Situation expérimentale

Les expérimentations se sont déroulées dans les locaux du Centre d’Etude de la SensoriMotricité, sur une plateforme dédiée aux expériences bio-médicales in-vivo, dans une pièce calme et silencieuse.

2.2.1. Dispositif et paradigme expérimental

Le schéma présenté en Figure 26 décrit la configuration spatiale de l’expérience, l’installation choisie, le repère et le système de coordonnées global utilisés. En complément, deux photos du dispositif sont également présentées (Figure 27). Notre matériel expérimental se composait d’une « machine à tomber », pour perturber la posture debout, d’un système de capture de la position de marqueurs disposés à des endroits standardisés sur le corps ainsi que d’un système d’acquisition/suivi des activités musculaires. Les sujets se plaçaient debout au centre de la plateforme qui constituait leur surface de support en alignant au mieux l’axe frontal de leur corps sur l’axe Oy de la plateforme.

D ispositif de perturbation

Création de la perturbation et principe général : translation horizontale de la surface de support

Afin d’analyser les stratégies posturales mises en oeuvre lors d’une perturbation imposée, nous nous sommes basés sur le paradigme de la plateforme mobile – dont la translation soudaine de la surface de

support permettait de soumettre le sujet en station debout à l'équivalent d'une glissade dans le plan sagittal (axe antéro-postérieur) et frontal, (axe médio-latéral).

Figure 26 : Configuration spatiale de l’expérience

« Machine à tomber » : plateforme mobile à commande pneumatique

La plateforme mobile à commande pneumatique a été conçue dans le cadre de ce projet par Space Control (C. Saloni) Ce système permet de déclencher la chute d’une personne par la technique du « tiré de tapis » (cf. Figure 28).

Figure 27 : Photos du Dispositif expérimental

Sujet harnaché, en position initiale debout sur la plateforme mobile

                    x y z Ro                CODA 1 CODA 2 CODA 3 CODA 4      

Un Vérin à gaz embarqué sous le podium est capable de le projeter à une accélération maximale de 3G. Il est piloté par un moteur électrique de type Brushless fixé sous le socle. Le vérin est comprimé par un câble lorsqu’on ramène le podium au centre, puis à l’aide d’un appui bouton (marche manuelle) ou sur temporisation aléatoire, il est largué à une vitesse prédéfinie et connue de l’opérateur. Il parcourt une distance de 500 mm environ (soit une amplitude moyenne de déplacement de la plateforme de 40,5 cm). Le câble permet le contrôle de la détente au moment du lâcher. Un contrôle en position par codeur permet une mesure du déplacement. Des capteurs sur le tour du podium arrêtent instantanément la course si celui-ci rencontre un obstacle. Un programme de gestion permet de régler la vitesse souhaitée et de contrôler la temporisation du déclenchement aléatoire du relâché. Un pivot permet la rotation autour du câble qui passe par l’axe central (une liaison à roulement évite la torsion sur le câble). Le podium peut tourner librement quand il est ramené au centre ; on change ainsi manuellement la direction du glissement qui sera occasionné. Au-niveau de la sécurité, des boutons sur l’armoire de commande permettent de ramener le podium au centre, ou détendre le vérin. Un bouton d’arrêt d’urgence immobilise le système.

a)

b) c)

Figure 28 : a) principe de fonctionnement de la plateforme mobile: technique du « tiré de tapis ». b) dimensions de la plateforme mobile c) schéma de fonctionnement de la plateforme

2.2.2. Méthode

C aractéristiques de la perturbation :

Quatre directions (Forward F, Backward B, Leftward L et Rightward R) et deux vitesses de perturbation (lente-slow s-, rapide-fast f-) étaient utilisées. Ainsi, une perturbation vers l’avant (« Forward ») fait référence aux essais où la plateforme et les pieds se déplacent de façon antérieure au tronc, ce qui provoquerait, en l’absence d’une réponse protective, une chute vers l’arrière. A l’issue de quelques pré- tests, le choix de la vitesse était tel que les perturbations lentes devaient conduire à un rattrapage et les perturbations rapides à une chute. Néanmoins, le prototype de la plateforme n’autorisait pas le dépassement d’un seuil maximal de vitesse équivalent à 1m/s. Le tableau ci-dessous recense les caractéristiques de ces perturbations (vitesses, accélérations et durées de déplacement), obtenues avec le

marqueur collé au plateau mobile. De plus, pour une caractérisation complète de la perturbation, un accéléromètre était posé sur la plateforme, ce qui permettait d’obtenir l’accélération et la secousse (‘’jerk’’), filtrés avec un filtre CFC (200Hz). Le profil de l’accélération correspondait à une « rampe ». A noter que la décélération nécessaire au freinage de la plateforme ne modifiait pas le rattrapage (et ne le favorisait pas), du moins en phase précoce (ce qui fait l’objet de ce travail doctoral), car celle-ci intervenait après 500 ms lors d'une perturbation rapide et après 1 seconde lors des perturbations lentes.

Figure 29 Caractéristiques de la perturbation selon la direction de la translation de la surface (sens

antéropostérieur et médiolatéral) : F forward, B backward, L leftward, R rightward

Session ex périm entale :

L’expérimentation durait en moyenne 2 heures : la préparation et l’équipement du sujet duraient 1h à 1h30 puis le sujet passait environ 30 minutes sur la machine à tomber. En une seule session (bloquée), le sujet expérimentait un total de 32 essais ; soit 8 par direction selon 2 vitesses différentes (condition lente et rapide). Les essais suivaient un partage équitable et randomisé des directions et des vitesses de perturbation grâce à la méthode des carrés latins. Cette répartition aléatoire permettait de minimiser l’anticipation de la perturbation. L’intervalle de temps entre les essais était dicté par le fait que le participant soit prêt et le temps de paramétrage de la plateforme. Un intervalle type inter-essai durait moins d’une minute. Une période de repos de 5 minutes était prévue à la moitié de l’expérience.

- La préparation consistait à revêtir les sujets d’une combinaison et/ou d’un cuissard, et un débardeur serré ou une brassière pour les sujets féminins. Les sujets masculins restaient torse-nu, dans la mesure du possible. Ces précautions vestimentaires permettaient de limiter les glissements des marqueurs sur les vêtements ou la peau. Avant la série d’essais, les sujets étaient en effet équipés de marqueurs réfléchissants et d’électrodes EMG sans fil collés avec un adhésif double face hypo-allergénique (explications détaillées dans la partie 2.3.2). A l’issue de cette phase consistant à équiper le sujet, ils étaient ensuite photographiés (de face/dos/profil) de façon à vérifier ultérieurement le positionnement des marqueurs, notamment pour la seconde phase du travail (Modélisation, cf. Chapitre III).

- Dans cette série de tests expérimentaux, un dispositif de retenue permettait d’interrompre les chutes complètes, avec impact au sol ou hors de la plateforme (cf. photo en Fig. 27) et réduire les risques d’atteinte à l’intégrité physique des sujets. Un portique monté sur la plateforme et conçu pour ne pas masquer le champ de vision des caméras permettait de l’attacher et le dispositif de retenue sur lequel il était fixé était ajusté à la taille du sujet.. Malgré ce dispositif, le sujet pouvait fléchir complètement au niveau de la hanche, et le câble de suspension n’interférait pas avec le mouvement, ce qui aurait conduit à une restriction implicite des stratégies posturales spontanées. Il s'agissait dans ce

Type Description Durée

Vitesse

moy. Pic d’accélér. Pic du Jerk sec m /sec G m/s² g/s m/s3 Lent Rattrapage 1 0,35 0,8 7,8 18,4 180 Rapide Chute

attendue 0,5 0,9 1,1 10,7 30,6 300

Tableau 3 : Caractéristiques de la perturbation selon son intensité  

projet d'étudier le stade précoce de la chute (les 500 ms qui suivent la perturbation) or le harnais n’interférait pas avant ce délai.

- Après la phase de préparation, les expérimentateurs procédaient à quelques tests cliniques visant à identifier le côté dominant du sujet (main et bras préférentiels, jambe d’appui) ; normaliser l’activité musculaire et évaluer leur faculté d’équilibre général (maintien de l’appui unipodal avec les yeux fermés pendant au moins 30 secondes).

- Avant chaque essai, les sujets devaient adopter la position initiale suivante : debout, immobile, « tête-tronc-jambes » alignés, yeux ouverts, regard horizontal, tête droite, bras immobiles et relâchés le long du corps, position standardisée des pieds en termes d’écartement – distance inter-talons de 11 cm environ - et d’ouverture des appuis de 10°, respectant les normes proposées parMcIlroy et Maki (1997).

Cette position de repos naturelle et confortable avec une base de support relativement faible était contrôlée à chaque essai. Il était aussi demandé aux sujets de toujours se repositionner de manière symétrique selon l'axe sagittal sur la plateforme. De plus, les sujets devaient veiller à avoir leur poids réparti équitablement sur les appuis, et détendre au besoin les muscles enregistrés, notamment au niveau des membres inférieurs (ex : soléaires). L’expérimentateur contrôlait l’absence de crispations excessives avant chaque essai ; et vérifiait la visibilité de tous les marqueurs par les unités du système Coda ainsi que leur positionnement correct (permutation entre deux marqueurs, décollement,…)

- Consignes : réaction naturelle. Il n’y avait pas de consignes précises données sur le rattrapage si ce n’est de « réaliser ce qui vous vient spontanément pour maintenir et retrouver votre équilibre en essayant de ne pas tomber ». Cette consigne était suffisamment vague pour ne pas influencer le choix de stratégie et la réponse du sujet. Cela nécessitera un tri ultérieur des « stratégies » employées.

- Effet de surprise, imprédictibilité : le sujet ne devait pas être en mesure d’anticiper la perturbation et s’y préparer. Pour cela, plusieurs conditions ont été réunies : - une mise en confiance et un état de détente grâce aux différentes informations apportées avant les tests, la mise en place du dispositif de sécurité, et la vérification du bon ajustement du harnais sans qu’aucune douleur ne soit ressentie - la période d’acquisition durait 15 secondes, intervalle au-cours duquel la perturbation pouvait avoir lieu, ne permettant pas au sujet d’anticiper le moment exact la plateforme allait se déplacer, ni dans quelle direction et avec quelle vitesse. Aucun signal auditif ou visuel ne pouvait le renseigner sur la phase de lancement de la plateforme. A noter que cette imprédictibilité associée à une éventuelle appréhension du déséquilibre entre les essais pouvait générer un sentiment d’inconfort. Par ailleurs, il n’y avait pas de familiarisation aux conditions expérimentales, les mouvements étaient quantifiés dès la 1ère _{impulsion et} les effets adaptatifs ou anticipateurs étaient réduits puisqu’il n’y avait pas d’essai d’entraînement.

2.3. Paramètres mesurés et calculés