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La	
  locomo(on	
  
Benjamin	
  NICOT	
  
Neurochirurgien	
  
•  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	
  
•  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	
  
•  La	
  locomo(on	
  est	
  un	
  transfert	
  de	
  forces	
  entre	
  le	
  vertébré	
  et	
  
l’environnement	
  :	
  
–  propulseur	
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  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	
  
La	
  bipédie	
  
Comment	
  l’Homme	
  (ent-­‐il	
  debout?	
   Par	
  miracle!	
  
Les	
  pieds	
  définissent	
  le	
  polygone	
  de	
  sustenta(on	
  mais	
  sont	
  une	
  toute	
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  structure	
  
par	
  rapport	
  au	
  corps	
  
La	
  posi(on	
  du	
  centre	
  de	
  gravité	
  par	
  rapport	
  au	
  polygone	
  de	
  sustenta(on	
  permet,	
  ou	
  
pas,	
  la	
  bipédie	
  
En	
  c	
  le	
  polygone	
  de	
  sustenta(on	
  est	
  augmenté	
  pour	
  
assurer	
  le	
  main(en	
  de	
  la	
  bipédie	
  en	
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d’instabilité	
  (ex	
  :	
  naviga(on,	
  récep(on	
  d’un	
  saut,	
  fin	
  
de	
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  arrosée…)	
  
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	
  
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…	
  
…	
  mais	
  surtout	
  de	
  profil	
  
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	
  	
  
Fémur	
  long	
  et	
  croise	
  la	
  ver(cale	
  passant	
  par	
  le	
  cotyle	
  pour	
  augmenter	
  
la	
  stabilité	
  en	
  sta(on	
  debout.	
  
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)	
  
La	
  bipédie	
  
Influence	
  des	
  courbures	
  rachidiennes	
  sur	
  l’acquisi(on	
  de	
  la	
  marche	
  
cyphose	
  
lordose	
  
lordose	
  
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	
  
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	
  
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°	
  
Main(en	
  du	
  regard	
  à	
  l’horizontale	
  et	
  de	
  
«	
  l’alignement	
  »	
  du	
  cordon	
  médullaire	
  
depuis	
  le	
  tronc	
  cérébral	
  jusqu’au	
  cône	
  
terminal	
  
Sta(on	
  debout	
  non	
  économique	
  
Sta(on	
  debout	
  économique…	
  mais	
  
plicature	
  médullaire	
  
Sta(on	
  debout	
  économique…	
  mais	
  ne	
  
voit	
  pas	
  devant	
  
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	
  
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	
  
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)	
  
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.	
  
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.	
  
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	
  
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	
  
•  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	
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sensorielles,	
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•  Les	
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exosquelleQe	
  
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  l’adapta(on	
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  audi(fs,	
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  de	
  
rééduca(on	
  
Cas	
  spécifique	
  de	
  la	
  marche	
  
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)	
  
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)	
  
•  Réalisa(on	
  d’une	
  succession	
  de	
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  de	
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  de	
  la	
  taille,	
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  analyse	
  est	
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–  Milieu	
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  du	
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  La	
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  la	
  marche	
  
Comprendre	
  son	
  fonc(onnement	
  
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	
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  la	
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-­‐ 	
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  les	
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  notamment	
  des	
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-­‐ 	
  analyse	
  de	
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  d’une	
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  d’une	
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programme	
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-­‐ 	
  construc(on	
  de	
  robots	
  
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	
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Analyse	
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Un	
  individu	
  imprime	
  des	
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  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	
  
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	
  
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	
  
Analyse	
  de	
  la	
  marche	
  
Temps	
  de	
  double	
  appui	
  :	
  20%.	
  	
  
Diminue	
  avec	
  la	
  vitesse	
  de	
  déplacement,	
  disparaît	
  pendant	
  la	
  course	
  
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)	
  
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)	
  	
  
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	
  
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	
  
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	
  
Quelques	
  muscles	
  des	
  membres	
  inférieurs	
  pour	
  la	
  marche	
  
M	
  triceps	
  sural	
  >	
  ext	
  pied	
  et	
  orteils	
  M	
  loge	
  ant	
  >	
  fl	
  pied	
  et	
  orteils	
  
Analyse	
  de	
  la	
  marche	
  
Fléchisseurs	
  du	
  pied	
  
Triceps	
  sural	
  
Quadriceps	
  	
  
Ischiojambiers	
  	
  
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	
  
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	
  
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	
  
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	
  
Les	
  mouvements	
  du	
  
sauteur	
  en	
  longueur	
  ne	
  
vont	
  pas	
  modifier	
  la	
  
trajectoire	
  de	
  son	
  saut	
  
 Mass	
  of	
  Body	
  Segments	
  for	
  the	
  American	
  Male	
  Crewmember	
  
Pour	
  déterminer	
  le	
  centre	
  de	
  gravité,	
  des	
  abaques	
  sont	
  
disponibles	
  
Calcul	
  numérique	
  des	
  coordonnées	
  du	
  CG	
  
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	
  
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	
  
 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!)	
  
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
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.	
  
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	
  
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	
  
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	
  
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	
  
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	
  
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	
  
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	
  
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	
  
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	
  
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	
  
La	
  marche,	
  selon	
  le	
  modèle	
  du	
  pendule	
  se	
  fait	
  de	
  façon	
  linéaire	
  
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	
  
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)	
  
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	
  
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	
  
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	
  
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	
  
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)	
  
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	
  
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	
  
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	
  
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	
  
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	
  
La	
  marche	
  sollicite	
  l’ensemble	
  du	
  corps	
  
Les	
  plans	
  anatomiques	
  d’étude	
  
La	
  marche	
  sollicite	
  l’ensemble	
  du	
  corps	
  
La	
  ceinture	
  scapulaire	
  
La	
  marche	
  sollicite	
  l’ensemble	
  du	
  corps	
  
La	
  ceinture	
  pelvienne	
  
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.	
  
La	
  marche	
  sollicite	
  l’ensemble	
  du	
  corps	
  
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	
  »	
  
La	
  marche	
  sollicite	
  l’ensemble	
  du	
  corps	
  
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	
  
La	
  marche	
  sollicite	
  l’ensemble	
  du	
  corps	
  
Rôle	
  du	
  rachis	
  
7	
  vertèbres	
  cervicales	
  
12	
  thoraciques	
  
5	
  lombaires	
  
sacrum	
  et	
  coccyx	
  
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	
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  dans	
  
la	
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  du	
  tronc	
  	
  
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  Res(tu(on	
  de	
  l’énergie.	
  L’extension	
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  rachis	
  
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  res(tuée	
  dans	
  la	
  hanche	
  opposée	
  	
  
F	
  Ce	
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  facilite	
  le	
  passage	
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  pas	
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  de	
  
la	
  hanche	
  	
  
La	
  marche	
  sollicite	
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Moteur	
  rachidien	
  
Quelques	
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  :	
  ar(culaire	
  
Quelques	
  exemples	
  de	
  marche	
  pathologique	
  
Boiterie	
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  musculaire	
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  :	
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  muscles	
  fessiers	
  servent	
  
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  lors	
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  appui	
  
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  le	
  
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  à	
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fémorale	
  (rôle	
  de	
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Quelques	
  exemples	
  de	
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  pathologique	
  
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  modifica(on	
  acquise	
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  locomo(on	
  est	
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  chute	
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  les	
  
dégrada(ons	
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  l’effort,	
  
troubles	
  de	
  la	
  vigilance	
  (certains	
  médicaments),	
  
habitat	
  mal	
  adapté	
  
Références	
  	
  
•  La	
  locomo(on	
  1994	
  Sabine	
  RENOUS	
  
•  DE	
  MAUROY	
  Biomécanique	
  des	
  dévia(ons	
  
vertébrales	
  2013	
  
•  Conférence	
  Société	
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  Musculo-­‐
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MORVAN,	
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•  Fabrice	
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La locomotion

  • 1. La  locomo(on   Benjamin  NICOT   Neurochirurgien  
  • 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  
  • 5. La  bipédie   Comment  l’Homme  (ent-­‐il  debout?   Par  miracle!  
  • 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…  
  • 12. …  mais  surtout  de  profil  
  • 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  
  • 54. Calcul  numérique  des  coordonnées  du  CG  
  • 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  
  • 70. La  marche,  selon  le  modèle  du  pendule  se  fait  de  façon  linéaire  
  • 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  
  • 83. La  marche  sollicite  l’ensemble  du  corps   Les  plans  anatomiques  d’étude  
  • 84. La  marche  sollicite  l’ensemble  du  corps   La  ceinture  scapulaire  
  • 85. La  marche  sollicite  l’ensemble  du  corps   La  ceinture  pelvienne  
  • 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.  
  • 87. La  marche  sollicite  l’ensemble  du  corps  
  • 88.
  • 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  »  
  • 90. La  marche  sollicite  l’ensemble  du  corps  
  • 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    
  • 94. La  marche  sollicite  l’ensemble  du  corps   Moteur  rachidien  
  • 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