Estimation du risque de chute suite à une perturbation d’équilibre

Falling is the second most important cause of accidental deaths in the world. These falls lead to physical injuries and psychological consequences which limit mobility especially for the elderly. Being able to prevent these events appears to be crucial and a first mandatory step is to identify the risk of fall depending on the situation (slipping, hazardous environment …). The objective of this thesis is to propose numerical tools in order to link the risk of fall to the balance perturbation. In a first part, a simple numerical model estimates if initial unbalanced states can be recovered using one recovery step. Then a focus was made on external perturbations with a specific temporal profile close to public transportation perturbations. An experimental protocol was set up due to the lack of knowledge about these perturbations. The experiment investigated the effect of the perturbation parameters on the Balance Recovery (BR) threshold. An adjustment of the previous model was made to evaluate continuous perturbations and to compare its results against our experimental findings. The final chapter developed a complementary approach based on previous work using a model predictive control scheme which aims to regulate BR strategies. This whole work contributes to highlight the BR parameters which are difficult to assess during experimental procedures. It also points out the perturbation definition which is frequently incomplete in the literature although it is the phenomenon responsible for the BR process. In order to represent more realistic human behaviors some improvements can be done such as adding noncoplanar contacts or as integrating more detailed sensorimotor aspectsLes chutes sont la deuxième cause de décès accidentels par traumatisme involontaire dans le monde. Les conséquences physiques et psychologiques représentent aussi un frein important à la mobilité des personnes âgées. Prévenir ces chutes apparait donc comme un enjeu majeur. Une première étape nécessaire est d'identifier les situations présentant un risque de chute important. L'objectif de cette thèse est de proposer des outils permettant de faire le lien entre une perturbation et le risque de chute associé. Dans une première partie, un modèle simple permet d'estimer les états à partir desquels il est possible de retourner dans une situation d'équilibre. Nous nous intéressons ensuite aux perturbations externes continues. Les résultats de la littérature étant limités sur cet aspect, une campagne expérimentale a été mise en place pour identifier les effets de certains paramètres de la perturbation sur le seuil de rattrapage. Le modèle est alors étendu pour traiter le cas de perturbations de l'équilibre ayant un profil temporel variable. Pour finir, nous proposons une modélisation utilisant un contrôleur basé sur la commande prédictive mettant en avant la régulation des stratégies de rattrapage. L'ensemble de ces travaux mettent en avant l'influence des paramètres liés au rattrapage qu'il est difficile d'appréhender lors d'expérimentations. Ils montrent également l'importance de la caractérisation de l'élément déclencheur de la perte d'équilibre dont la description est souvent incomplète dans la littérature. Certaines améliorations peuvent être apportées comme la représentation d'appuis non-coplanaires ou une intégration plus détaillée des aspects sensoriel