Modélisation : Introduction

Les objectifs d'apprentissage de cette ressource sont de :

  • Connaitre la notion de modèle mécanique du corps
  • Connaitre les notions de masse et de poids
  • Connaitre la notion de centre de masse du segment et de centre de gravité du corps

La ressource BIOMECANIQUE 3D vous propose d'assimiler ces notions en vous confrontant aux problèmes de calcul de la position de différents centres de masse segmentaire et au calcul de la position du centre de gravité du corps à partir des données anthropométriques du sportif qui a exécuté les différents mouvements proposés. Nous vous conseillons d'effectuer les opérations de calcul à votre convenance sur plusieurs segments et sur différents gestes à des instants particuliers afin de d'assimiler complètement les concepts et les méthodes de calcul correspondantes.

Introduction à la modélisation biomécanique :

La modélisation biomécanique doit beaucoup aux travaux des anatomistes (Vesalius 1540, Browne 1680, Bell 1763...) qui dès le XVème siècle font progresser la connaissance du corps humain grâce à la dissection de cadavres.

Dès le XVIIème, certains savants médecins ou mathématiciens (Borelli 1680, Newton 1686) abordent l'explication du mouvement à l'aide de principes physiques et mécaniques (leviers, gravitation, force).

A partir du XIXème siècle, l'étude du mouvement prend un essor particulier grâce à la photographie et au cinéma. Sous l'impulsion de Muybridge (1830-1904), de Marey (1830-1904) et de Demeny (1850-1917) les méthodes et les appareils de capture du mouvement, les chronophotographies et les modèles schématisant le mouvement du corps humain se développent.

De nos jours, les connaissances en biomécanique permettent de modéliser en 3 dimensions le mouvement du corps humain et de construire des prothèses artificielles au comportement mécanique proche de la réalité.

Notion de modèle

L'étude biomécanique du mouvement humain nécessite d'adopter un modèle du corps humain. Un modèle est une structure logique ou mathématique formalisée, utilisée pour rendre compte d'un ensemble de phénomènes qui, bien que n'ayant pas de lien de causalité univoque, possèdent entre eux certaines relations. Plus simplement, un modèle est une simplification voir une caricature d'une réalité complexe mais qui en permet l'étude.

La complexité de la modélisation du corps humain dépend des objectifs de l'analyse du mouvement : dans le cas de l'analyse de gestes sportifs, il est souvent indispensable d'adopter un modèle qui permet l'analyse du mouvement de l'ensemble des segments corporels.

Modèle multi-segmentaire :

Le modèle multi-segmentaire consiste à représenter le corps humain en un système de segments reliés les uns aux autres par des articulations. La construction d'un tel modèle, s'appuie sur des points anatomiques (ex : cheville, genou, hanche...) qui définissent les segments corporels (ex : pied, jambe, cuisse...) et des mesures anthropométriques qui caractérisent les segments telles que sa masse et la position de son centre de masse.

  • définitions:
    • L'anthropologie physique étudie les différentes caractéristiques physiques des êtres humains tels que leur poids, leur taille, la forme des différentes parties du corps.
    • L'anthropométrie est une branche de l'anthropologie physique qui a pour objet la mesure des différents paramètres qui caractérisent le corps humain.
    • La masse d'un segment (notée ) est une valeur identifiant la quantité de matière composant un segment. Elle dépend de la nature des différents tissus (os, muscles, fascias, graisse, peau, liquides) qui le composent. Elle représente la résistance du segment à sa mise en mouvement : plus la masse est importante, plus il sera difficile de modifier le mouvement du segment. C'est une valeur constante en tout point de l'univers qui s'exprime en kilogramme (kg).
    • La masse du corps (notée Μ) est la somme (notée Σ ) des masses segmentaires (Μ=Σms)