ETUDE EXPERIMENTALE

I - LES CONDITIONS D'APPLICATION DE LA FORCE

Notre étude a utilisé les travaux effectués sur le chargement du bassin par PAUWELLS et MANUCEAU.

A) D'après les travaux de PAUWELLS, lorsqu'on veut se représenter la sollicitation mécanique de la tête fémorale sur le cotyle, on part d'un état d'équilibre statique ou dynamique du corps présentant les caractéristiques essentielles du mode de sollicitation en question. Dans cet état d'équilibre supposé du corps, on peut étudier les forces extérieures et intérieures, moyennant quelques simplifications ; la tête fémorale est essentiellement sollicitée en compression :

- lors de la station symétrique sur les deux membres inférieurs, la direction de la compression est verticale, le bassin repose sur les deux têtes fémorales. Il ne faut que des forces musculaires insignifiantes pour le stabiliser dans le plan frontal et sagittal. Dans ces conditions, le poids du corps est transmis directement aux deux têtes fémorales ; pour un poids total du corps de 58,7 kg, la force exercée sur chacune d'elles vaut 18,41 kg, c'est à dire environ le tiers du poids du corps.

- durant la phase d'appui unilatérale de la marche, le système S, composé par l'ensemble du corps moins la jambe d'appui, est soumis :

PAUWELLS s'est d'abord placé dans l'hypothèse d'une configuration statique, en ne tenant pas compte des efforts dynamiques. Ensuite, il a cherché à les approximer ; pour cela, il a mesuré la trajectoire du centre de gravité de S au cours de la marche en fonction du temps dans les trois directions de l'espace, puis a dérivé deux fois les courbes afin d'obtenir l'évolution des trois composantes de l'accelération du bassin en fonction du temps. Une fois ce résultat obtenu, connaissant toutes les forces appliquées sur le système, il ne restait plus qu'à écrire l'équation fondamentale de la dynamique :

a est l'accélération et m la masse du système S.

Connaissant les forces D, M et P, on en déduit la force R de la tête fémorale sur le cotyle :

De ces résultats, il apparaît que la tête fémorale subit sa sollicitation principale dans le plan frontal.

La force de compression R agissant sur la tête fémorale durant la période d'appui unilatéral, est dirigée en bas et en dehors, formant un angle d'environ 16° avec la verticale ; son l'intensité et de 4 à 5 fois le poids du corps. (figure 2)

Figure 2: sollicitation dans le plan frontal (K = D + P)

Les résultats de PAUWELLS concernent la phase 16 de la marche.

B) MANUCEAU propose pour sa part une généralisation de ces calculs en trois dimensions sur toute la période de la marche, où le sujet est en appui sur le membre inférieur droit (figure 3).

Figure 3 : phases de la marche, sujet en appui sur le membre inférieur droit

Il reprend les calculs de PAUWELLS, en s'intéressant au système S, composé de la tête, des membres supérieurs, du tronc et du membre inférieur gauche.

Ce système a pour centre de gravité S5, le membre inférieur gauche oscille autour de OO', entraïnant un déplacement de S5 dans le plan sagittal Q qui coupe OO' en C (figure 4).

Les forces qui agissent sur S sont :

  1. Le poids K appliqué en S5, de direction verticale. K se déplace comme S5, dans le plan Q qui est saggital para-médian.
  2. Une force d'abduction M, située dans le plan frontal T qui passe par O et O'. M fait un angle de 21° avec la verticale, selon PAUWELLS.
  3. Une force d'extension E, située dans le plan sagittal contenant Æ1 et Æ3 et de direction parallèle au membre infŽrieur droit.
  4. Une force de flexion F qui a les mêmes caractéristique que E, mais qui fait tourner S en sens inverse de E.
  5. La réaction de la tête fémorale droite sur le cotyle.

Figure 4 : forces agissant sur le système S

De même que précédemment, l'application du théorème fondamental de la dynamique permet de calculer la réaction R de la tête fémorale sur le cotyle. Selon MANUCEAU, cet effort varie en direction et en norme au cours de la marche. Sa direction forme un angle de 16° avec 3 lors de la phase 16. Cet angle grandit pour atteindre une valeur maximale en phase 12 et 22. L'intensité est minimale à la phase 16 (elle vaut alors quatre fois le poids K du système S), et est maximale aux phases 12 et 22 (égale à cinq fois celle de K).

Lors de la phase 22, R fait un angle de 18° avec 3 ; le plan (3, R) fait un angle de 12° avec le plan T (figure 5). L'intensité de R lors de cette phase est de cinq fois celle de K.

Figure 5: orientation de la résultante R appliquée au système S