Portés au corps, ces dispositifs déplacent la mesure hors du laboratoire et vous donnent accès au suivi de chaque appui. Avec des capteurs inertiels portables, on estime les forces de réaction verticales en conditions réelles.
Les algorithmes transforment l’accélération en profil de charge, avec des modèles validés face aux plaques de force en laboratoire. Cette analyse de la marche alimente une biomécanique ambulatoire utile au suivi de la rééducation, à l’ajustement du chaussage, au monitoring de la charge d’entraînement et à la prévention des douleurs liées aux surcharges.
À quoi servent ces capteurs pendant la marche ?
Ces capteurs portés mesurent les accélérations et rotations du pied, du tibia ou du bassin pendant la marche, afin de quantifier la charge verticale à chaque pas. Au-delà des données brutes, un accéléromètre triaxial alimente le suivi de la locomotion avec des signaux exploitables en intérieur et en extérieur.
L’objectif est de suivre la marche réelle et ses adaptations. Couplés à des applications générant des métriques spatio-temporelles, ces capteurs offrent une évaluation hors laboratoire sur des trajets variés, avec la cadence, la durée de contact, la symétrie et l’estimation de la force verticale maximale.
- Position du capteur : pied, tibia, bassin
- Cadence et longueur de pas
- Temps de contact et double appui
- Symétrie gauche‑droite
- Force verticale estimée et impulsion
Du signal d’accélération à la force : le cheminement
Le signal d’accélération brut est d’abord orienté par rapport au segment, puis la composante gravitaire est retirée pour isoler la dynamique de la marche. Pour structurer l’analyse, la détection des événements de pas segmente les foulées, et une double intégration filtrée reconstruit la vitesse et le déplacement avant l’estimation de la force verticale.
Deux familles d’approches cohabitent, avec un calcul direct par F = m × a et une estimation liée à la cinématique du centre de masse. Pour capter les pics et l’impulsion, des modèles de masse-ressort sont calibrés, puis une correction du drift par recalage aux instants de contact stabilise la trajectoire intégrée et réduit le bruit.
À retenir : en marche à vitesse libre, des IMU tibiales atteignent un RMSE de 7 à 12 % pour la force verticale, comparées à une plaque de force, lorsque l’orientation reste stable et la synchronisation est précise.
Quelle précision peut-on attendre selon les contextes de marche ?
Les IMU estiment la charge verticale à partir des accélérations segmentaires. Comparées à une référence plateforme de force, elles tiennent la crête d’impact et l’impulsion à allure stable, mais la vitesse de marche modifie l’amplitude et le timing, ce qui dégrade la fidélité sur les transitions.
Sur terrain réel, l’état du chaussage, l’âge et la masse corporelle pèsent sur l’erreur. Cette variabilité inter-sujets complique les modèles génériques et accroît les erreurs de prédiction lors des virages, pentes ou pas très lents, surtout avec une seule unité au bas du dos.
| Contexte | Dispositif de référence | Tendance de précision | Points de vigilance |
|---|---|---|---|
| Tapis roulant | Plaque de force intégrée | Élevée | Vitesse constante, faible bruit. |
| Couloir intérieur | Plaques encastrées | Bonne à moyenne | Fatigue au fil des allers-retours. |
| Trottoir extérieur | Repères vidéo/footswitch | Moyenne | Surface hétérogène, distractions. |
| Pentes et descentes | Rampe instrumentée | Moyenne à faible | Composante gravitaire variable. |
| Virages serrés | Caméras + marqueurs | Faible | Couplage médiolatéral perturbe le modèle. |
| Marche avec canne | Plaque de force | Moyenne | Contact additionnel modifie la charge. |
Protocoles de placement et de calibration qui font la différence
Le positionnement influe sur le signal mesuré. Une fixation sur le bassin via ceinture rigide limite les micro-mouvements, et l’orientation des axes selon les repères anatomiques aligne l’accélération verticale avec la gravité en position debout.
Avant les essais, réalisez une calibration statique pour fixer l’offset gravitationnel et vérifiez la synchronisation capteurs avec l’enregistreur vidéo ou la plateforme de référence. Les étapes suivantes structurent un protocole reproductible.
- Repérer EIAS et centrer l’IMU.
- Serrer la sangle, tester le jeu.
- Effectuer trois pas tests en ligne droite.
- Contrôler bruit et saturation des signaux.
Capteurs inertiels ou semelles instrumentées : que comparer ?
Les IMU déduisent la force verticale depuis les accélérations et la cinématique, en s’appuyant sur des modèles du pas. Les semelles, elles, fournissent des cartes de pressions plantaires, tandis que les IMU exigent un filtrage pour limiter la dérive des mesures lors d’enregistrements prolongés.
Pour comparer, regardez la flexibilité d’usage, l’autonomie et la facilité d’intégration aux chaussures. Dans la vie réelle, le port au quotidien favorise des IMU discrètes, tandis que des semelles couplées à un modèle aident à dériver un coût énergétique estimé pour différentes surfaces.
À noter : les estimations IMU de force verticale affichent 6 à 12 % d’erreur en marche sur terrain plat ; les pentes et changements de cadence peuvent porter l’écart au-delà de 15 %.
Impacts cliniques et usages sur le terrain
Les profils de charge et d’impact apportent une lecture objective de la marche au-delà du nombre de pas. Pour un suivi post-opératoire après prothèse de hanche ou genou, ils détectent la sous-charge et la compensation. Chez les seniors, ils renforcent l’évaluation du risque de chute via asymétries et variabilité.
Au domicile, les rapports de charge guident la progression hebdomadaire sans passer systématiquement par le laboratoire. Intégrés à la télésanté et rééducation, ils fournissent des seuils d’alerte et orientent les décisions thérapeutiques sur le volume d’exercices, les orthèses ou la reprise d’activités.