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CYBATHLON 2016

Marine Loyen - 12/09/2016

Projet Freewheels : une aventure humaine pour un autre regard sur le handicap

Cybathlon 2016 derniers réglages Les derniers réglages - © Inria / Photo C. Morel

Le 8 octobre, Jérôme Parent prendra le départ d’une course à vélo exceptionnelle. Paraplégique depuis vingt-et-un ans, il retrouve l’usage de ses jambes grâce à l’électrostimulation. A ses côtés, une équipe soudée de chercheurs d’Inria en robotique et neurosciences mais aussi un médecin et une kinésithérapeute. Le 8 octobre prochain il participera à Zurich au Cybathlon, compétition sportive qui voit s’affronter des sportifs non-valides assistés de nouvelles technologies d’assistance. Une des six épreuves est le pédalage sous stimulation électrique.

Les quelques mois d’entraînement auxquels il s’est plié ont déjà donné des résultats :« c’est avec une certaine fierté que cet été, je porte des shorts », se réjouit Jérôme Parent. Paraplégique complet depuis vingt-et-un ans, il a vu ses cuisses perdre rapidement de leur volume. Mais les séances d’électrostimulation auxquelles il s’astreint avec discipline depuis novembre 2015 ont permis à ses muscles de retrouver du galbe et une partie de leurs fonctions.« C’est déjà une grande victoire », se réjouit la kinésithérapeute Anne Daubigney, qui le suit dans toutes ses séances d’entraînement. Objectif de ce programme : parcourir lors du Cybathlon, 750 mètres en moins de huit minutes sur un vélo à trois roues, grâce à des électrostimulations qui activeront les muscles de ses jambes. Douze autres pilotes sont inscrits pour cette épreuve dont un pilote brésilien préparé par une équipe partenaire de Camin.

Un sportif chevronné

Pour cette aventure, Jérôme Parent a été sélectionné par le Dr. Charles Fattal, médecin chef de service au centre de rééducation fonctionnelle DIVIO à Dijon. D’abord, sur le plan médical, sa lésion est telle que les commandes nerveuses volontaires ne fonctionnent plus. En revanche, les muscles peuvent tout de même être activés. Des batteries de tests lui ont été appliquées afin de déterminer si ses muscles pouvaient répondre correctement aux stimulations électriques après plus de vingt ans d’inactivité. La densité minérale de ses os devait aussi être suffisante pour résister aux exercices et des tests complémentaires ont été pratiqués pour contrôler sa santé cardiaque et artérielle.

La motivation était également un critère déterminant : le programme d’entraînement courant sur près d’un an, à raison de trois séances par semaine, le pilote se devait d’être endurant. Sportif, Jérôme Parent a toujours pratiqué des activités physiques depuis la survenue de son handicap : plongée, natation… et cyclisme. Il a participé à une manche des championnats du monde dehandbikeen 2007, puis au challenge européen (EHC) en 2007, 2008 et 2009.« Aujourd’hui, faire du sport en étant en bonne santé est une question de volonté, il y a énormément d’outils et de moyens techniques pour le faire. »Une passion pour le sport qui s’accompagne donc d’un intérêt prononcé pour les nouvelles technologies liées au handicap :« j’ai rencontré le Dr. Fattal car j’avais essayé un exosquelette en Irlande. Dès que quelque chose de nouveau se présente à moi, je l’essaye», explique Jérôme Parent.

Un entraînement au long cours

Pendant plusieurs mois, il s’entraîne à recevoir des stimulations électriques chez lui, plusieurs fois par semaine, en position allongée. Petit à petit, les muscles retrouvent leur mobilité, les genoux se plient et se redressent. Depuis le mois de mai, trois fois par semaine, il se rend au centre de rééducation de Dijon pour des séances dans des conditions qui s’approchent de celles du Cybathlon. Concrètement, des électrodes sont posées sur ses jambes, elles-mêmes fixées aux pédales. Un stimulateur électrique délivre des impulsions qui stimulent les muscles et entraînent leur contraction. Le système de pédalage a été installé sur un vélo d’entraînement prêté à l’équipe par la société Berkel.« L’enjeu a d’abord été de le faire pédaler en position amarrée, avant de le faire rouler sur une piste », explique Anne Daubigney. Seul, il réalise son transfert sur le vélo et fixe les pédales à ses jambes ainsi que la sangle pour se maintenir assis. Il positionne les électrodes et lance l’électrostimulation. Les exercices varient, en intensité et en durée.« Il progresse à chaque séance », l’encourage-t-elle. Vigilante, elle surveille sa peau pour éviter les escarres et a élaboré une grille d’évaluation tenant compte à la fois de critères physiques et psychologiques. Mais pour elle, l’échelle la plus importante est celle de la confiance et de l’estime de soi. Et sur ce plan, le pari est déjà gagné. 

Un défi technologique

Pour les aspects techniques, l’équipe Camin (Christine Azevedo, DR Inria, responsable de l’équipe et Benoît Sijobert, doctorant) se sont emparés du projet, baptisé Freewheels. 

CAMIN est une équipe commune au centre Inria de Nice Sophia – Méditerranée, au CNRS et à l’Université de Montpellier via l’UMR LIRMM. Elle fait suite à l’équipe-projet commune DEMAR qui a travaillé sur le sujet pendant 12 ans.

L’équipe CAMIN s’est spécialisée dans les neuroprothèses et la stimulation électrique, une technologie similaire à celle des pacemakers. Leurs travaux bénéficient à des personnes ayant des déficiences sensori-motrices, avec entre autres des outils d’assistance à la posture, de transfert de siège à siège, des appareils d’aide à la marche pour des patients souffrant d’hémiplégie etc. Ils axent aussi leurs recherches sur les technologies de stimulation implantées. Ils collaborent régulièrement avec des équipes médicales.

Dans le cadre de Freewheels, ils ont adapté un vélo commercial à trois roues et élaboré des patrons de stimulation afin d’obtenir le pédalage le plus optimal possible. En effet, activer un pédalier requiert, chez un individu valide, l’action de plusieurs muscles pour obtenir un mouvement précis. Dans le contexte de cette expérience, seuls deux groupes musculaires superficiels sont activés, et la stimulation électrique a pour effet de les fatiguer plus rapidement mais aussi de rendre le mouvement plus aléatoire que chez une personne valide. Christine Azevedo et Benoît Sijobert ont également développé des outils pour évaluer les performances de l’installation et du pilote :« nous partions de rien », expliquent-ils. Calcul de l’angle du pédalier, de la cadence de pédalage, de la vitesse de déplacement et modulation de la stimulation : les solutions technologiques choisies sont encore amenées à évoluer d’ici à la compétition et au-delà. Dans la mise en œuvre de ce projet, l’équipe CAMIN a reçu le soutien d’Hikob, entreprise issue des travaux de recherche d’Inria, qui leur prête des centrales inertielles, mais aussi de Matsport qui a fourni des pédales de force.« Participer à une compétition nous contraint à des choix qui garantissent d’avoir un système robuste et optimisé pour Jérôme tant pour le pédalage que pour la manipulation des commandes. »

L’ambition de ces chercheurs :

Promouvoir l’électrostimulation à travers une activité ludique et une compétition sportive internationale

Pour les cinq membres de l’équipe, l’objectif numéro un était de participer à une belle aventure humaine.« La vie d’une personne handicapée est faite de contraintes, regrette le Dr. Fattal.Rééducation, kinésithérapie, surveillance médicale etc. Ils ont rarement des occasions de pratiquer des activités qui leur font plaisir. Avec le Cybathlon, nous allions  le plaisir du sport à un projet technologique passionnant. »Le projet a été soutenu financièrement par Inria et les fonds de dotation NEUROGLIA.

Une collaboration franco-brésilienne

Un pilote brésilien prendra lui aussi le départ du Cybathlon. Depuis trois ans, l’équipe Camin collabore avec un laboratoire de l’université de Brasilia. Parmi les travaux de l’équipe Cacao, commune aux deux laboratoires, le pédalage. Leur pilote roulera sous la bannière "Ema". L’objectif : créer une émulation et ainsi envisager un plus grand nombre de solutions technologiques. Par ailleurs, les lésions médullaires des deux coureurs sont différentes : celle de Jérôme Parent est plus ancienne et plus haute, ce qui signifie que ses abdominaux ne fonctionnent plus. Les deux équipes et leurs pilotes ont eu l’occasion de se rencontrer lors d’un voyage au Brésil et échangent très régulièrement sur l’évolution de leurs travaux et la préparation physique des pilotes.

  • En piste © Inria / Photo C. Morel

  • le pilote, Jérôme Parent © Inria / Photo C. Morel

Mots-clés : Stimulation électrique Freewheels Cybahlon Cyborg Déficiences motrices LIRMM Inria - Centre de Recherche Sophia Antipolis - Méditerranée

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