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

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

Avec le soutien de :

Laboratoire d’Analyse du Mouvement Humain

Localisa7on : Faculté des Sciences Appliquées, Sart Tilman

Equipe :

•  Prof V. Denoël (Faculté des Sciences Appliquées) • Prof O. Brüls (Faculté des Sciences Appliquées) • Prof J.-‐L. Croisier (Faculté de Médecine)

•  Prof B. Forthomme (Faculté de Médecine)

• Dr C. Schwartz (LAMH)

•  G. Berwart (LAMH)

•  Doctorants

Geste 3D •  Cinéma)que et ciné)que

Mul7-‐disciplinaires •  Collabora)on Médecine / Ingénieur / Fédéra)on

LAMH •  Mars 2012

Créa)on du LAMH

Intérêt de l’analyse du mouvement

Clinique

Ergonomie

Sport

Génie civil

…

Comment analyser le mouvement ?

IRM / CT

Centrale iner7elle

Optoelectronique

Broches

…

Limita)ons de l’analyse du mouvement

segmenta)on

Artéfacts de mouvement de peau

Limita)ons de l’analyse du mouvement

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

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

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

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

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

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)

0

2

4

6

8

10

12

Non blessée Blessée

Force ver7cale (N

/kg)

Poussée maximale lors d’un « squat jump »

Droite Gauche

Exemple 1 : Ski

5 % 17 %

•  Contexte : suivi après blessure •  Message : déficit fonc7onnel de la jambe blessée (poussée et récep7on) → réathlé7sa7on souhaitable

Exemple 1 : Ski

temps

Hanche Cheville

Genou

Gén

éra7

on

Absorp7o

n

Phase excentrique Phase concentrique

Puissance articulaire lors d’un « drop jump »

Exemple 2 : Tennis

Evalua7on du service

•  Joueur professionnel •  Classement dans les 100 premiers ATP

•  Contexte •  Suivi longitudinal •  Optimisation de la performance

Exemple 2 : Tennis

-‐4

-‐3

-‐2

-‐1

0

1

2

3

2011 2012

Force ho

rizon

tale (N

/kg)

Poussée horizontale

Joueur Moyenne AFT

•  Contexte : op7misa7on de la performance •  Message : projec7on dans le terrain plus faible que la moyenne des joueurs

Remédia(on

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

26

Exemple 3 : Sports de lancer

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Sédentaires Athlètes non raides Athlètes raides

Angula7o

n (°)

Rota7on interne maximale de l’épaule

Passerelles &

Vandalisme

Vincent Denoël LAMH, Laboratoire d’Analyse du Mouvement Humain Dynamique des Structures, Structural Engineering Division,

Structures &

Analyse du mouvement

Mardi 25 février 2014, Château de Colonster

Sollicitations de piétons

Med Sci Sports Exerc. 2007;39(9):1632-‐1641.

Sollicitation périodique Cadence personnelle, effet de groupe ?

Phénomène de résonance linéaire

Sollicitation périodique Cadence personnelle, effet de groupe ?

Passerelle Simone de Beauvoir, Paris, 2006 Dietmar FeichPnger Architectes Eiffel ConstrucPon Metallique, Taylor Devices

Phénomène de résonance linéaire

Vibrations de passerelles

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)

Résistance

Déformations

Vibrations & Confort

Critères de dimensionnement:

Vibrations induites par les piétons/coureurs/joggers: centaines d’articles

pertinents depuis 1999

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

ExcitaPon de la passerelle de Herve Eng. BEG-‐Canevas

Risques RéacPons négaPves ? FaPgue Image ? Nuisances sociales

Modèle de sollicitaPon ? InteracPon avec le support ?

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

?


Eléments de la mise en résonance

-‐  PercepPon du mouvement

-‐  Musculature, faculté d’acPvaPon

-‐  ApprenPssage de l’exercice

-‐  Faculté de maintenir un opPmum

1. Choisir L périodique

à résonance paramétrique


Expliquer à un enfant comment faire remonter une balançoire ?

à Contrôleur avec Feedback

2. Choisir L en fonction des valeurs de

l’angle et de la vitesse angulaire

Interaction Homme-Structure Systèm

e passif

Systèm

e acPf

Optimum ?

Pompage d’énergie max par cycle

[maximiser la puissance transmise]

Analyse au Laboratoire du Mouvement

1. Passerelle en bois ƒ M f* Hz kg Hz

Config. 1 4,6 275 4,2 Config. 2 3,9 412 3,7 Config. 3 3,4 615 3,2 Config. 4 2,8 811 2,8 Config. 5 2,4 1154 2,3

-‐  Portée: 7 mètres -‐  Fréquence propre réglable

(ballast & plate-‐forme)


2. Passerelle en acier ƒ M ξ Hz kg %

Config. 1 4,9 1250 0.14 Config. 2 4,05 1856 0,31 Config. 3 3,65 2441,5 0,47 Config. 4 3,16 3110 0,40 Config. 5 2,66 4920 0,60

-‐  Portée: 12 mètres -‐  Fréquence propre réglable

(ballast & plate-‐forme)


Caméras

InstrumentaPon

Kistler Force-‐Plate [1000 Hz]

12 LED AcPve markers [CODAMoPon – 200 Hz]


Garder les vibraPons autour d’une valeur cible

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…

Viser un déplacement maximum

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

Résultats Passerelle en acier

Exemple – ConfiguraMon 3 – f = 3.65 Hz

•  Régime transitoire très long •  Aueinte d’un régime staPonnaire ?

Temps [s]

10 15 20 25 30-30

-20

-10

0

10

20

30

Accé

léra

tion

[m/s×]

10 15 20 25 30-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

Dépl

acem

ent [

m]

Temps [s]

?0

10

20

30

2.66 3.16 3.65 4.05 4.9Freq [Hz]

Acc

max

[m/s

2]

Patricia

0

10

20

30

2.66 3.16 3.65 4.05 4.9Freq [Hz]

Acc

max

[m/s

2]

Victor

0

10

20

30

2.66 3.16 3.65 4.05 4.9Freq [Hz]

Acc

max

[m/s

2]

Theodora

0

10

20

30

2.66 3.16 3.65 4.05 4.9Freq [Hz]

Acc

max

[m/s

2]

Vincent

0

10

20

30

2.66 3.16 3.65 4.05 4.9Freq [Hz]

Acc

max

[m/s

2]

Alex

0

10

20

30

2.66 3.16 3.65 4.05 4.9Freq [Hz]

Acc

max

[m/s

2]

Nicolas

0

10

20

30

2.66 3.16 3.65 4.05 4.9Freq [Hz]

Acc

max

[m/s

2]

Patricia

0

10

20

30

2.66 3.16 3.65 4.05 4.9Freq [Hz]

Acc

max

[m/s

2]

Victor

0

10

20

30

2.66 3.16 3.65 4.05 4.9Freq [Hz]

Acc

max

[m/s

2]

Theodora

0

10

20

30

2.66 3.16 3.65 4.05 4.9Freq [Hz]

Acc

max

[m/s

2]

Vincent

0

10

20

30

2.66 3.16 3.65 4.05 4.9Freq [Hz]

Acc

max

[m/s

2]

Alex

0

10

20

30

2.66 3.16 3.65 4.05 4.9Freq [Hz]

Acc

max

[m/s

2]

Nicolas


•  Acc. Max, jusqu’à 2 ou 3 g ! •  Forte dépendance vàv Freq[Hz]

[ Stats sur 20 réalisaPons ]


Déphasage des angles α, β, γ (par rapport au dépl.)

•  On est loin d’un opPmum passif de 90° ! •  Le pompage d’énergie est iniPé dans la parPe supérieure du corps

Trajectoire du centre de gravité du corps

TransiPon entre 3 Hz and 3.5 Hz

Déphasage des angles α, β, γ (par rapport au dépl.)



5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

Temps [s]

Dépl

acem

ent [

m]

Déplacement au cours du temps

5 10 15 20 25 30 35 40 4560

80

100

120

140

160

180

Temps [s]

[Deg

ré]

Variation des angles alpha, beta et gamma au cours du temps

AlphaBetaGamma

5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

Temps [s]

Dépl

acem

ent [

m]


5 10 15 20 25 30 35 40 4560

80

100

120

140

160

180

Temps [s]

[Deg

ré]

Variation des angles alpha, beta et gamma au cours du temps

AlphaBetaGamma

AdaptaPon de la posture


5 10 15 20 25 30 35 40 450

100

200

300

400

[Deg

ré]

Déphasage de la force au cours du temps

Force

5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

[m]


Temps [s]

AdaptaPon du déphasage en foncPon de la réponse

[ ConfiguraPon 5, f = 2,66 Hz ]

Résultats Systèmes Perturbateurs de vandales

Passerelle

Plate-‐forme de force

Sol Chaîne


Passerelle

Lame métallique

Gap

0,03 0,035 0,04 0,045 0,05

0,055 0,06 0,065

à vide 2 2 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 0,5

à vide 0,8 0,8 0,8 0,8 1,25 1,25 1,25 1,25

[m]

Gap [cm]

Épaisseur lame [mm]

Déplacement maximal

Avec lame


Butée réglable

Butée réglable

Lame

Masse Gap up

Gap down

Structure de support

0,064 0,065 0,066 0,067 0,068 0,069 0,070 0,071 0,072

1 1,5 2 2,5 3,5 3,5 2,5 0,5 1 à vide

1 1 1 1 1 2 2 0,5 0,5 à vide

[m]

Gap_down

Gap_up

Déplacement maximal

Homme/Vandale = Masse + Force ?

Conclusions

Preuves de l’interacPon Homme-‐structure

Le système Homme-structure n’est pas

un système passif

10 15 20 25 30-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

Dépl

acem

ent [

m] •  Existence d’un feedback

•  ModélisaPon énergéPque

SollicitaMons = Challenges de l’ingénierie civile

Développements futurs: système de perturbaPon de vandalisme, ! Importance de la combinaison: analyse de mouvement avec la vision GC

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