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L'analyse du mouvement humain en interaction avec son environnement par Cédric Schwartz et Vincent Denoël | Liege Creative, 25.02.14
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L'analyse du mouvement humain en interaction avec son environnement par Cédric Schwartz et Vincent Denoël | Liege Creative, 25.02.14

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Les mouvements du corps humain et son interaction avec le monde extérieur sont étudiés au sein du Laboratoire d'Analyse du Mouvement Humain (ULg). …

Les mouvements du corps humain et son interaction avec le monde extérieur sont étudiés au sein du Laboratoire d'Analyse du Mouvement Humain (ULg).
Brassant des applications qui vont de la performance des sportifs de haut niveau à la modélisation de tâches quotidiennes comme la marche, ce laboratoire s'intéresse également à l'interaction qu'un individu est capable de développer avec une structure de génie civil.
Notamment, l'étude de la faculté d'une personne à pouvoir mettre une passerelle en vibration, par effet de vandalisme, a permis de mieux comprendre l'étroite interaction menant à la synchronisation, heureusement imparfaite, entre un vandale et une passerelle.

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  • 1. Mardi 25 février L'analyse du mouvement humain en interaction avec son environnement Vandalisme : quand les passerelles balancent… Cédric SCHWARTZ et Vincent DENOËL, ULg - Laboratoire d’Analyse du Mouvement Humain
  • 2. Avec le soutien de :
  • 3. Laboratoire  d’Analyse  du  Mouvement  Humain   Localisa7on  :   Faculté  des  Sciences  Appliquées,  Sart  Tilman     •   Prof  V.  Denoël  (Faculté  des  Sciences  Appliquées)     • Prof  O.  Brüls  (Faculté  des  Sciences  Appliquées)     • Prof  J.-­‐L.  Croisier  (Faculté  de  Médecine)   Equipe  :     •   Prof  B.  Forthomme  (Faculté  de  Médecine)   • Dr  C.  Schwartz  (LAMH)   •   G.  Berwart  (LAMH)   •   Doctorants  
  • 4. Créa)on  du  LAMH    LAMH    Mul7-­‐disciplinaires    Geste  3D   •   Cinéma)que   et  ciné)que   •   Collabora)on  Médecine  /   Ingénieur  /  Fédéra)on   •   Mars  2012  
  • 5. Intérêt  de  l’analyse  du  mouvement   Clinique   Ergonomie   Sport   Génie  civil   …  
  • 6. Intérêt  de  l’analyse  du  mouvement   Clinique   Ergonomie   Sport   Génie  civil   …  
  • 7. Comment  analyser  le  mouvement  ?   IRM  /  CT   Centrale  iner7elle   Optoelectronique   Broches   …  
  • 8. Comment  analyser  le  mouvement  ?   IRM  /  CT   Centrale  iner7elle   Optoelectronique   Broches   …  
  • 9. Comment  analyser  le  mouvement  ?   IRM  /  CT   Centrale  iner7elle   Optoelectronique   Broches   …  
  • 10. Comment  analyser  le  mouvement  ?   IRM  /  CT   Centrale  iner7elle   Optoelectronique   Broches   …  
  • 11. Limita)ons  de  l’analyse  du  mouvement   Artéfacts  de  mouvement  de  peau   segmenta)on  
  • 12. Limita)ons  de  l’analyse  du  mouvement  
  • 13. Les  ou)ls   Système  d’analyse  3D   1.  Fonc)onnement   •  •  •  Marqueurs  à  la  surface  de  la  peau   Communica)on  infra-­‐rouge   Fréquence  maximale  d’acquisi)on  :  800  Hz   2.  Données  brutes   •  Posi)on  3D  des  marqueurs   3.  Exemples  d’informa)ons   •  •  •  Posi)on  d’un  segment   Vitesse  d’un  objet   Déforma)ons  d’une  structure   Laboratoire  
  • 14. Les  ou)ls   Plateforme  de  force   1.  Fonc)onnement   •  •  •  Plateforme  intégrée  au  sol   Fréquence  d’acquisi)on  :  1000  Hz   Synchronisa)on  avec  les  mesures  3D   2.  Données  brutes   •  Forces  et  moments  3D   3.  Exemples  d’informa)ons   •  •  Forces  de  poussée  ver)cales  et  horizontales   Interac)on  /  synchronisa)on  homme-­‐structure   Laboratoire  
  • 15. Les  ou)ls   EMG  de  surface   1.  Fonc)onnement   •  •  Electrode  à  la  surface  de  la  peau   Synchronisa)on  avec  les  mesures  3D   2.  Données  brutes   •  Amplitude  du  signal  électrique   3.  Exemples  d’informa)ons   •  •  Appari)on  de  fa)gue   Coordina)on  musculaire   Laboratoire  
  • 16. Les  ou)ls   Modélisa7on  numérique   1.  Fonc)onnement   •  •  Modèle  musculo-­‐squeleWque   Dynamique  inverse   2.  Données  brutes   •  Forces  internes   3.  Exemples  de  retour  aXendu   •  •  Sollicita)on  ligamentaire/tendineuse   Es)ma)on  de  l’ac)vité  musculaire   Numérique  
  • 17. Les  ou)ls   DarYish   1.  Fonc)onnement   •  Logiciel  de  traitement  vidéo  2D   2.  Données  brutes   •  Vidéos  prises  par  des  caméscopes   3.  Exemples  de  retour   •  •  Retour  visuel  direct   Ralen)s   Terrain  
  • 18. Exemple  1  :  Ski   Evalua7on  des  membres  inférieurs   •  •  •    •  •  •  Deux  skieuses   Sous  contrat  avec  la  FWB   Niveau  Jeux  Olympiques   Contexte   Une  blessée  (suivi  de  la  rééduca)on)   Une  non  blessée  (suivi  annuel)  
  • 19. Exemple  1  :  Ski   Poussée  maximale  lors  d’un  «  squat  jump  »   Force  ver7cale  (N/kg)   12   10   5  %   17  %   8   Droite   Gauche   6   4   2   0   Non  blessée   Blessée   •   Contexte  :  suivi  après  blessure   •   Message  :  déficit  fonc7onnel  de  la  jambe  blessée  (poussée  et  récep7on)                                                →  réathlé7sa7on  souhaitable  
  • 20. Exemple  1  :  Ski   Puissance articulaire lors d’un « drop jump » Genou   Généra7on   Hanche   Cheville   Absorp7on   temps Phase  excentrique   Phase  concentrique  
  • 21. Exemple  2  :  Tennis   Evalua7on  du  service   Joueur professionnel •  •  Classement dans les 100 premiers ATP Contexte •  •  •  Suivi longitudinal Optimisation de la performance
  • 22. Exemple  2  :  Tennis   Poussée  horizontale   3   Force  horizontale  (N/kg)   2   1   0   -­‐1   2011   2012   -­‐2   -­‐3   -­‐4   Remédia(on •   Contexte  :  op7misa7on  de  la  performance   •   Message  :  projec7on  dans  le  terrain  plus  faible  que  la  moyenne  des  joueurs   Joueur   Moyenne  AFT  
  • 23. Exemple  3  :  Sports  de  lancer   Préven7on  lésionnelle   Joueurs de haut-niveau •  −  Volley, Handball, Badminton Contexte •  -  -  Détecter des raideurs d’épaule Evaluer l’effet de rééducations préventives
  • 24. Exemple  3  :  Sports  de  lancer   Rota7on  interne  maximale  de  l’épaule   80   70   Angula7on  (°)   60   50   40   30   20   10   0   Sédentaires   Athlètes    non  raides   Athlètes  raides   26
  • 25. Passerelles & Vandalisme Structures & Analyse du mouvement Vincent  Denoël   LAMH,  Laboratoire  d’Analyse  du  Mouvement  Humain   Dynamique  des  Structures,  Structural  Engineering  Division,     Mardi  25  février  2014,  Château  de  Colonster  
  • 26. Sollicitations de piétons Sollicitation périodique Med  Sci  Sports  Exerc.  2007;39(9):1632-­‐1641.     Cadence personnelle, effet de groupe ?
  • 27. Phénomène de résonance linéaire Passerelle  Simone  de  Beauvoir,  Paris,  2006   Dietmar  FeichPnger  Architectes   Eiffel  ConstrucPon  Metallique,    Taylor  Devices   Sollicitation périodique Cadence personnelle, effet de groupe ?
  • 28. Phénomène de résonance linéaire
  • 29. Vibrations de passerelles Critères de dimensionnement: Résistance Déformations Vibrations & Confort Passerelle  Léopold  Sédar-­‐Senghor  ,  Paris,  1999   Mimram,  Eiffel  ConstrucPon  Métallique   AVLS  (horiz.  0.81Hz,  vert.  4  modes  <3Hz)   Millenium  Footbridge,  London,  2000   Foster  and  Partners,  Sir  Anthony  Caro   Ove  Arup  &  Partners,  Chris  Wise  (horiz.  0.48  Hz)   Vibrations induites par les piétons/ coureurs/joggers: centaines d’articles pertinents depuis 1999
  • 30. Vandalisme, excitations volontaires ExcitaPon  volontaire  de  la  passerelle  UCSD   Tablier  béton,  passerelle  suspendue  (2009)   ExcitaPon  volontaire  de  la  passerelle  de  Dolhain   Montage  à  blanc,  atelier  Bemelmans  (Ba_ce)   Eng.  BECS  (2008)  -­‐  3.2  Hz  //    6  m/s²   Risques ExcitaPon  de  la  passerelle  de  Herve   Eng.  BEG-­‐Canevas   RéacPons  négaPves  ?   FaPgue   Image  ?  Nuisances  sociales   Modèle  de  sollicitaPon  ?   InteracPon  avec  le  support  ?  
  • 31. Interaction Homme-Structure Excitation étudiée: Flexion des genoux (Bouncing, yobbing, bobbing) Non ! L’accélération maximale: ? -  Peut être bien plus grande que 9,81 m/s² -  Dépend du mouvement du support
  • 32. Interaction Homme-Structure Eléments de la mise en résonance -­‐  PercepPon  du  mouvement   -­‐  Musculature,  faculté  d’acPvaPon   -­‐  ApprenPssage  de  l’exercice   -­‐  Faculté  de  maintenir  un  opPmum  
  • 33. Interaction Homme-Structure Expliquer à un enfant comment faire remonter une balançoire ? 1. Choisir L périodique à résonance paramétrique 2. Choisir L en fonction des valeurs de l’angle et de la vitesse angulaire à Contrôleur avec Feedback
  • 34. Système  acPf   Système  passif   Interaction Homme-Structure Optimum ? Pompage d’énergie max par cycle [maximiser la puissance transmise]
  • 35. Analyse au Laboratoire du Mouvement 1.  Passerelle  en  bois     Config.  1   Config.  2   Config.  3   Config.  4   Config.  5   ƒ    Hz   4,6   3,9   3,4   2,8   2,4   M    kg   275   412   615   811   1154   -­‐  Portée:  7  mètres   -­‐  Fréquence  propre  réglable    (ballast  &  plate-­‐forme)   f*   Hz   4,2   3,7   3,2   2,8   2,3  
  • 36. Analyse au Laboratoire du Mouvement 2.  Passerelle  en  acier     Config.  1   Config.  2   Config.  3   Config.  4   Config.  5   ƒ    Hz   4,9   4,05   3,65   3,16   2,66   M    kg   1250   1856   2441,5   3110   4920   ξ   %   0.14   0,31   0,47   0,40   0,60   -­‐  Portée:  12  mètres   -­‐  Fréquence  propre  réglable    (ballast  &  plate-­‐forme)  
  • 37. Analyse au Laboratoire du Mouvement InstrumentaPon   Caméra s   12  LED  AcPve  markers   [CODAMoPon  –  200  Hz]   Kistler  Force-­‐Plate  [1000  Hz]  
  • 38. Analyse au Laboratoire du Mouvement Protocole  expérimental   …  meure  la  structure  en  résonance  le  plus  rapidement  possible          sans  décoller  les  talons,  puis  maintenir  les  déplacements  à  amplitude          maximale  le  plus  longtemps  possible…   Garder  les  vibraPons  autour   d’une  valeur  cible   Viser  un  déplacement   maximum  
  • 39. Résultats Passerelle  en  bois   Exemple  –  ConfiguraMon  3  –  f  =  3.2  Hz   ConfiguraPon  2    –  2,8Hz   ConfiguraPon  4    –  3,9Hz   •  Régime  transitoire  très  court,   •  puis  long  régime  staPonnaire  
  • 40. Résultats Passerelle  en  acier   Exemple  –  ConfiguraMon  3  –  f  =  3.65  Hz   0.04 Déplacement [m] 0.02 0 -0.02 -0.04 10 15 20 25 30 30 Accélération [m/s× ] 20 Temps  [s]   10 0 -10 -20 -30 10 15 20 25 30 Temps  [s]   •  Régime  transitoire  très  long   •  Aueinte  d’un  régime  staPonnaire  ?  
  • 41. Résultats 20 10 Acc max [m/s2] 9 0 2.66 3.16 3.65 4.05 Freq [Hz] 4.9 Acc max [m/s2] 10 10 2.66 3.16 3.16 3.65 4.05 3.65 4.05 Freq [Hz] Freq [Hz] 4.9 4.9 Alex Vincent 30 30 10 0 2.66 3.16 3.16 3.16 3.65 4.05 3.65 4.05 Freq [Hz] Freq [Hz] 4.9 30 20 10 0 2.66 3.16 3.65 4.05 Freq [Hz] 4.9 Nicolas 10 10 2.66 2.66 3.65 4.05 Freq [Hz] 30 20 20 0 0 20 Vincent 20 20 0 0 30 Victor Theodora 30 30 Acc max [m/s2] Acc max [m/s2] Passerelle  en  acier   9 9 Victor Acc max [m/s2] Acc max [m/s2] Patricia 30 4.9 4.9 20 10 0 2.66 3.16 3.65 4.05 Freq [Hz] 4.9 ? Nicolas Acc max [m/s2] 30 •  Acc.  Max,  jusqu’à  2  ou  3  g  !   •  Forte  dépendance  vàv  Freq[Hz]   20 10 0 2.66 3.16 3.65 4.05 Freq [Hz] 4.9 [  Stats  sur  20  réalisaPons  ]  
  • 42. Résultats Passerelle  en  bois  
  • 43. Résultats Passerelle  en  bois   Déphasage  des  angles  α,  β,  γ (par  rapport    au  dépl.) Trajectoire  du  centre     de  gravité  du  corps   •  On  est  loin  d’un  opPmum  passif  de    90°  !   •  Le  pompage  d’énergie  est  iniPé  dans  la  parPe  supérieure  du  corps  
  • 44. Résultats Passerelle  en  bois   Déphasage  des  angles  α,  β,  γ (par  rapport    au  dépl.) TransiPon  entre  3  Hz  and  3.5  Hz  
  • 45. Résultats Passerelle  en  acier   Déplacement au cours du temps Variation des angles alpha, beta et g 160 0.02 140 [Degré] 180 0.04 Déplacement [m] 0.06 0 120 -0.02 100 -0.04 80 -0.06 5 10 15 20 25 30 Temps [s] 35 40 45 Variation des angles alpha, beta et gamma au cours du temps 180 160 [Degré] 140 120 Alpha Beta Gamma 100 80 45 Alpha Beta Gamma 60 5 10 15 20 25 30 Temps [s] 35 40 45 60 5 10 15 20 25 AdaptaPon  de  la   Temps [s] posture  
  • 46. Résultats Passerelle  en  acier   Déphasage de la force au cours du temps 400 Force [Degré] 300 200 100 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 35 40 45 Déplacement au cours du temps 0.06 0.04 [m] 0.02 0 -0.02 -0.04 -0.06 5 10 15 20 25 Temps [s] 30 AdaptaPon  du  déphasage  en  foncPon  de  la  réponse   [  ConfiguraPon  5,  f  =  2,66  Hz  ]  
  • 47. Résultats Systèmes  Perturbateurs  de  vandales   Plate-­‐forme  de   force   Passerelle   Chaîne   Sol  
  • 48. Résultats Systèmes  Perturbateurs  de  vandales   Passerelle   Lame   métallique   Gap   Déplacement  maximal   0,065   Avec  lame   0,06   [m]   0,055   0,05   0,045   0,04   0,035   0,03   Gap  [cm]   à  vide   2   2   1,5   1,5   1,5   1,5   1,5   0,5   Épaisseur     lame  [mm]   à  vide   0,8   0,8   0,8   0,8   1,25   1,25   1,25   1,25    
  • 49. Résultats Systèmes  Perturbateurs  de  vandales     Butée   réglable   Structure  de   support   Masse     Gap  up   Lame   Gap  down   Butée   réglable   [m]   Déplacement  maximal   0,072   0,071   0,070   0,069   0,068   0,067   0,066   0,065   0,064   Gap_down   1   1,5   2   2,5   3,5   3,5   2,5   0,5   1   à  vide   Gap_up   1   1   1   1   1   2   2   0,5   0,5   à  vide    
  • 50. Conclusions SollicitaMons  =  Challenges  de  l’ingénierie  civile     Homme/Vandale  =  Masse  +  Force  ?   Preuves  de  l’interacPon  Homme-­‐structure   Déplacement [m] 0.04 •  Existence  d’un  feedback   •  ModélisaPon  énergéPque   0.02 0 -0.02 -0.04 10 15 20 25 30 Le système Homme-structure n’est pas un système passif Développements  futurs:  système  de  perturbaPon  de  vandalisme,   !  Importance  de  la  combinaison:  analyse  de  mouvement  avec  la  vision  GC  
  • 51. Read  out  more:   www.orbi.ulg.ac.be     Contact  me:   v.denoel@ulg.ac.be