En biomécanique, l'analyse descriptive d'une position ou d'un mouvement dans l'espace doit être compréhensible par tous. Pour cela, une codification du langage a été mise en place afin que toutes les personnes désireuses de communiquer entre elles sur l'analyse du mouvement puissent se faire comprendre clairement. L'objectif de ce deuxième chapitre est de vous fournir et de vous expliquer cette terminologie scientifique spécifique utile à une bonne compréhension de la description anatomique d'une position ou d'un mouvement.
Figure 1. Position anatomique de référence.
Pour décrire une position ou un mouvement, il est nécessaire de pouvoir expliquer quelle est la situation du sujet par rapport à l'observateur (i.e., comment l'observateur voit le sujet : de face, de dos, de 3/4, latéralement, etc.) et de quelle manière le sujet effectue son mouvement (e.g., le sujet effectue une rotation mais est-ce d'avant en arrière, de droite à gauche ?). Pour répondre à ces interrogations, nous allons nous servir des plans et des axes de référence qui sont définis par rapport à la position standard anatomique humaine, position dite de Paul Poirier.
Cette position anatomique se décrit de la manière suivante (Fig. 1) :
À partir de la position anatomique de référence, on décrit trois plans imaginaires en 2 dimensions qui passent par le centre de gravité du corps humain et qui sont perpendiculaires les uns par rapport aux autres. On distingue le plan sagittal, le plan frontal et le plan transversal. Ils sont représentés en Figure 2 et décrits ci-après. Le plan est une vue 2D d'un corps ou d'un objet.
C'est un plan vertical qui passe par la ligne médiane du corps et le divise en deux parties symétriques, droite et gauche (Fig. 2). C’est dans ce plan que des activités telles que la marche, la course à pied et le saut en longueur par exemple sont le plus souvent étudiées.
Figure 2. Les plans... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
C'est un plan vertical perpendiculaire au plan sagittal qui divise le corps en deux parties symétriques, antérieure (ventrale) et postérieure (dorsale) (Fig. 2). C’est dans ce plan que les mouvements de déhanchement au cours de la marche et de la course à pied, l'aire projetée des cyclistes ou la torsion des chevilles sont étudiés.
C'est un plan horizontal, parallèle au sol, qui divise le corps en deux parties symétriques, supérieure (du côté de la tête) et inférieure (du côté des pieds) (Fig. 2). C’est dans ce plan que les torsions des épaules par rapport aux hanches seront observées.
Pensez également qu'en plus de ces 3 plans de référence, il existe une multitude de plans parallèles à ceux-ci dans lesquels il est possible d'étudier une partie du mouvement en isolant une fraction du corps. Les plans permettent la translation, c'est-à-dire le déplacement rectiligne d'un objet. Nous reviendrons plus tard dans le cours sur ces notions.
Vous pouvez vous représenter un axe comme une ligne imaginaire autour de laquelle s’effectue une rotation ou bien comme une ligne qui représente une direction que suit un objet. Prenons comme exemple une roue de bicyclette, au centre du moyeu de la roue se trouve l'axe de rotation (la roue tourne bien autour de cette axe) tandis que la roue décrit un plan perpendiculaire à l’axe. Les axes peuvent être définis par l’intersection de deux plans, par exemple, l'axe longitudinal est à l'intersection du plan sagittal et du plan frontal. Les axes anatomiques de référence sont au nombre de 3 : antéro-postérieur, transversal et longitudinal (Fig. 3). Ils sont définis perpendiculairement aux plans de que nous venons de décrire.
Figure 3. Les axes... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Il passe horizontalement d'arrière en avant et est formé par l'intersection des plans sagittaux et transversaux. Il est perpendiculaire au plan frontal (Fig. 3). Lorsqu'une gymnaste effectue une roue, son corps tourne autour de cet axe.
Il passe horizontalement de gauche à droite et est formé par l’intersection des plans frontaux et transversaux. Il est perpendiculaire au plan sagittal (Fig. 3). Lors d'une roulade ou d'un salto, le corps tourne autour de cet axe.
Il passe verticalement de haut en bas et est formé par l'intersection des plans sagittaux et frontaux. Il est perpendiculaire au plan transversal (Fig. 3). En danse classique, lors d'une pirouette, le corps tourne autour de cet axe.
Les plans et les axes représentent la structure globale de l'analyse descriptive d'une position ou d'un mouvement. Néanmoins, il convient d'utiliser des termes qui permettent d'être encore plus précis pour décrire selon quel point de vue nous observons un corps, mobile ou non. Tous les termes sont illustrés en Figure 4.
Antérieur (ou ventral) : Si vous regardez le corps humain dans le plan sagittal, le plan frontal ou l'axe longitudinal divise le corps en deux parties. Antérieur correspond à la partie avant du corps (Fig. 4). Par exemple, le nez se situe sur la face antérieure de la tête et les pectoraux sont sur la face antérieure du corps humain.
Figure 4. Orientation dans l'espace... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Postérieur (ou dorsal) : Si vous regardez le corps humain dans le plan sagittal, le plan frontal ou l'axe longitudinal divise le corps en deux parties. Postérieur correspond à la partie arrière du corps (Fig. 4). Par exemple, les omoplates et les fesses se situent sur la face postérieure du corps humain. Dorsal désigne aussi la face arrière de la main et la face supérieure du pied.
Médial : Lorsque vous observez le plan frontal, ce qui est médial est proche de l'axe longitudinal du corps humain (Fig. 4). Par exemple, dans le plan frontal, les yeux sont plus médians que les oreilles.
Latéral : Lorsque vous observez le plan frontal, ce qui est latéral est éloigné de l'axe longitudinal du corps humain (Fig. 4). Par exemple, les oreilles sont latérales par rapport aux yeux.
Supérieur (ou Crânial) : Le corps humain est divisé en deux parties par le plan transversal, la partie supérieure correspond à la partie haute, c'est-à-dire la portion la plus éloignée des pieds en position debout (Fig. 4). Par exemple, la poitrine est supérieure à l'abdomen.
Inferieur (ou Caudal): Le corps humain est divisé en deux parties par le plan transversal, la partie inférieure correspond à la partie basse, c'est-à-dire la portion la plus éloignée de la tête en position debout (Fig. 4). Par exemple, les jambes sont inférieures aux cuisses.
Proximal : Le terme proximal désigne ce qui est proche du point d’attache au corps (Fig. 4). Par exemple, le coude est dit proximal par rapport au poignet. En effet, le coude est plus proche de l'articulation de l'épaule (i.e., le point d'attache au corps) que ne l'est le poignet.
Distal : A l'inverse, distal désigne ce qui est éloigné du point d’attache au corps) (Fig. 4). Par exemple, la cheville est dit distale par rapport au genou. En effet, la cheville se trouve plus près de l'extrémité du membre inférieur que le genou.
Superficiel (i.e., près de la surface) : Cela correspond aux structures proches de la surface du corps. Par exemple, la peau est superficielle par rapport aux muscles.
Profond (i.e.,à l’intérieur) : Cela correspond aux structures éloignées de la surface. Par exemple, les os sont profonds par rapport à la peau. Vous entendrez également parler des muscles profonds, comme les muscles érecteurs du rachis, par exemple.
Pour l'analyse du geste sportif, il est possible de décomposer le corps en un ensemble de segments assemblés les uns autres grâce aux articulations. Il devient ainsi plus simple de décrire les mouvements effectués. Cette partie a essentiellement pour objectif de vous faire comprendre la modélisation simple du corps humain afin de vous préparer pour les parties suivantes. Quelques notions d'anatomie seront abordées ici, mais elles seront développées dans un cours dédié.
Bien qu'il soit une structure très complexe, vous pouvez réduire le corps humain a une structure basique composé de segments. Ces segments sont reliés entre eux par des articulations. Comme leur nom l'indique, les articulations servent à articuler les segments les uns par rapport aux autres. Elles permettent donc le mouvement.
Figure 5. Segments corporels et articulations... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Pour délimiter les segments corporels sur un sportif, les biomécaniciens utilisent des repères anatomiques osseux précis, palpables sous la peau. C'est ainsi que sont mesurés les segments corporels (Fig. 5). Voici la liste des segments corporels utilisés en biomécanique :
Lors de l'analyse du mouvement, seules les principales articulations sont généralement prises compte. Comme vous l'avez vu pour les segments corporels, sur une étude global du corps, le tronc, la main et le pied sont considérés dans leur globalité. Bien sûr, si vous ne devez étudiez que le mouvement des doigts d'un pianiste, il faudra considérer chaque phalange et chaque articulation de la main. Les articulations principales sont donc (Fig. 5):
Ces notions sont très simples à retenir, et il est important que lorsque vous décriviez un mouvement, vous fassiez clairement la différence entre membre supérieur et bras, et membre inférieur et jambe. En effet, "bras" et "jambe" sont des termes employés par la plupart des gens pour désigner les membres inférieurs et supérieurs. Il vous faut noter également qu'ici les articulations sont décrites de manière simplifiées. Nous verrons dans le cours consacré à l'anatomie que les dénominations sont bien plus précises et qu'il existe beaucoup plus d'articulations dans le corps humain.
Une articulation représente le point où deux ou plusieurs os se rencontrent. Le corps humain comprend trois principaux types d'articulation. Chacune d'elles offre une mobilité différente :
Dans ce type d'articulation, les os sont unis par du tissu fibreux. Ces articulations ne permettent aucune mobilité, on parle alors de synarthrose. Il existe 3 sous-catégories :
Ce sont des articulations composées de cartilage hyalin ou de fibrocartilage et unissant ainsi les os. Ces articulations permettent une mobilité réduite, on parle alors d'amphiarthrose. Il existe 2 sous-catégories :
Ce sont des articulations très communes dans le corps humain. Ce sont elles qui unissent principalement les segments corporels. Les os sont solidement attachés l'un à l'autre par des ligaments. Elle se caractérise par la présence d'une capsule articulaire composée d'une membrane fibreuse et d'une membrane synoviale, sécrétant un liquide particulièrement lubrifiant : la synovie. Ce liquide permet d'éviter l'usure précoce des cartilages articulaires présents sur chaque os. Ces articulations permettent une grande mobilité, on parle alors de diarthrose. L'amplitude de mouvement articulaire et les degrés de liberté possibles sont fonction de la forme géométrique de l'articulation. Elles sont classées en 6 types différents (Fig. 6-11) :
Articulation sphéroïde ou énarthrose (Fig. 6) : Une tête sphérique convexe vient se loger dans une cavité sphérique concave. Exemple : L'articulation coxo-fémorale (i.e., la hanche) ou l'articulation scapulo-humérale (i.e., l'épaule). Ce type d'articulation permet 3 degrés de liberté et donc une très grande mobilité : flexion / extension, abduction / adduction, rotation externe / interne et circumduction.
Articulation en selle (Fig. 7) : Deux têtes concaves viennent s'emboiter perpendiculairement. Exemple : L'articulation trapezo-metacarpienne (i.e., le pouce). Ce type d'articulation permet 2 degrés de liberté : flexion / extension et abduction / adduction.
Articulation condylienne (Fig. 8) : Une tête ellipsoïdique convexe vient se loger dans une cavité ellipsoïdique concave. Exemple : L'articulation radio-carpiale (i.e., le poignet). Ce type d'articulation permet 2 degrés de liberté : flexion / extension et abduction / adduction.
Articulation trochléenne ou ginglyme (Fig. 9) : L'articulation forme une charnière. Exemple : L'articulation olécranienne (i.e., le coude) ou l'articulation fémoro-patellaire (i.e., entre le fémur et la patella). Ce type d'articulation ne permet qu'un seul degré de liberté : flexion / extension.
Articulation trochoïde (Fig. 10) : Un cylindre convexe vient se loger dans un cylindre concave. Exemple : L'articulation radio-ulnaire (i.e., l'avant-bras). Ce type d'articulation ne permet qu'un seul degré de liberté : rotation externe / interne.
Articulation plane ou arthrodie (Fig. 11) : Deux surfaces planes sont en contact. Exemple : Les articulations entre les os du carpe (i.e., de la main). Ce type permet 3 degrés de liberté mais avec très peu d'amplitude.
Figure 6. Articulation sphéroïde... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 7. Articulation en selle... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 8. Articulation condylienne... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 9. Articulation trochléenne... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 10. Articulation trochoïde... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 11. Articulation plane... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Le corps possède une grande variété de mouvements articulaires. Ceux-ci sont dépendants de l'articulation et de sa forme anatomique comme vous venez de le lire dans la partie précédente. Une bonne connaissance des mouvements anatomiques est nécessaire pour réaliser une analyse descriptive correcte des mouvements humains. Chaque mouvement anatomique est effectué dans un plan spécifique autour d'un axe spécifique. Avec ces connaissances, il est possible d'observer le geste sportif, et de le décomposer en plusieurs mouvements articulaires pour évaluer l'influence du mouvement de l’individu sur la performance.
La flexion est un mouvement qui diminue l'angle au niveau de l’articulation en mouvement en rapprochant les uns des autres les segments d'un membre. Tandis que l'extension augmente l'angle au niveau de l'articulation en mouvement en alignant les segments d'un membre. De nombreux types d’articulations synoviales sont capables de flexion et d'extension. Cela comprend l'articulation de l'épaule (Fig. 12), de la hanche (Fig. 13), du coude (Fig. 14), du poignet et du genou.
Attention cependant aux dénominations des mouvements articulaires de l'épaule et de la cheville. En effet, la flexion de l'épaule est souvent appelée antépulsion, et l'extension de l'épaule appelée rétropulsion. La fexion du pied sur la jambe (i.e., lorsque vous pointez les orteils vers le haut) est appelée dorsiflexion. Mais l'extension de la cheville (i.e., lorsque vous tendez le pied pour l'aligner avec la jambe) est appelée flexion plantaire.
Figure 12. Extension / Flexion de l'épaule... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 13. Extension / Flexion de la hanche... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 14. Extension / Flexion du coude... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Si on observe dans le plan frontal, le corps humain en position anatomique de référence, l'abduction correspond à une rotation latérale d'un segment corporel qui s'éloigne du corps. A l'inverse, l'adduction correspond à une rotation médiale qui rapproche le segment corporel du corps. La Figure 15 illustre ce mouvement articulaire au niveau de l'épaule et de la hanche.
La rotation est un mouvement d’un os autour de son axe longitudinal et s'effectue dans le plan transversal. Lorsque la face antérieure de l'os tourne et s'éloigne de la ligne médiane du corps, on parle de rotation externe. À l'inverse, lorsque la face antérieure de l'os tourne et se rapproche de la ligne médiane, c'est la rotation interne. Les articulations qui permettent les rotations externe et interne comprennent, entres autres, l'épaule (Fig. 16) et la hanche.
Figure 15. Abduction / Adduction... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 16. Rotation Externe / Interne... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 17. Pronation / Supination... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Au niveau de l'avant-bras, la supination et la pronation désignent la position relative du radius et de l'ulna (les deux os de l'avant-bras). En supination, position anatomique de référence, le radius est latéral par rapport à l'ulna, et la paume de la main est orientée vers l'avant. En pronation, le radius passe en avant de l'ulna, et la main effectue une rotation interne, pour finalement que la paume soit orientée vers l'arrière (Fig. 17).
Figure 18. Déformation de l'articulation du genou... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Varus et valgus caractérisent l'éloignement ou le rapprochement de la partie distale d'un segment par rapport à l'axe longitudinal du corps. Dans le cas du genou, le varus correspond à une rotation externe du fémur, ce qui éloigne latéralement l'articulation du genou se traduisant visuellement par des jambes arquées. A l'opposé, le valgus est une rotation interne du fémur qui rapproche le genou de l'axe longitudinal, avec pour résultat des genoux dits "cagneux" ou "en X" (Fig. 18).
Ces deux termes sont spécifiques à l'articulation de la cheville. L'éversion (Fig. 19) correspond à une rotation externe latérale. Dans le cas de l'os du talon (le calcaneum), la plante de pied est orientée latéralement. À l'inverse, l'inversion (Fig. 20) est une rotation interne médiale. La plante de pied est orientée médialement.
Vous avez sûrement remarqué que pour choisir une chaussure de sport, il est de plus en plus courant de parler de pieds "pronateurs", "supinateurs" ou "universel". Dans ce cas, la pronation correspond à une éversion du calcaneum, une dorsiflexion de la cheville et une abduction de l'avant du pied. Le déroulé du pied s'effectue principalement sur l'intérieur du pied. Quant à la supination, elle comprend une inversion du calcaneum, une flexion plantaire de la cheville et une adduction de l'avant du pied. Le déroulé du pied s'effectue principalement sur l'extérieur du pied.
Figure 19. Eversion de la cheville... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 20. Inversion de la cheville... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 21. Circumduction... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
La circumduction est un mouvement circulaire combinant les mouvement d'abduction, d'adduction, de flexion et d’extension de l’articulation. Par exemple, dessiner un cercle avec le membre supérieur tendu représente une circumduction (Fig. 21). On retrouve ce type de mouvement au niveau de l'épaule et de la hanche.
Tout au long de ce chapitre, vous venez de comprendre que le geste sportif se réalisait selon des mouvements articulaires précis qui s'effectuaient selon des plans et des axes spécifiques. Or, pour une analyse descriptive du mouvement, il est possible d'être encore plus précis en localisant dans l'espace la position d'un point ou d'un ensemble de point. Ces points peuvent représenter des articulations et des segments.
En biomécanique, la description du mouvement d’un corps peut se faire dans un espace bidimensionnel (i.e., 2D), par exemple, lorsque vous observez une personne marcher dans le plan sagittal. Mais cettte étude peut également se faire dans un espace tridimensionnel (i.e., 3D). Dans ce cas, votre champ de vision permet de visualiser plusieurs plans dans l'espace. C'est pourquoi il est nécessaire de définir l’espace dans lequel se produit le mouvement, c'est-à-dire selon quel point de vue vous vous placez pour observer le geste sportif.
Dans un espace bidimensionnel, c'est-à-dire un plan, se trouvent deux axes perpendiculaires l'un à l'autre : un axe vertical (l'abscisse et un axe horizontal (l'ordonnée). L'intersection de ces deux axes forme l'origine, c'est-à-dire le point 0. Sur ce plan 2D, la position d'un point est décrite par 2 valeurs : une valeur horizontale et une valeur verticale. Ce sont ses coordonnées (Fig. 22).
Un troisième axe, l’axe z est nécessaire pour décrire le mouvement dans un espace tridimensionnel. Cet axe passe par l’origine et est perpendiculaire aux axes X et Y décrits ci-dessus. La Figure 23 montre ce troisième axe et les plans définis par ces trois axes. Dans ce cas, la position d'un point sera décrite par 3 valeurs : une valeur horizontale, une valeur verticale et une valeur de profondeur.
Figure 22. Plans et axes bidimensionnels... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 23. Plans et axes tridimensionnels... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Pour l'instant, retenez simplement que ces coordonnées permettent de décrire la position précise d'un point à un temps donné. Le concept simple de coordonnées horizontale et verticale doit être clair car il sera réutilisé de nombreuses fois tout au long de ce cours. Mais ne vous inquiétez pas, nous détaillerons dans d'autres chapitres, l'utilisation de ces coordonnées.
Comme nous venons de l'expliquer, l'étude d'un geste dépend du point de vue de l'observateur. Selon sa position, l'analyse du mouvement sera soit bidimensionnelle, soit tridimensionnelle. Vous avez également compris que chaque point dans l'espace observé possède des coordonnées. Cependant, ces coordonnées nécessitent un point d'origine. Il est donc nécessaire de définir un système de coordonnées pour décrire les mouvements observés.
Figure 24. Représentation des systèmes... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Le système de coordonnées global (également connu sous le nom de référentiel galiléen ou inertiel) est utilisé pour déterminer la position d'un individu par rapport à la pièce où il évolue, par exemple. Cette position permet de décrire toutes les autres positions qui seront observées au cours de l'analyse du mouvement de cet individu.
Quant au système de coordonnées local, il permet de décrire une positon par rapport au corps ou à un segment. Ce système de coordonnes reste fixé au corps ou au segment au cours du mouvement. Son origine est généralement placée au niveau du centre de gravité du corps ou sur le centre de masse du segment.
La Figure 24 illustre la relation entre ces deux systèmes de coordonnées lors de l'analyse du mouvement en développé couché. Le système de coordonnées global est immobile, tandis que le système de coordonnées local se déplace avec le corps ou le segment auquel il est attaché.
Désormais, à la fin de chaque chapitre de cours, vous retrouverez un petit questionnaire qui vous permettra de tester vos connaissances. N'hésitez pas à parcourir le chapitre et prenez votre temps pour réfléchir.
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