AK1987_14_10_561-566

Ann. Kinésithér., 1987, t. 14,
© Masson, Paris, 1987
nO
10, pp. 561-566
VOCABULAIRE DE BIOMÉCANIQUE
L
LEROY
(Symbole
LIGNE
« L »)
Unité de mesure standard utilisée pour évaluer le retard
aux rendez-vous.
1 L = 1 heure.
fractions.
Les
portions
d'heure
s'évaluent
en
LEVIER
Arrangement mécanique qui multiplie la force appliquée à un système mobile tout en réduisant inversement
la distance pendant laquelle cette .force agit.
Un levier est un système qui tend à changer l'avantage
mécanique d'une force appliquée. Il se constitue de deu~
forces et une articulation ou fulcrum. Les deux forces
peuvent être une force d'effort (contraction musculaire)
une force de résistance (poids tenu dans la main ou
réaction du sol sur lequel on s'appuie). La distance
perpendiculaire
de chaque force mesurée à partir du
fulcrum s'appelle le bras de levier.
Les fonctions d'un levier sont doubles. D'abord un
levier est utilisé pour accroître les produits lors de
l'application
d'une force. Un levier peut allonger la
distance sur laquelle la force agit et de cette manière
réduire la vitesse du mouvement. Des exemples de la
dominance de ces deux fonctions se trouvent dans le
système musculo-squelettique.
La fonction exacte dans chaque cas particulier dépend
de la longueur des bras de levier des deux forces. Les trois
cas de levier suivant ont été identifiés de cette manière :
1. 1re classe : force-effort et force résistante de chaque
côté du fulcrum ;
2. 2e classe : force-effort et force résistante du même
coté du fulcrum, le bras de résistance étant du côté du
fulcrum ;
3. 3e classe : force-effort et force résistance du même
côté du fulcrum, avec la force d'effort plus proche du
fulcrum.
Il s'agit d'une classification arbitraire : l'importance
d'un système de levier dépend de sa fonction et non sa
structure.
Les différentes classes de leviers permettent
une
augmentation
ou diminution de l'un des trois facteurs
mécaniques : force, vitesse et amplitude du mouvement.
L'addition d'un poids externe peut changer la classe de
levier.
v. Fulcrum.
v. Avantage
mécanique.
DE FORCE
Une ligne qui représente le vecteur résultant de la force
de réaction au sol, dessinée avec comme point de départ
le centre de pression et avec la grandeur et la direction
déterminées par les composantes mesurées du vecteur de
force de réaction au sol.
Cette présentation est devenue facile à comprendre
parce que les outils d'analyse récents combinent le plateau
des forces et des images vidéo de manière à mettre en
évidence la ligne de force instantanéé immédiatement
après l'examen d'un patient.
Cette technique souffre bien entendu des limitations que
l'on peut appliquer à la signification du centre de pression,
site d'où part la ligne de force.
Sur l'image fournie par l'appareil Kistler, la présentation de la ligne de force contient cinq informations
différentes et les unités de mesure ne sont pas nécessairement les mêmes. Ces unités de mesure doivent apparaître
sur le document.
CBX - centre de pression pour la coordonnée X - en
mètre ou en pourcentage de longueur de chaussure ou
en pourcentage de longueur du pied.
CBY - centre de pression pour la coordonée Y - en mètre
ou en pourcentage
de longueur de chaussure ou de
longueur du pied.
Fz - composante verticale de force de réaction au sol en newton ou N.
My - composante
antéro-postérieure
de la force de
réaction au sol - en newton.
Fx - composante médio-Iatérale de la force de réaction
au sol - en newton.
Une vue sagittale regroupe seulement Fy, Fz, et CBY.
LIMITE
PROPORTIONNELLE
Le point où la courbe contrainte-déformation
d'un
matériau reste inférieure à la proportionnalité contraintedéformation. En d'autres termes, ceci est synonyme du
terme « limite de Hooke ».
LIMITE ÉLASTIQUE
La contrainte interne maximale au delà de laquelle une
déformation permanente aura lieu.
LOI D' ACCÉLÉRATION
(2e loi de Newton)
La vélocité d'un corps peut changer seulement sous
l'action d'une force extérieure.
L'accélération produite est proportionnelle
à la force
et se produit dans la direction de cette force.
562
Ann. Kinésithér.,
1987, t. 14, n° JO
LOI D'ACTION-RÉACTION
(3e loi de Newton)
Chaque force s'accompagne
d'une force égale et
opposée.
Dans la marche, c'est cette réaction au sol qui permet
la progression - si le sol glisse, ce sont les pieds du
marcheur qui patinent en arrière.
L'analyse
biomécanique
du mouvement
humain
comporte toujours le postulat que chacun des segments
du corps est rigide et constitue un maillon cinétique.
v. Cinétique.
v. Cinématique.
MALLÉABLE
LOI DE HOOKE
La déformation d'un matériau est proportionnelle à la
contrainte appliquée.
Déformation Hookéènne : Déformation d'un matériau
pendant laquelle la courbe contrainte-déformation
démontre une proportionnalité
constante entre la contrainte et
la déformation.
(1re loi de Newton)
LOI D'INERTIE
Un corps au repos tend à rester au repos. Un corps
en mouvement tend à poursuivre sa trajectoire.
Accélération ou déflexion de la course sont le résultat
d'une force extérieure. Le corps résiste au démarrage
(inertie), mais une fois en mouvement
linéaire ou
angulaire, le corps continue jusqu'à ce qu'une autre force
l'arrête.
LONGUEUR
DE REPOS
Un muscle possède une longueur de repos à laquelle
il revient lorsqu'il n'est plus soumis à aucune force
externe.
v. Tension-longueur.
LUBRIFICATION
de type « Boundary layer »
Lubrification par de la graisse épaisse, empêche le
contact à cause de sa raideur mécanique, réduit l'usure
des coussinets à vitesse lente.
LUBRIFIANT
Un solide, un liquide ou un gaz qui" minimise
frottement et l'usure entre deux surfaces mobiles.
v. Tribologie.
le
LUBRIFICATION
HYDRO-DYNAMIQUE
Système de coussinets dans lequel un fluide est pompé
entre deux surfaces solides de manière que ces surfaces
mobiles flottent sur le fluide sans se toucher l'une l'autre.
Pour que le système de ce type fonctionne, il est
important qu'une pellicule (ou film) de liquide lubrificafeur reste constamment au contact simultané des deux
surfaces en mouvement. La séparation des deux surfaces
« brise» le film lubrificateur et gène le mouvement des
surfaces solides.
v. Tribologie.
MAILLON CINÉTIQUE
Assimilation d'une partie du corps humain à un corps
rigide chargé d'une fonction mécanique. Ainsi l'avant-bras
antébrachial constitue un maillon cinétique et le bras
constitue le maillon cinétique brachial, ces deux maillons
cinétiques étant liés entre eux par l'articulation du coude.
Propriété qui permet à un matériau solide de changer
de forme sous des coups de marteau répétés. Il s'agit d'une
transition temporaire de la rigidité au cisaillement vers
l'état fluide.
MASSE
Résistance d'un corps à l'accélération par une force de
taille unitaire (v. Poids).
Propriété d'une matière qui résiste à l'accélération par
une force externe. Ce n'est pas le poids.
La quantité de matière contenue dans un objet. La
masse peut être conçue comme le (lombre d'atomes dans
un objet qui resterait constante quelque soit sa place dans
l'univers où les conditions de gravitation.
Le poids, cependant peut alors varier du fait de ces deux
dernières conditions.
L'importance
de la masse en
mécanique est qu'elle représente en terme linéaire, la
résistance à un changement d'état, ainsi la résistance à
l'accélération et la résistance à la décélération.
Symbole : m
v. Poids.
v. Accélération.
v. Inertie.
MATTA GE
Désigne l'action de frapper un matériau de manière
répétée jusqu'à ce qu'apparaissent
des fractures soujacentes et un délitage de la surface.
v. Impact.
v. Délitage.
MODÈLE MÉCANIQUE
DE HILL
Modélisation du muscle qui précise la présence de deux
tissus indissociables : contractile et extensible (C), non
contractile et déformable (tendon apparent, tendon caché
et cloisons inter-fasciculaires). Ce tissu fibreux, raide mais
légèrement élastique (environ 4 à 10 % de la longueur
de repos) se divise en Éléments Élastiques Série (ES) : le
tendon apparent et le tendon caché qui lui fait suite, puis
les Éléments Élastiques Parallèles (EP), cloisons et
aponévrose d'enveloppe, périmysium et sarcolemme.
Exemple : en a. le modèle mécanique au repos;
b. le muscle étant soumis à l'étirement passif, les éléments
élastiques parallèles, à partir de 120 à 130 % de la
longueur de repos, jouent un rôle important dans la
résistance de l'étirement;
c. le muscle se contractant pour résister à l'étirement, le
site de tension maximale se trouve à la jonction myotendineuse et dans le tendon (b. et c. d'après Esnault, 1987).
v. Tension-Longueur.
Ann. Kin ésithér., 1987, t. 14, n° ID
563
'.P
~'<I'
I~
[.P.
contractiles,
et Ls, longueur des éléments série. Les
éléments
élastiques
parallèles
(cloisons,
enveloppes
conjonctives de la fibre, de faisceaux et du muscle en
entier, tendon caché) ne participent pas de la longueur
totale.
~
v. Tension-Longueur.
Le.
e ..s.
e..c. ,
e.P.
e. a..
MODÈLE
MÉCANIQUE
DE HILL
L.
MODIFIÉ
Le modèle de Hill, tel qu'il était conçu à l'origine, ne
concevait que des fibres musculaires implantées d'un
tendon à l'autre, en bref seulement le muscle fusiforme.
Il s'agit d'une morphologie qui n'est pas majoritaire dans
le corps humain, et pour obtenir un modèle mécanique
plus compatible avec la réalité (surtout la réalité clinique),
nous proposons (Esnault, 1987) des fibres musculaires
tendues obliquement entre de longues lames aponévrotiques, comme celà est le cas dans les muscles pennés et
bi-pennés (ischio-jambiers, triceps sural) chez lesquels les
problèmes d'extensibilité sont toujours plus importants.
v. Tension-Longueur.
e.s.
MODÉLISATION
DE LEVIER
CINÉTIQUE
Une modélisation biomécanique nécessite la connaissance précise de la valeur de masse segmentaire, la position
des centres de masse, la position des centres de rotation
articulaire, et les moments d'inertie. Ceci se combine à
partir de tables statistiques basées sur les populations
théoriques, en respectant les règles suivantes :
a) chaque segment possède une masse déterminée localisée en un point de masse au lieu du centre de gravité du
segment;
b) le placement du centre de gravité reste fixe pendant
le mouvement;
c) les articulations sont considérées se comporter comme
des articulations à charnière;
d) le moment de masse d'inertie pour chaque segment
autour de son centre de masse (ou autour de l'une des
articulations distales ou proximales) est constant dans le
mouvement.
Ci-dessous, la figure montre la relation qui existe entre
les mesures anthropométriques,
cinématiques, et cinétiques en relation avec les forces les moments et les énergies
calculées.
t-1H5l1re:;
MODÈLE
MÉCANIQUE
DE AUDU ET DAVY (1987)
Il s'agit d'une application du principe de d'Alembert,
série d'équations utilisées pour décrire le mouvement d'un
système de corps rigides interconnectés. Dans ce modèle,
on retrouve la composante contractile (E.C.), la composante élastique série (E.S.) et la composante élastique
parallèle (E.P.), mais il s'y ajoute les éléments amortisseurs (E.A.) qui sont le témoin du comportement
visco-élastique du muscle. Il s'agit d'un amortisseur de
comportement linéaire. Dans l'exemple, la longueur L du
muscle est la somme de Lc, longueur des éléments
,"orees de rém:LÎol1
cinp.lnaLiqlJe~j
,.
l"1esures
r-11ImmIL~j
cinC!Liques
Iles fIlusclp.s
t-1esures
anUlI'upo!n(!Lri
Ilues
1'1 rnllsc!H
'" M qUHd.
- f-l
i:;cl1iu-J.
'"
564
Ann. Kinésithér.,
1987, t. 14, nO 10
MODULE D'ÉLASTICITÉ
Le rapport entre la contrainte et la déformation en un
point quelconque de la plage de déformation élastique,
fournissant une valeur de raideur. Les modules en
compression et en traction sont différents pour chacun
des tissus biologiques, qui sont anisotropiques.
Synonyme : module de Young,
Unités de mesure: le module d'élasticité adopte les unités
de contrainte car le rapport contrainte/déformation ne
possède pas de dimension, il est variable par définition.
S'exprime en Pa/cm2 ou en N1'cm2.
Symbole : E.
p= rayon de rotation = 113 du diamètre du corps
Z représente la décélération appliquée à l'articulation de
hanche au moment du contact talon-sol.
Ikk y représente le moment d'inertie de la propulsion.
MOMENT
En mécanique les contraintes qui prennent place à
l'intérieur d'un matériau ou d'une poutre, ou d'une
colonne, qui sont la conséquence de charges extérieures
qui ont tendance à le faire tourner, soit comme un tout
soit à faire tourner l'une de ses parties en relation avec
l'autre.
Moment des forces
La distance perpendiculaire entre le point d'application
d'une force et l'axe de rotation.
Le moment est un effet circulaire produit par la force.
Calculé en tant que produit de la force et distance
perpendiculaire entre le point d'application de la force et
l'axe de rotation. En terme de vecteur le calcul des
vecteurs produit de force et distance.
unité: il s'agit de Newton-mètres (N.m)
Ces unités ont la même dimension que celles du travail
et le contexte doit être utilisé pour distinguer entre les
deux quantités.
La notion de couple ou (torque) est liée à celle du
moment, puisqu'il s'agit d'un effet tournant produit par
la force.
symbole : M.
~= y~ d3.\~.
~"'fo
R.t.\
v. Couple.
MOMENT D'INERTIE
MOMENT CINÉTIQUE
Ceci représente le produit d'une force appliquée par le
temps pendant lequel la force s'exerce. Il est possible
d'exprimer le moment cinétique en kilos par mètre
seconde.
L'équivalent rotationnel de la masse en ce qui concerne
l'effet mécanique, c'est-à-dire la résistance au changement
d'état, accélération, décélération, au cours de la rotation.
De manière intuitive, ceci apparaît se trouver sous la
dépendance de la masse de l'objet et de la manière dont
la masse est distribuée. De ce fait, l'effet de la distribution
de la masse domine comme l'indique la formule suivante:
1 = mr2 dans laquelle m = la masse et r = résistance
par rapport à l'axe de rotation.
Pour la masse, il n'existe qu'une seule valeur, mais pour
le moment d'inertie, une nouvelle valeur se crée à chaque
fois qu'un nouvel axe est choisi. Ceci nous ramène au
concept des centres instantanés de rotation : lors des
déplacements des articulations du corps humain, les
centres instantanés se déplacent, ce qui fait varier à chaque
fois le moment d'inertie du membre qui se déplace.
L'unité choisie est en général le kgm2.
symbole : Ikk ou kk représente l'axe autour duquel le
moment d'inertie est calculé.
MOMENT DE GYRATION
Concept abstrait utilisé pour estimer le moment
d'inertie des segments du corps. Si toute la masse d'un
corps rigide se trouvait concentrée en un point situé à
la distance k de l'axe de rotation kk de telle manière que
mk2 = Ikk, dans ce cas, la distance k est dite égale au
rayon de gyration, car m.k2 = Ikk et k = SQRT (Ikk/m).
symbole : k.
l'articulation sacro-iliaque est un amortisseur
de rotation (d'après Steindler)
ikk = mp2
Exemple:
An11. Kinésithér.,
MOUVEMENT
ANGULAIRE
Tout _mouvement qui n'est pas linéaire. Si l'axe de
rotation est fixé (ce qui n'est pas possible dans les
articulations humaines) toutes les particules du corps se
déplacent de manière circulaire. Si l'axe de rotation n'est
pas fixé, le mouvement se traduit par une combinaison
de translation et de rotation, c'est ce que l'on observe chez
l'homme et les animaux. Le mouvement des segments du
corps humain sont fréquemment décrits autour d'axes
fixes, alors qu'en fait, les centres articulaires sont soumis
à une migration constante (il s'agit des centres instantanés
de rotation). L'unité utilisée est le SI-RAD, la traduction
est souvent exprimée en degré (DEG) révolution (REV).
MOUVEMENT
LINÉAIRE
Déplacement dans lequel toutes les parties d'un corps
se déplacent dans des directions parallèles. Ceci n'implique pas que le mouvement s'exécute en ligne droite, ce
qui deviendrait un déplacement recti-linéaire. Le mouvement linéaire en suivant un cheminement
courbe est
possible dès l'instant que le corps n'est pas soumis à
rotation.
1987, t. 14, nO 10
565
Du fait de la troisième loi de Newton, on peut la
concevoir en tant que force exercée par la surface sur
l'objet.
Lorsque nous pesons un objet, nous déterminons le
poids et non pas la masse, mais dès l'instant que le champ
gravitaire reste le même l'accélération
qui résulte de
l'attraction de la pesanteur ne change pas et la masse peut
être estimée à partir du poids suivant la deuxième loi de
Newton.
Unité:
les mêmes que pour la force.
symbole:
P. (en anglais W, traduction Weight, ce qui
induit une confusion avec W, unité de travail, abréviation
de Watt).
Le mot masse n'est pas synonyme de poids, mais le
poids est égal à la force de réaction au sol lorsque l'objet
est au repos sur une surface horizontale.
v. Masse.
POINT
DE FLUAGE
(en anglais Yield strength)
Le point de la courbe contrainte-déformation
où le
matériau
commence à démontrer
son caractère
de
plasticité.
NEWTON
POINT
Mesure égale à 9.8 Joules. C'est-à-dire mesure du travail
égal à celui qui est nécessaire pour soulever un kilo d'une
distance de 1 mètre contre la pesanteur.
Le point sur la courbe contrainte-déformation
matériau se brise.
NIVEAU
Un matériau composé d'unités moléculaires chimiques
appelés mers qui s'assemblent bout à bout ou bien côte
à côte de manière à construire de longues chaînes qui ont
des propriétés
mécaniques
ou physiques totalement
différentes de celles des unités moléculaires isolées.
D'ÉNERGIE
DE RUPTURE
POL YMER
L'énergie mécanique totale d'un corps ou d'un système.
Ce total représente la somme de l'énergie cinétique de
translation et de l'énergie cinétique en rotation et de
l'énergie potentielle, ainsi :
niveau d'énergie = KET + KER + TE
ou bien: Etot = 1/2 m.v2 + (1/2 Ikk.2) + (mgh).
symbole : « Etat»,
ce qui signifie énergie mécanique
totale.
Différence de voltage,
potentiels d'énergie.
ORDONNÉE
POUTRE
La ligne horizontale
des coordonnées
cartésiennes.
PLASTICITÉ
La capacité d'un corps solide à se déformer lors de
l'application d'une charge. Le modèle mécanique de la
plasticité est représenté par le modèle de Coulomb.
POIDS
L'attraction
exercée sur un objet par le champ
gravitationnel
de la terre - attraction de la pesanteur
signifie bien que c'est l'attraction qui détermine le poids
d'un objet et non sa masse.
Il s'agit de la force qui résulte de l'action d'un champ
gravitaire sur une masse. On peut concevoir du poids
comme de la force qu'un objet exerce sur une surface
stationnaire qui le supporte, surface placée perpendiculairement à un champ gravitaire.
où le
POTENTIEL
ou différence entre deux états
COMPOSITE
Corps solide composé de matériaux non
chacun d'entre eux apportant sa contribution
de l'ensemble. Dans certains cas, les poutres
sont plus solides qu'une poutre de même taille
homogène.
homogènes,
à la solidité
composites
en matériau
PRESSION
Dans la mécanique des fluides, la force de compression
qui agit de manière égale dans toutes les directions à
l'intérieur d'un fluide.
PUISSANCE
La vitesse à laquelle on réalise un travail. Ceci reste
indépendant de la totalité du travail accompli.
La durée du temps d'application
entre maintenant
en ligne de compte indiquant à quelle vitesse le travail s'accomplit. Si nous lançons en l'air un objet de
566
Ann. Kin ésithér., 1987, t. 14, n° 10
1 kg à 100 mètres de haut, nous avons 1 rn/kg de
travail mécanique.
Si l'objet reste en l'air pendant
60 sec. nous avons à faire à une puissance de
100 m.kg
--= 1.66 rn/kg/sec.
60 sec.
Puissance et énergie pontentielle
Lorsque l'objet redescend,
les 1 kg ont 100 m
d'accélération/sec.
et il y a toutes les chances pour qu'il
se brise; il est victime de son énergie potentielle traduite
en puissance par l'addition d'une variable «temps».
L'objet a mis 60 sec. pour monter, mais supposons qu'il
mette seulement 6 milli-secondes (6 millièmes de secondes) pour descendre ! TA impact. La puissance est
alors 10 000 fois plus considérable qu'elle ne l'était dans
le premier cas. Le poids de l'objet et la distance restent
inchangés, mais à la vitesse descendante de 0,006 sec.
La puissance est égale au travail divisé par le temps
pendant lequel ce travail est accompli : P = W/t
De manière plus stricte, la définition se rapporte à celle
de la puissance moyenne, car il est possible de calculer
la puissance instantanée au moyen de dérivatifs du travail
en fonction du temps: P = dW /dt.
Unité : c'est le watt (W).
symbole : «P»
(ne pas confondre avec le symbole P
utilisé en français pour désigner le poids.
(60 coups.min-I réglé au métronome) ou à 21.6 km.hr-1
par tachymètre. De la sorte, la vélocité de la roue freinée
serait de 6 m.sec. -1.
Si une force tangentielle de 20 N est appliquée à la roue
freinée par une courroie de friction, le travail accompli
lors de chaque révolution de l'axe du pédalier sera de
120 Joules (calculé en 20 N.6 m) et la puissance produite
sera de 120 W, c'est-à-dire
120 J.1 sec.-I, ou
20 N.(6 m.sec.-I).
A la puissance de 120 W, une personne exécuterait
108,000 J ou 108 kJ de travail en 15 minutes
(120 W.900 sec.), ou bien 432,000 J (432 kJ) en une heure
de travail (120 W.3,600 sec.).
(1 Watt est égal à 1 Joule par seconde).
QUANTIFICATION
DE L'EFFORT
HUMAIN
GRACE AUX UNITÉS DU SYSTÈME INTERNATIONAL (S.I.)
Lorsqu'un patient soulève un poids de fonte libre (par
exemple en flexion du coude), il doit exercer une force
dirigée vers le haut sur la masse du poids libre.
L'attraction
gravitaire normale d'une masse de cinq
kilos demande que l'on exerce une force vers le haut de
50 Newtons. Si le poids libre est soulevé de 50 cm, le
travail de soulèvement est égal à 25 Joules: 50 N.0.5 m.
Si cette manoeuvre s'exerce en 1I5e de" seconde la
puissance
externe serait de 50 watts, c'est-à-dire
50 N.(0.5 m.0.5 sec.-I), ou 25 N-m.0.5 sec.-I.
Un patient qui travaille sur un cycIo-ergomètre doit
appliquer une force par l'intermédiaire
de la démultiplication du pédalier entre l'axe du pédalier et la
roue-freinée où se trouve appliquée la résistance externe.
On peut considérer que le diamètre de la roue freinée est
de 2,6 mètres et qu'il passe tout entier devant la résistance
pour chaque révolution de l'axe du pédalier. La vitesse
de pédalage ayant été établie à une révolution par seconde
QUANTITÉ
Équations utiles pour décrire le travail humain
force (N).distance (m) = travail (J)
force (N).vélocité (m. sec.) = puissance (W)
travail/temps
(J.sec.-I) = puissance (W)
1 N.1 m = 1 J
1 N.(1 m.1 sec.-I) = 1 W
1 J.1 sec.-I = 1 W
Puisque l'énergie libérée produit du travail et de la
chaleur, il est bon de noter que ces trois quantités
physiques dérivées sont exprimées par la même unité de
mesure, le Joule.
VECTORIELLE
Paramètre qui contient la présentation
l'amplitude et de la direction du vecteur.
combinée
QUANTITÉS
S.1.
Quantité
PHYSIQUES
ET UNITÉS
Unités S.1.
physique
masse
distance
temps
force
travail
pUissance
vélocité
couple
accélération
de
volume
kilogramme (kg)
mètre (m)
seconde (sec.)
Newton (N)
Joule (J)
Watt (W)
mètre par seconde (m.sec.)
Newton-mètre (N.m)
mètre par seconde par seconde (m.sec.-2)
litre (L)
v. Symboles Internationaux
(S.l).