D2 Analyse de force dynamique

Topique

L'analyse dynamique des forces quantifie les charges mécaniques agissant sur le système musculo-squelettique lors du mouvement. Elle va au-delà de la cinématique pour déterminer les causes mécaniques de ce mouvement, et non se contenter de le décrire. L'outil central de cette analyse est la plateforme de force multiaxiale, un instrument qui mesure, grâce à des capteurs piézoélectriques ou de déformation, les trois composantes de la force de réaction au sol que le corps subit lorsqu'il supporte son poids, ainsi que les trois moments de force associés à cette force de réaction.

À partir de la force de réaction au sol mesurée par la plateforme et de la cinématique du mouvement, on applique la dynamique inverse : en considérant chaque segment corporel comme un corps rigide, les équations du mouvement de ce corps permettent de calculer le moment net qui a dû agir à chaque articulation pour produire le mouvement observé. Ce calcul est effectué séquentiellement, en commençant par l'extrémité distale (le pied, où s'applique la force de réaction au sol) et en progressant segment par segment vers l'extrémité proximale (la hanche), de sorte que les forces et les moments calculés dans chaque segment se propagent au segment suivant.

Le couple net calculé à chaque articulation, multiplié par la vitesse angulaire de rotation de cette articulation à cet instant précis, donne la puissance articulaire. Le signe de cette puissance révèle le rôle mécanique de l'articulation : lorsque la puissance est positive, l'articulation fournit de l'énergie mécanique au corps, puisant dans le métabolisme, et agit comme un moteur ; lorsque la puissance est négative, l'articulation absorbe l'énergie mécanique du mouvement au lieu de la fournir, et agit comme un frein ou un amortisseur.

La répartition de la force de réaction au sol sous la plante du pied est obtenue grâce à des plateformes de pression haute résolution. Ces plateformes permettent de calculer le centre de pression sous le pied à chaque instant et de suivre sa trajectoire tout au long de la phase d'appui. Cette trajectoire reflète le déplacement, pas à pas, du point d'application de la force de réaction au sol. Cette même répartition de pression permet également de calculer un coefficient d'utilisation du frottement, qui quantifie, à chaque instant, la fraction de la limite de glissement disponible utilisée par le mouvement.

Lors d'une démarche saine, mesurée par cette analyse dynamique des forces, les forces de réaction au sol verticales maximales atteignent approximativement le poids corporel de l'animal, jusqu'à 20 % de plus, lors de la marche, et entre deux fois et demie et trois fois le poids corporel lors de la course. En revanche, en cas de pathologie, des asymétries supérieures à 10 % entre les deux côtés du corps, ou une redistribution anormale des moments articulaires, constituent des indicateurs diagnostiques d'une gestion pathologique des charges mécaniques quantifiées par cette analyse dynamique des forces.

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