Le pédalage accessible grâce à la technologie-Christine Azevedo (article TIPE 2023-2024)

Cet article est extrait du dossier Pixees du TIPE 2023-2024.

Le Cybathlon [1] est un événement qui a pour objectif de mettre en avant les technologiques d’assistance en les confrontant à des situations du quotidien. Différentes disciplines sont proposées et les participants équipés d’aides techniques adaptées à leur handicap (fauteuils roulant électriques, prothèses, exosquelettes…) doivent réaliser une série de tâches en lien avec des situations du quotidien afin d’éprouver les performances des solutions technologiques développées par des industriels ou des laboratoires de recherche. Parmi les disciplines proposées, on trouve le « FES-Bike race » [2].

La stimulation électrique fonctionnelle (SEF ou FES en anglais) est une technologie qui consiste à appliquer de petites impulsions électriques pour exciter des muscles paralysés à la suite d’une lésion de la moelle épinière par exemple [3]. L’application du courant peut se faire par le biais d’électrodes placées sur la peau ou d’électrodes implantées directement au contact des nerfs ou des muscles.

Il est ainsi possible de déclencher la contraction de muscles situés sous la lésion médullaire et permettre aux membres paralysés de bouger à nouveau pour par exemple exécuter un mouvement de pédalage sur un tricycle. Ce type d’entraînement physique a un impact physiologique positif (densité osseuse, masse musculaire, condition cardiovasculaire et respiratoire…).

Pour permettre un pédalage fluide, les muscles des jambes doivent être activés de façon alternée. Différentes méthodes permettent de suivre le cycle de pédalage pour déclencher la stimulation des différents muscles (codeur sur le pédalier, centrales inertielles sur le vélo ou les jambes…). Le mode d’activation des fibres musculaires par la SEF induit une fatigue musculaire précoce en comparaison des contractions naturelles. Les chercheurs travaillent sur cette problématique en proposant de nouveaux protocoles d’entraînement, de nouveaux profils de stimulation, de nouvelles électrodes ou encore de nouveaux modes de contrôle pour maximiser la force produite tout en réduisant cette fatigue musculaire précoce.

En 2016, les pilotes du Cybathlon se sont affrontés sur une piste d’athlétisme, il s’agissait de parcourir 750 mètres en moins de 3 minutes. Deux pilotes français ont participé à cette édition [4,5]. En 2020, la situation sanitaire a contraint les organisateurs à proposer un événement décentralisé où chaque équipe concourrait sur des supports de vélos instrumentés communiquant les performances en temps réel aux organisateurs. En 2024, la course sera une fois de plus réalisée sur ces supports fixes.

La particularité de cette épreuve comparée aux autres disciplines du Cybathlon est qu’elle repose sur un entraînement physique intense, les pilotes sont des athlètes entraînés sur plusieurs mois, voire années. Les performances sur le terrain sont liés à la condition physique et à la technologie.

Au-delà du Cybathlon, le pédalage assisté par stimulation électrique est une activité physique ludique. Notre équipe est investie dans des travaux de recherche qui visent à améliorer la pratique de cette activité pour permettre au plus grand nombre de la pratiquer, en salle ou en extérieur. Cela implique de développer des systèmes robustes et adaptables aux différents terrains (pentes, gravier…), des solutions qui permettent de pédaler pendant suffisamment longtemps pour profiter pleinement de sa sortie vélo en associant une assistance motorisée pour prendre le relai en cas de fatigue.

[1] https://cybathlon.ethz.ch/en

[2] https://cybathlon.ethz.ch/en/event/disciplines/fes

[3] https://interstices.info/la-stimulation-electrique-au-service-du-corps

[4] https://www.youtube.com/watch?v=Zpae1GvKTOg

[5] https://www.facebook.com/watch/?v=10154098030316936

[6] https://freewheels.inria.fr/