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Projet QBA : Quantification Biomécanique de la locomotion pour l’Accessibilité aux utilisateurs de fauteuil roulant manuel

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Le projet de l’institut Carnot ARTS « QBA » (Quantification Biomécanique de la locomotion pour l’Accessibilité aux utilisateurs de fauteuil roulant manuel) vise à introduire des critères biomécaniques pour caractériser son accessibilité. 

Dans ce cadre, il a fallu définir le coût biomécanique associé à une activité motrice et de le relier d’une part aux caractéristiques des individus, et d’autre part aux situations liées à l’environnement de la locomotion.

Ce projet a débuté en 2017, en collaboration avec 2 laboratoires composantes du Carnot ARTS :

  • L’Institut de Biomécanique Humaine Georges Charpak (IBHGC)
  • Le Laboratoire d’Automatique, de Mécanique et d’Informatique industrielles et Humaines (LAMIH, UMR 8201 CNRS – Université Polytechnique Hauts-de-France) 

Les défis à relever sur le déplacement en fauteuil roulant manuel (FMR)


Le FMR est un mode de locomotion très contraignant pour le système musculosquelettique. En effet, 30 à 70% d’utilisateurs souffrent des troubles musculosquelettiques (TMS) et du manque d’accessibilité. Aujourd’hui, c’est un réel enjeu social et de santé publique. Un sujet complexe à travers des besoins spécifiques de chaque individu lié à des niveaux de motricité plus ou moins importants.

Pour y parvenir, le projet a pour ambition de lever 3 verrous scientifiques : 

  • Comment accéder aux différents paramètres biomécaniques tels que les contraintes musculaires et articulaires ou encore la puissance mécanique développée ?
  • Comment simuler la locomotion en fauteuil roulant de manière réaliste, reproductible et contrôlée ?
  • Comment présenter les résultats permettant de quantifier le coût biomécanique ?

Le positionnement de l’équipe projet 

Pour lever ces verrous, les deux laboratoires possèdent des expertises complémentaires : 

  • L’IBHGC est spécialisé dans la détermination des contraintes musculosquelettiques à partir de modèles personnalisables à chaque individu : déterminer les moments et forces articulaires, les tensions musculaires et les puissances mécaniques développées par le sujet au cours d’une tâche donnée.
  • Le LAMIH est expert dans la modélisation mécanique des interactions PMR-FRM et la définition d’algorithmes de contrôle haptiques assurant la stabilité de l’ergomètre et permettant de reproduire un comportement réaliste du FRM.

    Grâce à des connaissances en automatique, LAMIH développe un outil de simulation haptique et dynamique de la locomotion en FRM. Il permet d’étudier diverses situations de conduite de manière parfaitement reproductible, contrôlée et immersive. Ces travaux ont conduit le LAMIH à développer : un modèle de fauteuil roulant manuel en interaction avec l’usager et son environnement. Il tient compte de la dynamique du contact pneu/sol, des roues libres, du transfert de charge, du déplacement du centre de gravité et de la géométrie du chemin. 

    En plus de ces travaux de modélisation, le LAMIH a également développé une interface haptique contrôlée de l’ergomètre du fauteuil roulant. Pour les trajets, c’est une sécurité lors d’un déplacement virtuellement et interactif dans un environnement proposant des natures de sol et géométrie du trajet variables. Cette interface a pour avantage d’avoir :
    • Un aspect dynamique pour assurer par l’installation de l’ergomètre.
    • Un dispositif permettant de changer les réglages du fauteuil, à distance, et en conservant l’utilisateur assis dans le simulateur a été conçu.

Stratégie de valorisation et structuration de l’Institut Carnot ARTS

Les résultats du projet permettent : 

  • d’évaluer l’efficacité d’un aménagement avant sa réalisation et ainsi proposer des outils pour valider des architectures futures. 
  • de les exploiter pour évaluer des moyens.
  • de répondre à des demandes de fabricants de FRM pour l’évaluation de la qualité des fauteuils roulants et/ou l’estimation du coût biomécanique pour les effets de réglages ou d’aménagements environnementaux.

C’est une action très complémentaire entre les deux laboratoires, ils ont apporté une structuration plus forte de l’Institut Carnot ARTS sur cette thématique. 

Compte tenu des enjeux sociétaux et du soutien politiques publiques, les retombées de ce projet seront nombreuses. En effet, le handicap devient de plus en plus l’affaire de tous ; chacun étant confronté dans sa vie, de près ou de loin.