Fiche de révision : Biomécanique humaine et mouvement

📋 Plan du Cours

1. Métier et rôle de la biomécanique
2. Fondements historiques de la discipline
3. Biomécanique et sciences associées
4. Observation et analyse du mouvement
5. Anatomie descriptive du corps
6. Anatomie fonctionnelle et mouvement
7. Modélisation biomécanique
8. Outils mathématiques et mécaniques
9. Dynamique et propriétés mécaniques
10. Applications et limites des modèles

📖 1. Métier et rôle de la biomécanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Pédicure-podologue : Professionnel de santé spécialisé dans l’étude et le traitement des affections du pied.
• Biomécanique : Étude de l’interaction complexe entre le pied et le sol en conditions statique et dynamique.

★ À maîtriser

📌 Selon le Bulletin Officiel Santé, Protection sociale, Solidarité n°6 du 5 juillet 2012, le pédicure-podologue intervient sur les troubles cutanés, morphostatiques et dynamiques du pied en tenant compte de sa statique, de sa dynamique et de ses interactions avec l’appareil locomoteur.

Compléments

📌 Le pédicure-podologue prescrit, confectionne ou adapte des dispositifs médicaux podologiques externes. — Bulletin Officiel Santé, Protection sociale, Solidarité, 5 Juillet 2012

💡 Astuce mémo

Pied en contact avec le sol → analyse statique et dynamique

📖 2. Fondements historiques de la discipline

★ À maîtriser

• Giovanni Alfonso Borelli modélise les os et les muscles comme une machine composée de leviers et de cordes dans De Motu Animalum, publié en 1680. — Giovani Alfonso Borelli

• Isaac Newton formalise les lois mécaniques dans Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, publié en 1687. — Issac Newton

• Jules Amar développe une plateforme de force pneumatique permettant de mesurer les trois composantes de la force de réaction du sol, notamment pour la rééducation des blessés de la Grande Guerre.

Compléments

• Près de 41 % des représentations pariétales peintes dans les grottes ornées représentent des mouvements.

• Hippocrate décrit la marche comme « le meilleur remède de l’homme ».

• Aristote a consacré deux traités à la marche et au mouvement : Marche des animaux et Mouvement des animaux.

• La chronophotographie se développe à partir de 1870 grâce aux procédés d’enregistrement de Marey et de ses élèves. — Marey et élèves

💡 Astuce mémo

Observer → modéliser → enregistrer → mesurer

📖 3. Biomécanique et sciences associées

🔑 Notions clés & Définitions

• Biomécanique : Application des lois de la mécanique aux systèmes biologiques afin de décrire et d’expliquer leur fonctionnement.

★ À maîtriser

• La biomécanique mobilise notamment:

  • anatomie descriptive
  • anatomie fonctionnelle
  • physiologie
  • biologie
  • mathématiques
  • physique
  • géométrie
  • cinématique
  • dynamique
  • résistance des matériaux et rhéologie

• Le mouvement commence par le traitement d’informations sensorielles, puis des réseaux de neurones planifient et orchestrent l’activité des systèmes, avant que les muscles squelettiques déplacent les articulations.

Compléments

• La capture du mouvement trouve des applications dans:
  • le sport
  • le divertissement
  • la robotique
  • la médecine
  • la recherche médicale
  • la rééducation
  • la réadaptation

📖 4. Observation et analyse du mouvement

★ À maîtriser

• 🔄 Une approche biomécanique comprend les étapes suivantes: observer les phénomènes, formuler une problématique et choisir les outils d’analyse, mesurer le mouvement, passer de la description à la quantification

• L’analyse quantifiée du mouvement consiste à enregistrer le mouvement, puis à traiter et analyser ses caractéristiques biomécaniques.

Compléments

• Les principaux outils biomécaniques comprennent:
  • la capture du mouvement
  • les plateformes de force
  • la baropodométrie
  • l’électromyographie

💡 Astuce mémo

Observer → problématiser → mesurer → quantifier

📖 5. Anatomie descriptive du corps

★ À maîtriser

• Le corps humain comprend environ 206 os et 639 muscles.

• Le membre inférieur comprend quatre segments:

  • le bassin
  • la cuisse
  • la jambe
  • le pied

Compléments

• L’ostéologie étudie les pièces osseuses qui constituent le squelette, lequel est en perpétuel remaniement grâce aux ostéoblastes et aux ostéoclastes.

• Les os contiennent 90 % des réserves de calcium et leur structure sert de base à la modélisation biomécanique du corps humain.

• Les muscles représentent 40 % du poids sec du corps et sont composés à 75 % d’eau.

📖 6. Anatomie fonctionnelle et mouvement

★ À maîtriser

• Les principaux types de muscles sont: les muscles cardiaques à contraction automatique, les muscles lisses, les muscles striés à contraction volontaire

📌 Les agonistes sont responsables du mouvement, les antagonistes s’opposent au mouvement, les synergistes l’aident et les fixateurs stabilisent les segments.

📌 Une contraction concentrique associe contraction et raccourcissement, une contraction isométrique associe contraction sans changement de longueur, et une contraction excentrique associe contraction et étirement.

• Une articulation possède au maximum trois degrés de liberté en translation et trois degrés de liberté en rotation autour des axes.

• La flexion active du genou atteint 140° lorsque la hanche est fléchie, 120° lorsque la hanche est tendue, tandis que la flexion passive atteint 150°.

Compléments

• Les caractéristiques musculaires sont:

  • l’excitabilité
  • l’élasticité
  • la contractilité
  • la tonicité

• La hanche possède trois degrés de liberté : rotation médiale et latérale autour de l’axe vertical, abduction et adduction autour de l’axe sagittal, et flexion et extension autour de l’axe transversal.

💡 Astuce mémo

Agonistes produisent le mouvement, antagonistes s’y opposent

📖 7. Modélisation biomécanique

★ À maîtriser

📌 Une modélisation biomécanique simplifie ou isole certains éléments du corps humain, car une modélisation complète et exacte est impossible ou inutile selon la question étudiée.

📌 Un solide indéformable est une idéalisation théorique sans déformation, tandis qu’un solide déformable représente un solide réel pouvant être viscoélastique.

Compléments

• 🔄 La modélisation d’un segment suit ces étapes:
  1. choisir trois points du segment
  2. définir un repère lié au solide
  3. déterminer sa position
  4. déterminer son orientation

💡 Astuce mémo

Solide indéformable idéalisé ≠ solide déformable réel

📖 8. Outils mathématiques et mécaniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Cinématique : Étude du mouvement sans se soucier de ce qui le produit, décrivant la position, la vitesse et l’accélération dans l’espace et le temps.
• Dynamique : Étude des corps en mouvement sous l’influence de forces internes et externes.

★ À maîtriser

• Les principales unités biomécaniques sont:
  • mètre pour la distance
  • kilogramme pour la masse
  • seconde pour le temps
  • mètre par seconde pour la vitesse
  • mètre par seconde carrée pour l’accélération
  • radian pour l’angle
  • watt pour la puissance
  • joule pour le travail et l’énergie
  • newton pour la force
  • newton-mètre pour le moment de force

Compléments

• Dans un référentiel cartésien, un point P en deux ou trois dimensions est défini par ses coordonnées x, y et éventuellement z, notées P(x,y,z).

📖 9. Dynamique et propriétés mécaniques

★ À maîtriser

• Les forces internes musculaires produisent et contrôlent le mouvement, notamment en agissant sur des leviers anatomiques.

• Les leviers anatomiques sont:

  • inter-appui
  • inter-résistant
  • inter-moteur

Compléments

• La rhéologie étudie notamment le comportement visqueux du sang et le comportement viscoélastique des muscles.

• La résistance des matériaux étudie les contraintes à l’intérieur des segments et des articulations et contribue à la conception des prothèses.

💡 Astuce mémo

Forces musculaires → leviers → mouvement contrôlé

📖 10. Applications et limites des modèles

★ À maîtriser

• 🔄 Le suivi biomécanique d’un patient comprend: collecter les caractéristiques des mouvements pathologiques, traiter et analyser les données, évaluer les effets des traitements, suivre l’évolution du patient

📌 Le choix de l’échelle et du niveau de précision d’un modèle doit être adapté au but visé, car un système humain complexe peut être étudié à différentes échelles.

• À l’échelle de l’analyse du mouvement, la biomécanique correspond aux besoins professionnels du pédicure-podologue pour comprendre le comportement et le rôle du pied en liaison avec le sol, en statique et en dynamique.

• La construction d’une étude biomécanique consiste à questionner, enregistrer le mouvement, transformer les données, analyser et conclure, puis déboucher sur des applications de rééducation ou de réadaptation.

Compléments

• Les traitements évalués comprennent:
  • les médicaments
  • les orthèses
  • les prothèses
  • les méthodes de rééducation

💡 Astuce mémo

Questionner → enregistrer → transformer → analyser → appliquer

📊 Tableaux de synthèse

Cinématique et dynamique