Une analyse dimensionnelle de l'équilibre précaire chez l'homme

Dimensionality and the dynamics of human unstable equilibrium

• Auteur / Autrice : Fabrice Megrot
• Direction : Benoît Bardy, Gilles Dietrich
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques des activités physiques et sportives
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Approche dynamique

Apprentissage

Posture

Résumé

Le maintien d'un équilibre instable requiert la coordination d'un grand nombre d'articulations dans le but de maintenir le centre de masse au dessus de la base de support. Dans cette thèse, nous tentons (1) de caractériser la dynamique des composants au niveau local (tête, tronc, membres inférieurs) et global (centre de masse du corps) impliqués dans le contrôle de l'équilibre, et d'identifier la manière dont cette dynamique est affectée par (2) l'apprentissage, (3) la pratique sportive (experts en gymnastique, judo, natation, et une population de sédentaires) et (4) l'information disponible. Les sujets avaient pour tâche de maintenir leur équilibre sur un stabilomètre, en minimisant les déplacements du plateau. Par le biais d'une analyse dimensionnelle (dimension de corrélation et exposant maximal de Lyapunov), nous avons pu mettre en évidence la nature des degrés de liberté actifs impliqués dans la réussite de cette tâche. Nous avons également analysé les degrés de libertés biomécaniques et leurs coordinations. Les résultats montrent que la dimension est très basse pour un système complexe (entre le point fixe et le cycle limite). L'analyse de la prédictibilité (exposant maximal de Lyapunov) montre que les sujets deviennent de plus en plus organisés au cours du temps, que cette organisation diffère en fonction des pratiques sportives et que l'information module la dynamique. L'étude des coordinations a montré que les sujets diminuaient ou augmentaient certains couplages articulaires en fonction de l'expertise dans la tâche, de l'expertise dans une discipline sportive particulière ou de la disponibilité de l'information.

The maintenance of an unstable equilibrium requires the coordination of multiple joints in order to maintain the centre of mass above the base of support. In the present study we aimed at discovering the underlying dynamics of local (centre of mass of trunk, hip, or head) and global (body centre of mass) components involved in balance control, and how these dynamics were affected by changes in the available information, sport expertise and by learning. Participants had to maintain their balance on an unstable platform. Using dimensional analyses (largest Liapunov exponent and correlation dimension), we examined the active degrees of freedom involved in balance control. Results indicated a similarity in dimension between local (local centres of mass) and global (body centre of mass) components, between a fixed point and a limit cycle. However, the behaviour of the centre of mass was found to be more predictable than the behaviour of its local constituents. In addition, the available visual information affected the predictability of the postural behaviour, suggesting that vision was used to stabilize the low-dimensional dynamics underlying balance control.