BIOMECANIQUE

BIOMECANIQUE
FONCTIONNELLE
Mme BOUCHENTOUF Salma
Sommaire
I.
Généralités :
I.
II.
Définition
Les lois physiques appliquées en
biomécanique
II. Lois des leviers
I.
II.
III.
Définition
Types de leviers
Applications des leviers sur l'être
humain
III. Lois de résistance de force
I.
II.
IV. Loi de l'équilibre segmentaire
Définitions spécifiques a la
biomécanique
Les facteurs qui influencent la
force efficace
I.
II.
III.
V.
Définition
Formes d'équilibre
Rapport entre pesanteur et action
musculaire
La coordination
I.
II.
III.
Définition
Reflexes
Rôles des niveaux supérieurs sur
la coordination
Définition
Définition
• Bio(logie) : Science du vivant
• Mécanique : Science physique dont l'objet est l
étude du mouvement, des déformations ou des
états d'équilibre des systèmes physiques tel
qu'un objet (corps)
• Biomécanique du mouvement humain : Etude
du mouvement humain en général, a partir des
propriétés mécaniques du système musculosquelettique jusqu'aux déplacements des
segments corporels sous l effet de l'activation
des muscles et de l'environnement.
Définition
• PARTICULARITÉS DE LA MACHINE HUMAINE :
• On ne dispose pas des plans précis du corps humain,
alors même qu'il existe une grande variabilité
interindividuelle :
•
•
•
•
•
Forme
Dimensions
Résistance mécanique, fonctionnelle, physiologique
Capacités fonctionnelles, cognitives, motrices
Evolution / vieillissement des caractéristiques en fonction du
temps
• Réactivité et adaptation face aux stimulus / aux agressions
extérieures
• Optimisation liée à l'évolution
• Réponse à l'entraînement...
Définition
• Du point de vue du biomécanicien, le corps
pourrait se décomposer de la façon suivante
Structures
humaines
Fonctions
Equivalent
mécanique
Os, squelette
Porter, supporter,
donner une forme
Structure, carrosserie
Articulations
Déformation de la
structure
Axes
Tendons
Maintient de la
cohésion de la
structure
Liaisons mécaniques
Muscles
Création du
mouvement,
stabilisation du corps
Moteurs
Les lois physiques appliquées en
biomécanique
CINÉMATIQUE
• DÉFINITION
• La Cinématique est l'étude du mouvement dans le
temps sans se soucier des causes de ce mouvement.
C'est une analyse descriptive et temporelle du
mouvement. Cette description s'énonce en terme de
déplacement, de vitesse, d'accélération, de
trajectoire et dépend donc du référentiel choisi. En
STAPS, l'analyse cinématique d'un geste, d'une
action motrice, d'un mouvement, s'effectue le plus
souvent, en fonction du référentiel terrestre (ou
Galiléen).
EQUATIONS DU MOUVEMENT DANS UN ESPACE À UNE
DIMENSION
▫ VITESSE (M/S)
 On dit d'un objet qui change de position en fonction
du temps qu'il a une vitesse.
Vitesse moyenne :
▫ Vmoy = (xf-xi) / (tf-ti) = δ(x) / δ(t)
xf : position finale ; xi : position initiale ; tf : temps final, ti : temps initial
 Vitesse instantanée : limite de la vitesse moyenne
lorsque δt tend vers 0 (en m/s)
EQUATIONS DU MOUVEMENT DANS UN ESPACE À UNE
DIMENSION
• ACCÉLÉRATION (M/S2)
▫ On dit qu'un objet dont la vitesse varie avec le
temps qu'il possède une accélération. s'il elle est
positive, l'objet accélère, si elle est négative l'objet
freine.
 Accélération moyenne :
▫ amoy = (vf-vi) / (tf-ti) = δ(v) / δ(t)
vf : vitesse finale ; vi : vitesse initiale ; tf : temps final, ti : temps initial
CINÉMATIQUE
• EQUATIONS DU MOUVEMENT DANS UN ESPACE À 2
OU PLUSIEURS DIMENSIONS - VECTEURS
▫ En physique, il existe 2 types de grandeurs :
Les grandeurs scalaires ou valeurs numériques
suivi de leur unité : ex. temps (s), distance (m)...
▫ Les grandeurs vectorielles qui sont définies par :
 une intensité
 une direction
 un sens
CINÉMATIQUE
▫ Addition vectorielle :
Rappel
 F = vecteur caractérisé par :




point d'application : l'insertion sur le segment mobile
direction : varie selon le type de muscle
sens : celui de la traction du muscle
intensité : dépend du travail du muscle
Fig C
Fig A
Fig B
Fig A : même sens, même direction : l'intensité des forces s'ajoutent
Fig B : même direction, sens contraire : l'intensité des forces se
soustraient
Fig C : addition vectorielle
CINÉMATIQUE
• ROTATION :
▫ un objet qui se déplace à vitesse constante (V) en
décrivant un cercle, exécute un mouvement circulaire
uniforme : même si la grandeur de sa vitesse est
constante, sa direction varie continuellement.
L'accélération étant définie la variation de la vitesse,
une variation de la direction de la vitesse correspond
donc à une accélération au même titre qu'une variation
de sa grandeur. Un objet qui effectue un mouvement
circulaire uniforme, accélère : son accélération (a) est
dirigée vers le centre du cercle (de rayon r). On parle
d'accélération radiale ou centripète :
a = V2/r
DYNAMIQUE
• LES 3 LOIS DE NEWTON :
1ière loi de Newton
Un corps reste immobile ou conserve un mouvement rectiligne uniforme
aussi longtemps qu'aucune force extérieure ne vient modifier son état (loi
d'inertie).
Inertie : Propriété d'une masse qui présente une résistance, à
l'accélération ou à la décélération, appliqué par des forces externes
- Un solide ne se met pas spontanément en mouvement
- Un solide en mouvement ne s'arrête pas de lui-même, il tend à
conserver indéfiniment la direction et la vitesse de son mouvement
rectiligne et uniforme (sur terre, des forces de frottements ralentissent
puis arrêtent les mouvements)
DYNAMIQUE
2ième loi de Newton
L'accélération (a) d'un objet est directement proportionnelle à la force
exercée sur lui (F) et inversement proportionnelle à la masse de celui-ci
(m)
La direction de l'accélération correspond au sens dans lequel la force
s'exerce.
a=F/m =>
F=m.a
3ième loi de Newton
Chaque fois qu'un objet exerce une force sur un second objet, celui-ci
exerce en retour une force égale mais opposée. A chaque action
correspond une réaction égale intensité, mais de sens opposé.
Définition
DÉFINITION
• Un levier est une barre rigide, mobile autour d'un point fixe (point
d'appui, axe de rotation) et soumis à 2 forces qui tendent à le faire
tourner en sens opposé.
• On peut choisir arbitrairement un sens de rotation positif : une force
aura une action positive, l'autre aura une action négative, ces 2
actions peuvent s'annuler créant ainsi un équilibre.
• On note généralement :
▫ P (puissance) la force active du sujet, c'est la force musculaire (la
pesanteur peut s'y ajouter si elle agit dans le sens du mouvement),
▫ R la résistance (résistance) la force qui résiste au mouvement, C'est
généralement un force externe au corps (pesanteur, force extérieure,
résistance de muscles antagonistes, tensions ligamentaires...),
▫ A le point d'appui c'est à dire l'axe de rotation, le sens de rotation positif
est traditionnellement le sens horaire.
DÉFINITION
• Force : La force appliquée à un corps est ce qui modifie ou tend à modifier
l'état de ce corps. Une force peut tendre à accélérer, freiner la vitesse d'un
corps, changer sa direction ou le déformer. Un force est caractérisée par un
vecteur lui même caractérisé par son intensité, sa direction et son sens.
Unité : N (le Newton), 1N permet de déplacer une masse de 1kg par m/s2
• Intensité d'une force : c'est l'action plus ou moins grande avec laquelle
elle agit (la force musculaire humaine est en rapport avec le nombre et
l'épaisseur des faisceaux qui se contractent)
• Bras de levier : c'est la distance (d) qui correspond à la perpendiculaire
abaissée de l'axe de rotation sur la droite de direction de F (soit, la distance
entre axe de rotation et droite support du vecteur force, comptée
perpendiculairement à la direction de cette force).
Unité : le m (mètre)
Bras de levier
d
Bras de levier
d=d'.sinα
DÉFINITION
▫ Moment de force (MF) : C'est le produit de l'intensité de la
force par son bras de levier. Il rend compte de "l'efficacité" de la
force en rotation. Plus le bras de levier est long, plus la force
nécessaire pour permettre une rotation sera faible.
Le moment d'une force représente donc son aptitude à faire
tourner un système mécanique autour d'un point donné (le signe
dépend du sens de rotation positif initialement choisi).
Une force dont la direction passe par l'axe de rotation n'engendre
pas de rotation : son bras de leviers est nul donc son moment est
nul.
Unité : le Nm (Newton.mètre)
MF=F.d
car sin90°=1
MF=F.d
ou MF=F.d'.sinα
DÉFINITION
Rappel trigonométrie :
sinα = côté opposé/hypoténuse
cosα = côté adjacent/hypoténuse
tanα = sinα/cosα = côté opp/côté adj
α
cosα
sinα
0°
√4/2
=1
√0/2
=0
30°
√3/2
45°
√2/2
√1/2
=1/2
√2/2
avec √2=1.414 et √3=1.732
60°
√1/2
=1/2
√3/2
90°
√0/2
=0
√4/2
=1
Types de leviers
TYPES DE LEVIERS
Il existe 3 différents types de leviers :
Description
Levier Interappuis
(ou levier du 1°
genre) L'axe ou
le point d'appui
(A) se situe
entre les points
d'application
des forces P et
R
Exemples
physiques
Exemples
Exemples
anatomiques mécaniques
Avantages/
inconvénients
Pour
atteindre
l'équilibre :
l'intensité de
P peut être
égale à celle
de R,
si leurs bras
de levier sont
de mêmes
longueurs
TYPES DE LEVIERS
Description
Levier
Interrésistant
(ou levier du
2° genre)
R se situe
entre P et A
Leviers rares
dans le corps
humain bien
qu'ils
favorisent la
puissance
musculaire
Exemples
physiques
Exemples
Exemples
anatomiques mécaniques
Avantages/
inconvénients
Efficacité de P
(++)
en effet, P peut
équilibrer R
malgré une
intensité moindre
car son bras de
levier est plus
grand
Amplitude du
mouvement
provoqué par P (-)
car loin de l'axe, P
n'engendre que
peu de
déplacement
TYPES DE LEVIERS
Description
Levier Interpuissant
(ou levier du 3°
genre)
P se situe
entre R et A
Ceux sont les
leviers les plus
nombreux
(fréquents)
dans
l'appareil
locomoteur.
Exemples
physiques
Exemples
Exemples
anatomiques mécaniques
Avantages/
inconvénients
Efficacité de P (--)
pour équilibrer R,
P doit avoir une
intensité
supérieure à R
car son bras de
levier est plus
petit
Amplitude du
mouvement
provoqué par P
(++)
car près de l'axe,
P engendre un
plus grand
déplacement de
l'extrémité du
segment
Applications des leviers sur l'être
humain
APPLICATIONS DES LEVIERS SUR L'ÊTRE HUMAIN
• Le corps humain est
composé d’une multitude
de leviers, chaque
articulation en est un, le
muscle joue le rôle de la
force appliquée,
l’articulation est le point
d’appui, et la charge peut
être un objet qu’on
transporte, ou la masse
de notre corps lui-même.
APPLICATIONS
DES LEVIERS SUR L'ÊTRE HUMAIN
• Les muscles ne peuvent produire
que des forces. Mais ce sont leurs
moments qui rendent compte des
rotations articulaires. Entre
force et moment, il y a des bras
de levier.
• Le moment du Biceps par rapport
au coude est M=F.d En général, d
est relativement petit pour les
muscles (disons 4 cm sur le
schéma soit 0.04 m). Par
conséquent les forces musculaires
sont généralement importantes si
l’on veut accélérer rapidement
[1/0.04=25]
APPLICATIONS
DES LEVIERS SUR L'ÊTRE HUMAIN
• Supposons un avant-bras de 2 kg et un bras de levier
pour le poids de D=10 cm. Le moment du poids par
rapport au coude est donc : M=2 x 9.8 x 0.1 = 1.96 N.m
Ligne d’action du poids Supposons que le bras de levier
du biceps soit d=4 cm.
Ex : pour créer un moment de
1.96 Nm, il faudrait une force
musculaire de
F = 1.96/0.04 = 49 N
C’est la force qu’il faut pour
soulever 5 kg !
(Environ 49/9.8)
APPLICATIONS
DES LEVIERS SUR L'ÊTRE HUMAIN
APPLICATIONS
DES LEVIERS SUR L'ÊTRE HUMAIN
• Exemple 1 : Force exercée par les extenseurs du cou pour tenir a tète
penchée en écrivant
▫ Plan sagittal
▫ Articulation ouverte : celle qui relie la vertèbre atlas et los
occipital de la tète
▫ Objet : la tète
▫ Charge : le poids P de la tète
APPLICATIONS
DES LEVIERS SUR L'ÊTRE HUMAIN
Exemple 2 : force exercée par le quadriceps
fémoral pour s’accroupir
▫ Augmentation de l’angle de
flexion du genou
• Le bras de levier de R
augmente
• Mais pas celui du muscle
• Le muscle doit forcer
d’avantage
Définitions spécifiques a la
biomécanique
Définitions spécifiques a la biomécanique
• Les forces : une force est une action qui est tentée de
causer ou cause un mouvement ou un
changement de mouvement. On distingue deux
types de forces :
▫ interne = force musculaire
▫ externe = attraction terrestre
• Donc la force est capable de déformer un corps, de
créer ou de modifier un mouvement.
• force interne action musculaire (contraction)
• force externe contrainte (gravite, réaction …)
• la force est représentée par un vecteur
Définitions spécifiques a la biomécanique
• Loi d’action / réaction :
Pour chaque force agissant sur un corps, il existe
une force égale de sens opposé et de même
direction qui agit sur ce corps.
Les facteurs qui influencent la
force efficace
Les facteurs qui influencent la force efficace
Les forces résistantes s’opposent au mouvement.
Les deux les plus courantes sont:
• Frottement: Le frottement fait généralement
référence à la friction entre un objet et une
surface. Imaginez que vous poussez un objet sur
un tapis. Vous ressentirez la résistance. Il sera
toutefois beaucoup plus facile de pousser cet
objet si vous êtes sur la glace, ce matériau offrant
beaucoup moins de résistance.
Les facteurs qui influencent la force efficace
• Résistance de l’air: Sur Terre, on lutte
continuellement contre la résistance de l’air. On
s’en rend compte lorsqu’on fait une activité à
l’extérieure, telle du vélo. Dans l’espace, par
contre, il n’y a pas d’air. Par conséquent, rien ne
peut ralentir le mouvement des corps célestes.
• Les muscles
• Equilibre statique
Les muscles
• Les différents types
de muscles :
Les muscles
• Les muscles sont dotés de propriétés : Contractilité /
Elasticité / Tonicité qui ne sont pas également
réparties.
• La forme du muscle (fusiforme / penné / segmenté
/ large) a un impact sur sa section physiologique et
la force maximale qui peut générer.
• Leur rôle est de créer le mouvement, pour cela ils
interviennent sur les os et les articulations pour
former des leviers. Il est possible de regrouper les
muscles en 2 grandes catégories :
▫ Les muscles du déplacement
▫ Les muscles de la posture
Les muscles
Muscles du déplacement
Muscles de la postures
Forme
Longs, fins, fusiformes (fibres et muscle ont la
même direction, ce qui est favorable au
déplacement)
Courts, plats, compacts. Souvent pennés (fibreset
direction du muscle n'ont pas la même direction ce
qui favorise la puissance par rapport au
déplacement)
Lieux
dans les extrémités, squelette distal, c'est à
dire les membres
Squelette proximal, tronc, gouttière vertébrale
(fessiers, abdo)
Typologie
Travaillent dans des leviers Inter Puissants (les
plus nombreux) Les leviers IP privilégient la
vitesse et le déplacement à la force.
Les fibres musculaires sont plutôt élastiques,peu
toniques, fortement et rapidement contractile,
mais fatigable
Travaillent dans des leviers inter résistant ouinter
appuis
Les leviers IR privilégient la force à la vitesse et
au déplacement.
Les fibres sont généralement moins élastiques
mais plus toniques. Elles présentent une grande
résistance à la fatigue
S'entrainen
tpar
Contractions dynamiques.
Efforts maximal à vitesse maximale
Efforts sous maximaux mais de longues
durées,
avec de nombreuses répétitions
Cette différenciation n'est pas stricte ; certains muscles peuvent participer de ces 2 catégories ou,
selon l'utilisation que l'on en fait, changer de statut .
Les muscles
• Par ailleurs, il peut être
utile de différencier le
rôle stabilisateur du rôle
moteur d'un muscle, en
fonction de son point fixe
dans le mouvement.
• Ainsi dans l'exemple cicontre, le Brachio-radial
(old. huméro-styloradial) a un rôle :
stabilisateur du complexe
articulaire du coude qu'il
comprime quand le point
fixe est le bras
• et un rôle moteur plus
important quand le point
fixe est l'avant-bras et la
main.
Rôle stabilisateur
Rôle moteur
Point fixe = Bras
Point fixe = avant-Bras
Les muscles
▫ Modélisation du muscle
1.
Composante visqueuse : Transfert
liquidien du muscle joue le rôle
d'un amortisseur visqueux
2. Composante contractile Fibres
musculaires contractiles
génératrices de forces
3. Composante élastique passive
Tissu conjonctif du corps
musculaire
Les muscles
Centre de masse
• Centre de masse = centre de gravité
• Le corps est sans dimension (pas de
longueur, de forme…) mais possède une
masse ponctuelle
• Les forces s’appliquent en ce point matériel
• La biomécanique
• Le CM est une propriété intrinsèque du
corps (la posture étant figée) Chaque
chaînon (càd segment) possède une forme,
une masse , un moment d’inertie
• Les forces s’appliquent en différents points
du corps et aux articulations Le CM dépend
de la posture (qui peut varier)
Equilibre statique
• Chaque partie/segment du corps possédant une
masse est affecté par son propre poids.
• L’effet mécanique des poids de chaque segment
est équivalent à celui d’un poids résultant
s’appliquant au CM du corps, considéré
comme un point matériel contenant toute
la masse du corps
Equilibre statique
• La réaction normale
▫ Cette force provient du contact
entre le corps et son
support, et de la réaction de
ce dernier (principe
d’action/réaction)
▫ La réaction normale est
toujours perpendiculaire au
support !
 Alors que le poids est toujours
vertical, la réaction normale ne l’est
pas forcément
Définition
Définition
•
Anthropométrie : étude des particularités
dimensionnelles et physiques du corps humain
biomécanique, nous avons besoin
des diverses informations pour étudier le
corps en mouvement :
• En
•
•
•
•
•
🞄Dimensions (ex : longueurs des segments, taille)
🞄Masses des segments
🞄Position du centre de masse
🞄Moments d’inertie
🞄Mais aussi : insertion des muscles et
• tendons, position des centres de rotation etc.
Définition
• Anthropométrie
▫ Les segments du corps humain
▫ Centre de masse
▫ Les os
Définition
• Anthropométrie :
segments corporels
De manière générale,
le corps humain est
décomposé en
segments, supposés
solides indéformables,
et reliés entre eux par
des articulations
permettant aux
segments de tourner
les uns par rapport aux
autres.
Définition
Le point proximal d’un
segment est le repère
anatomique (ex :
articulation) qui est le plus
proche du sommet du
crâne
• Le point distal d’un
segment est le repère
anatomique qui est le plus
éloigné (c-à-d distant) du
sommet du crâne.
•
Définition
•
Longueurs des segments corporels
▫ Table de Winter
Définition
• Masse (ou inertie) : grandeur physique qui caractérise la quantité de
matière contenue dans un corps. Elle quantifie la résistance à la mise en
translation d’un corps.
• Unité : le kg
• Ci-contre, données pour un
individu moyen.
• En pourcentage de la masse totale
• de l’individu.
• Les véritables valeurs
changent évidemment d’un
individu à l’autre !
Définition
• Exemple : La masse de la jambe est 4,33% de la masse totale du corps.
Si M=80 kg, la masse de la jambe peut-être évaluée à : 0.0433 x 80 =
3.464 kg
• La masse d’une seule jambe est donnée… C’est pourquoi le total n’est pas
égal à 100% de la masse de l’individu.
Définition
Formes d'équilibre
Formes d'équilibre
Conditions du maintien de la posture
D’un point de vue mécanique, trois conditions doivent être
réunies pour tenir une posture sur terre :
1. Reconnaître la verticale gravitaire (oreille interne) et, ainsi,
la direction des forces exercées par l’attraction terrestre ;
2. Stabiliser le centre de gravité de l’ensemble du corps
(appliqué au centre de masse) ou le maintenir placé au
dessus de la base d’appui (à la verticale de la base d’appui) ;
3. Disposer d’un polygone de sustentation ou base d’appui
(indépendamment de la disposition des segments corporels
les uns par rapport aux autres).
Formes d'équilibre
• D’un point de vue physiologique, trois
conditions doivent pouvoir être assurées :
1. Pouvoir reconnaître la verticale en rapport avec la
fonction de l’oreille interne ;
2. Pouvoir stabiliser chaque segment à un instant
donné (appui, forces de maintien) et composer la
stabilité de l’ensemble (afférences et réafférences
sensorielles multiples) ;
3. Disposer des appuis suffisamment stables et
rigides pour contrôler (équilibrer) les forces en
présence (forces intérieures et extérieures).
Formes d'équilibre
• Pour conserver l’équilibre, suivant les circonstances, la posture
doit :
1.
Organiser le placement des masses segmentaires pour que
l’ensemble, représenté par le centre de gravité général (G) du
corps, soit placé à la verticale de la zone d’appui ;
2.
Le degré de stabilité de l’équilibre dépend notamment de la
distance entre la verticale abaissée du G et les limites du polygone
de sustentation ; ce qui impose de placer les appuis dans la
direction et le sens prévisible d’un déséquilibre ;
3.
S’adapter aux modifications de la posture avec deux possibilités :
le déplacement d’un, voire de tous les segments corporels,
modifiant la situation spatiale du G sans changer les appuis au
sol, le changement des points d’appuis qui modifient le polygone
de sustentation et sa figure géométrique.
Formes d'équilibre
• Pour comprendre l’équilibre
de la posture debout, le corps,
considéré dans son ensemble,
est assimilé à un solide rigide.
Dans ce cas, il n’est soumis
qu’aux actions de la force
gravitaire, appliquée au centre
de gravité (CG) et de la
réaction des appuis au sol,
appliquée au centre des
pressions (CP). Dans un tel
cas, l’équilibre est obtenu
lorsque le centre de gravité du
corps se projette dans son
polygone de sustentation.
Formes d'équilibre
Chaque segment possède un centre de gravité segmentaire,
point d’équilibre du segment, auquel est appliqué son propre
poids. Chaque surface d’appui supporte un ensemble de
segments dont le centre de gravité ou barycentre (somme des
CG segmentaires) est situé plus haut en équilibre instable. De ce
fait, l’équilibre des segments corporels les uns sur les autres
dépend de la situation du centre de gravité correspondant, par
rapport à sa surface d’appui et des forces qui en contrôlent la
position.
Les forces internes sont nécessaires pour s’opposer aux forces
gravitaires qui tendent à faire chuter les segments sus-jacents
par rapport aux segments sous-jacents. En position debout, la
tête est en équilibre sur le cou, l’ensemble tête et cou l’est sur la
colonne thoracique, la colonne thoracique sur la colonne
lombale (lombo-pelvienne) et, ensuite, la ceinture pelvienne et
le tronc sont en équilibre sur les articulations coxo-fémorales,
celles-ci le sont sur les genoux et l’ensemble du corps est en
équilibre sur les chevilles et les pieds. Le maintien de l’équilibre
du corps par rapport aux chevilles dans le plan sagittal est un
exemple de la nécessité de l’action de forces internes pour ne
pas chuter en avant
Formes d'équilibre
Le maintien de l’équilibre debout, lors du changement
des positions segmentaires sans modification de la base
d’appui, fait appel aux processus de translations. Dans
ce cas, l’équilibration des forces en présence est assurée
•
par un déplacement segmentaire en sens opposé dans le
plan horizontal. Habituellement, les masses thoracoscapulaire et abdomino-pelvienne s’équilibrent dans le
plan sagittal. Ainsi, pour se pencher en avant, les
épaules avancent, la ceinture pelvienne recule. Aux
membres inférieurs, les hanches fléchissent, les genoux
restent en rectitude et les segments jambiers alignés sur
la cuisse placent ainsi les chevilles en extension (flexion
plantaire) (figure 1.3). Le déplacement de la partie
haute du corps vers l’avant et celui de sa partie basse
vers l’arrière permettent de garder la projection du CG
dans la base d’appui et ainsi de conserver l’équilibre et
d’éviter la chute. Cette synergie, initiée volontairement
pour se pencher en avant, correspond également à une
stratégie d’équilibration en réaction à la bascule du plan
d’appui au sol.
Formes d'équilibre
• Cette « loi » du maintien de l’équilibre de la position
debout est aussi illustrée lors des changements d’appui
dans le plan frontal. Par exemple, lors du passage de la
position debout en appui sur les deux pieds à celle de
l’appui sur un seul pied, la translation horizontale de la
ligne de charge de l’ensemble du corps vers le pied
d’appui est un préalable obligé. Il s’agit, dans ce cas, de
translater la projection du CG sur la zone d’appui pour
conserver l’équilibre. Lorsque cette translation ne peut
être effectuée, il devient impossible de lever un pied sans
perdre l’équilibre. Cette translation a aussi pour effet de
libérer le pied préalablement en charge au sol pour qu’il
puisse s’élever comme lors de l’initiation de la marche.
Formes d'équilibre
• Les forces internes au corps humain sont représentées par des forces
actives et des forces passives. Les forces actives sont les forces musculaires
contractiles et réactives (système nerveux) alors que les forces passives ne
sont pas réactives mais résistantes à l’étirement et avec un comportement
viscoélastique :
▫ Les forces actives sont en rapport avec la contraction musculaire et la formation de
ponts actine myosine au sein de l’ultrastructure musculaire qu’est le sarcomère sous
l’impulsion du système nerveux lorsqu’une unité motrice se contracte. Ces forces sont
coûteuses en énergie (ATP) et sous contrôle du système nerveux central. Une posture
maintenue de façon prolongée ne peut compter sur la seule force active au risque de
fatiguer. La posture se doit d’être économe et d’utiliser des forces passives ;
Formes d'équilibre
Les forces passives proviennent de l’allongement du tissu conjonctif fibreux par une
force extérieure. Celui-ci prend des formes diverses (en épaisseur, densité, forme et
longueur) représentées par le squelette fibreux des structures musculaires et leurs
tendons, les cloisons intra et intermusculaires ou fascias, les aponévroses de
recouvrement (fascia), les structures articulaires capsulaires et ligamentaires. Ce sont
des forces passives non coûteuses en énergie et résultant de la résistance opposée par
les structures fibreuses à l’étirement. Ces forces passives sont d’autant plus
importantes que la structure étirée s’allonge et qu’elle se rapproche de sa course
externe. Une posture maintenue de façon prolongée dans le temps présente des
inconvénients pour ces structures fibreuses qui sont exposées au risque de fluage
lorsqu’elles sont soumises à des contraintes qui se prolongent dans le temps. D’autre
part, la présence de fatigue musculaire rend l’équilibre postural moins stable.
Formes d'équilibre
• Avec le temps, l’ensemble des forces internes du maintien postural
fatigue sous l’effet de la contrainte. Les structures actives s’épuisent
et les structures passives se déforment. Ce qui impose de changer de
position pour modifier finement les lignes d’appuis et les réactions
des forces internes, actives et passives. Ces changements sont
imperceptibles à l’œil nu mais peuvent être mis en évidence avec les
outils de laboratoire (plateforme de force, analyse cinématique,
électromyogramme).
• L’inertie des segments corporels et de l’ensemble du corps
représente un autre type de force passive qui n’intervient que
lorsqu’il y a mouvement.
• L’équation du mouvement de translation s’écrit F = mγ
• L’équation du mouvement de rotation s’écrit ΣMt Fext = Iθ”.
• L’inertie corporelle correspond à la masse du corps ou à celle des
segments corporels pour les mouvements de translation et au
moment d’inertie (I miri2) pour les mouvements de rotation. Suivant
les circonstances et suivant le plan considéré (horizontal ou
vertical), l’inertie corporelle ou l’inertie segmentaire est susceptible
de s’opposer au mouvement ou au contraire d’en favoriser la
dynamique.
Rapport entre pesanteur et
action musculaire
Rapport entre pesanteur et action musculaire
• Appui
La force de la gravitation est une constante physique incontournable. Tous les corps,
animés ou non, subissent cette attraction, quelque soit la position, verticale, assise ou
allongée. L’immersion dans l’eau atténue cette force, selon le principe d’Archimède, et
peut être utilisée dans la rééducation en piscine.
Le centre de gravité du corps se situe dans le bassin, devant S2, au milieu d’une
horizontale passant par le sommet des deux hanches (toit de l’acétabulum). Le maintien
en équilibre dépend de la projection de l’aplomb du centre de gravité dans l’aire du
polygone de sustentation, qui est étroit chez l’homme, dans la marche normale.
I - La réaction neurologique à la force gravitaire est un redressement par activité réflexe
des muscles extenseurs du Membre inférieur. La voie de ce réflexe élémentaire est la
boucle gamma, de niveau médullaire et segmentaire, dont l’activité est modulée au
cours de la marche, par les centres supérieurs.
II - Dans le mouvement du Membre supérieur, l’appui proximal, qui est une nécessité
anatomique, s’exerce au niveau inter - articulaire : à la racine du membre sur le tronc
(épaule) et entre les segments de membre. De ce fait, dans le déroulement spatial du
mouvement, toutes les articulations subissent une contrainte mécanique
proportionnelle à l’effort (en charge par exemple).
Rapport entre pesanteur et action musculaire
• Mouvement : organisation temporo spatiale
Pour atteindre leur finalité, les déplacements des
segments de membres doivent être organisés dans
l’espace et le temps. Cette régulation s’effectue
dans les centres supérieurs : Cerveau, Tronc
cérébral, Cervelet. Le tout est organisé
(programmé) de façon à constituer des chaînes
musculaires cinétiques (C.M.C.) efficaces et bien
liées.
Rapport entre pesanteur et action musculaire
• Réglage de la tonicité
Que le mouvement soit libre ou en charge, le tonus
musculaire des agonistes et antagonistes est lui-même
régulé par les centres sous - corticaux et le paléo - cervelet.
La commande régulatrice est assurée par les voies
motrices extra - pyramidales.
A noter que, dans la flexion, l’étirement des antagonistes
(extenseurs) n’est pas un phénomène passif (comme sur
un élastique). Il existe une régulation neurologique de
l’extenseur (asservissement de l’antagoniste) dont le tonus
s’accorde au degré de flexion, équilibrant ainsi les forces
mécaniques dans l’espace intra - articulaire. Cette tonicité
active de l’antagoniste est très appréciable au cours du
mouvement en charge.
Rapport entre pesanteur et action musculaire
• Réglage de l’équilibre
Dans les différentes attitudes du mouvement, la
régulation corrective de l’équilibre est assurée par
les organes sensoriels vestibulaires et visuels ainsi
que par les sensibilités
proprioceptives conscientes et inconscientes.
Définition
Définition
• la coordination est : « la capacité de l’organisme à
réaliser un mouvement par l’action simultanée et
harmonieuse du système nerveux et des muscles
squelettiques concernés. ».
• Communément, elle qualifie l'adresse, la dextérité avec
laquelle nous effectuons une action motrice volontaire.
C’est « l'ajustement spatio-temporel des contractions
musculaires pour produire une action adaptée au but
poursuivi ». Il s'agit pour la personne de faire intervenir
les muscles appropries au moment opportun et avec la
force adaptée.
• On peut distinguer la coordination générale qui se
manifeste dans la motricité quotidienne (et ce depuis
la première enfance) de la coordination spécifique.
Définition
• La coordination matricielle fait référence à la
coordination physique et motrice qui permet à
l'individu de se déplacer, de manipuler
des objets, de se déplacer et
d'interagir avec ceux qui les entourent.
• La coordination motrice est également liée à la
capacité du cerveau à émettre des impulsions
nerveuses capables de synchroniser et de
coordonner les mouvements des muscles et des
extrémités du corps, afin de permettre la
réalisation de diverses activités.
Définition
• C'est-à-dire que la coordination motrice
dépend également d'autres fonctions
physiques et mentales importantes pour le
fonctionnement du corps humain, telles que le
système nerveux, le cerveau, la moelle épinière, le
squelette et les muscles.
• Par conséquent, la coordination motrice permet aux
individus d'effectuer un grand nombre de
mouvements qui nécessitent de la vitesse, du
déplacement, de l'endurance et de la force.
• En ce sens, il est important que les gens développent
une bonne coordination motrice qui leur permet
d'effectuer un grand nombre de tâches quotidiennes,
d'activités privées et même d'exercices
Définition
Les périodes privilégiées du développement des facultés de
coordination
Le développement des facultés de coordination doit débuter très tôt dans
l'enfance, puisque c'est avant 10 ans qu'on note l'acquisition d'une multitude
d'habiletés motrices et gestuelles.
• Avant 10 ans il faut stimuler l'enfant par un grand nombre d'exercices
moteurs divers et variés pour qu'il capitalise un maximum de schémas de
programmations motrices générales.
• De 10 ans à la puberté, le geste et la précision s'affinant, la stimulation
devra être effectuée par des apprentissages axés sur des habiletés fermées,
c'est-à-dire comportant peu d'incertitudes, et en répétant les gestes dans
des situations variées). C'est la période de l'orientation sportive mais dans
une optique pluridisciplinaire.
• Pendant la période pubertaire, les changements de taille et de poids
modifient et perturbent la coordination. Il faut donc chercher à maintenir
les acquis précédents et à spécialiser le jeune vers des techniques
spécifiques.
• Après cette période, les dimensions corporelles ayant atteint un équilibre et
les qualités physiques telles que la force ayant augmentées, l'entraînement
pourra devenir spécifique et tendre vers le perfectionnement.
Définition
La coordination générale et la coordination spécifique
• La coordination générale correspond à toutes les actions
psychomotrices non spécifiques, c'est-à-dire hors forme de
production gestuelle destinée à réaliser un objectif précis et
réglementé dans une discipline. L'apprentissage et l'entraînement
doivent faire en sorte que le nombre de schémas de programmations
motrices générales soit le plus élevé possible pour faciliter
ensuite l'intégration de schémas spécifiques à une activité
sportive. Des "copies" de programmes, déposés dans les couches
profondes du système nerveux central, vont être enrichies et
perfectionnées par de nouveaux enseignements et permettront de
constituer les fondements de futurs mouvements coordonnés.
La vitesse d'acquisition de nouvelles habiletés : l'acquisition
d'un mouvement nouveau se basera sur le répertoire d'anciennes
coordinations possédées par l’individu. Plus ce répertoire sera
conséquent, plus rapide sera l'acquisition d'un nouveau mouvement
et plus le temps à consacrer aux autres secteurs sera important.
Définition
Les facteurs influents de la coordination
Les facteurs d'exécution et de régulation intervenant dans
la coordination motrice sont liés aux qualités
psychomotrices et physiques.
• Les qualités psychomotrices :
▫ Il s'agit des qualités sur lesquelles l'apprentissage moteur
va intervenir. Il vise la forme de production gestuelle
précise et intentionnelle à partir d'une boucle "action retour d'informations - rétroaction" ou feedback.
Dans le domaine sportif on peut classer l'ensemble des
procédés et des méthodes d'apprentissage dans la
technique. En s'appuyant sur la boucle rétroactive
l'apprenant va :
 Analyser un objectif désiré, un modèle d'actions, et le résultat
de ces actions ;
 Affiner le modèle de référence pour produire les actions exigées
destinées à accomplir l'objectif désiré.
Définition
▫ La production gestuelle va être dépendante des conditions
suivantes :
 Les conditions d'orientation : elles permettent d'adapter son
propre comportement moteur aux modifications spatiales
environnantes ;
 Les conditions de différentiation : elles permettent de nuancer et
d'adapter des forces de mouvement sur une partie de la
musculature alors que d'autres parties sont aussi en mouvements ;
 Les conditions d'équilibre : elles permettent a un corps de
maintenir une position ou d'y revenir s'il en est écarté ;
 Les conditions de rythme : elles permettent de réaliser un
mouvement cadencé de façon dynamique ;
 Les conditions de réaction : permettent l'analyse d'une situation et
de la mise en œuvre d'une réponse adaptée dans un très bref délai.
• On peut ajouter les conditions de réajustement qui permettent
de transformer l’action motrice en cours pour s’adapter à une
situation nouvelle ou la continuer sous une forme nouvelle.
Elles nécessitent de développer les capacités de réaction et
d’anticipation.
Définition
• Les qualités physiques
• Il s'agit des qualités faisant intervenir les fonctions
cardio-respiratoires et musculaires.
▫ La vitesse et la force : plus particulièrement la vitesse
gestuelle et la capacité de coordination
intermusculaire (couple agoniste - antagoniste). Les
facteurs neuromusculaires permettent à l'agoniste de
produire la plus grande vitesse possible alors que
l'antagoniste se relâche.
▫ La souplesse : l'absence d'un freinage occasionné par
une résistance parasite au contrôle d'un mouvement
permet une réalisation avec une grande amplitude
articulaire.
▫ L'endurance : elle permet de pouvoir répéter une
action motrice avec maîtrise et fiabilité.
Définition
• Les méthodes de développement de la
coordination
• Les qualités de coordination ne peuvent être
développées ou améliorées que par la répétition
d'exercices nécessitant une grande contribution
coordinative.
• Des exercices nouveaux, plus ou moins difficiles,
demandant une adaptation de réalisation ;
• Des situations motrices simples connues amplifiées
en difficulté ;
• Des exercices diminuant le temps d'exécution des
actions ;
• Des situations modifiant les contraintes externes à
l'action.
Définition
L'orientation de développement par les qualités psychomotrices
• Répétition des actions motrices
en modifiant les contraintes
temporelles :
▫ Augmentation du rythme
d'exécution des actions ;
▫ Diminution du temps
d'apparition des signaux
déclencheurs de la réaction.
• Répétitions d'actions motrices
en modifiant les contraintes
externes à celles-ci :
▫ Contraintes d'orientation
spatiale par modification des
repères associés à la perception
(distances, dimensions de
zones de jeu), réalisation de
gestes connus dans des
positions différentes,
modification de la taille des
cibles ;
▫ Contraintes d'équilibre :
réalisation de gestes connus
dans des positions en
déséquilibre ;
▫ Contraintes de variation de
nature d'opposition :
modification de la charge
(allègement ou
alourdissement), modification
de la complexité (actions
favorisantes ou entravantes).
• Complexification des
réalisations d'actions :
▫ Réalisation de plusieurs
actions motrices maîtrisées de
façon simultanées
(différentiation) ;
▫ Exécution d'actions avec les
membres opposés à ceux
utilisés habituellement
(latéralisation).
Définition
L'orientation de développement par les
qualités physiques
• Développement de la force :
Les adaptations neuromusculaires spécifiques permettant
la coordination intermusculaire, et plus particulièrement
celle du couple agoniste - antagoniste, seront réalisées
grâce à des mouvements avec charges lourdes suivis de
mouvements spécifiques.
Toujours en rapport avec la force et la contraction
musculaire, dans le but de complexifier ou de faciliter les
exercices, une variation de la charge opposée
(alourdissement ou allègement) sera proposée pour
favoriser ou entraver le mouvement. La variation doit
rester dans des proportions raisonnables (5-10%) pour ne
pas dégrader le geste et l'exécution doit être réalisée à
vitesse maximale.
Définition
• Développement de la vitesse :
L'augmentation de la vitesse d'exécution d'une action est
positive pour l'amélioration de la coordination. Il est possible de
jouer sur la vitesse gestuelle, c'est-à-dire diminuer le temps
accordé à l'exécution de la tâche, où sur la fréquence gestuelle
en répétant la tâche le plus grand nombre de fois possible dans
un laps de temps défini.
Développement de la souplesse : les deux critères permettant
d'améliorer la coordination en ce qui concerne la souplesse sont
l'amplitude articulaire et le relâchement de l'antagoniste. Le
développement passera donc par toutes les formes d'exercices
passifs ou actifs, dynamiques ou statiques, généraux ou
spécifiques.
Définition
• Développement de l' endurance :
Le développement général de l'endurance permet d'influencer
positivement la coordination en permettant un meilleur taux de
reproduction du geste efficace. L'automatisation des gestes est aussi
une voie d'économie énergétique car réaliser un geste sans contrôle de
la volonté est plus économique que dans le cas contraire. La méthode
adaptée pour le développement de l'automatisation des gestes est la
répétition.
Reflexes
Reflexes
• Etude des Réflexes :
I.
Réflexes ostéo-tendineux ( ROT): réflexe monosynaptique ,
donc ont valeur localisatrice pour métamère médullaire concerné,
rechercher chez patient relâché / percussion d’un tendon à l’aide
marteau à réflexe, réponse : contraction du muscle
correspondant, cette réponse sera analysée dans son amplitude ,
la symétrie est la règle chez un sujet normal.
Reflexes
1.
1.
2.
3.
4.
Aux MS :
R tricipital : avant-bras en semi-flexion, maintenu par l’examinateur , percussion du
tendon du triceps brachial au-dessus de l’olécrane , réponse : contraction du triceps
et extension du coude , niveau de l’arc réflexe : C7, nerf radial .
R bicipital: avant-bras en semi-flexion et supination , percussion du pouce placé sur
le tendon bu biceps brachial→ contraction biceps et flexion du coude ( C5, nerf
musculo-cutané)
R stylo-radial: avant-bras en semi-flexion et position intermédiaire entre pronation
et supination, percussion du bord externe du radius peu au- dessus styloïde radiale→
contraction brachio-radial et flexion du coude ( C6, nerf radial) .
R cubito-pronateur :avant-bras en semi-flexion et en légère supination, percussion
de la styloïde ulnaire → pronation avant-bras ( C8, nerf ulnaire) .
Reflexes
2.
1.
2.
Aux MI:
R rotulien: percussion tendon rotulien patient assis jambes pendantes
ou couché jambe semi-fléchie soutenue par examinateur →
contraction du quadriceps et
extension du genou ( L4,nerf
fémoral).
R achilléen: percussion tendon d’Achille → contraction triceps sural et
flexion plantaire du pied ( S1).
Reflexes
• ROT : présents et normaux ou vifs ou abolis.
• Abolition ROT: aréflexie, n’a de valeur que si R
idiomusculaire est conservé →atteinte du SNP
« polymorphisme mononucléotidique » (Différence
génétique entre individus d'une même population,
correspondant à la variation d'une seule base dans
une séquence nucléotidique déterminée), atteinte
brutale SNC : système nerveux central ( médullaire
ou cérébrale), à la phase de début.
▫ Exagération ROT:
 vifs: amplitude augmentée.
 polycinétiques: plusieurs réponses pour 1 stimulation.
 diffusés: ou extension zone réflexogène : réponse réflexe est
obtenue même en stimulant plus loin que la zone réflexogène
habituelle.
Reflexes
• ROT sont exagérés dans ∑d pyramidal (support de la motricité
volontaire) :
▫ Vivacité isolée : chez sujet neurotonique ( tendu, anxieux)
• Cotation des Réflexes





4+: très vifs, polycinétiques (avec clonus)
3+: plus vifs que la normale mais pas forcément anormaux.
2+: moyens, normaux
1+: diminués, à la limite inférieur de la normale
0: abolis ( pas de réponse)
• Signes accompagnateurs affirmant ↗ROT:
▫ Clonus: série de contraction rythmique d’un muscle, provoquée /
étirement du tendon , clonus du pied en fléchissant brusquement pied
sur la jambe, clonus de la rotule : en repoussant brusquement la rotule
vers le bas .
Reflexes
II. Reflexes proprioceptifs:
• Manœuvre d’Hoffmann: l’examinateur tient entre son pouce et
l’index , la 1° phalange de l’index et majeur du patient auquel il
imprime une brusque flexion→ flexion des doigts et flexionabduction du pouce.
• Manœuvre de Rossolimo: percussion la face plantaire au niveau de
la région métatarso-phalagienne →flexion plantaire des orteils.
• Réflexe pendulaire : pour reflexe rotulien et tricipital → réponse
réflexe est une série d’oscillations pendulaires de la jambe ou avantbras.
Reflexes
III. Etude de la coordination motrice :
• Coordination des mouvements est sous dépendance du cervelet et
les voies de la sensibilité proprioceptive, étudiée les mouvements
finalisés exécutés les yeux fermés puis ouverts.
▫ Aux MS:
Epreuve doigt-nez : malade tient MS étendu en abduction , on lui
demande de toucher rapidement le bout de son nez avec l’extrémité de
l’index « Manœuvre des marionnettes »
▫ Aux MI:
Epreuve talon-genou-cheville: malade en décubitus dorsal, on lui
demande de porter le talon controlatéral, de descendre jusqu’à la
cheville en suivant la crête du tibia et de remonter
Reflexes
• Troubles : traduisent l’atteinte du cervelet :
Hypermétrie ou dysmétrie: trouble de la coordination dans
l’espace , mouvement dépasse son but ou est instable sur le but .
Adiadococinésie: difficulté ou impossibilité à effectuer rapidement
des mouvements alternatifs (à la manœuvre des marionnettes).
Dyschronomètrie: retard à l’initiation et à l’ arrêt du mouvement,
par ex: épreuve doigt-nez exécutée simultanément par les 2 index.
Reflexes
Reflexes
Reflexes
Reflexes
Sommaire
I.
Généralités :
I.
II.
Définition
Les lois physiques appliquées en
biomécanique
II. Lois des leviers
I.
II.
III.
Définition
Types de leviers
Applications des leviers sur l'être
humain
III. Lois de résistance de force
I.
II.
IV. Loi de l'équilibre segmentaire
Définitions spécifiques a la
biomécanique
Les facteurs qui influencent la
force efficace
I.
II.
III.
V.
Définition
Formes d'équilibre
Rapport entre pesanteur et action
musculaire
La coordination
I.
II.
III.
Définition
Reflexes
Rôles des niveaux supérieurs sur
la coordination
CINÉMATIQUE
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