L'analyse de la marche a pour but d'étudier le mouvement d'une personne lors de son déplacement a n d'en comprendre le fonctionnement et d'améliorer les performances physiques à des ns d'optimisation et dépassement des compétences humaines ou bien à des ns en réadaptation pour acquérir de nouveau une fonction non utilisée pour cause de blessures physiques ou mentales (Van der Loos et Reinkensmeyer, 2008). Typiquement, l'analyse de la marche est utilisée à des ns de réadaptation pour des per- sonnes possédant une dé cience aectant le mouvement ou pour augmenter l'e cacité du mouvement en terme de vitesse et d'endurance dans le domaine du sport (Davis,
1988). Dans le cadre de la réadaptation, le défaut de cette fonction primaire aecte particulièrement les activités usuelles de vie. Le fait de saisir un objet hors de portée de main requiert un eort physique et mental plus important et l'isolement social est une conséquence directe de cette diminution du mouvement. Ainsi la recherche clinique a pour but d'identi er ces problèmes et d'y apporter une solution technologique ou cognitive.
L'étude du mouvement a été grandement facilitée à l'aide du développement des ap- pareils photographiques et des vidéo caméras permettant de capturer le mouvement d'une personne de manière simple, rapide et économique a n d'en exposer les détails non visibles à l'÷il nu grâce à une visualisation image par image, au ralenti et même en sens inverse. Le plan frontal et le plan sagittal sont les angles de vue les plus pertinents pour l'étude du mouvement. L'installation à base de caméras limite les répétitions du mouvement de marche. Ainsi, la personne évalue elle-même sa propre démarche avec un regard extérieur pour nalement entreprendre les ajustements nécessaires à amé- liorer. D'autres appareils complètent les capteurs facilitant l'étude du mouvement (cf. Figure 1.1) et peuvent être catégorisés en trois groupes (Herran et al., 2014) :
Les capteurs basés sur la vision enregistrent des données cinématiques de la marche. Un traitement de l'image eace l'arrière-plan pour récupérer seulement la démarche du sujet. L'information sur la profondeur est obtenue avec diérentes méthodes comme la vision stéréoscopique qui utilise deux caméras pour former une image en trois dimensions de la scène lmée. L'utilisation d'une caméra ther- mique mesurant les émissions de chaleur ou bien l'utilisation d'une caméra à émission de lumière structurée de type Kinect1 donne directement l'information
de la profondeur à l'aide d'un seul appareil. L'utilisation de marqueurs passifs ou actifs placés sur les éléments clefs du corps de la personne fournit les données cinématiques de manière plus précise qu'un enregistrement vidéo seul. Les com- pagnies telles que VICON2 (cf. Figure 1.1a) ou Optotrack3 orent ce type de
systèmes de mesures. L'avantage des marqueurs passifs est l'absence de batteries à porter par l'utilisateur. La calibration doit être eectuée en début de séance pour que l'ordinateur identi e chaque marqueur et les vêtements de la personne ne doivent pas contenir d'éléments ré échissants sous peine d'être confondus avec un marqueur du système de vision. Les marqueurs actifs, quand à eux, possèdent un label reconnaissable éliminant ainsi le problème de confusion des marqueurs rencontrés avec le système passif.
Les chemins instrumentés, tels que les marches d'escalier instrumenté avec des capteurs de force AMTI4 (cf. Figure 1.1b), sont des parcours équipés de cellules
de charge au niveau du sol qui enregistrent la force d'interaction entre le pied de l'utilisateur et le plancher lors de la phase d'appui, phase durant laquelle le pied de la personne est en contact avec le sol. Ces capteurs sont diérenciés en deux
1. Microsoft Kinect Sensor : www.microsoft.com 2. Motion Capture Systems VICON : www.vicon.com 3. Optotrak Certus Motion Tracking : certus.ndigital.com
(a) Caméra Vicon2
pour la capture de mouvement avec des marqueurs passifs.
(b) Marches d'escalier instru- mentées avec des capteurs de force AMTI4.
(c) Système de capteurs inertiels Xsens5.
Figure 1.1: Instruments pour la saisie de données de la marche humaine.
catégories. Les capteurs de pression donnent une information sur l'intensité de l'eort sans pour autant en donner la direction. Ils sont utiles pour l'obtention de la répartition de la pression sur l'ensemble de la plante de pied. En complément de ces informations, les capteurs de force donnent la direction de la force d'in- teraction, en particulier les composantes verticale et latérale qui caractérisent la direction vers laquelle l'utilisateur souhaite se diriger.
Les capteurs portatifs (cf. Figure 1.1c) libèrent l'utilisateur de la contrainte des espaces clos grâce à des appareils à batterie enregistrant des données similaires aux capteurs décrits précédemment. Des capteurs de pression placés sous la se- melle de la chaussure enregistrent les informations dynamiques comme le feraient les chemins instrumentés. La capture de mouvement s'eectue à l'aide de cap- teurs inertiels (par exemple, Xsens Technologies5) placés sur diérents membres
pour enregistrer leurs accélérations ainsi que leurs vitesses et leurs positions par un procédé d'intégration. L'utilisation de goniomètres fournit la position angu- laire des articulations. Finalement, les électromyogrammes enregistrent l'activité musculaire et détectent les fonctionnements anormaux des éléments moteurs de la marche.
Ces appareils enregistrent les données clefs de la marche telles que la cadence, la lon- gueur et la vitesse des pas, l'amplitude du mouvement des articulations, l'intensité de
l'impact entre le sol et le pied du sujet ainsi que l'intensité musculaire de la marche. Ces informations sont ensuite comparées à une base de données de sujets sains a n de repé- rer les anomalies potentielles détectées lors du traitement des sujets. Les informations recueillies peuvent également être utilisées à des ns d'optimisation de mouvement dans le cadre d'une performance athlétique.
L'analyse de la marche est utilisée principalement pour deux domaines de recherche (Levine et al., 2012) : l'évaluation clinique de la marche et la recherche "fondamen- tale" sur la marche. Le premier aspect cherche directement à aider de manière indi- viduelle le patient en analysant la forme de sa marche et à la corriger le cas échéant. Le second tente d'approfondir la compréhension du mouvement pour une connaissance plus approfondie de la bipédie humaine et pour le développement de meilleurs traite- ments. Les deux domaines d'étude se chevauchent et s'enrichissent mutuellement : pour améliorer les pratiques des thérapeutes et des patients, un laboratoire de recherche se charge d'entreprendre le développement d'une solution technologique et son évaluation est ensuite eectuée en condition clinique auprès des praticiens et des patients a n de véri er sa pertinence.
La conception de la plateforme de marche demande de connaître les outils et les mé- thodes utilisés dans l'analyse de la marche et la pertinence de sa fabrication doit être con rmée par l'examen de résultats de recherches cliniques. L'utilisation d'un tapis de course instrumenté avec des capteurs d'eort et sa comparaison avec le mouvement eectué sur le sol se concluent par des diérences minimes en terme cinématique et dynamique (Riley et al., 2007). La conception d'une interface de locomotion est donc appropriée pour la réadaptation si celle-ci se rapproche du fonctionnement d'un tapis de course. D'après l'examen des capteurs énoncés, l'utilisation de capteurs d'eorts au niveau des eecteurs et de vidéo caméras sont des outils essentiels pour étudier le mou- vement de l'utilisateur sur la plateforme. De plus, l'usage d'un harnais pour soutenir partiellement le poids de l'utilisateur montre une amélioration de l'apprentissage du mouvement (Visintin et al., 1998) grâce à la réalisation d'un cycle de marche plus propre comparativement à des personnes devant supporter leur poids en entier. Finale- ment, l'intégration du mouvement de marche d'escalier avec l'interface de locomotion complète la réadaptation de la marche standard par ses diérences cinématiques et dy- namiques (Nadeau et al., 2003) et par sa présence dans la vie quotidienne. Cependant, les diérences de mouvement entre l'interface de locomotion et la marche standard sont également à anticiper, comme avec le G-EO System basé sur deux eecteurs (Hesse et al., 2010) présenté en introduction.