Développement d’une solution vibrotactile innovante pour améliorer la communication entre parasportifs

Contexte socio-économique et scientifique
La pratique d’une activité physique régulière est recommandée afin de lutter contre la sédentarité et ses
conséquences physiopathologiques, mais aussi pour renforcer la cohésion sociale. Il est ainsi crucial de
faciliter l’accès à l’activité physique et sportive de tous. En France, 11,2 % de la population possèdent une
déficience auditive et 0,3 % une surdité totale [DREES 2014]. Un frein majeur à l’accès à l’activité physique
et sportive réside dans la communication avec les autres pratiquants, les arbitres, les entraîneurs ou encore
le public éventuel. En effet, la communication, passant essentiellement par la langue des signes, est
fortement empêchée si aucun contact visuel entre les protagonistes n'est établi. Ainsi, les
communications joueur-joueur (attirer l'attention d'un équipier, se conseiller), entraîneur-joueur (annoncer
changements tactiques et repositionnements sur le terrain), et arbitre-joueurs (arrêt du jeu, notifications de
fautes), voire supporteurs-joueur (encouragements) ont nécessairement lieu dans des conditions dégradées.
C’est pourquoi l’objectif de ce projet est de développer des solutions numériques embarquées,
autorisant le renouvellement des paradigmes de communication et facilitant les pratiques sportives
partagées.
Pour répondre à cet objectif, nous faisons l’hypothèse que le sens du toucher, et en particulier la modalité
vibrotactile (vibrations) est un support pertinent de la communication interpersonnelle dans la
pratique sportive. En effet, la vue étant surchargée et l’audition inexistante ou limitée, ces deux modalités
sont automatiquement exclues. Ce projet vise, à terme, la création d’un dispositif innovant, léger et
miniature, que les sportifs porteront afin d’optimiser leur communication sur le terrain et donc leur expérience
sportive. Au-delà de la performance en elle-même, un tel dispositif facilitera les échanges entre les
communautés et ainsi le développement de la pratique sportive partagée. En cela, ce projet contribuera à la
visibilité des équipes de recherche et des partenaires socio-économiques impliqués, et par extension de la
région Île-de-France. Nous nous proposons de positionner ce projet dans le contexte du football, sport
bénéficiant d’une forte popularité, mais aussi d’une structuration plus avancée dans la communauté sourde
(la CFFS rassemble 27 clubs en France dont 4 en Île-de-France).

Méthodologie scientifique et faisabilité
L’objectif du doctorat est de créer un dispositif numérique réalisant une interface humain/machine/humain
permettant la communication interpersonnelle dans le cas de la pratique sportive collective sourde. Les
fonctionnalités a minima de cette interface seront la sélection de l’information à communiquer, et du ou des
destinataires (un joueur en particulier, tout ou partie de l’équipe). A partir d’un dictionnaire de « signes
vibratoires », des stimuli vibratoires seront alors transmis de la personne émettrice au destinataire
récepteur de l’information. En raison de la forte variabilité inter-individuelle attendue sur les aspects
culturel et sensoriel (sourds, mal-entendants, appareillés), il sera crucial d'inclure les participants dans
une démarche de co-construction. La réussite de se projet dépend de plusieurs sous-objectifs :

• SO0- Autorisations éthiques. La recherche impliquera à toutes ses étapes la personne humaine dans une approche non interventionnelle (catégorie RIPH3), une des premières étapes sera d’obtenir l’avis d’un Comité d’Éthique de la Recherche ou d’un Comité de Protection des Personnes couvrant le projet.
• SO1- Identification d’un dictionnaire d’éléments de communication à traduire en signes vibratoires. Ce dictionnaire sera co-construit avec le public sourd concerné afin d’assurer la pertinence des  propositions.
• SO2- Approfondir les connaissances fondamentales actuelles dans le domaine de la propagation des vibrations dans le corps humain et de leur perception. Afin de communiquer des informations par le biais de vibrations transmises au corps humain, les caractéristiques des stimuli vibratoires (localisation sur le corps, durée, variations temporelles, intensité, contenu fréquentiel) assurant une perception optimale doivent être définis [Verrillo 1992, Gescheider 2009, Gandhi 2011, Merchel & Altinsoy 2020, Consigny 2022, Paté 2024a]. Cet objectif nécessitera de répondre à des enjeux scientifiques d’actualité. En effet, il n’existe que peu d’études de la perception des vibrations lors d’une surcharge cognitive (ici une double tâche liée à la pratique sportive) [Betozzi 2024, Marrone 2025] mais également sensorielle (stimulations supplémentaires du fait de la course, de contacts entre joueurs), nécessitant de lever ce verrou scientifique. Cette étape fera l’objet d’expérimentations en laboratoire, à partir de sources  vibratoires contrôlées, permettant d’identifier l’étendue des stimuli admissibles pour créer ces signes  vibratoires.
• SO3- Création d'un vocabulaire de signes vibratoires traduisant les éléments de langage à communiquer. Cette étape vise à associer à chaque élément de communication identifié un équivalent vibratoire. Grâce au SO2, ces signes vibratoires seront facilement identifiables et discriminables entre eux, évitant toute confusion. Le lien entre les propriétés vibratoires et la signification du signe sera inspiré par l’état de l’art via des approches sémantique [Genevois 2019, Dubois 2021] et sémiotique [Patiño-Lakatos 2019], intégrant les particularités de la communauté sourde et de la langue des signes française [Gaucher & Vuibert 2010, Gaucher 2012, Schmitt 2013]. Il est également envisagé d’explorer les pistes de la création de nouveaux signes par composition de signes simples (approche par « tactons hiérarchiques » [Brewster & Brown 2004]) ou la réalisation de séquences pré-programmées de signes pour l’entraînement).
• SO4- Choix et validation des technologies embarquées. Il sera essentiel d’identifier les émetteurs (ici des vibreurs) capable de reproduire fidèlement les stimuli vibratoires issus du SO3. Cela nécessite de qualifier finement le comportement mécanique des vibreurs via leur fonction de transfert [Consigny 2023]. Enfin, le couplage vibratoire entre le vibreur et la surface de peau stimulée sera également  quantifié afin d’assurer la meilleure transmission possible de l’information [Chadefaux 2016, 2023, Caron 2023, Paté 2024b].
• SO5- Développement de dispositifs ergonomiques permettant l’émission et la réception des signaux vibratoires. Ce développement bénéficiera des avancées récentes des technologies numériques et haptiques [Marshall & Wanderley 2006, Mortimer 2007, Choi & Kuchenbecker 2012] notamment à destination des sourds [Paté 2022, Flores 2023]. Les verrous technologiques et numériques auxquels nous devrons répondre sont inhérents à une utilisation sportive, hautement dynamique, embarquant des dispositifs miniaturisés (nano-ordinateurs ou micro-contrôleurs, amplificateurs portables, vibreurs miniatures) et une communication en temps réel.
• SO6- Évaluation et validation in situ du dispositif proposé par les utilisateurs. La validation du bon fonctionnement du système, et de la qualité de la transmission des signes vibratoires, sera évaluée hors situation de pratique sportive puis sur le terrain. Un intérêt particulier sera porté à l’apprentissage et à la familiarisation des utilisateurs avec le dictionnaire de signes vibratoires. Cette validation pourra notamment se faire via la comparaison des comportements entre une population néo-utilisatrice et une population ayant bénéficié d’une période d’apprentissage. Cet aspect du travail s’appuiera sur une approche multidisciplinaire maîtrisée par l’équipe [Dubois 2021, Cambourian 2022].

La transversalité des objectifs nécessitera une approche scientifique originale croisant de nombreuses
disciplines (traitement du signal, psychophysique, cognition située, physique des vibrations et métrologie,
biomécanique). Le doctorant bénéficiera de l'expertise et de la complémentarité de l'équipe encadrante, ainsi
que des infrastructures des laboratoires et des partenaires. Le calendrier prévisionnel assure également la
faisabilité du projet. Les SO0 et SO1 ainsi que l’étude bibliographique sont planifiés sur la première année.
Le premier semestre de la seconde année sera dédiée à la définition et la passation des protocoles
expérimentaux (SO2). Le SO3 sera développé parallèlement. Les SO4 et 5 seront effectués conjointement
lors du second semestre de la deuxième année. Enfin, le premier semestre de la troisième année sera dédié
au SO6. Le dernier semestre sera consacré à la finalisation et la rédaction du manuscrit. La valorisation
scientifique (rédaction d’articles, participation à des congrès), sera effectuée au fil de la thèse.

Consortium
Équipe encadrante :
- Patricia Thoreux est professeur (PUPH, USPN-APHP, HDR), experte en orthopédie. Ses activités de
recherche couvrent les aspects cliniques liés à la performance sportive et parasportive.
- Delphine Chadefaux est maître de conférences à l’USPN, directrice des études du Master STAPS et
directrice de l’IFRF PROSPECTIVE. Ses activités s’articulent autour du contrôle des chocs et vibrations par
le corps humain lors d’une tâche motrice. Elle est notamment porteuse d’une ANR JCJC « Technologies
pour la santé » s’intéressant à l’exposition aux vibrations des utilisateurs de fauteuils roulants.
- Arthur Paté est enseignant-chercheur à Junia / IEMN. Il oriente sa recherche sur les interactions
humain/objet véhiculées par les perceptions auditive et vibratoire. En particulier, il mène le projet de
recherche-action TOTEM créant des dispositifs portables transformant le son en vibrations pour faciliter
l’inclusion des sourds au concert. Il a co-porté le projet ANR Staccato démontrant la possibilité d’une
pratique musicale collective exclusivement vibrotactile mêlant signaux expressifs et consignes.

Partenaires socio-économiques :
- Le HandiLab, à Saint-Denis, est un lieu dédié à l’innovation au service du handicap et à l’autonomie. Cet
espace, avec lequel l’USPN a signé une convention en 2023, a pour but le développement technique et
technologique de matériels et outils innovants. Le HandiLab facilitera les échanges entre le doctorant et les
évaluateurs des dispositifs développés mais aussi l’accès aux technologies innovantes existantes. Cet
environnement sera enfin propice aux collaborations et à l’intégration professionnelle du doctorant.
- Le Pôle de Référence Inclusif et Sportif Métropolitain (PRISME) à Bobigny est une installation sportive.
Première du genre en Europe et héritage des Jeux Paralympiques 2024, tous les usagers y ont accès àl’activité physique, au sport et au parasport quel que soit leur type et niveau de handicap. L’IFRF
PROSPECTIVE a été créé par l’USPN afin de développer des activités de recherche et de formation autour
de l’inclusion et de l’accessibilité du sport pour tous au sein du PRISME. La co-construction et la validation
du dispositif se fera donc en lien direct avec les usagers et sur les terrains du PRISME.

Collaborations envisagées :
CSS de Reims, club trois fois champion de France.

Contacts
Delphine Chadefaux : delphine.chadefaux@univ-paris13.fr ; Université Sorbonne Paris Nord, Institut de
Biomécanique Humaine Georges Charpak, Arts et Métiers Institute of Technology ;
Arthur Paté : arthur.pate@junia.com ; Junia/ISEN, IEMN UMR CNRS 8520

En adéquation avec l'offre, évaluation via dossier écrit et entretien oral