À ses débuts, la conquête spatiale a pu bénéficier des rivalités politiques de la Guerre Froide pour se développer rapidement sans réellement se soucier des efforts économiques à fournir. Aujourd’hui, de nombreux pays subissent le revers de la médaille de cette course effrénée : pour maintenir une flotte de lanceurs viable économiquement, les différentes agences spatiales doivent faire face à un dilemme opposant la minimisation des coûts de lancement à la maximisation de leur fiabilité. Dans cette logique d’optimisation, les industriels présents dans ce processus de réflexion se tournent vers la simulation numérique pour tenter d’améliorer leurs connaissances des technologies existantes, en particulier sur les zones d’ombres inaccessibles aux mesures expérimentales. Dans la lignée de plusieurs études théoriques et expérimentales, ces travaux visent à apporter un éclairage nouveau sur les phénomènes se produisant lors de l’allumage d’un moteur fusée cryotechnique. Ces recherches se tournent dans un premier temps vers l’amélioration de la modélisation de la flamme H2/O2. La validation d’une cinétique chimique réduite initialement destinée à la combustion H2/Air permet de justifier son utilisation lors de l’allumage. Puis, le développement d’un modèle de combustion turbulente pour le régime de flamme de diffusion est mené dans le but de palier aux limitations du modèle de flamme épaissie. Enfin, une analyse du cas où les régimes prémélangés et non-prémélangés sont présents tous les deux permet d’étudier un moyen simple de les distinguer même dans le cas où ils sont très proches. Dans un second temps, ces travaux se tournent vers l’étude de l’allumage dans un moteur fusée cryotechnique. Après avoir analysé de manière globale le calcul d’une séquence simplifiée, deux études plus approfondies sont menées pour investiguer, d’une part, les différents régimes de combustion, et d’autre part, les différents modes de propagation de la flamme propres à cette configuration.

Ces travaux de thèse ont pour objectif de mieux comprendre comment le système nerveux central (SNC) planifie et contrôle les mouvements volontaires. Tout mouvement nécessite la résolution de deux types de redondance : interne (complexité du corps) et externe (interactions avec l’environnement), qui rendent difficile la sélection d’une action. Pour mieux comprendre ce contrôle, nous avons étudié en parallèle deux hypothèses importantes dans le domaine du contrôle moteur : les synergies musculaires et la décision motrice. Selon l’hypothèse des synergies musculaires, le contrôle des muscles par le SNC serait simplifié par l’utilisation de groupements invariants d’activations coordonnées de différents muscles, dont la combinaison sous-tendrait la réalisation de mouvements complexes. Le but de cette étude était de mettre à l’épreuve l’hypothèse des synergies musculaires en étudiant simultanément : a) un protocole spécifiant un grand nombre de mouvements variés, b) un nouveau modèle mathématiques tenant compte, pour l’extraction des synergies, de la modularité spatiale et temporelle, c) une double-évaluation de la qualité de la décomposition en synergies : au niveau musculaire (métrique VAF) et fonctionnel (performance de décodage). Notre idée directrice était que l’utilisation de synergies musculaires par le SNC n’est plausible que si elles permettent de rendre compte des activations musculaires d’un grand nombre de mouvements différents, et possèdent chacune un rôle fonctionnel spécifique. Les résultats de cette première étude montrent l'existence d'un petit ensemble de synergies dont la combinaison reconstruit les activations musculaires, et code efficacement toutes les tâches testées. La sélection d’une action, vue comme une prise de décision, peut être guidée par les contraintes extérieures objectives (e.g. la position de l’objet à attraper), les coûts/bénéfices explicites potentiels (e.g. une récompense monétaire), et les coûts/bénéfices internes associés à chaque mouvement (e.g. dépense d’énergie). Au quotidien, les actes sont rarement associés à des récompenses explicites. De plus, la redondance extrinsèque est toujours présente, la saisie d'une pomme par exemple ne définit pas une position finale précise de la main, contrairement au protocole souvent étudié de pointage d'une cible saillante. Les valeurs internes guidant le mouvement auraient donc une importance particulière dans le processus de décision motrice. Afin de les étudier, nous avons construit un protocole limitant les influences décisionnelles externes décrites ci-dessus. Les résultats de cette deuxième étude montrent des comportements différents entre les sujets, et mettent en avant en particulier l'existence de deux valeurs internes guidant la coordination entre posture et mouvement En conclusion, nous suggérons que le contrôle du mouvement peut être vu comme un processus de décision évaluant des valeurs internes pour produire la solution motrice la plus pertinente pour le contexte présent. De plus, ce contrôle serait simplifié par l'utilisation complémentaire de modules fonctionnels stockés dans le SNC. / This thesis is aimed at better understanding how the Central Nervous System (CNS) plans and controls voluntary movements. When moving, humans must overcome intrinsic (e.g. choosing which muscles to activate) and extrinsic (e.g. choosing where to reach an object) redundancy, requiring selecting one motor solution among several potential ones. To better understand this process, we studied in parallel two important motor control theories: muscular synergies and motor decision. In a first part, we focused on intrinsic redundancy by testing the muscular synergies hypothesis. According to it, the CNS simplifies the control of muscles, in using a limited set of building blocks whose linear combinations allow the performance of virtually any motor task. In this study, we challenge the modular motor control hypothesis by combining a) the design of a highly comprehensive experiment with b) the use of a unifying modularity model to describe single-trial EMG activity in space and time and c) a module evaluation process that assesses the modular decomposition not only in input space (EMG data reconstruction) but also in task space (task discrimination). Our rationale is that an effective modular control implementation would allow not only the formation of a wide variety of muscle patterns but also the achievement of a large set of tasks. The main theoretical result is the existence of few spatial and temporal modules that not onlygive a concise representation of muscle patterns but also carry nearly all task-relevant information of EMG signals. In a second part, we studied the decisional process that underlies all voluntary movement. In daily life, human movement is guided by objective external constraints (e.g. an object to reach), potential external cost/benefits (e.g. monetary reward) and internal cost/benefits associated with each movement (e.g. energy expenditure). Here,we aimed at investigating internal variables orienting action selection when facing the complexity of human-environment interactions. To this aim, we designed an experimental protocol reducing external constraints: no predetermined endpoint (e.g. salient target) and no explicit reward (e.g. money). Subjects had to perform whole body reaching movements towards a uniform surface (no pre-determined endpoint). Our results illustrate the presence of idiosyncratic values guiding posture and movement coordination that can be combined in a flexible manner as a function of context and subject. A first value takes into account the energy expenditure and articular jerk, while the other favored stable dynamic equilibrium but requires larger energy expenditure and articular jerk. In conclusion of this work, we suggest that motor control can be viewed as a decision process evaluating internal values to elaborate the most efficient control in function of context. In addition, this control can be simplified by the use of functional modules allowing CNS to generate rapidly a large set of whole body movements.

Le secteur de l'industrie des véhicules récréatifs est un secteur hautement concurrentiel. Il suit principalement les tendances et les perceptions des consommateurs. Depuis ces dernières années, l'industrie des véhicules récréatifs, en particulier celle de la motoneige, fait face à des demandes de plus en plus pressantes concernant le niveau de bruit de ces véhicules. Dans ce contexte, la compagnie Bombardier Recreational Products BRP souhaiterait réduire le bruit de ses motoneiges afin de respecter les normes et les réglementations en vigueur (bruit de passage) et assurer une meilleure qualité sonore des véhicules. Les traitements acoustiques utilisés dans l'habillage phonique des motoneiges font appel à des matériaux acoustiques absorbants et isolants. Ces traitements visent principalement à atténuer le bruit rayonné par le moteur, le système d'entrée d'air et le système d'échappement. C'est dans ce cadre que ce projet s'inscrit en visant à développer et à valider expérimentalement des solutions afin d'améliorer l'efficacité des traitements insonorisants ou absorbants d'un prototype de motoneige en respectant le cahier de charges fonctionnel du véhicule. Ce projet de recherche est défini en quatre étapes. Dans un premier lieu, il est demandé de développer une base de données des matériaux acoustiques et de prévoir leurs performances en termes de perte par insertion. Dans un second lieu, plusieurs concepts de traitements acoustiques seront développés et comparés à l'aide du code NOVA qui se base sur la méthode des matrices de transfert (TMM). D'autre part, il est demandé également de simuler de nouveaux concepts optimisés. La troisième étape vise à valider les traitements acoustiques conçus dans le tube d'impédance, et de fabriquer des prototypes à grande échelle afin de réaliser des tests au laboratoire dans la chambre anéchoïque du GAUS. Ceci dans le but de démontrer les gains réalisés et d'effectuer un choix final des concepts optimaux. L'étape finale de ce projet de recherche consiste à analyser l'emplacement des traitements dans le compartiment moteur de la motoneige et proposer un modèle en se basant sur la méthodologie de l'analyse statistique par l'énergie (SEA). Ce modèle permettra d'investiguer l'effet des fuites dans le compartiment moteur de la motoneige. Ce projet de recherche vise à développer des traitements acoustiques du compartiment moteur d'une motoneige appliqués sur les sous-systèmes suivants : panneaux latéraux gauche et droite, panneau supérieur et le garde poulie.

Ce travail présente un modèle orienté vers le développement d’un simulateur pour un moteur diesel marin. Dans le but d’avoir un simulateur qui répond aux besoins du moteur étudié au niveau de l’efficacité, la rapidité, et la prise en considération des défauts, le modèle étudié est basé sur des modélisations physiques, semi physique, empirique, mathématique et thermodynamique. Le modèle du moteur est divisé en plusieurs sous-modèles chacun présente un système réel, ces systèmes sont : le refroidissement, la lubrification, l’air, l’injection, la combustion et les émissions. Les sous-modèles et les caractéristiques dynamiques du chaque bloc sont conçus en respectant les équations principales du fonctionnement du moteur ainsi que les données expérimentales collectées du banc d’essai du moteur marin diesel fabriqué par la société SIMB sous la référence 6M26SRP1. Ce modèle a été implémenté sur Matlab/Simulink, et la simulation calcule les variables suivantes : pression, température, efficacité, échange de chaleur, angle de vilebrequin, débit du fuel et émissions, et ceci dans les différentes sous-blocs. Le simulateur est utilisé pour montrer la performance du moteur lors de l’occurrence des défauts et peut aider dans l’application des stratégies d’optimisation pour le dimensionnement, de diagnostic et de pronostic. / This work presents a simulator model of a marine diesel engine based on physical, semi-physical, mathematical and thermodynamic equations, allowing fast predictive simulations. The whole engine system is divided into several functional blocs: cooling, lubrication, air, injection, combustion and emissions. The sub-models and dynamic characteristics of individual blocs are established according to engine working principles equations and experimental data collected from a marine diesel engine test bench for SIMB Company under the reference 6M26SRP1. The overall engine system dynamics is expressed as a set of simultaneous algebraic and differential equations using sub-blocs and S-Functions of Matlab/Simulink. The simulation of this model, implemented on Matlab/Simulink has been validated and can be used to obtain engine performance, pressure, temperature, efficiency, heat release, crank angle, fuel rate, emissions at different sub-blocs. The simulator is used to study the engine performance in faulty conditions, and can be used also to assist marine engineers in FDI (fault detection and isolation) as well as designers to predict the behavior of the cooling system, lubrication system, injection system, combustion, emissions, in order to optimize the dimensions of different components.

Notre système sensorimoteur a développé une relation particulière entre nos actions et le retour sonore qui en découle. Les systèmes de captation gestuelle et les technologies audio permettent de manipuler ce retour sonore par la sonification interactive du mouvement. Nous explorons dans divers cadres expérimentaux la contribution de la sonification à l'apprentissage moteur dans les systèmes interactifs. Tout d'abord, nous montrons que le système auditif intègre des indices acoustiques issus du mouvement pour le contrôle moteur. Des représentations de l'espace émergent de ces indices et sont transformées en commandes motrices. Le cas d'un objet virtuel sonore nous apprend que ces représentations audiomotrices influencent les stratégies d'exploration et permettent des cas de substitution sensorielle par le son. Ensuite, nous mesurons qu'un retour sonore continu permet d'améliorer significativement la performance à une tâche de poursuite. La sonification de l'erreur et des paramètres de la tâche aident à la performance mais montrent des effets différents sur l'apprentissage. Nous observons également que la sonification du mouvement de l'utilisateur augmente l'énergie contenue dans le geste et prévient la dépendance au retour sonore. Enfin, nous présentons le concept de tâche sonore dans lequel la cible est présentée et s'exprime sous forme de paramètres sonores à reproduire. Les résultats montrent qu'une adaptation motrice peut être provoquée par des indices acoustiques seuls. Ce travail permet de dégager des principes importants du design de l'interaction geste-son, et présente des applications originales comme des scénarios interactifs pour la rééducation. / Our sensorimotor system has developed a specific relationship between our actions and their sonic outcomes, which it interprets as auditory feedback. The development of motion sensing and audio technologies allows emphasizing this relationship through interactive sonification of movement. We propose several experimental frameworks (visual, non-visual, tangible, virtual) to assess the contribution of sonification to sensorimotor control and learning in interactive systems. First, we show that the auditory system integrates dynamic auditory cues for online motor control, either from head or hand movements. Auditory representations of space and of the scene can be built from audio features and transformed into motor commands. The framework of a virtual sonic object illustrates that auditory-motor representations can shape exploratory movement features and allow for sensory substitution. Second, we measure that continuous auditory feedback in a tracking task helps significantly the performance. Both error and task sonification can help performance but have different effects on learning. We also observe that sonification of user’s movement can increase the energy of produced motion and prevent feedback dependency. Finally, we present the concept of sound-oriented task, where the target is expressed as acoustic features to match. We show that motor adaptation can be driven by interactive audio cues only. In this work, we highlight important guidelines for sonification design in auditory-motor coupling research, as well as applications through original setups we developed, like perceptual and physical training, and playful gesture-sound interactive scenarios for rehabilitation.

Cette thèse porte sur le diagnostic d’un moteur diesel vingt cylindres entraînant un groupe électrogène de secours de centrale nucléaire. L’objectif est de réaliser un diagnostic de ce moteur à partir d’une mesure des fluctuations de vitesse du vilebrequin. L’étude s’est focalisée sur les défauts affectant le processus de combustion. Du fait des dimensions imposantes du moteur, les premiers modes de torsion du vilebrequin sont situés dans les basses fréquences. La superposition des ondes de torsion au déplacement du vilebrequin en tant que corps rigide complique considérablement l’analyse du signal. Peu de travaux ont ainsi été entrepris sur un moteur aussi gros. Dans cette thèse, un modèle dynamique en torsion du vilebrequin sous l’hypothèse d’élasticité de celui-ci est tout d’abord établi. Les paramètres de ce modèle sont optimisés afin de reproduire au mieux la réponse en vitesse réelle du vilebrequin. Une méthode de diagnostic originale basée sur une reconnaissance de formes du signal de vitesse est ensuite proposée. En effet, du fait de l’excitation des premiers modes de torsion, la réponse en vitesse du système présente une signature distincte en fonction du cylindre défectueux. Les formes types, représentatives des différents modes de fonctionnement du moteur, sont obtenues à partir du modèle précédemment établi et non à partir d’essais expérimentaux constituant ainsi la principale originalité de ce travail. Les résultats obtenus en phase opérationnelle sont encourageants. Un défaut réel de combustion a été correctement diagnostiqué incluant la détection du défaut, la localisation du cylindre défectueux ainsi que la quantification de la sévérité du défaut / This thesis deals with the diagnosis of a powerful 20-cylinder diesel engine which runs a generator set in a nuclear plant. The objective is to make a diagnosis by analyzing the crankshaft angular speed variations. Only combustion related faults are investigated. As the engine is very large, the first crankshaft natural modes are in the low frequencies. Torsional vibrations of the flexible crankshaft strongly complicate the analysis of the angular speed variations. Little attention has been paid to such large engines in the literature. First, a dynamical model with the assumption of a flexible crankshaft is established. The parameters of the model are optimized with the help of actual data. Then, an original automated diagnosis based on pattern recognition of the angular speed waveforms is proposed. Indeed, any faulty cylinder in combustion stroke will distort the angular speed waveform in a specific way which depends on its location with respect to nodes and anti-nodes of the modes. Reference patterns, representative of the engine conditions, are computed with the model constituting the main originality of this work. Promising results are obtained in operational phase. An experimental fuel leakage fault was correctly diagnosed, including detection and localization of the faulty cylinder and an indication of the severity of the fault

La croissance mondiale, économique et industrielle, ainsi que la rapide progression démographique des populations, ont fait augmenter la demande en énergie fossile. Ces dernières années, beaucoup de recherches ont été orientées vers de nouvelles ressources énergétiques qui peuvent remplacer les carburants fossiles conventionnels. Les biocarburants sont des carburants écologiques renouvelables, obtenus grâce à la transformation des matières grasses animales et végétales. Ils sont classés en tant que ressource idéale, non-toxique et renouvelable, substituant avantageusement le Diesel conventionnel. Dans cette optique, nous nous sommes intéressés à la production des biocarburants à partir d’une source végétale, non alimentaire, très abondante dans le bassin méditerranéen, en l’occurrence le pistachier lentisque, par deux procédés, l’un est chimique appelé transestérification et l’autre est thermochimique, la solvolyse. Les caractérisations des biocarburants conformément aux normes en vigueur, ont montré que les propriétés physico-chimiques sont comparables à celles du Diesel conventionnel. Un moteur Diesel monocylindre refroidi à l'air, a été utilisé pour évaluer les caractéristiques de la combustion de ces biocarburants, à 1500 tr/min, sous diverses conditions de charges du moteur. Les caractéristiques de la combustion (pression du cylindre, délai d’auto-inflammation, taux de dégagement de chaleur et durée de combustion) des biocarburants obtenus, sont comparées à celles du Diesel conventionnel. / The world economic and industrial growths, as well as the demographic rapid progression, have increased the fossil energy demand. These last years, much of researches were directed towards new energy resources which can replace the conventional fossil fuels. The biofuels are renewable ecological fuels derived from biomass; they are classified as an ideal resource, non-toxic and renewable component with respect to the conventional Diesel. In this context, we were firstly interested to the production of the biofuels starting from a non-edible vegetable source widely available in the Mediterranean basin which is the Pistacia Lentiscus using two processes. The first one is a chemical method named “transesterification” and the second one is a thermochemical procedure called “solvolysis”. The biofuels physicochemical properties, measured via standard methods, are similar to those of Diesel fuel. A single cylinder, naturally aspirated DI Diesel engine is operated at 1500 rpm with either pure produced biofuels or their blends with Diesel fuel for several ratios (50, 30 and 5 v%) and engine load conditions. The combustion parameters, their blends are compared with those of Diesel fuel.

Le sujet principal de cette thèse est le mouvement des systèmes anthropomorphes, et plus particulièrement la locomotion bipède des humains et des robots humanoïdes. Pour caractériser et comprendre la locomotion bipède, il est instructif d'en étudier les causes, qui résident dans le contrôle et l'organisation du mouvement, et les conséquences qui en résultent, que sont le mouvement et les interactions physiques avec l'environnement. Concernant les causes, par exemple, quels sont les principes qui régissent l'organisation des ordres moteurs pour élaborer une stratégie de déplacement spécifique ? Puis, quelles grandeurs physiques pouvons-nous calculer pour décrire au mieux le mouvement résultant de ces commandes motrices ? Ces questions sont en partie abordées par la proposition d'une extension mathématique de l'approche du Uncontrolled Manifold au contrôle moteur de tâches dynamiques, puis par la présentation d'un nouveau descripteur de la locomotion anthropomorphe. En lien avec ce travail analytique vient le problème de l'estimation de l'état pour les systèmes anthropomorphes. La difficulté d'un tel problème vient du fait que les mesures apportent un bruit qui n'est pas toujours séparable des données informatives, et que l'état du système n'est pas nécessairement observable. Pour se débarrasser du bruit, des techniques de filtrage classiques peuvent être employées, mais elles sont susceptibles d'altérer le contenu des signaux d'intérêt. Pour faire face à ce problème, nous présentons une méthode récursive, basée sur le filtrage complémentaire, pour estimer la position du centre de masse et la variation du moment cinétique d'un système en contact, deux quantités centrales de la locomotion bipède. Une autre idée pour se débarrasser du bruit de mesure est de réaliser qu'il résulte en une estimation irréaliste de la dynamique du système. En exploitant les équations du mouvement, qui dictent la dynamique temporelle du système, et en estimant une trajectoire plutôt qu'un point unique, nous présentons ensuite une estimation du maximum de vraisemblance en utilisant l'algorithme de programmation différentielle dynamique pour effectuer une estimation optimale de l'état centroidal des systèmes en contact. Finalement, une réflexion pluridisciplinaire est présentée, sur le rôle fonctionnel et computationnel joué par la tête chez les animaux. La pertinence de son utilisation en robotique mobile y est discutée, pour l'estimation d'état et la perception multisensorielle. / The substantive subject of this thesis is the motion of anthropomorphic systems, and more particularly the bipedal locomotion of humans and humanoid robots. To characterize and understand bipedal locomotion, it is instructive to study its motor causes and its resulting physical consequences, namely, the interactions with the environment. Concerning the causes, for instance, what are the principles that govern the organization of motor orders in humans for elaborating a specific displacement strategy? And then, which physical quantities can we compute for best describing the motion resulting from these motor orders ? These questions are in part addressed by the proposal of a mathematical extension of the Uncontrolled Manifold approach for the motor control of dynamic tasks and through the presentation of a new descriptor of anthropomorphic locomotion. In connection with this analytical work, comes the problem of state estimation in anthropomorphic systems. The difficulty of such a problem comes from the fact that the measurements carry noise which is not always separable from the informative data, and that the state of the system is not necessarily observable. To get rid of the noise, classical filtering techniques can be employed but they are likely to distort the signals. To cope with this issue, we present a recursive method, based on complementary filtering, to estimate the position of the center of mass and the angular momentum variation of the human body, two central quantities of human locomotion. Another idea to get rid of the measurements noise is to acknowledge the fact that it results in an unrealistic estimation of the motion dynamics. By exploiting the equations of motion, which dictate the temporal dynamics of the system, and by estimating a trajectory versus a single point, we then present maximum likelihood estimation using the dynamic differential programming algorithm to perform optimal centroidal state estimation for systems in contact. Finally, a multidisciplinary reflection on the functional and computational role played by the head in animals is presented. The relevance of using this solution in mobile robotics is discussed, particularly for state estimation and multisensory perception.

Chez l’adulte, la production écrite est une activité motrice automatisée. L’écriture est fluide et rapide car la production de chaque lettre repose sur l’activation préalable d’une mémoire procédurale connue sous le terme « programme moteur » ou « carte sensori-motrice ». Nous nous sommes attachés à comprendre comment s’élaborent ces programmes moteurs au cours de l’apprentissage de l’écriture. Nous avons étudié comment l'écriture des enfants évoluait d’une programmation trait par trait à une programmation lettre à lettre. Dans toutes nos études nous avons enregistré les mouvements d’écriture des enfants à l’aide d’une tablette digitalisante. Dans la première expérience, 98 enfants de 6 à 9 ans devaient produire des lettres de complexité variable, dépendant de leur nombre de strokes. Les résultats ont indiqué qu’à 6 et 7 ans, la durée du mouvement, la dysfluence et la trajectoire augmentaient avec le nombre de strokes de la lettre. Chaque allographe était produit par l’activation du premier stroke, puis du deuxième stroke et ainsi de suite jusqu’à la réalisation de la lettre complète. Le nombre de strokes des lettres affectait beaucoup moins la production des enfants plus âgés. Les enfants regroupaient la programmation de ces strokes en chunks, qui augmentaient en taille progressivement pour aboutir, à la fin du processus d’automatisation, à une production lettre à lettre. L’analyse a révélé que les premiers automatismes se stabilisaient aux alentours de 8 ans. Toutefois, certaines lettres restaient représentées en chunks même chez les enfants les plus âgés. La nature du stroke à produire semblait affecter également la mise en place des automatismes. Ainsi, une autre expérience a été réalisée pour étudier l’impact de la production des strokes nécessitant des mouvements de rotation, indispensables à la production de traits courbés (e.g., pour la lettre o), et des mouvements de pointage nécessaires pour positionner l’outil scripteur après leur lever (e.g., pour mettre le point sur le i). Nous avons demandé à 108 enfants âgés de 6 à 10 ans d’écrire des séquences de lettres majuscules variant en termes de mouvements de pointage et de rotation. Les résultats ont indiqué que les pointages requerraient un compromis entre les durées des mouvements sur la feuille et en l’air. Les mouvements de rotation impliquaient une réduction de l’écart entre les vitesses maximales et minimales. Le respect d’un tempo de l’écriture semble gouverner ces stratégies compensatoires qui sont spécifiques au type de mouvement. Au niveau développemental, la présence de paliers dans les données cinématiques, laisse à penser que la majeure partie de l’évolution se situe dans la période 6-8 ans, et précède une phase de stabilisation entre 8 et 10 ans caractérisant le début de l’automatisation des mouvements d’écriture. Notre travail met ainsi en évidence que plus l’enfant grandit et pratique l’écriture, plus il/elle est capable de programmer des chunks d’informations plus importantes. Or, cette augmentation en taille de la mémoire procédurale n’est pas seulement quantitative, elle s’accompagne d’une gestion différentielle en fonction du type de stroke à réaliser. Le contenu du programme moteur ne se limiterait donc pas à des informations sur la forme, l’ordre et la direction des strokes mais détiendrait également des informations permettant la mise en place de stratégies cinématiques compensatoires pour des gestes spécifiques comme ceux de rotation et de pointage. Les programmes moteurs s’élaborent pendant le processus d’apprentissage, qui s’étale sur la période 6-7 ans. À partir de 8 ans, ces acquisitions commencent à s’automatiser avec la pratique et l’augmentation des capacités cognitives, attentionnelles et mnésiques. L’automatisation de l’écriture semble être acquise pour la plupart des lettres entre 9 et 10 ans, et devient alors un outil de communication langagière. Les implications de ces résultats sont directement applicables en milieu scolaire. / Written production is an automated motor activity for adults. Writing is smooth and fast because letter production relies on the prior activation of a procedural memory known as “motor program” or “sensori-motor map”. Our investigation focused on how motor programs develop during writing acquisition. We examined how writing evolved from stroke-to-stroke programming to letter-to-letter programming. In all our studies we recorded the children's writing movements with a digitizer. In the first experiment, 98 children aged 6 to 9 had to write letters of varying numbers of strokes. The results indicated that at ages 6-7, movement duration, dysfluency and trajectory increased with the letter’s number of strokes. The letters were produced by the activation of the first stroke, then the second stroke, and so on until the completion of the whole letter. The number of strokes affected much less the productions of the older children. They assembled the strokes into chunks, which gradually increased in size, until they could write, at the end of the automation process, with a letter-to-letter programming strategy. The analysis revealed that the first automatisms stabilized at age 8. However, some letters remained represented in chunks even among the older children. Specific types of strokes affected the stabilization of letter automation. We thus carried out another experiment to examine the impact of the rotation strokes that are necessary for the production of curved lines (e.g., to produce letter o) and the pointing movements that position the pen after a lift (e.g., to produce the dot on letter i). In the experiment, 108 children aged 6 to 10 wrote sequences of upper-case letters varying in pointing and rotation movements. The results indicated that the production of rotation movements required a speed trade-off to decrease differences between maximum and minimum velocities. Pointing movements required a duration trade-off between the movements executed on the sheet and in the air. There seems to be a sort of tempo for letter production that modulates letter production. This requires compensatory strategies that are cognitively demanding. At the developmental level, the kinematic data suggests that most of the learning process takes place between ages 6 to 8. Then there is stabilization phase that marks the beginning of writing automation. It evolves between ages 9 and 10. Our work thus revealed that as the child practices writing, the motor programs code increasingly bigger information chunks. This quantitative increase in procedural memory is also accompanied by qualitative information for certain types of strokes that require specific processing. Therefore, the content of motor programs is not limited to information about letter shape, stroke order and direction. Motor programs also code information on compensatory kinematic strategies for rotation and pointing movements. These motor programs are elaborated during the learning process between ages 6 to 7. At around age 8, with practice and the increase of cognitive, attentional and memory skills, they start to stabilize and become automated. At ages 9-10, writing is automated for most letters and becomes a linguistic communicational tool. The implications of these results are directly applicable in schools for the improvement of pedagogical tools in teaching writing.

La locomotion autonome est une étape clef du développement du nourrisson. Elle débute dans la majorité des cas par la marche quadrupède au deuxième semestre de vie. Cependant, dès la naissance, le nouveau-né est déjà capable de se propulser de manière autonome en position ventrale. Cette mobilité quadrupède précoce a été très peu étudiée, car considérée par la plupart des auteurs comme un simple réflexe de reptation, destiné à disparaître rapidement sous l'influence du développement cortical : cette reptation n'aurait aucun lien avec la marche mature, n'impliquerait pas les bras et aurait pour fonction principale de permettre au nouveau-né de se propulser jusqu'au sein maternel. Contrairement à ce point de vue, quelques auteurs ont observé que cette mobilité semblait complexe et pouvait éventuellement persister jusqu'à l'âge de 2-3 mois, dans un contexte adapté. Ces observations posent la question de savoir si cette mobilité primitive, loin d'être un simple réflexe, pourrait être en lien avec la marche quadrupède et bipède mature. L'objectif de cette thèse est d'étudier les différentes caractéristiques, en particulier cinématiques, de cette mobilité quadrupède depuis la naissance jusqu'au sixième mois. Dans ce but, un dispositif a été créé, le CrawliSkate, qui permet de libérer les bras et faciliter la propulsion. Trois études ont été menées et montrent que cette mobilité quadrupède est loin d'être un simple réflexe stéréotypé, qu'elle implique une coordination des jambes et des bras, qu'elle peut en partie être modifiée dès la naissance à un niveau supra spinal par la vision et enfin qu'elle persiste tout en se modifiant durant tout le premier semestre de la vie. / Self-produced locomotion is a key stage in infant development, which usually begins with hand and knees crawling in the second semester of life. Since the moment of birth, however, newborns are already capable of autonomous propulsion from a prone position. This precocious form of quadrupedalism remains largely unstudied due in part to the fact that most researchers consider these creeping movements to constitute a mere reflex, destined dissipate as cortical development progresses. Under such an interpretation, this creeping « reflex » would have no link with mature, bipedal walking, would not recruit the upper limbs and would serve mainly as a mechanism by which newborns could reach the maternal breast. Contrary to this point of view, a handful of authors have observed that these patterns of locomotion seem complex, and might persist in some form until the age of 2-3 months. These observations invite us to consider the possibility that such primitive locomotion might be directly involved in the emergence of quadrupedal and bipedal gait. The present thesis examines the various characteristics (particularly cinematic) of this prone mobility, from birth to about six months of age. To this end, we describe the creation of an experimental tool that frees the use of a newborn's limbs and facilitates the aforementioned form of propulsion: the CrawliSkate. We present three studies showing that neonatal prone mobility goes beyond simple reflexes, involves coordination between the upper and lower limbs, and can be partially modified at birth at a supra-spinal level through visual stimulation. Lastly, we demonstrate that this pattern of locomotion persists, albeit with heavy modification, throughout the first semester of life.