Le projet scientifique

Le projet scientifiqueThématique 4

Interfaces homme/matériel – homme/environnement

Projet scientifique

 

 

1. Introduction

Cette thématique s’intéresse aux interactions et adaptations de l’homme à son environnement lors de l’effort physique, en particulier lorsque son organisme et ses tissus sont soumis à des contraintes importantes sur les plans physiologiques (e.g. températures extrêmes, hypoxie), biomécaniques (e.g. forces et accélérations extrêmes, déséquilibres statiques et dynamiques) et/ou nerveux (e.g. pertes de contrôle sensoriel et moteur).

 

Cette thématique s’appuie sur le plan méthodologique sur les savoir-faire acquis et développés par les membres du LIBM  autour de plateformes technologiques innovantes :

- de biomécanique intégrée du mouvement, analyse cinématique HD 3D (motion capture & analysis) et dynamique (dont tapis roulants dynamométriques et plateformes de force) à l’IRMIS de Saint Etienne et sur le terrain en Savoie et à Lyon.

- de biomécanique des tissus en particulier par l’acquisition d’un élastographe dans le cadre IVTV Equipex (collaborations Ecole des Mines de Saint Etienne et Ecole Centrale de Lyon)

- de physiologie en conditions environnementales extrême en chambre bioclimatique à l’IRMIS de Saint Etienne (partenariat IFTH), et en condition réelle de montagne en Savoie

- d’électrophysiologie (électromyographie de surface, électrostimulation) et de neuro-physiologie (stimulation transcranienne).

À partir de ces outils, des modèles analysant et prédisant les comportements à l’interface homme-matériel (i.e. propagation de l’onde de choc lors de l’impact du pied en marche ou course à pied ou lors de la frappe en tennis ; effets biomécaniques et physiologiques des bandages de contention sur les muscles et vaisseaux compressés, et de la raquette de tennis) et à l’interface homme-environnement (i.e. protection au froid, en altitude ou en milieu aquatique) ont été développés lors du précédent quinquennal. Ces savoir-faire et modélisations ont également été le support de nombreux contrats de collaborations, avec l’ANR (ANR-BLANC-2010-909) et avec les partenaires industriels et des centres techniques, sur la conception et l’optimisation d’équipements sportifs (e.g. chaussure de running et de marche, Salomon, Scholl, CTC …) de dispositifs médicaux (genouillères, chaussettes de contention, CEVRES Santé, Thuasne, Ganzoni …) et de protection (tissus isolants thermiques, IFTH, La Companie du Bain - Damart).

  1. 1.            Projet

Pour le prochain quinquennal cette thématique sera approfondie et développée par une approche « multi échelle » de la compréhension des mécanismes d’adaptation de l’homme à son environnement lors de l’effort physique en :

- Utilisant l’ensemble des niveaux d’analyse de la motricité humaine ; allant de la caractérisation biologique et in-vivo des tissus vivants jusqu’au contrôle sensorimoteur intégré en passant par la biomécanique et la physiologie de l’exercice.

- Validant et développant cette approche multi-échelle par des simulations réalistes en laboratoire (plateformes technologique fixes), et/ou des mesures embarquées optimisées sur le terrain (plateforme technologique embarquée).

- Appliquant cette approche multi-échelle à l’optimisation des matériels dans environnements et populations correspondant aux activités de nos principaux partenaires industriels et institutionnels : « environnement montagne » ; « motricité réduite – réhabilitation » et  « ergonomie du travail ». Afin de soutenir cette thématique, un projet de développement des plateformes technologiques a été demandé au prochain CPER H2020 (projet VITALES - DSI 7 « Sports, tourisme et équipements de montagne », soutenu par la COMUE de Lyon) et sera demandé dans le cadre de l’appel d’offre Institut Carnot – Filières (pilote institut Carnot STAR de Marseille)

 

2-1 Projets « Environnement Montagne »

La pratique d’activités en montagne est liée à des adaptations de l’organisme au froid et à l’altitude, adaptations associées à des conséquences d’ordre biomécanique et sensorielle. Les problématiques développées dans ce contexte concernent :

  1. La façon dont l’organisme subit et et s’adapte au stress environnemental hypoxique afin de limiter les mal-adaptations induites par l’altitude et de favoriser la performance physique en altitude.
  2. La façon dont l’organisme subit et exploite les phases de descente en course à pied sur les plans mécaniques, physiologiques et neuromusculaires
  3. La façon dont l’organisme subit le stress thermique
  4. La façon dont l’organisme adapte la motricité à au contact neige/glace

Pour répondre à ces problématiques, les paradigmes hypoxique thermique et mécanique seront manipulés d’une part dans des conditions de laboratoire en utilisant des dispositifs permettant de simuler les paramètres de contrôle (chambre/tente hypoxique, mélangeur de gaz ; tapis de course, plateforme bioclimatique, plateforme déstabilisante) et d’autre part en réalisant des expérimentations en altitude réelle sur la base de collaborations avec des stations alpines d’altitudes et des expéditions scientifiques en très haute altitude.

 

Partenaires institutionnels

  1. Institut des Sciences du Sport de Lausanne (Pr. Grégoire MILLET)
  2. Université de Calgary (Pr. Guillaume MILLET)
  3. Jozef Stefan Institute, Ljubljana, Slovénia (Dr Tadej DEBEVEC)
  4. Athlete Health and Performance Research Center, Aspetar, Doha, Quatar (Sébastien RACINAIS)
  5. IFREMONT
  6. Laboratoire HP2, Université de Grenoble
  7. Laboratoire LAMHES, Université de Nice (Pr. Jean Benoit MORIN)
  8. 8.    Fédération Française de Ski (Dr. Nicolas COULMY)

Partenaires industriels

Salomon S.A.S

Institut Français du Textile et de l’Habillement

Station alpine d’altitudes

2-2. Projets « Mobilité réduite – réhabilitation ».

Il existe de nombreuses situations qui conduisent à une réduction de la mobilité des individus. Qu’elles soient permanentes ou temporaires, ces situations nécessitent l’utilisation d’un matériel ou de conditions spécifiques qui, par leur fonction de compensation, d’assistance ou de stabilisation, favorisent l’individu dans sa pratique.  Cette optimisation fonctionnelle qui s’inscrit dans le cadre de la réhabilitation motrice comme dans celui de la prévention repose sur :

-         L’élaboration de dispositifs innovants qui permettent d’optimiser la restauration du contrôle neuromusculaire articulaire. Les travaux relatifs au contrôle de la cheville ont démontré la façon dont la restauration sensori-motrice pouvait être optimisée (Forestier et coll. 2014). L’application de ces résultats à d’autres articulations du système locomoteur ainsi que la mise en relation des liens sensori-moteur des articulations du membre inférieur (cheville-genou-hanche) seront investiguées en collaboration avec certains industriels locaux.

-         Le développement de textiles médicaux capable de renseigner le patient et/ou le praticien (Sofileta, CEA LETI)

-         La création d’interfaces capables de contrôler le processus de réhabilitation en lien avec le département de mécatronique de l’Université de Savoie.

-         Une connaissance accrue des effets biomécaniques des exercices de rééducation réalisés en milieu aquatique. L’objectif principal de ce travail consiste à quantifier les moments nets articulaires au moyen d’une modélisation des écoulements des fluides (Computational Fluid Dynamic).

 

Partenaires institutionnels

-         Laboratoire SYMME (Université de Savoie, Annecy, France), Christine BARTHOD (MCU, HDR)

-         UMR 5307, LGF, Centre Ingenierie Santé, Ecole des Mines de Saint-Etienne Pr Geringer et Molimard)

 

-         Institut des sciences du sport de Lausanne (Pr. Degache, Lausanne, Suisse)

-         LABIOMEP, Université de Porto (Pr. Joao PAULO VILAS BOAS)

-         Laboratorio di fisiologica, Université de Sienne

-         Groupe de Recherche en Analyse du Mouvement et Ergonomie, Faculté de Médecine (Québec, Québec, Canada), Pr. Normand TEASDALE

-         Movement to Health Laboratory – M2H (Montpellier, France), Ludovic MARIN (MCU-HDR)

-         EUROMOV (Montpellier, France), Pr. Benoit BARDY

-         Fédération Francaise de Natation

-         Fédération Francaise de Ski (Dr. Nicolas COULMY)

Partenaires industriels

-         Société CEVRES Santé

-         Société ALTEOR

-         RB3D (exosquelette)

-         Société THUASNE

-         Société SOFILETA

-         CITYZEN Science

-         OKEO

-         Institut Français du Textile et de L’Habillement

2-3. Projets « Ergonomie du sport et du travail »

Les particularités de l’environnement sportif ou industriel nécessitent des adaptations des conditions de réalisation du mouvement volontaire. Ces adaptations visent tout d’abord à l’optimisation des équipements des sportifs et opérateurs qui doivent assurer leurs fonctions de protection tout en respectant un niveau de contrainte physiologique acceptable. Ces adaptations concernent ensuite les conséquences de la sur-sollicitation des systèmes neuromusculaire et ostéo-articulaire associée à la survenue de pathologies spécifiques regroupées sous le terme générique de Troubles Musculo-Squelettiques (TMS). Ces atteintes, qui concernent les tissus mous des structures péri-articulaires, contribuent au vieillissement prématuré du sportif et de l’opérateur industriel. Les objectifs principaux consistent à développer de nouvelles connaissances théoriques relatives i) à l’étiologie des Troubles Musculo-Squelettiques du membre supérieur et du complexe de l’épaule, ii) à la transmission des mécanismes vibratoires par le matériel sportif et industriel et enfin iii) aux méthodes de prise en charge de ces pathologies dans le champ de la ré-athlétisation et du travail industriel.

 

Partenaires institutionnels

  1. Groupe de Recherche en Analyse du Mouvement et Ergonomie, Faculté de Médecine (Québec, Québec, Canada), Pr. Normand TEASDALE.
  2. CIHR-IRSST Chair Gender Work & Health (Montréal, Québec, Canada)
  3. Occupational Biomechanics and Ergonomics Lab (OBEL), Dr. Julie COTE
  4. Montreal Center for Interdisciplinary Research in Rehabilitation (CRIR)
  5. Laboratoire de biomécanique et Mécanique des chocs (UMR-T 9406), Université de ???

Partenaires industriels

  1. Groupe SEB S.A.S
  2. Société CEVRES Santé (Drs. Romain TERRIER et Grégoire MITONNEAU)
  3. Babolat S.A.S
  4. Mavic S.A.S
  5. IFTH

 

Références :

Creveaux T, Dumas R, Hautier C, Macé P, Chèze L, Rogowski I. Joint Kinetics to Assess the Influence of the Racket on a Tennis Player's Shoulder. Journal of sports science & medicine 2013; 12(2):259-66.

Creveaux T, Sevrez V, Coste B, Rogowski I. Methodological contribution to study the vibratory behaviour of tennis rackets following real forehand drive impact. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 2014; 17:S150-1.

Rogowski I, Creveaux T, Faucon A, Rota S, Champely S, Guillot A, Hautier C. Relationship between muscle coordination and racket mass during forehand drive in tennis. European Journal of Applied Physiology 2009; 107(3):289-98.

Sevrez V, Creveaux T, Dumas R, Chèze L, Macé P, Rogowski I. Influence of racket on the variability of humerothoracic joint kinematics during tennis serve: a preliminary study. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 08/2014; 17:S152-3.