cisaillée. La modification de la nature du couplage entre la couche cisaillée et la recirculation principale est rendue responsable du décalage observé pour la fréquence de battement.

On introduit un nouveau modele de file d'attente: les files Zero-automatiques. Tout d'abord, on considere la discipline de service Premier Arrive Premier Servi. Les files 0-automatiques sont caracterisees par une salle d'attente evoluant suivant un mecanisme de marche aleatoire sur un groupe ou un monoede infini. En considerant les deux cas les plus simples et aussi extremes de files 0-automatiques, nous retrouvons la file simple M/M/1 et la G-file de Gelenbe avec clients positifs et negatifs.<br />Le resultat saillant est que toutes les files 0-automatiques ont une distribution stationnaire a forme produit et un processus de depart de Poisson. C'est un point crucial pour construire les reseaux a forme produit.<br />On considere deux modeles correspondant aux differents routages classiques: reseaux a la Jackson et reseaux a la Kelly. Dans les deux cas, on a montre que la distribution stationnaire est a forme produit et peut etre determinee explicitement. De plus, le processus de depart est Poisson.<br />Enfin, considerons les files 0-automatiques avec discipline de service Dernier Arrive Premier Servi. Dans ce cas, certaines proprietes restent vraies, mais pas toutes. On obtient des resultats interessants en comparant les zones de stabilite d'une meme file 0-automatique sous les discpilines Premier Arrive Premier Servi et Dernier Arrive Premier Servi.

Mis en évidence en 1995, le mouvement de matière photo-induit qui est observé dans des couches de molécules contenant la fonction azobenzène reste en partie mal compris. Bien que tous s'accordent à penser que l'isomérisation de la fonction azobenzène en est le facteur déclencheur, son interprétation suscite des interprétations divergentes : certains l'envisagent comme un mouvement individuel, d'autres comme un phénomène collectif.<br />Dans ce mémoire de thèse, nous proposons et discutons un modèle de marche aléatoire piloté par la lumière dans lequel la fonction azobenzène entraîne dans son mouvement la molécule à laquelle elle est attachée. <br />La partie expérimentale de ce travail repose sur des mesures en microscopie à force atomique des déformations photo-induites et sur l'étude de l'évolution des propriétés d'absorption des azo-molécules. Elle permet ainsi de dégager les principales caractéristiques du mouvement. Nous mettons également en évidence le phénomène de photo-blanchiment des fonctions azobenzène<br />La partie théorique commence par une présentation des hypothèses du modèle. Il s'agit d'un mouvement de diffusion pour lequel chaque pas de la marche aléatoire de la fonction azobenzène est induit par une absorption. Appliqué aux conditions expérimentales utilisées, c'est-à-dire à des couches de molécules, ce modèle rend compte de façon satisfaisante des déformations photo-induites observées.<br />Dans le cadre de ce modèle, et tenant compte de la durée d'activité optique des chromophores, nous estimons la distance sur laquelle peut être déplacée une molécule dotée d'une fonction azobenzène.<br />Nous discutons également l'origine microscopique de ce moteur moléculaire en le comparant au cliquet thermique largement utilisé par les biologistes.

Nous étudions la mesure spectrale des transformations stationnaires, puis nous l'utilisons pour étudier le théorème ergodique et le théorème limite central. Nous étudions également les martingales avec une nouvelle preuve du théorème central limite, sans analyse de Fourier. Pour le théorème limite central pour marches aléatoires dans un environnement aléatoire sur la dimension 1, on donne deux méthodes pour l'obtenir: approximation pour une martingale et méthode des moments. La méthode des martingales fait résoudre l'equation de Dirichlet (I −P )h = 0, alors que celle des moments résoudre l'equation de Poisson (I − P )h = f . Enfin, nous pouvons utiliser la deuxième méthode pour prouver la relation d'Einstein pour des diffusions réversibles dans un environnement aléatoire dans une dimension.