Soutenance mémoire
La vie quotidienne d’un être humain est remplie de constantes et variables tels que le taux d’oxygène dans le sang à intervalle régulier, le rythme cardiaque ou encore bien d’autres aspects de comportement et de la physiologie humaine. Le suivi et l’étude de ses constantes et variables grâce aux technologies modernes du monde connecté ont donné naissance à de nouvelles formes de suivis médicales et ont ainsi permis la détection prématurée de symptômes de différentes maladies.
État de l’art sur les dispositifs d’analyse de la marche
Le domaine de la santé a connu une grande évolution dans les traitements des maladies, avec une recherche active et continue sur l’élaboration d’appareils médicaux qui permettent de meilleures analyses et des diagnostics toujours plus précis. L’étude de la marche représente actuellement un enjeu majeur dans le secteur médical, et ce, pour les différentes informations qu’elle peut fournir sur l’état de santé du patient. L’étude de la marche fait l’objet de plusieurs recherches, en particulier dans le domaine sportif afin d’améliorer les performances des athlètes lors de la course ;en étudiant leurs postures et les différents points de pression.
Différents résultats de l’étude de la marche permettent d’identifier des paramètres tels que les types de foulées (universelle, pronatrice et supinatrice) qui font partie de la pathologie singulière de chacun. A savoir : une pronation et une supination trop importante peuvent causer de grave problème aux tendons d’Achille, aux genoux et ailleurs [4]-[5]. Ces études ont permis également de caractériser l’empreinte du pied et d’identifier des anomalies plantaires qui reposent sur les points de pression et de les répartir en trois grandes catégories : pied normal, pied plat et pieds creux. L’ensemble des informations récoltées permettent de réaliser des chaussures plus adaptées avec des semelles confortables. L’importance de ces modifications se fait ressentir sur les améliorations réalisées sur les chaussures de course [6], un des exemples les plus connus est la chaussure en fibre de carbone portée par l’athlète Eliud Kipchoge [7] avec laquelle il a réussi à battre le record du monde du marathon.
À côté des améliorations réalisées dans le domaine sportif, des chercheurs se sont intéressés à l’étude clinique du pied et de la marche. Plusieurs travaux de recherches sur les maladies chroniques ont prouvé qu’il existe une relation entre les troubles de la marche et l’apparition de certaines maladies ; les pieds creux par exemple sont d’origine neurologique et peuvent être des indicateurs de certaines maladies tels Parkinson et le diabète neuropathie, ils peuvent aussi provenir d’une blessure ou une fracture non traitée. Pour la réalisation de ces études, des dispositifs ont vu le jour allant du tapis de marche podologique jusqu’aux semelles connectées. La difficulté que les spécialistes rencontrent réside dans l’analyse des différents cas et pathologies avec un seul dispositif. Et si maintenant c’était le dispositif qui s’adapte au pied du patient ? Aurions-nous un meilleur diagnostic ?
Présentation de l’allure de la marche associée à certaines maladies
Chaque individu a une marche particulière et unique, mais cette action coordonnée de muscles et d’articulation qui permet au corps de se déplacer est la même pour chaque personne. Lors de la marche, le poids est réparti sur les points de pressions communs entre chaque personne, il existe trois étapes principales qui définissent le pas :
➢ Dans la première étape, le pied entre en contact avec le sol par le talon, la force de réaction du sol est approximativement égale au poids du corps à vitesse normale et pendant cette phase le centre de gravité se situe derrière le talon.
➢ Dans la deuxième étape, le pied est à plat sur la surface, la pression est repartie dans tout le pied et le centre de gravité se déplace vers le centre du pied.
➢ La dernière étape, (appelée aussi phase propulsive) est une phase dans laquelle toute la pression est déplacée vers l’avant du pied, cette posture permet de remonter vers le poids initial de la personne et de positionner un nouveau centre de gravité.
Marche associée à la maladie de Parkinson
La maladie de parkinson est une maladie neurologique généralement observée chez les personnes âgées de plus de 65 ans. Cette maladie est caractérisée par des tremblements au repos, la rigidité musculaire et le ralentissement des mouvements. A ce jour, il n’existe pas de traitement définitif à cette maladie, cependant des médicaments tels que la dopamine sont utilisés pour repousser les symptômes et ralentir sa progression.
L’évolution de la maladie de parkinson est généralement sur une période longue, cela dépend de l’ampleur de la maladie et du début du traitement. L’efficacité des médicaments peut durer entre 6 et 8 ans [13] durant lesquels le patient aura une vie normale si la maladie n’a pas atteint un stade critique, d’où l’importance d’un diagnostic préventif.
Marche associée à l’hémiplégie
L’hémiplégie est un cas de paralysie cérébrale qui affecte un seul côté du corps, mais qui peut se manifester au niveau de différentes parties. Les symptômes de cette maladie apparaissent de deux manières différentes : hémiplégie spasmodique ; caractérisée par une raideur importante des muscles ou hémiplégie flasque ; caractérisée par une perte de tonicité des muscles qui deviennent mous et faibles. Dans les deux cas cités, le corps se repose sur la partie en bonne santé afin de soulager la partie atteinte, engendrant un déséquilibre pouvant provoquer des chutes et des accidents.
Le traitement de l’hémiplégie passe par une neuroplasticité [16] pour rétablir une communication entre le cerveau et le muscle, ensuite, arrive la phase de rééducation par la réalisation d’exercices et mouvements sur le membre affecté. La thérapie peut prendre du temps et nécessite des dispositifs de suivi performant et autonome qui permettent d’établir un état régulier de l’évolution de la pathologie.
Marche ataxique
Une ataxie est une perturbation de l’équilibre et de la coordination motrice [17], elle se distingue par une marche désordonnée et irrégulière ressemblant à celle d’un individu ivre . L’ataxie est une maladie qui peut affecter des personnes de tout âge, mais plus fréquemment pour la catégorie d’âge entre 30 et 50 ans [18]. Cette maladie est causée par un dysfonctionnement du cervelet représentant la partie du cerveau qui s’occupe de la coordination des mouvements volontaires, ce dysfonctionnement pouvant être dû à plusieurs facteurs : accident vasculaire, tumeur, abus d’alcool, etc. Dans le but d’avoir une aide à la marche, les individus utilisent des cannes ou des marchettes permettant d’avoir une certaine autonomie. Cependant, il n’existe pas de médicament qui peut soigner la maladie de manière définitive, mais des traitements qui soulagent sont disponibles. La déformation des pieds et la scoliose peuvent être traitées en utilisant des corsets ou en ayant recours à la chirurgie. D’autres facteurs de la maladie sont moins évidents à traiter, mais peuvent être évités comme la déformation osseuse chez les enfants et les atteintes cardiaques qui se développent après la maladie. Le diagnostic précoce de la maladie en analysant le trouble de la marche permet une intervention plus rapide et plus efficace.
Marche associée à une blessure
Les accidents du quotidien et les blessures engendrées, peuvent aussi causer des troubles de la marche. Les traitements de ces problèmes sont réalisés généralement via des séances de rééducation quand la zone atteinte est le muscle ou l’os. Par contre, dans les autres types d’accidents qui touchent le cerveau, nous avons recours à des traitements neurologiques. La diversité des cas de figure sont tels qu’il est difficile de réaliser un diagnostic précis avec des équipements standards. La remise en forme en cas d’accident peut prendre beaucoup de temps, allant jusqu’à plusieurs années. Pendant cette période de convalescence, il est nécessaire, dans certains cas, et préférable dans le reste, d’avoir un suivi régulier du patient, ce qui peut être vite fatigant si ce dernier a des difficultés à se déplacer. Pour pallier cela, des dispositifs intelligents connectés très performants sont de plus en plus développés et disponibles sur le marché.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre 1. État de l’art sur les dispositifs d’analyse de la marche
1.1 Introduction
1.2 Présentation du sujet de thèse
1.3 Présentation de l’allure de la marche associée à certaines maladies
1.3.1 Marche associée à la maladie de Parkinson
1.3.2 Marche associée à l’hémiplégie
1.3.3 Marche ataxique
1.3.4 Marche associée à une blessure
1.4 Présentation des dispositifs pour l’analyse de la marche
1.4.1 Tapis de marche podologique
1.4.2 Dispositifs de semelles connectées
1.5 Présentation du dispositif de semelle piézoélectrique connecté
1.5.1 Les capteurs
1.5.1.1 Capteurs piézorésistifs
1.5.1.2 Capteurs piézoélectriques
1.5.2 Caractérisation mécanique du capteur
1.5.3 Transmission sans fil
1.5.3.1 Communication Wifi
1.5.3.2 Communication Bluetooth
1.5.3.3 Protocole ZigBee
1.5.4 Plateforme de récupération et d’affichage des données
1.6 Conclusion
Chapitre 2. Conception et caractérisation d’un capteur piézoélectrique flexible
2.1 Introduction
2.2 La piézoélectricité
2.2.1 Historique
2.2.2 Définition de la piézoélectricité
2.2.3 Propriété cristalline
2.2.4 Caractéristiques des différents matériaux piézoélectriques
2.2.5 Structure pérovskite
2.3 Techniques de dépôt de couches minces de PZT flexible
2.3.1 Dépôt sur substrat rigide puis transfert sur un matériau souple
2.3.2 Dépôt direct sur substrat souple
2.4 Réalisation d’un capteur piézoélectrique flexible
2.4.1 Procédé de fabrication de couches minces de PZT flexible
2.4.2 Dépôt d’électrode supérieure
2.4.3 Caractérisation du capteur piézoélectrique
2.4.3.1 Diffraction des rayons X (DRX)
2.4.3.2 Cycles d’hystérésis P-E
2.4.4 Placement des connectiques et plastification
2.5 Étude des connecteurs
2.5.1 Présentations de trois types de connecteurs
2.5.1.1 Bande en cuivre flexible
2.5.1.2 Fils de fibre d’acier inoxydable
2.5.1.3 Fil électrique
2.5.2 Comparaison entre les différents types de connecteurs
2.5.3 Tests de déformation
2.6 Conclusion
Chapitre 3. Caractérisation mécanique d’un capteur piézoélectrique flexible
3.1 Introduction
3.2 Etude théorique
3.2.1 Loi de comportement mécanique
3.2.2 Méthode des min max
3.2.3 Méthode des trapèzes
3.3 Etude pratique
3.3.1 Système pour la caractérisation mécanique
3.3.2 Caractérisation mécanique d’un capteur piézoélectrique industriel
3.3.2.1 Test de la Méthode Min-Max
3.3.2.2 Test de la Méthode des trapèzes
3.3.2.3 Test de la répétabilité des mesures pour un capteur industriel
3.3.2.4 Test la reproductibilité des mesures pour trois capteurs industriels
3.3.3 Caractérisation mécanique d’un capteur piézoélectrique Flexible
3.3.3.1 Conversion de donnée tension force
3.3.3.2 Test de la répétabilité des mesures pour un capteur PZT flexible
3.3.3.3 Test de la reproductibilité des mesures pour trois capteurs
3.4 Récapitulatif de l’étude
3.5 Conclusion
Chapitre 4 Acquisition et transmission des données du capteur
4.1 Introduction
4.2 Définition du protocole de communication
4.3 Cartes d’acquisitions des données ADAFRUIT
4.3.1 Carte d’acquisition nRF52
4.3.1.1 Présentation de la carte nRF52832
4.3.1.2 Impédance de la carte d’acquisition
4.3.1.3 Protocole de communication BLE (Bluetooth Low Energie)
4.3.1.4 Réalisation du circuit de transmission
4.3.1.5 Mesure de l’impédance équivalente du système de transmission
4.3.1.6 Transmission Bluetooth
4.3.1.7 Tests et comparaisons
CONCLUSION
