Estimation des activités musculaires au cours du mouvement en vue d'applications ergonomiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Estimation of muscular activity during movement for ergonomic applications

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

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 limb is presented. Based on atatomical knowledge as well as existing numerical data, a model has been developed under the Matlab environment for the upper and lower limbs. These models were evaluated by comparison of the muscles' lever arms with both experimental data and other models' results. A method for calculation of muscle forces during movement has then been developed. The model's results in terms of muscle force prediction were evaluated by experimental measurments of maximum voluntary force (MVF). In a second part, the lower limb muscular model was used to evaluate and quantify 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.
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. En se basant sur des connaissances anatomiques ainsi que sur des données numériques existantes, un modèle a été développé sosu l'environnement Matlab pour les membres supérieur et inférieur. Ces modèles ont été évalués par examen des bras de levier musculaires et comparaison avec des données existant dans la littérature. Puis une méthode de calcul des efforts musculaires au cours du mouvement a été mise en place. Les résultats en termes de prédiction d'effort musculaire ont été évalués par comparaison avec des mesures expérimentales de couples articulaires maximaux (FMV) ainsi que par comparaison avec des modèles existants. Dans une seconde partie, le modèle musculosquelettique du membre inférieur ainsi développé a été utilisé pour évaluer et quantifier 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, afin de mettre en place des méthodes de scaling permettant d'ajuster un modèle musculosquelettique au sujet étudié. 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.
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Dates et versions

tel-00563203 , version 1 (04-02-2011)
tel-00563203 , version 2 (14-05-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00563203 , version 1

Citer

François Fraysse. Estimation des activités musculaires au cours du mouvement en vue d'applications ergonomiques. Sciences du Vivant [q-bio]. Université Claude Bernard - Lyon I, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00563203v1⟩
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