Introduction à la biomécanique

Introduction à la biomécanique

L’objectif de la biomécanique est d’étudier l’humain, et plus précisément : les caractéristiques de son corps et de ses différentes structures, les relations avec le monde extérieur.

La biomécanique a donc un rôle important pour analyser, étudier et comprendre les activités physiques et sportives. Elle fait partie du socle des sciences et techniques des activités physiques et sportives.

Pour explorer, analyser et comprendre les propriétés mécaniques des êtres vivants, cette science multi champs regroupe et utilise les connaissances et méthodes de nombreuses sciences, biologiques et fondamentales :

• Bio = anatomie, physiologie, biologie, neurosciences, neurologie
• Mécanique = mathématiques, physique, géométrique, cinématique,

En STAPS on dégage 3 axes principaux :

• Connaître et comprendre les lois de la mécanique afin de pouvoir les appliquer aux corps et mouvements humains
• Percevoir et comprendre les facteurs physico-physiologiques capables de majorer ou de limiter les mouvements humains (apprentissage moteur et performance motrice)
• Améliorer les fonctions motrices et donc, les performances motrices, à tous les niveaux possibles

Pour éduc et mot, entrainent sportif, préparation physique :

• Compréhension du geste sportif
• Compréhension de la performance sportive
• Compréhension des conséquences du geste sportif sur le corps humain

Chapitre 1 : L’étude des mouvements : la cinématique

        Cinématique : généralités et un peu d’histoire

Le mot cinématique vient du grec « kinema » : mouvement

La cinématique est la partie mécanique qui étudie le mouvement des corps, et ce indépendamment des forces responsables de leur production.

Remarque : dans ce premier chapitre, les corps étudiés en mouvement sont considérés comme indéformables.

Il y a 2370 ans environ, Aristote s’intéresse aux mouvements et introduit les notions de temps, de durée, et implicitement de vitesse.

Au XVème siècle, Léonard de Vinci se repenche à nouveau sur le mouvement humain en lui appliquant des lois de mécaniques.

Au XVIIème siècle, Isaac Newton établit les 3 lois universelles du mouvement :

• Le principe d’inertie
• Le principe fondamental de la dynamique
• Le principe d’action / réaction

Il est aujourd’hui considéré comme le père de la mécanique classique, établit 3 lois omniprésente dans la biomécanique.

Au XIXème siècle, Jules-Etienne Marey, père de l’approche cinématique et dynamique du mouvement humain.

Développe le chronophotographe.

La chronophotographie permet pour la première fois de décomposer chronologiquement les phases d’un mouvement et les phénomènes trop brefs pour être observé.

Au XXème siècle, Nikolaï Bernstein reprend et améliore la chronophotographie qu’il met au service de travaux scientifiques pionniers sur le contrôle et l’apprentissage moteur.

Aujourd’hui nous disposons de systèmes d’enregistrements du mouvement très performants : la MOCAP (motion capture)

C’est outils permettent d’accéder aux données spatio-temporelles en 3 dimensions des capteurs.

Leurs analyses offrent l’accès aux paramètres de déplacement, vitesses, accélérations dans les 3 plans.

        La notion de référentiel

La caractéristique d’un mouvement ne peut être défini que par rapport à 2 référentiels :

• Un référentiel spatial
• Un référentiel temporel

Au niveau spatial : un repère de référence (le référentiel) est un repère d’espace lié immuablement à un solide de référence, permettant de repérer avec précision la position de l’objet d’étude.

En cinématique, le mouvement sera toujours défini par rapport à un système de référence.

Les référentiels que nous utiliserons le plus dans cet enseignement sont le référentiel terrestre et le référentiel corps humain.

Au niveau temporel : en mécanique « classique , le temps est considéré comme absolu et uniforme. Chaque fragment de temps passé ou présent est identique au fragment de temps présent ou futur.

Le temps est généralement schématisé par une droite, avec au besoin une origine de temps (t0 ou t=0). La lettre t symbolise un point de l’espace référentiel temps. L’instant t est le temps présent.

Le système de référence ou référentiel (noté R) est l’addition du repère de référence spatial et du repère de référence de temps.

        Mouvement relatif et absolu :

Le mouvement absolu :

Le mouvement d’un objet d’étude est dit absolu s’il est défini par rapport à un référentiel absolu, ou galiléen ; c’est-à-dire un référentiel au repos absolu dans l’univers.

La terre peut être assimilée à un référentiel absolu.

Définition 1 : un référentiel est dit galiléen lorsque le principe d’inertie est vérifié, c’est-à-dire que tout corps libre est en mouvement de translation rectiligne uniforme ou au repos.

Définition 2 : un référentiel galiléen est un référentiel par rapport auquel le temps est uniforme et l’espace homogène et isotrope (qui ne se déforme pas).

Le mouvement relatif :

Le mouvement d’un objet d’étude est dit relatif s’il est défini par rapport à un référentiel relatif, c’est-à-dire un référentiel en mouvement dans l’univers.

A la notion de mouvement relatif correspond les notions de vitesse relatives et d’accélération relatives.

        Trajectoire d’un point ou d’objet d’étude

Dans un repère prédéfinit, un point peut être repéré par un système de coordonnée.

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