CM Biomécanique L2 STAPS

BIOMECANIQUE DU MOUVEMENT

Thierry GELAT

7 CM de 2h et 1 CM de 1h + 3 TD de 2h

Notation : 50% TD / 50% CM.

I. Introduction

Un mouvement comprend trois caractéristiques : le déplacement, la vitesse et l’accélération.

La biomécanique se définie comme l’étude des phénomènes mécaniques associés au maintien d’une posture ou à la réalisation d’un mouvement intentionnel ou imposé chez un être vivant.

L’être vivant possède un système nerveux central (SNC) qui est responsable des contractions musculaires de plus de 600 muscles chez l’être humain.

Cependant, les forces d’origine musculaire (forces internes) ne constituent qu’une partie des forces présentes lors du maintien d’une posture ou lors de la réalisation d’un mouvement. Le support sur lequel on se tient donne naissance à une force de réaction, qui est un autre type de force.

Et la dernière qui est présente en permanence est le poids du fait de notre masse.

Cette force P = m x g, est constante de valeur et de sens.

Dans la mécanique, seules sont prises en comptes les forces extérieures : ∑Fext = mag.

Pourquoi ne pas considérer aussi les forces internes ?

→ Parce que la ou les forces réactions constituent une expression indirecte des forces musculaires. La force de réaction dépend des forces musculaires et se retrouve donc sous le contrôle du SNC.

Le point d’application de P est G, dépend de la configuration segmentaire de l’individu. C’est un barycentre. A l’équilibre il se situe au-dessus de la surface de sustentation.

Le point d’application de R est CP le centre des pressions.

A l’équilibre,

Rx = 0

Ry = 0

Rz = P

X : antéro-postérieur

Y : latéral

Z : Vertical

La deuxième loi de Newton en translation : Loi de la résultante dynamique - PFD

∑Fext = mag.

Un mouvement humain se fait toujours dans les trois directions à la fois

Rx

R Ry

Rz

az = -g

Z vz = - g t + v0z

z(t) = - ½ g t2 + v0z + z0

Pour pouvoir calculer la détente verticale d’un sujet il faut connaître v0z.

→ Comment calcule-t-on v0z ?

- Phase d’appui : Rz – P = 0

Rz va augmenter

Rz – P = m az,

Donc az varie, ce n’est pas une constante.

Lors de l’impulsion d’un saut vertical, l’accélération va varier, elle passe de 0 à une valeur.

→ Comment calculer vz pendant la phase d’appui et obtenir v0z lorsque l’accélération n’est pas constante ?

az = dv/dt, par définition.

az = lim (dt→0) ∆vz/∆t

Conclusion :

L’analyse biomécanique du mouvement passe par la connaissance des caractéristiques du mouvement qui sont l’accélération, la vitesse et la position par exemple du centre de gravité du corps.

Les caractéristiques sont obtenues en utilisant des lois de la mécanique et des outils mathématiques.

Quand on peut donner les caractéristiques d’un mouvement, on peut avoir accès aux facteurs qui conditionnent la performance et aussi appréhender l’organisation de ce mouvement par le SNC.

II. La mécanique.

Elle a pour objet l’étude des mouvements et des déformations que peuvent prendre les corps sous l’effet des forces.

On n’étudiera pas les déformations, on considèrera l’individu comme un ensemble pluri articulé composé de segments rigides.

Elle a comme 1ère méthode la cinématique, qui utilise des photographies prises à intervalles réguliers. C’est l’étude des mouvements sans se préoccuper des causes que sont les forces qui les produisent.

La seconde approche est la dynamique qui est l’étude des mouvements en se préoccupant plus particulièrement des forces et notamment la force de réaction. Pour calculer R, on utilise une plateforme de forces.

Imaginons que l’on connaisse les valeurs de a sur une période de temps donnée : t0→t

→ Comment calculer la vitesse v à chaque instant de cette période : v0→v ?

a = dv/dt

dv = a.dt

∆v = v - v0 = ∑(t0→t) dv = ∑(t0→t) a.dt

1) a = cste

v - v0 = a. ∑(t0→t) dt = a.(t - t0)

= a. ∆t

2) a ≠ cste

v – v0 = ∑(t0→t) a.dt

La somme de tous le (a.dt) correspond au calcul de l’intégration que l’on note :

∆v = v - v0 = ∫ (t0→t) a.dt

∆v = lim (∆t→0) ∑(t0→t) a. ∆t

∫ (t0→t) a.dt = [primitive a] (t0→t)

Le principe d’intégration repose sur le découpage du temps en dt les plus petits possible (dt→0) et sur la somme algébrique des surfaces élémentaire que constitue le produit a.dt sur l’intervalle de temps considéré entre t0 et t.

Exemples d’utilisation

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