Mécanique et énergétique de la locomotion dans le sable
(1998)
Files
247536_Lejeune_These.pdf
Open Access - Adobe PDF
- 7.96 MB
Details
- Authors
- Supervisors
- Abstract
- Le système locomoteur est comparable à un ensemble de moteurs agissant sur un système de transmission. Les muscles assurent el rôle de moteur, c’est-à-dire de transformateur d’énergie chimique en énergie mécanique, et le système ostéo-articulaire le rôle de système de transmission, c’est-à-dire de transporteur d’énergie du site producteur au site utilisateur. Le présent travail s’inscrit dans le cadre de l’étude des capacités d’adaptation de la fonction locomotrice. Cette fonction peut être perturbée par des facteurs extrinsèques au sujet comme le port de charge (Heglund et coll., 1995), une variation de la gravité (Cavagna et coll., 1998), ou une dénivellation du terrain (Minetti et coll., 1993). Elle peut également être perturbée par des facteurs intrinsèques au sujet comme la croissance (Cavagna et coll., 1991 ; Schepens et coll., 1998), une pathologie du système nerveux central (Tesio et coll., 1991) ou une amputation d’un membre inférieur (Tesio et coll., 1997). <BR> L’énergie consommée et le travail réalisés par les muscles au cours de la locomotion ont été abondamment étudiés depuis les travaux et E.J. Marey (1830 – 1904). Cependant la grande majorité des études énergétiques et la totalité des études mécaniques sont réalisées en laboratoire, sur sol ferme. Ces conditions de laboratoire peuvent être relativement éloignées des conditions rencontrées en milieu naturel. Or, la nature du terrain influence sensiblement la locomotion. C’est ainsi que nous avons tous pu expérimenter la difficulté de se déplacer dans le sable sec ou dans la neige fraîche et profonde ? Or, à ce jour aucune étude n’a été consacrée à l’analyse de l’influence de la nature du terrain sur la mécanique de la locomotion. Seules quelques études ont analysés les forces de frottement entre le pied et le revêtement du sol des bâtiments industriels dans le cadre de la prévention des accidents de travail (Strandberg, 1983 ; Tisserand, 1985 ; et Chaffin et coll., 1992). De la même manière, le glissement des pattes des animaux d’élevage sur les surfaces des porcheries a été étudié afin de prévenir les lésions des membres des animaux (Applegate et coll., 1988). <BR> D’un point de vue métabolique, il a été montré que la difficulté de se déplacer sur certains terrains est liée à une augmentation de la dépense d’énergie. Par exemple, marcher dans la neige en laissant une empreinte de 10 cm entraîne un accroissement de 2.2 fois de la dépense d’énergie par rapport au terrain ferme (Heinone et coll., 1959). Et un soldat dépense environ 1.8 fois plus d’énergie lorsqu’il marche dans le sable du désert que lorsqu’il marche sur la route (Strydom et coll., 1966). Cependant, les données de la littérature concernant l’influence de la nature du terrain sur l’énergétique de la locomotion humaine sont relativement anciennes et acquises avec une méthodologie limitée et peu standardisée. C’est pourquoi nous avons décidé de recommencer cette analyse et de comparer le coût énergétique de marche et de la course dans le sable par rapport au terrain ferme. Cette analyse constitue le premier but du présent travail et fait l’objet du premier chapitre. <BR> Le deuxième but du présent travail est d’interpréter l’éventuel accroissement du coût métabolique lors de la marche et de la course dans le sable. Nous émettons l’hypothèse que cet accroissement lors de la marche et de la course dans le sable. Nos émettons l’hypothèse que cet accroissement pourrait avoir trois origines : <BR> 1. La marche et la course disposent d’un mécanisme limitant le travail que les muscles doivent réaliser au cours de la locomotion : le mécanisme pendulaire de la marche et le mécanisme de rebond de la course. Il se pourrait que ces mécanismes soient altérés et moins efficaces dans le sable, entraînant un surcroît de travail. <BR> 2. Lors de la marche et de la course sur sol ferme, le pied ne glisse pas et ne s’enfonce pas dans le sol pendant sa phase d’appui. Le point d’application de la force de réaction du sol est fixe et cette force ne réalise donc pas le travail. Par contre, lors de la locomotion dans le sable, le pied s’enfonce dans le sable et glisse sur le sable. Dans ces conditions, el point d’application de la force de réaction du sol se déplace et cette force réalise du travail. En d’autres termes, les muscles réalisent du travail pour mouvoir le pied dans le sable. <BR> L’énergie consommée par les muscles dépend non seulement du travail qu’ils réalisent ais également des conditions dans lesquels ils réalisent ce travail. La vitesse de raccourcissement du muscle, sa longueur initiale, son étirement préalable, sa composition en fibres, …, constituent autant de facteurs déterminant le rapport entre le travail réalisé et l’énergie consommée par les muscles. Ce rapport est le rendement musculaire. Lors de la locomotion dans le sable, les muscles pourraient être placés dans des conditions moins favorables pour se contracter. Ils travailleraient alors avec un moindre rendement. <BR> Au sein du deuxième chapitre nous analyserons les mécanismes de la marche et de la course humaines dans le sable. Nous y quantifierons également le travail réalisé par les muscles au cours de la locomotion dans le sable. Connaissant, le coût énergétique et le travail mécanique réalisé par les muscles au cours de la locomotion, il nous sera possible d’étudier le rendement musculaire au cours de la locomotion dans le sable au sein du troisième chapitre. <BR> notons que tout au long de ce travail les vecteurs seront présentés en gras
- Affiliations
Citations
Lejeune, T. (1998). Mécanique et énergétique de la locomotion dans le sable. https://hdl.handle.net/2078.5/111495