Stratégies de récupération de l'équilibre postural suite à des perturbations externes : une approche multi-échelle avec applications pour les foules denses

Standing balance recovery strategies following external perturbations : a multiscale approach with applications to dense crowds

• Auteur / Autrice : Thomas Chatagnon
• Direction : Charles Pontonnier, Julien Pettré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, productique, robotique
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Rennes ; 2013-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Rennes, Bretagne-Atlantique)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Watier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Appert-Rolland, Armin Seyfried, Anne-Hélène Olivier, Ludovic Hoyet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Watier, Thomas Robert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Équilibre postural

Biomécanique

Mots clés libres

Biomécanique

Contrôle postural

Perturbation externe

Stratégie de rétablissement de l'équilibre

Foule dense

Biomechanics

Postural control

External perturbation

Balance recovery strategy

Dense crowd

Résumé

Chaque année dans le monde on rapporte plusieurs accidents liés aux foules denses. Ces accidents peuvent entraîner des blessures et même des décès dans les cas les plus extrêmes. Les chutes dans les foules denses ont été observées comme l’un des éléments déclencheurs possibles de ces accidents. De telles chutes résultent des difficultés de recouvrement de l’équilibre postural dans ce contexte particulier. Cependant, les connaissances concernant l’équilibre postural dans ce contexte sont très limitées en raison de la nature complexe des environnements liés aux foules denses. Dans cette thèse, nous proposons une approche expérimentale pour étudier le rétablissement d’équilibre postural suite à des perturbations externes dans des environnements de foules humaines avec différents niveaux de densité. En particulier, comme les perturbations peuvent survenir de n’importe quelle direction dans les foules, nous étudions dans un premier temps la réaction d’individus isolés à des perturbations externes provenant de plusieurs directions. Nous proposons ensuite une méthode permettant de prédire les stratégies de recouvrement d’équilibre des participants sur la base d’informations cinématiques uniquement. Des expériences impliquant plusieurs individus sont par la suite étudiées. En particulier, nous avons étudié l’effet de la densité de la foule sur l’initiation et les caractéristiques des pas de récupération d’équilibre. Finalement, un nouveau paradigme expérimental a été proposé pour étudier l’équilibre postural en conditions réelles lors d’événements impliquant des foules denses. Cette approche a ensuite été utilisée au sein de foules durant des concerts de musique punk rock. Les résultats fournissent de nouvelles informations concernant la nature des interactions physiques et les stratégies de récupération d’équilibre utilisées dans ce contexte.

Every year, several crowd accidents are reported around the world. These accidents can result in injuries and even fatalities. One of the triggering element of these accidents has been reported to result from falls associated with loss of standing balance in this dense crowd context. However, knowledge regarding human standing balance in dense crowd is very limited due the complex nature of this environment. In this thesis we proposed an experimental approach to study standing balance recovery of individuals following external perturbations in environments with different crowd density. In particular, as perturbation may occur from any direction in dense crowds we first study the reaction to single individuals to external perturbations arising from different directions. Based on the data collected during of this experiment, we were able to propose a method to predict participants’ recovery strategies following external perturbations based on kinematic information. Experiment involving multiple individuals were then considered. In particular, we study the effect of the crowd density on the initiation and the characteristics of recovery steps. Eventually, a novel experimental paradigm was proposed to study standing balance during real crowded events. This approach was then used within punk rock concert crowds. Results provided new insights regarding the physical interactions and recovery strategies observed in this context.