Main humaine – description et fonctionnement 

La main humaine a une structure anatomique complexe. L’agencement particulier de ses os et articulations lui confère une grande liberté de mouvement et lui permet de réaliser un grand nombre d’actions différentes, comme pousser, tirer, saisir, toucher et utiliser un grand nombre d’objets.

Ossature et articulations

L’ossature de la main humaine est formée par 27 os, formant trois groupes distincts, le carpe, le métacarpe et les phalanges .

Le carpe, composé de huit os disposés sur deux rangées, correspond à l’ossature du poignet.
Le métacarpe, composé par les métacarpiens, forme la paume de la main. Comme pour les doigts, les métacarpiens sont numérotés de 1 (pouce) à 5 (auriculaire). Le premier métacarpien s’articule avec le carpe et forme une articulation « en selle », qui permet les mouvements de circumduction du pouce, décomposable en deux mouvements élémentaires. L’un est perpendiculaire au plan de la paume et permet le mouvement d’antépulsionrétropulsion. L’autre est parallèle au plan de la paume et permet l’abduction-adduction . La circumduction qui en résulte est dite « opposition » lorsqu’elle se fait dans le sens de la fermeture de la pince, et « reposition » lorsqu’elle se fait dans le sens inverse.

Les articulations carpométacarpiennes (CMC) 2 à 5 ont quant à elles une liberté de mouvement très limitée, mais cependant existante, permettant l’arche de la paume .

Les phalanges forment les doigts qui en comprennent trois, proximales, intermédiaires ou moyennes, et distales. Seul le pouce n’est composé que de 2 phalanges. Les phalanges proximales sont jointes avec leurs métacarpiens respectifs et forment les articulations métacarpophalangiennes (MCP). Ces articulations permettent un mouvement de flexion/extension (F/E) mais aussi adduction/abduction (Add/Abd). Les phalanges intermédiaires sont liées aux phalanges proximales et forment les articulations interphalangiennes proximales (IPP) qui permettent un mouvement de F/E. Les phalanges distales sont liées aux phalanges intermédiaires et forment les articulations interphalangiennes distales (IPD) qui permettent un mouvement de F/E. Il est à noter que l’abduction et l’adduction des articulations métacarpophalangiennes voient leur sens être inversé autour du troisième doigt .

Un autre terme permet de s’affranchir de cette distinction, il s’agit de déviation radiale/ulnaire (rad/uln). Le sens du mouvement est décrit par l’ossature de l’avant-bras. Celui-ci contient deux os, l’ulna et le radius. Si le doigt se déplace vers le pouce, on parle de déviation radiale, tandis que s’il se déplace dans la direction opposée, on parle de déviation ulnaire .

Finalement, les articulations de la main peuvent toutes effectuer les mouvements de flexion, lorsque la direction du mouvement est vers l’intérieur de la main, et d’extension lorsque le mouvement est vers l’extérieur .

Degrés de liberté des articulations 

Afin de pouvoir simuler le comportement de la main humaine sur ordinateur, il faut associer des degrés de liberté aux différentes articulations.

En mécanique, on appelle degré de liberté (DDL) les mouvements relatifs possibles d’un objet par rapport à un autre suivant un axe. Il existe six degrés de liberté, trois en rotation et trois en translation autour d’axes fixe formant un repère orthogonal.

La plupart des articulations sont simples et un consensus existe à travers la communauté scientifique quant au choix du nombre de degrés de liberté à leur accorder. D’ailleurs, ce qui est considéré comme étant un modèle simple dans l’univers de la simulation de la main humaine, correspond à un modèle ou chacun des doigts présente 4 DDL, soit deux articulations F/E, et une articulation F/E et Abd/add. La main du mannequin de DELMIA, sujet de ce mémoire, est un modèle simple.

Cependant, l’articulation CMC du pouce, de l’annulaire et de l’auriculaire, ainsi que l’articulation MCP du pouce sont sujettes à discussion. Par exemple, deux chercheurs ayant travaillé sur la modélisation de la main humaine ont montré quelques divergences quant au choix des degrés de liberté des articulations. On retrouve dans la thèse de Savescu (Savescu, 2006) une comparaison de son modèle avec un modèle simple, tandis que Pitarch (Pitarch, 2007) explique dans sa thèse vouloir construire une main virtuelle humaine afin de simuler la main humaine le plus réalistement possible.

IPD et IPP : Les articulations interphalangiennes proximale et distale se comportent de la même façon et permettent une F/E, ce qui correspond à un degré de liberté.

MCP : Les articulations métacarpophalangiennes des 4 doigts autres que le pouce permettent la F/E ainsi que la déviation ulnaire/radiale, ce qui correspond à 2 degrés de liberté. L’articulation MCP du pouce permet la F/E, ce qui correspond à un degré de liberté. Cependant, Pitarch (Pitarch, 2007) préfère considérer 2 degrés de liberté ajoutant un mouvement d’Add/Abd.

CMC : Les articulations carpométacarpiennes des 4 doigts autres que le pouce ont un mouvement relativement limité qui a mené les chercheurs de différents domaines à les ignorer. Pourtant, Pitarch (Pitarch, 2007) et Savescu (Savescu, 2006) ont montré que les considérer permettait une meilleure simulation de préhension. Cependant, ils ne sont pas d’accord sur le nombre de degrés de liberté à leur accorder, soit un ou deux, et ne sont pas non plus d’accord sur le nombre de doigts à considérer. Les articulations CMC génèrent un mouvement permettant l’arche de la paume qui se retrouve beaucoup dans les préhensions.