LOCOMOTION LORS D’ACTIVITES CYCLIQUES

DESCRIPTION MECANIQUE DE LA LOCOMOTION HUMAINE

Les modes de locomotion humaine de types « cycliques » se définissent comme étant des activités caractérisées par la répétition alternée de deux membres. Elles peuvent être non portées telles que la marche ou la course à pied, portée tels que le cyclisme ou le kayak ou encore non portée en milieu aquatique telle que la natation. Bien que non exhaustive, cette liste permet cependant de distinguer les activités portées des activités non portées pour lesquelles, les contraintes exercées par les modes de locomotion génèrent des adaptations biomécaniques différentes. Classiquement, dans la littérature expérimentale, l’adaptation à la locomotion est envisagée lors de trois modes de locomotion : la marche et la course à pied représentatifs du mode de locomotion non porté et le cyclisme caractéristique du mode de locomotion portée.

LA MARCHE ET LA COURSE A PIED LA MARCHE

 DEFINITION  La marche est définie comme une translation de l’ensemble du corps humain, consécutive à des mouvements de rotation segmentaire. Elle résulte d’une activité alternée des deux membres inférieurs, assurant à la fois le maintien de l’équilibre et la propulsion (Outrequin, 1991) et répondant à plusieurs exigences : – Propulser le corps vers l’avant (but principal du déplacement ou translation vers l’avant) – Maintenir l’équilibre en condition statique et dynamique – Coordonner la posture et l’équilibre tout en s’adaptant aux contraintes de l’environnement extérieur. Dans la littérature, le cycle de la marche est généralement décomposé en deux phases principales : la phase d’appui et la phase d’oscillation (Chao et al, 1983 ; Pierrot-Desseiligny et al, 1993) (Figure 1).

 LA PHASE D’APPUI

 – La phase d’appui est la période pendant laquelle le pied est en contact avec le sol. Elle représente 60% du cycle de marche. Cette phase peut être subdivisée en trois périodes. La première période, la réception, débute lors du contact du talon sur le sol et dure environs 25 % de la durée du cycle de marche. Au moment du contact, la jambe est inclinée de 25° par rapport à la verticale, la hanche est en flexion, le genou en extension presque complète et la cheville en légère extension. Cette période se termine au moment où le genou est en flexion maximale. La deuxième de la locomotion humaine Figure 1 – Représentation schématique d’un cycle de marche. période, la période « intermédiaire » (pied à plat), dure 25 % de la durée du cycle de marche. Durant cette période l’appui est unilatéral. Dans le plan sagittal, la hanche qui était fléchie, réalise une extension. Le genou se fléchit d’abord et s’étend ensuite. La cheville est à 0° de flexion dorsoplantaire au moment ou la jambe oscillante passe à la verticale du pied. Dans le plan transverse, les lignes du bassin et des épaules sont perpendiculaires à l’axe d’avancement. Dans le plan frontal, le bassin est incliné du côté portant alors que l’épaule s’incline côté oscillant. La troisième période est une période « poussée » qui débute quand le centre de gravité du corps passe à la verticale de la jambe d’appui. Cette période dure 20 % du cycle de marche. Durant cette phase, les actions musculaires du membre inférieur projettent l’ensemble du corps vers l’avant. Dans le plan sagittal, la hanche et le genou tendent vers l’extension, la cheville réalise une flexion dorsale. Dans le plan transverse, la hanche et l’épaule du côté de l’oscillation passent devant la hanche en appui. Dans le plan frontal, une inclinaison latérale du bassin du côté de la jambe oscillante est également observée. 

LA PHASE D’OSCILLATION 

– La phase d’oscillation débute lorsque la jambe qui était en appui quitte le sol et devient ainsi jambe oscillante. Cette phase débute donc quand les orteils quittent le sol. Le genou qui est légèrement fléchi quand la jambe quitte le sol, accentue sa flexion jusqu’à ce que la cuisse passe par la verticale. L’extension s’installe alors et est presque complète à l’instant où la cuisse est inclinée de 20 à 25° par rapport à la verticale. La cheville passe d’abord en flexion dorsale puis tend vers une flexion plantaire. Au début de cette phase, la hanche s’élève puis redescend tout en avançant dans la direction du déplacement. Cette phase d’oscillation se termine lorsque le talon P a g e | 5 Description mécanique de la locomotion humaine Figure 2 – Représentation schématique d’une foulée en course à pied. La phase d’appui comprend une phase d’amortissement (A), de soutien (S) et de propulsion (P). reprend contact avec le sol. Sa durée représente 40% de la durée du cycle de marche. Au cours de la foulée, deux phases de double appui se produisent. La première se situe au début de la foulée de 0 à 10 % du cycle de marche et la seconde se situe à environ 45 % du cycle de marche. Pendant ces intervalles de temps (20 % du cycle), les deux pieds sont en contact avec le sol. Ces périodes correspondent aux transitions entre les phases d’appui et les phases d’oscillation. Ce sont les périodes ou l’équilibre du marcheur est le plus stable tout en préparant le pas suivant.

 LA COURSE A PIED : DEFINITION 

 Lors de la course à pied, il est possible de distinguer deux phases successives : une phase de suspension et une phase de contact (Figure 2). Contrairement à la marche, la phase de double appui n’existe pas. Lors de la phase de contact au sol, on observe principalement trois phases. La première phase est une phase dite « d’amortissement » et symbolise la résistance de la jambe à l’écrasement lorsque le pied rentre en contact avec le sol. La seconde phase nommée « soutien » correspond à l’instant où le centre de masse du sujet est à l’aplomb du pied et pendant laquelle la contraction des muscles est essentiellement de type isométrique. La troisième phase est dite phase de « propulsion » et correspond à l’instant où les muscles de la jambe se contractent pour propulser le corps vers l’avant. Un point remarquable de la course à pied, concerne la position du pied lorsqu’il entre en contact avec le sol. On distingue ainsi deux grande catégories qui sont les « midfoot » et les « rearfoot » (Cavanagh et Lafortune, 1980). La différence principale entre ces deux catégories est la localisation plantaire de la prise de contact avec le sol, qui, chez les « midfoot » a lieu au niveau des métatarses, alors que chez les « rearfoot » se centre sur le talon. Ceci génère principalement une différence de la durée de la phase excentrique, qui est supérieure chez les « rearfoot », entraînant une augmentation de la production de travail mécanique.

CARACTERISTIQUES CINEMATIQUES DE LA MARCHE ET DE LA COURSE A PIED  

Les analyses cinématiques caractérisent les mouvements mis en jeu lors de la marche dans les différents plans de l’espace sans se préoccuper des forces qui sont à l’origine de ces mouvements (Winter, 1990). Le premier volet de la cinématique porte sur l’analyse des trajectoires des différents segments corporels en fonction du temps (Charteris, 1982). Dans l’analyse cinématique, le corps humain est considéré comme un ensemble de segments indéformables reliés les uns aux autres, chacun étant affecté d’une forme et d’une masse bien définie. La description cinématique d’un « modèle » segmentaire du corps humain comporte douze segments (deux pieds, deux jambes, deus cuisses, un tronc, une tête, deux bras et deux segments avant-bras-mains). Généralement ce modèle est simplifié en supposant que la marche soit symétrique et en se limitant au plan sagittal avec l’étude d’un seul membre inférieur. La tête et le tronc sont ainsi réduits à un seul segment, les mouvements des bras sont quant à eux ignorés (Winter, 1990). 

CINEMATIQUE ANGULAIRE

 – La cinématique angulaire, s’intéresse aux variations angulaires comprises entre l’horizontale et chaque segment. Selon Winter (1993) et Whittle (1986), les déplacements angulaires de la cheville (malléole), du genou et de la hanche constituent des variables fondamentales pour l’analyse de la marche. Lors de la marche : – La hanche réalise un mouvement d’extension pendant la phase d’appui et un mouvement de flexion pendant la phase oscillante. Elle atteint son extension complète peu avant la fin de la phase d’appui et son pic de flexion est atteint à la moitié de la phase oscillante. – Le genou présente deux pics de flexion et d’extension au cours du cycle (Chao et al, 1983). Après l’impact du talon avec le sol, le genou se fléchit, puis s’étend, atteignant son maximum au moment du décollement du talon. Il entre ensuite rapidement en flexion atteignant son pic au début de la phase oscillante. Enfin, il s’étend à nouveau jusqu’au contact du talon avec le sol. – La cheville réalise deux mouvements de flexion et d’extension durant un cycle. Juste après l’impact du talon, la cheville subit une légère flexion plantaire permettant de ramener le pied à plat sur le sol. Ensuite, le déplacement de la jambe vers l’avant entraîne la cheville dans une flexion dorsale dont la valeur maximale est atteinte au moment du décollement du talon. La cinématique de la course à pied diffère de la marche en raison des différents types de phases observées entre ces deux modes de locomotion. Bien que la vitesse de course soit un facteur de la locomotion humaine modifiant la cinématique angulaire (Nilsson et al, 1985), les travaux relevés dans la littérature permettent d’identifier des valeurs moyennes caractérisant ce geste. – Phase d’appui : lorsque le pied se pose au sol, l’angle de la cuisse avec la verticale est d’environ 25° (Williams, 1985) et l’extension du genou est comprise entre 160° et 170°. Suite à la pose du pied, on observe une flexion maximale du genou dont les valeurs varient de 138° à 143° (Miller, 1978 ; Nilsson et al, 1985). Cette flexion est immédiatement suivie d’une extension non maximale du genou qui se prolonge après la fin de l’impulsion. Les valeurs angulaires lors de cette extension sont mesurées entre 171° et 161° (Williams, 1985b). – Phase de vol : l’extension maximale de la cuisse varie entre 23° et 26° (Milliron et Cavanagh, 1990), tandis que la position de flexion maximum observée en fin d’oscillation de la jambe présente des variations angulaires mesurées entre 33,5° et 39,3° (Williams, 1985 ; Milliron et Cavanagh, 1990.