Estimation des activités musculaires au cours du mouvement en vue d’applications ergonomiques

par François Fraysse

Thèse de doctorat en Biomécanique

Sous la direction de Laurence Chèze et de Xuguang Wang.

Le président du jury était Frédéric Marin.

Les rapporteurs étaient Juan Tomas Celigueta, Serge Van Sint Jan.


  • Résumé

    Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la simulation par mannequins numériques de l’homme (en anglais Digital Human models ou DHM) en vue d’applications ergonomiques. Plus précisément, il s’intéresse à la modélisation du système musculosquelettique et des efforts musculaires développés au cours du mouvement.Dans un première partie est présenté le développement numérique de modèles musculosquelettiques du membre inférieur et supérieur sous l’environnement Matlab. Ces modèles ont été évalués par examen des bras de levier musculaires pour la géométrie, et par comparaison avec des mesures expérimentales de couples articulaires maximaux (FMV) pour les efforts prédits.Dans une seconde partie, le modèle musculosquelettique du membre inférieur a été utilisé pour évaluer le rôle des muscles bi-articulaires au cours de la marche. Pour cela deux méthodes de calcul des efforts musculaires ont été utilisées, permettant de mettre en évidence les particularités fonctionnelles de ces muscles. Les résultats indiquent notamment que la prise en compte des muscles bi-articulaires est nécessaire à une estimation correcte des efforts musculaires et des efforts de contact articulaires, potentielles sources d’inconfort.Puis ont été étudiés les capacités d’effort maximale en flexion-extension isométrique du coude. L’expérimentation a été effectuée au sein de l’INRETS de Bron et comprenait 9 sujets volontaires masculins. Cette étude a permis d’évaluer le modèle numérique développé en termes de prédiction de capacités d’effort, ainsi que d’ouvrir la voie à des méthodes de scaling permettant d’ajuster un modèle musculosquelettique au sujet étudié.

  • Titre traduit

    Estimation of muscular activity during movement for ergonomic applications


  • Résumé

    This work deals with the use of Digital Human models (DHM) for ergonomic applications. More precisely, it focuses on the modelling of the musculoskeletal system and muscular forces developed during movement.In the first part, the development of numerical musculoskeletal models of the lower and upper limbs under the Matlab environment is presented. These models were evaluated by examination of the muscles’ lever arms (for geometry) and by experimental measurements of maximum voluntary force (MVF) (for predicted muscle forces).In a second part, the lower limb muscular model was used to evaluate the role of biarticular muscles during gait. To achieve this, two methods were used, allowing to highlight the functional specificities of these muscles. The results indicate in particular that taking into account biarticular muscles is necessary to a correct estimation of muscle forces and joint contact forces, which are potential discomfort sources.Finally, the maximal force capacity of isometric elbow flexion-extension has been studied. The goal was to set up scaling methods allowing to fit the muscular model to the studied subject’s capacities. The experiment took place at INRETS, and implicated 9 male voluntary subjects. This study allowed to evaluate the model in terms of maximal force capacity prediction, and openend the path to new scaling methods for musculoskeletal models.


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