2. • Pour
l’Homme-‐machine,
la
locomo(on
est
une
fonc(on
• Défini(on
:
– ensemble
de
mouvements
qui
entraînent
son
déplacement
– variés
et
adaptés
au
mode
de
vie
et
à
l’environnement
Introduc(on
3. • Le
système
squele+que
est
cons(tué
de
pièces
«
rigides
»
ar(culées
entre
elles
:
leviers,
poulies,
engrenages,
moteurs
=
os,
ar(cula(ons
et
muscles
• Il
est
mis
en
mouvement
par
le
système
musculaire
• S(mulé
et
contrôlé
par
le
système
nerveux
par
la
mise
en
jeu
répétée
de
programmes
moteurs
stéréotypés
permeQant
la
locomo(on
• Origine
:
générateurs
rythmiques
cérébraux
et
médullaires
Introduc(on
4. • La
locomo(on
est
un
transfert
de
forces
entre
le
vertébré
et
l’environnement
:
– propulseur
:
les
membres
inférieurs
– réac(on
:
dépend
du
degré
de
déforma(on
et
du
coefficient
de
froQement
avec
la
surface
de
contact
• Grande
capacité
d’adapter
la
locomo8on
à
l’environnement:
– rôle
de
l’évolu(on
:
l’appari(on
de
la
bipédie
– rôle
des
afférences
sensorielles
:
adapta(on
du
pas,
des
déplacements
– rôle
des
ou(ls
:
adapta(on
à
l’environnement,
au
handicap,
améliora(on
des
performances
Introduc(on
6. Les
pieds
définissent
le
polygone
de
sustenta(on
mais
sont
une
toute
pe(te
structure
par
rapport
au
corps
La
posi(on
du
centre
de
gravité
par
rapport
au
polygone
de
sustenta(on
permet,
ou
pas,
la
bipédie
7. En
c
le
polygone
de
sustenta(on
est
augmenté
pour
assurer
le
main(en
de
la
bipédie
en
situa(on
d’instabilité
(ex
:
naviga(on,
récep(on
d’un
saut,
fin
de
soirée
arrosée…)
8. La
bipédie
est-‐elle
l’Evolu(on
du
Singe
vers
l’Homme?
Ceci
n’est
pas
sûr,
car
le
Singe
est
brachiateur,
il
est
difficile
de
penser
que
l’Homme
se
soit
déspécialisé
de
la
brachia(on
et
soit
devenu
bipède.
L’ancêtre
commun
de
L’homme
et
du
Singe
était
donc
très
probablement
quadrupède.
La
bipédie
9.
10.
11. Ce
n’est
pas
tant
en
regardant
de
face
le
squeleQe
des
animaux
que
l’on
observe
les
différences
morphologiques
u(les
à
la
bipédie…
13. Chez
l’Homme
:
bassin
n’est
plus
horizontal
et
propulseur
mais
est
ver(cal
et
porteur.
Il
est
donc
moins
allongé
et
plus
large,
pour
permeQre
à
la
fois
la
bipédie
et
l’accouchement
(et
l’antéversion
diminue
les
contraintes
contre
le
pubis
pour
le
foetus).
Des
paramètres
anatomiques
et
biomécaniques
sont
nécessaires
à
la
bipédie
14. Fémur
long
et
croise
la
ver(cale
passant
par
le
cotyle
pour
augmenter
la
stabilité
en
sta(on
debout.
15. La
bipédie
Ver(calisa(on
du
bassin
Ver(calisa(on
du
tronc,
courbures
rachidiennes
Raccourcissement
de
la
cage
thoracique
Ouverture
de
l’angle
entre
le
bassin
et
les
fémurs
(ar(cula(on
coxo-‐fémorale)
16. La
bipédie
Influence
des
courbures
rachidiennes
sur
l’acquisi(on
de
la
marche
cyphose
lordose
lordose
17. La
bipédie
La
sta(on
debout
n’est
pas
économique
pour
le
Singe
:
puissant
travail
musculaire
(dos,
fessiers)
pour
le
main(en
de
la
posture
La
posi(on
antéfléchie
n’est
pas
économique
pour
l’Homme.
La
bipédie
est
rendue
possible
par
les
modifica(ons
géométriques
du
bassin
No(on
d’équilibre
sagiQal
et
de
moindre
dépense
énergé(que
pour
le
main(en
des
postures
18. Chez
l’Homme
:
le
muscle
grand
fessier
est
propor(onnellement
plus
développé
pour
assurer
la
ver(calité
du
bassin,
sa
fa(gabilité
est
moindre
vs
celui
du
Singe
La
bipédie
19. Chez
l’Homme
:
le
trou
occipital
avance
de
même
que
l’ar(cula(on
C0-‐C1
pour
assurer
le
main(en
du
regard
à
l’horizontale
et
l’alignement
du
cordon
médullaire
;
son
orienta(on
sagiQale
est
ver(cale
chez
le
tétrapode,
45°
chez
le
Singe,
horizontale
chez
l’Homme.
La
bipédie
45°
20. Main(en
du
regard
à
l’horizontale
et
de
«
l’alignement
»
du
cordon
médullaire
depuis
le
tronc
cérébral
jusqu’au
cône
terminal
21. Sta(on
debout
non
économique
Sta(on
debout
économique…
mais
plicature
médullaire
Sta(on
debout
économique…
mais
ne
voit
pas
devant
22. Chez
l’Homme
:
voûte
plantaire
longitudinale
pour
absorber
les
chocs
lors
de
la
bipédie
(tout
le
poids
du
corps
repose
sur
2
appuis)
et
res(tuer
une
impulsion
lors
de
la
marche.
Il
y
a
aussi
un
rapprochement
du
premier
rayon.
La
bipédie
23. Les
paramètres
pelviens
Cas
spécifique
de
la
marche
L’incidence
pelvienne
est
fixe
et
propre
à
chaque
individu
La
pente
sacrée
varie
en
fonc(on
de
la
posi(on
du
bassin
24. Cas
spécifique
de
la
marche
Corps
vertébral
de
C7
Plateau
sacré
Posi(on
d’équilibre
de
la
colonne
vertébral
(situa(on
d’économie
énergé(que)
25. Cas
spécifique
de
la
marche
Si
un
Singe
se
met
debout,
il
crée
une
rétroversion
du
bassin
(ver(calisa(on)
et
un
important
flessum
de
genou
pour
tenter
de
garder
«
le
dos
droit
».
Sa
cyphose
thoracique
toutefois
ne
lui
permet
pas
de
trouver
une
situa(on
d’équilibre
Le
centre
de
gravité
passe
par
le
polygone
de
sustenta(on
:
le
Singe
de
tombe
pas.
Sa
colonne
vertébrale
n’est
pas
dans
une
situa(on
d’équilibre
:
travail
musculaire
important.
26. Cas
spécifique
de
la
marche
L’Homme
debout
a
un
bassin
ver(cal,
«
ouvert
»
grâce
par
une
incidence
pelvienne
plus
élevée.
Ceci
lui
permet
de
basculer
son
bassin
vers
l’avant
(augmenta(on
de
la
pente
sacrée,
c’est
l’antéversion)
en
gardant
les
jambes
droites.
La
lordose
lombaire
lui
assure
un
dos
ver(cal
et
une
posi(on
d’équilibre
de
sa
colonne
vertébrale.
27. Cas
spécifique
de
la
marche
Un
sujet
peut
meQre
en
place
des
mécanismes
d’adapta(on
pour
maintenir
un
équilibre
dit
«
compensé
»
lorsque
les
courbures
de
sa
colonne
vertébrale
s’effacent
pour
laisser
la
place
à
une
cyphose
et
un
enraidissement
des
ar(cula(ons
entre
les
vertèbres
:
rétroversion
du
bassin
(l’antéversion
ayant
permis
la
bipédie
est
un
mécanisme
progressif
lié
à
l’Evolu(on
des
espèces)
et
flexion
des
genoux
28. Les
paramètres
anatomiques
notamment
pelviens
permeQent
la
bipédie
et
prédisposent
la
posture,
mais
le
profil
psychologique
peut
aussi
avoir
une
influence
Cas
spécifique
de
la
marche
29. • L’Homme
a
la
possibilité
d’adapter
les
mouvements
à
l’environnement
lors
de
la
locomo(on
bipède
:
marche,
course,
saut,
demi-‐tour,
déplacements
latéraux,
marche
à
reculons
en
fonc(on
des
afférences
sensorielles,
de
la
mémoire,
des
émo(ons,
de
la
volonté
• Les
ou8ls
créés
par
l’Homme:
rôle
de
l’ingénieur
– Du
déplacement
:
chaussures,
cannes,
prothèses,
exosquelleQe
– De
l’adapta(on
:
luneQes,
implants
audi(fs,
centres
de
rééduca(on
Cas
spécifique
de
la
marche
30. AQelle
mécanique
AQelle
électrique
(envoi
d’impulsions
aux
muscles
releveurs
du
pied
au
cours
du
cycle
de
la
marche)
Cas
d’une
paralysie
des
releveurs
du
pied
(lésion
d’un
nerf)
31. Un
exosqueleQe
supplée
le
déficit
moteur
d’un
pa(ent
paraplégique
L’enregistrement
des
champs
électriques
générés
par
le
cerveau
permet
de
s(muler
les
muscles
privés
de
leur
commande
cérébrale
chez
un
pa(ent
paraplégique
>
En
couplant
ces
2
technologies,
un
pa(ent
paraplégique
pourrait
de
nouveau
commander
volontairement
sa
locomo(on
Cas
d’une
paralysie
des
2
jambes
(paraplégie,
par
lésion
de
la
moelle
épinière)
32. • Réalisa(on
d’une
succession
de
mouvements
complexes
• Dépend
de
l’âge,
de
la
taille,
de
la
vitesse
choisie
• Son
analyse
est
influencée
par
les
condi(ons
expérimentales
:
– Milieu
naturel
≠
du
laboratoire
– Influence
de
l’état
psychologique
:
la
posture
(droit
fier,
voûté
penaud…)
– Le
sujet
se
sait
observé
:
marche
moins
naturelle?
Introduc(on
La
bipédie
pour
servir
la
marche
Comprendre
son
fonc(onnement
33. Giovanni
Alfonso
Borelli
1608-‐1679
Père
de
la
biomécanique
(et
maths
physique
astronomie)
a
ini(é
l’étude
du
mouvement
Analyse
de
la
marche
Buts
:
-‐
la
Science
pour
la
Science
=
COMPRENDRE
-‐
améliorer
les
performances,
notamment
des
spor(fs
-‐
analyse
de
l’impact
d’une
orthèse,
d’une
interven(on
chirurgicale,
d’un
programme
de
rééduca(on
-‐
construc(on
de
robots
34. Analyse
de
la
marche
Chronophotographie
de
60
à
500
images/s
technique
photographique
qui
consiste
à
prendre
une
succession
très
rapide
de
photographies,
permeQant
de
décomposer
chronologiquement
les
phases
successives
d'un
mouvement
35. Analyse
de
la
marche
Un
individu
imprime
des
caractéris(ques
dis(nc(ves
sur
son
paQern
de
marche
avec
implicitement
la
volonté
de
se
déplacer
de
façon
économique
Pendant
le
cycle
chaque
membre
a
une
phase
d’appui
(environ
60%
-‐
pied
au
sol
commence
avec
l’aQaque
talon)
et
d’oscilla8on
(environ
40%
-‐
pied
en
l’air
commence
avec
le
décollage
de
l’hallux)
Le
cycle
de
marche
est
le
temps
et
l’ensemble
des
phénomènes
compris
entre
2
contacts
successifs
du
même
membre
inférieur
sur
le
sol
Le
pas
est
le
temps
et
l’ensemble
des
phénomènes
entre
l’appui
d’un
talon
au
sol
et
l’appui
du
talon
controlatéral
36. Le
cycle
de
marche
peut
également
être
découpé
en
phases
de
simple
et
double
appuis.
La
phase
de
simple
appui
(ou
phase
d’oscilla8on
du
membre
controlatéral)
est
défini
quand
le
pied
est
en
contact
avec
le
sol
pendant
que
le
pied
du
membre
controlatéral
oscille.
Analyse
de
la
marche
37. Analyse
de
la
marche
Déroulement
mécanique
de
la
phase
oscillante
:
-‐ raccourcir
le
membre
inférieur
oscillant
-‐ le
projeter
vers
l’avant
Il
faut
donc
:
-‐ fléchir
la
hanche,
le
genou,
la
cheville,
le
pied
via
des
ar(cula(ons
mobiles
-‐ contracter
les
muscles
permeQant
de
déplacer
le
membre
vers
l’avant,
commandés
par
le
système
nerveux
38. Analyse
de
la
marche
Temps
de
double
appui
:
20%.
Diminue
avec
la
vitesse
de
déplacement,
disparaît
pendant
la
course
39. Analyse
de
la
marche
Déroulement
mécanique
de
la
phase
d’appui:
support
/
amor(ssement
/
propulsion
Il
faut
donc
:
-‐ verrouiller
(rigidifier)
et
inverser
la
rota(on
des
ar(cula(ons
du
membre
sur
lequel
se
crée
l’appui
-‐ par
la
contrac(on
couplée
des
muscles
antagonistes
à
ceux
ayant
servis
à
l’oscilla(on
(la
jambe
d’appui
ne
doit
pas
plier)
40. Analyse
de
la
marche
La
longueur
du
cycle
est
la
distance
parcourue
en
1
cycle,
soit
2
pas
Les
paramètres
descrip(fs
sont
:
longueur,
largeur
du
pas,
angle
du
pied
Il
faut
prendre
en
compte
le
ressen(
du
sujet,
sa
qualité
de
vie
(subjec(f)
41. L’étude
du
cycle
de
marche
(pourcentage
des
phases
d’appui)
ainsi
que
des
paramètres
descrip(fs
du
pas
permeQent
d’examiner
un
sujet
et
de
le
comparer
à
d’autres
individus
Valeurs
retenues
comme
normales
chez
un
sujet
jeune
:
-‐
vitesse
spontanée
:
autour
de
1,6
m/s
(soit
5,8
km/h)
-‐
longueur
du
pas
:
autour
de
80
cm
-‐
cadence
de
marche
:
entre
100
et
130
pas
par
minute
Analyse
de
la
marche
42. Quelques
records
50
km
marche
Progression
3
h
32
min
33
s
(14,11
km/h)
Yohann
Diniz
Championnats
d'Europe
Zurich
15
août
2014
20
km
marche
Progression
1
h
24
min
38
s
(14,17
km/h)
Liu
Hong
La
Corogne
6
juin
2015
L'ultra-‐runner
français
de
56
ans
a
parcouru
22
582
kilomètres
en
307
jours,
soit
la
plus
longue
distance
courue
à
pied,
sans
journée
de
repos
!
Usain
BOLT
peut
courir
à
44km/h
Fauja
Singh
en
marge
du
marathon
de
Hong
Kong,
a
couvert
10
kilomètres
en
1
heure,
32
minutes
et
28
secondes
à
l’âge
de
101
ans
43. Quelques
muscles
des
membres
inférieurs
pour
la
marche
M
ilio-‐psoas
>
fl
cuisse
M
quadriceps
>
ext
genou
M
fessier
>
ext
cuisse
M
ischio-‐jambiers
>
fl
genou
44. Quelques
muscles
des
membres
inférieurs
pour
la
marche
M
triceps
sural
>
ext
pied
et
orteils
M
loge
ant
>
fl
pied
et
orteils
45. Analyse
de
la
marche
Fléchisseurs
du
pied
Triceps
sural
Quadriceps
Ischiojambiers
46. Analyse
plurimodale
Analyse
de
la
marche
Quan(fica(on
cinéma8que
des
déplacements
de
repères
anatomiques
par
la
mise
en
place
de
marqueurs
cutanés
:
-‐
rela(fs
entre
eux
-‐
et
par
rapport
au
repère
laboratoire
Electromyogramme
de
surface
enregistrant
l’ac(vité
électrique
d’un
groupe
de
muscles
:
-‐
renseigne
sur
le
début,
la
durée
de
la
contrac(on
et
évalue
son
intensité
(comparaison
à
un
mouvement
normé)
-‐
liée
aux
caractéris(ques
mécaniques
du
mouvement
47.
48.
49. Analyse
de
la
marche
Plateforme
de
force
Etude
des
forces
de
réac(on
au
sol
exercées
par
le
sujet
pour
se
déplacer
Sensibilité
≈10-‐3N
Les
plates-‐formes
de
force
mesurent
la
posi(on
du
centre
des
pressions
CdP
grâce
à
des
capteurs
de
force
ou
de
pression,
qui
produisent
un
signal
électrique
propor(onnel
à
la
force
appliquée.
La
posi(on
du
CdP
de
la
personne
enregistrée
est
déterminée
par
la
répar((on
des
forces
sur
chacun
des
capteurs
:
c’est
le
barycentre
C’est
la
variable
la
plus
u(lisée
en
posturologie
Ex
:sujet
sain
Ex
:
appui
préfenre(el
droit
chez
un
pa(ent
aQeint
de
SEP
50. Analyse
de
la
marche
Le
centre
de
gravité
du
corps
CG
est
un
point
où
serait
concentrée
toute
la
masse
du
corps.
Sa
posi(on
est
définie
est
déterminée
à
par(r
de
la
moyenne
des
posi(ons
des
centres
de
masse
segmentaires
pondérées
par
la
masse
des
segments.
Il
permet
en
mécanique
de
réduire
le
corps
humain
à
un
point
La
posi(on
du
CG
change
à
chaque
instant
car
elle
dépend
de
la
localisa(on
des
masses
segmentaires
qui
varie
dès
qu'il
se
produit
un
déplacement
d'un
segment
corporel
dans
l'espace.
Chez
l’Homme
la
répar((on
de
la
ma(ère
n’est
pas
uniforme
et
le
CG
n’est
pas
confondu
avec
le
centre
géométrique
51. La
projec(on
ver(cale
du
CG
au
sol
n’est
pas
forcément
confondue
avec
le
CdP
(ex
:
appui
renforcé
sur
un
pied
sans
déplacement
équivalent
de
masse)
Intérêts
de
la
connaissance
de
la
posi(on
du
CG
:
-‐
en
chute
libre
le
CG
suit
la
même
trajectoire
qu’une
par(cule
simple
même
si
l’objet
est
en
rota(on
ou
est
subi
à
une
déforma(on
-‐
simplifie
l’analyse
des
sauts
(gymnastes,
athlé(sme)
-‐
créa(on
de
modèles
biomécaniques
remplaçant
l’analyse
quan(fiée
de
la
marche,
plurimodale,
longue
et
coûteuse
-‐
déplacement
du
CG
à
prendre
en
compte
chez
une
personne
amputée
d’un
membre
si
la
prothèse
est
plus
légère
que
le
membre
naturel
Analyse
de
la
marche
52. Les
mouvements
du
sauteur
en
longueur
ne
vont
pas
modifier
la
trajectoire
de
son
saut
53. Mass
of
Body
Segments
for
the
American
Male
Crewmember
Pour
déterminer
le
centre
de
gravité,
des
abaques
sont
disponibles
55. En
pra(que
:
sujet
en
sta(on
debout
immobile,
CG
en
avant
de
L3
La
norme
du
vecteur
diminue
en
s’accroupissant
:
abaissement
du
CG
56. Chez
un
sujet
qui
présente
une
cyphose
le
centre
de
gravité
est
projeté
vers
l’avant
ce
qui
peut
cons(tuer
un
risque
de
chute
s’il
sort
du
polygone
de
sustenta(on
57. Reference:
16
,
Chapter
IV,
250
;
NASA-‐STD-‐3000
Whole
Body
Center
of
Mass
Loca(on
of
the
American
Male
Crewmember
Le
CG
est
plus
haut
en
posi(on
assise
et
en
microgravité
(et
non
en
apesanteur!)
58. Rappels
sur
les
lois
du
mouvement
Une
force
est
l’influence
d’un
corps
sur
un
autre
et
qui
provoque
son
accéléra(on
2ème
loi
de
Newton
€
F = m.
a
1-‐
L’animal
doit
exercer
une
force
F
externe
sur
son
environnement
pour
se
déplacer
;
F
est
propulsive
2-‐
La
vitesse
de
l’animal
est
propor(onnelle
à
F
et
inversement
propor(onnelle
à
sa
masse
m
3-‐
réac(on
du
substrat
:
3ème
loi
de
NEWTON
L’iner(e
est
une
force
interne
et
résistante,
propor(onnelle
à
m
€
F = −
N
Les
forces
de
froQement
sont
externes
et
propor(onnelles
au
poids
€
Fp = m.
g
59. Rappels
sur
les
lois
du
mouvement
Le
moment
M
d’une
force
par
rapport
à
un
axe
en
un
point
P
est
le
produit
de
F
par
la
distance
d
perpendiculaire
à
la
direc(on
de
F
P
d
€
F
Le
moment
d’iner(e
est
une
quan(té
de
mouvement
:
m.v
Lorsqu’une
force
déplace
son
point
d’applica(on
un
travail
est
fourni.
Le
travail
mécanique
est
la
somme
constante
de
l’énergie
poten(elle
et
de
l’énergie
ciné(que.
60. Réalisa(on
d’un
appui
Situa(on
d’un
corps
à
l’équilibre
sur
une
surface
horizontale
résistante
(ex
:
pied
d’appui
lors
du
pas)
Une
force
de
trac(on
T
imprimerait
à
ce
corps
un
mouvement
de
glissement
;
k
est
un
coefficient
dépendant
de
la
nature
de
la
surface
61. Le
corps
serait
soumis
à
une
force
de
froQement
sta(que
f,
dirigée
en
sens
inverse
de
T.
Sa
valeur
limite
est
celle
juste
nécessaire
pour
obtenir
le
début
du
glissement
Réalisa(on
d’un
appui
La
résultante
R
de
N
et
flim
fait
avec
N
un
angle
de
froQement
φ.
Cet
angle
forme
un
cône
de
révolu(on
appelé
cône
de
froQement
62. Réalisa(on
d’un
appui
Si
le
corps
exerce
une
poussée
P
sur
le
substrat
(ex
:
phase
d’oscilla(on
du
pied
controlatéral
à
ce
pied
d’appui),
il
reçoit
une
force
de
réac(on
Re
iden(que
et
de
sens
opposé
Si
α
est
l’angle
entre
Fp
et
P,
2
situa(ons
peuvent
se
rencontrer
:
déplacement
vers
A
ou
B
63. Réalisa(on
d’un
appui
Si
α<φ
:
h
(composante
horizontale
de
Re)
reste
<
flim
Le
corps
reste
fermement
appuyé
sur
le
sol
>
situa(on
d’arcboutement
qui
permet
le
mouvement
du
reste
du
corps
dans
le
sens
A
Ex
:
appui
d’un
membre
permeQant
la
mobilité
du
deuxième
chez
les
bipèdes
64. Réalisa(on
d’un
appui
Si
α>φ
:
h
(composante
horizontale
de
Re)
devient
>
flim
Il
y
a
dérapage
et
le
corps
glisse
dans
le
sens
B
Si
les
surface
en
présence
ont
une
forte
rugosité
(flim/N
>
1),
la
poussée
P
qui
détermine
Re
peut
être
rela(vement
oblique
car
le
cône
de
froQement
est
évasé
En
cas
de
faible
rugosité
(flim/N
>
0),
il
faut
accroître
fortement
P
et
donc
sa
composante
ver(cale
pour
obtenir
une
même
composante
horizontale
h
65. Réalisa(on
d’un
appui
Pour
que
O
fonc(onne
comme
un
point
d’appui
il
faut
:
-‐
une
forte
rugosité
donc
un
froQement
sta(que
grand
pour
une
poussée
faible
et
oblique
-‐
ou
en
cas
de
faible
rugosité
une
éléva(on
de
la
poussée
(sa
composante
ver(cale)
3
paramètres
sont
donc
fondamentaux
à
la
locomo(on
terrestre
:
gravité
poussée
froQement
66. Créa(on
de
la
poussée
Ex
d’un
membre
postérieur
d’un
quadrupède
(schéma
plus
explicite
car
moments
plus
grands)
Lorsque
le
pied
est
au
sol,
le
poids
Fp
du
membre
est
équilibré
par
la
réac(on
N
au
niveau
de
la
cheville
(A)
à
la
ver(cale
du
centre
de
rota(on
de
la
hanche
(B).
La
tension
T
des
muscles
extenseurs
du
genoux
(C)
est
associée
à
un
moment
T.x
qui
équilibre
donc
le
moment
du
poids
67. Créa(on
de
la
poussée
Lorsque
l’animal
s’apprête
à
lever
le
pied,
N
s’exerce
sur
les
métatarsiens
(D).
La
tension
T
des
muscles
extenseurs
du
genou
augmente
et
apparaît
une
tension
T’
des
muscles
extenseurs
du
pied
en
A
qui
doit
aussi
équilibrer
le
moment
du
poids
par
rapport
à
ceQe
ar(cula(on
68. Mouvements
pendiculaires
des
membres
On
peut
faire
l’approxima(on
:
les
membres
cons(tuent
un
ensemble
rigide
qui
oscille
dans
un
plan
ver(cal
autour
d’un
pivot
(épaule
ou
hanche)
:
pendule
normal
L’iner(e
d’un
membre
est
l’expression
de
sa
résistance
à
l’accéléra(on
et
la
décéléra(on
M
est
la
masse
et
D
le
rayon
de
rota(on
De
grandes
jambes
peuvent
cons(tuer
un
avantage
69. Mouvements
pendiculaires
des
membres
En
oscillant
un
membre
transforme
de
l’énergie
poten(elle
en
énergie
ciné(que
et
cet
échange
et
cet
échange
se
crée
à
chaque
cycle
moteur
Il
y
a
stockage
puis
récupéra(on
de
l’énergie
ciné(que
au
niveau
des
muscles,
tendons
et
ligaments
Si
on
assimile
la
masse
du
membre
concentrée
en
un
point
et
suspendue
par
une
corde
non
pesante
la
période
d’oscilla(on
est
:
L
est
la
longueur
ar(cula(on
–
centre
de
masse
du
membre
g
l’accéléra(on
de
la
pesanteur
71. Mouvements
pendiculaires
des
membres
Le
modèle
du
pendule
normal,
par
exemple,
ne
décrit
pas
le
mouvement
de
piston
du
corps
au-‐dessus
des
hanches
et
de
façon
plus
globale
du
CG
:
aQeint
sa
posi(on
la
plus
haute
(Ep
maximale)
et
sa
vitesse
horizontale
la
plus
faible
(Ec
minimale)
lorsqu’il
passe
au-‐dessus
du
pied
d’appui
Le
modèle
du
pendule
inversé
est
le
plus
simple
pour
étudier
la
marche
normale
72. Mouvements
pendiculaires
des
membres
Le
gyropode
fonc(onne
sur
le
principe
du
pendule
inversé
avec
compensa(on
automa(que
et
discré(sée
de
l’équilibre
à
intervalles
courts
(env
160
Hz)
73. Ce
modèle
est
cons(tué
d’une
(ge
rigide
représentant
la
jambe
du
sujet
reliée
à
une
ar(cula(on
distale
(cheville)
et
une
masse
ponctuelle
égale
à
la
masse
corporelle
totale
du
sujet.
Elle
décrit
un
arc
de
cercle
au
dessus
de
la
jambe
d’appui
rigide
au
cours
de
la
phase
de
simple
appui
;
les
varia(ons
d’énergie
poten(elle
sont
exactement
à
180˚en
phase
opposée
des
varia(ons
d’énergie
ciné(que
externe
calculées
au
CG.
Le
CG
aQeint
son
point
le
plus
haut
au
milieu
de
la
phase
d’appui.
L’énergie
poten(elle
aQeint
sa
valeur
maximale
et
l’énergie
ciné(que
aQeint
sa
valeur
minimale.
Mouvements
pendiculaires
des
membres
74. Mouvements
pendiculaires
des
membres
Lsc
temps
de
simple
appui
Ldc
temps
de
double
appui
Svt
amplitude
du
mouvement
de
piston
de
CG
La
période
se
calcule
de
façon
iden(que
au
modèle
pendule
normal
et
l’influence
de
la
longueur
de
la
jambe
est
la
même
75. Nombre
de
FROUDE
À
la
fin
du
XIXe
siècle,
Froude
étudia
la
force
de
résistance
à
l’avancement
des
carènes
de
bateaux.
Il
trouve
une
rela@on
entre
résistance
des
vagues
et
déplacement
du
bateau,
avec
toutefois
des
hypothèses
assez
simplifiées
pour
établir
le
nombre
de
FROUDE
qui
caractérise
de
façon
générale
dans
le
cas
d’un
fluide
l'importance
rela@ve
de
l'énergie
ciné@que
de
ses
par@cules
par
rapport
à
son
énergie
poten@elle
gravita@onnelle
76. De
plus,
2
bateaux
de
même
forme
avec
des
vitesses
différentes
et
des
longueurs
différentes
mais
avec
le
même
nombre
de
FROUDE
ont
un
pourcentage
de
résistance
aux
vagues
iden@que.
Ceci
lui
a
permis
de
construire
les
premiers
bassins
d’essais
pour
maqueRes
Nombre
de
FROUDE
77. Au
cours
du
cycle
de
mouvement
d’un
membre
il
y
a
conversion
d’énergies
ciné(que
et
énergie
poten(elle.
Ce
rapport
est
:
Le
nombre
de
Froude
correspond
de
ce
fait
au
rapport
de
l’énergie
ciné(que
sur
l’énergie
poten(elle
:
Nombre
de
FROUDE
et
peut
être
considéré
comme
une
expression
adimensionnelle
de
la
vitesse
(du
pas)
78. 2
animaux
dynamiquement
semblables
ont
un
rapport
semblable,
propor(onnel
au
nombre
de
FROUDE
(concept
de
lois
de
comparaison
par
des
nombres
adimensionnels)
Nombre
de
FROUDE
Deux
vertébrés
ont
des
tailles
géométriquement
semblables
si
l’un
peut
prendre
la
taille
de
l’autre
par
modifica(on
uniforme
de
l’échelle
de
toutes
les
tailles
corporelles
(homothé(e)
sur
longueur,
largeur,
hauteur
(postulat
de
propor(onnalité)
Deux
mouvements
sont
dynamiquement
semblables
par
changement
uniforme
de
leurs
paramètres
longueur,
temps,
force
79. Nombre
de
FROUDE
Intérêts
:
-‐ Réduire
dans
les
études
la
variabilité
inter-‐sujet
-‐ Comparaisons
enfants-‐adultes
-‐ Evaluer
l’impact
d’une
pathologie,
d’un
traitement
de
façon
normée
-‐ Es(ma(on
des
paramètres
de
marche
d’espèces
disparues
Des
animaux
de
tailles
différentes
mais
géométriquement
semblables
se
déplacent
de
la
même
manière
(allures
similaires)
lorsque
leur
vitesse
de
déplacement
donne
des
nombres
de
FROUDE
égaux
80. Cas
par(culier
de
la
course
Le
temps
de
double
appui
diminue
Le
membre
en
contact
avec
le
sol
se
plie
durant
la
première
moi(é
de
la
phase
de
contact
et
s’étend
durant
la
seconde
par(e
Le
système
ligaments-‐muscles-‐tendons
a
une
élas(cité
qu’on
ne
peut
plus
négliger
dans
l’élabora(on
des
modèles
mécaniques
81. Cas
par(culier
de
la
course
En
1878,
en
étudiant
les
notes
émises
par
un
fil
tendu
soumis
au
vent,
le
physicien
tchèque
Vincent
Strouhal
fut
le
premier
à
remarquer
la
rela@on
entre
la
fréquence
du
son
et
le
diamètre
du
fil
divisée
par
la
vitesse
du
vent.
Allées
de
von
Karman
derrière
un
cylindre
dans
un
écoulement
2D
pour
Re=140.
Le
nombre
de
STROUHAL
donne
la
fréquence
d’émission
des
tourbillons
82. Cas
par(culier
de
la
course
Dans
le
cas
d’un
système
oscillant,
la
similitude
dynamique
dépend
d’une
même
valeur
de
nombre
de
STROUHAL
et
peut
être
considéré
comme
une
expression
adimensionnelle
de
la
fréquence
(du
pas)
L
longueur
caractéris(que
86. La
marche
sollicite
l’ensemble
du
corps
La
rota(on
de
la
ceinture
scapulaire
est
de
la
même
amplitude
que
celle
de
la
ceinture
pelvienne
(5
à
6°)
mais
de
sens
opposé
On
observe
dans
le
plan
frontal
un
mouvement
de
rota(on
de
la
ceinture
scapulaire
opposé
à
celui
du
bassin
qui
aQeint
son
maximum
juste
après
la
phase
de
double
appui
L’épaule
s’affaisse
du
coté
de
la
jambe
qui
devient
jambe
d’appui,
cela
afin
de
contribuer
à
la
conserva(on
de
l’équilibre
pour
préparer
la
prochaine
oscilla(on.
89. La
marche
sollicite
l’ensemble
du
corps
On
observe
dans
le
plan
horizontal,
une
rota(on
de
la
ceinture
scapulaire,
là
encore
opposée
à
celle
de
la
ceinture
pelvienne
Mais
ici
la
ceinture
scapulaire
aQeint
son
maximum
d’amplitude
un
peu
avant
la
phase
de
double
appui,
reste
inchangée
pendant
la
phase
de
double
appui
pour
ini(er
un
mouvement
opposé
à
la
fin
de
ceQe
phase.
La
ceinture
scapulaire
revient
en
posi(on
neutre
lors
de
la
phase
«
milieu
d’appui
»
91. La
marche
sollicite
l’ensemble
du
corps
Les
mouvements
des
bras
dans
le
plan
sagiKal
ont
probablement
un
rôle
important
dans
le
main(en
de
l’équilibre.
Le
bras
gauche
est
projeté
vers
l’avant
en
direc(on
de
la
jambe
droite
tandis
que
le
bras
droit
lui
est
projeté
à
l’arrière.
L’angle
bras/avant-‐bras
peut
varier
d’un
sujet
à
l’autre
mais
plus
le
pas
sera
rapide
plus
cet
angle
sera
faible
–
on
observe
également
une
dissymétrie
dans
l’amplitude
des
mouvements
–
la
rota(on
vers
l’avant
étant
plus
importante
que
celle
vers
l’arrière
.
Quizz
:
pourquoi
plie-‐t-‐on
les
bras
à
la
course?
T
diminue
avec
L
92. La
marche
sollicite
l’ensemble
du
corps
Rôle
du
rachis
7
vertèbres
cervicales
12
thoraciques
5
lombaires
sacrum
et
coccyx
93. La
marche
sollicite
l’ensemble
du
corps
Le
rachis
se
déforme
en
3D
pour
permeQre
le
mouvement
de
marche
et
le
facilite
par
les
échanges
d’énergie
ciné(que
A
Impact
du
talon
B
Décéléra(on
dans
le
bassin
C
Contre
rota(on
dans
la
Sacro-‐iliaque
D
Emmagasinement
de
l’énergie
ciné(que
dans
la
flexion
du
tronc
E
Res(tu(on
de
l’énergie.
L’extension
du
rachis
est
res(tuée
dans
la
hanche
opposée
F
Ce
qui
facilite
le
passage
du
pas
avec
flexion
de
la
hanche
95. Quelques
exemples
de
marche
pathologique
Boiterie
(asymétrie
du
pas)
par
déficit
moteur
des
muscles
releveurs
du
pied
et
des
orteils,
affecte
la
phase
oscillante
du
cycle
de
marche
Cause
:
neurologique
96. Quelques
exemples
de
marche
pathologique
Boiterie
par
hypertonie
d’un
membre
inférieur
par
aQeinte
du
système
nerveux
central
(cerveau
et/ou
moelle
épinière)
appelée
spas(cité,
affecte
les
phases
d’appui
et
oscillante
Cause
:
neurologique
97. Quelques
exemples
de
marche
pathologique
Boiterie
par
enraidissement
d’une
ar(cula(on,
dans
le
cas
par
exemple
d’une
coxarthrose
qui
peut
survenir
avec
l’âge,
affecte
la
phase
oscillante
Cause
:
ar(culaire
98. Quelques
exemples
de
marche
pathologique
Boiterie
par
faiblesse
musculaire
liée
à
une
dégénérescence
(myopathie),
affecte
la
phase
d’appui
Cause
:
musculaire
Les
muscles
fessiers
servent
aussi,
lors
d’un
appui
monopodal,
à
maintenir
le
bassin
à
l’horizontale
au
niveau
de
l’ar(cula(on
coxo-‐
fémorale
(rôle
de
haubans)
99. Quelques
exemples
de
marche
pathologique
Toute
modifica(on
acquise
de
la
locomo(on
est
à
risque
de
chute,
notamment
chez
la
personne
âgée
Pour
la
locomo(on
propre
:
les
causes
sont
mul(ples
et
souvent
plurifactorielles
:
neurologiques
parfois,
ar(culaires,
musculaires
(faiblesse
acquise)
Pour
les
risques
associés
de
chute
:
le
déplacement
du
centre
de
gravité,
les
dégrada(ons
sensorielles,
désadapta(on
à
l’effort,
troubles
de
la
vigilance
(certains
médicaments),
habitat
mal
adapté
100. Références
• La
locomo(on
1994
Sabine
RENOUS
• DE
MAUROY
Biomécanique
des
dévia(ons
vertébrales
2013
• Conférence
Société
d’Imagerie
Musculo-‐
Squeleˆque
juin
2013
L’Homme
debout,
MORVAN,
J-‐M
Le
MINOR
• Fabrice
Noreils
Une
étude
de
la
marche
dans
le
but
de
concevoir
un
robot
bipède
2014
