Études photographiques sur la locomotion de l'homme et des animaux

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- - INSTITUT DE FRANCE.
  - ACADÉMIE DES SCIENCES.
  - Extrait des Comptes rendus des séances de l'Académie des Sciences, . XCVIII,
  - séance du 19 mai 1884.
  - Analyse cinématique de la marche;
  - Par M. MARE Y.
  - « Dans une Note du ^5 juin de l’année dernière, j'ai décrit une méthode photographique par laquelle on obtient, sur une même plaque sensible, un grand nombre d’images instantanées représentant les différentes attitudes du corps pendant la marche, la course ou le saut. Sur ces figures, chaque image est réduite à des lignes représentant la direction des rayons osseux des membres et à des points correspondant aux centres de mouvement des articulations.
  - » La fig. 1 montre ainsi la série des attitudes des membres du côté droit, avec les positions de la tête, chez un homme qui marche d’un pas assez rapide. Les photographies ont été prises à des intervalles de de seconde, la longueur d’un pas complet étant de la vitesse de
  - l’allure 63oom à l’heure.
  - » Sur ces épreuves agrandies, on peut étudier, comme sur une épure, les lieux géométriques de chacune des articulations du membre inférieur, la façon dont chacun d’eux s’engendre, ainsi que la part d’action qui revient, dans la progression, à la pesanteur et à l’action musculaire.
  - » J’ai entrepris, avec M. G. Demeny, mon préparateur à la Station phy-M.
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- - siologique, la double étude, cinématique et dynamique, de la locomotion, d’après les documents fournis par la photographie et par d’autres appareils, chronographes et dynamomètres inscripteurs (1 ).
  - Fift. i.
  - » Comme celle étude est exclusivement basée sur les documents fournis par la méthode graphique, on ne s’étonnera pas de n’y point rencontrer l’exposé des théories ou des observations faites antérieurement sur la locomotion humaine.
  - ÉTUDE CINÉMATIQUE UE LA MARCHE UE l’hOMME,
  - » La ftg. i donne les trajectoires des différentes articulations des membres, les angles que font entre eux les différents leviers osseux, les variations de vitesse de chacune de ces parties aux différents instants de ses mouvements. Pour parler plus exactement, la fig. i représente la projection de ces mouvements sur un plan vertical parallèle à la direction de la marche. Certains mouvements de moindre importance pour la locomotion devront être étudiés d’après leur projection sur d’autres plans; nous ne nous en occuperons pas ici.
  - » On a vu, dans la description de la méthode, que les photographies ne
  - (‘ ) Nous ne nous occuperons aujourd’hui que de la marche, conside'rée au point de vue cinématique.
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  - traduisent le mouvement que pour une moitié du corps, celle qui est tournée du côté de l’appareil; on peut toutefois suppléer à l’absence de renseignements sur les mouvements de la moitié opposée du corps, puisqu’on sait que, dans les allures régulières, les membres droits et gauches exécutent les mêmes actes d’une manière alternative. Ainsi, dans un pas complet, c’est-à-dire entre la position occupée sur la figure par le pied droit à l’un de ses appuis et la position occupée par le même pied à son appui suivant, il s’est fait un posé du pied gauche ; or, si l’allure est régulière, le lieu occupé par le pied gauche au posé se trouvera précisément au milieu de l’espace qui s’étend entre les images des posés du pied droit.
  - » On pourrait donc, étant donnée une allure parfaitement régulière, obtenir les images des deux moitiés du corps en superposant deux figures transparentes, semblables à celle qui est représentée ci-dessus et en faisant glisser l’une de ces figures par rapport à l’autre d’une longueur égale à celle d’un demi-pas.
  - » Ces images expriment, mieux que toute description, les relations qui existent entre les mouvements des différentes parties du corps; elles montrent comment chacune des jambes concourt à imprimer au tronc et à la tête une translation presque uniforme et des oscillations dans un plan vertical correspondant chacune à l’action d’une des jambes. Grâce aux repères qu’on obtient en donnant une intensité plus grande à une image sur cinq, on peut déterminer pour chaque instant les positions relatives de la jambe, du bras et de la tête,^et constater l’alternance des mouvements du bras et de ceux de la jambe d’un même côté. Enfin, sachant que deux images successives se sont produites à un intervalle de temps égal à ^ de seconde, il suffit de porter la longueur qui sépare deux images consécutives sur une échelle métrique située au bas de la figure (* ) pour connaître la valeur absolue de l’espace parcouru par un point, à l’instant considéré, et pour en déduire la vitesse de ce point.
  - » Nous attirerons toutefois l’attention sur les mouvements les plus importants, ceux des jambes pendant la marche; la plupart des actes que nous aurons à décrire se retrouveront dans les allures plus rapides avec de simples différences dans l’étendue et la vitesse des mouvements.
  - » Etude cinématique des mouvements du membre inférieur pendant la marche.
  - — On a tous les éléments du problème quand on connaît les mouvements
  - .c
  - (J) Dans la reproduction de la fig. i, le graveur a supprimé par erreur l’échelle métrique.
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- - de la jambe pendant la durée d’un pas complet, commençant à l’appui d’un pied sur le sol et finissant à l’appui suivant du même pied. La durée du pas sera divisée en deux périodes, celle qui correspond à l’appui du pied et celle qui correspond au levé.
  - » A. Mouvements du membre inférieur pendant la période d’appui du pied. — Les mouvements, pendant cette phase, sont représentés fig. 2. Chacune des articulations du membre inférieur : cheville (articulation tibio-lar-sienne), genou (articulation tibio-fémorale), hanche (articulation coxo-fémorale), suit une trajectoire engendrée par les mouvements angulaires simultanés des segments : pied, jambe et cuisse.
  - « Le pied touche le sol par le talon en A, et presque aussitôt s’applique par toute l’étendue de sa face plantaire; cette première phase occupe environ les trois cinquièmes de la durée totale de l’appui.
  - » A partir de ce moment le talon se détache du sol, et pendant la seconde phase, c’est-à-dire les deux cinquièmes de l’appui, le pied se déroule autour de sa pointe B, ou pour mieux dire de l’extrémité des métatarsiens.
  - » La trajectoire de la cheville est engendrée de la manière suivante. Après avoir été immobile pendant la première phase de l’appui, la cheville décrit
  - Fig. 2.
  - une courbe a4 qui se confond sensiblement avec un arc de cercle ayant pour centre l’articulation métatarso-phalangienne. En réalité, le mouvement se compose d’une série de rotations infiniment petites autour de centres instantanés qui se meuvent le long de la ligne de contact de la tète du premier métatarsien avec le sol, et qui s’approchent d’autant plus de
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  - l’extrémité antérieure de cet os que le déroulement du pied est plus com-
  - p,etH-
  - » Trajectoire du genou. — Cette trajectoire est plus complexe et résulte de la composition de deux mouvements indépendants.
  - » Dans la première phase de l’appui, c’est-à-direlorsque le talon touche le sol, le genou G décrit un arc de cercle ê1, ê2, dont le centre serait à la cheville du pied; dans la seconde phase, ë3, ë4, Gn ce mouvement se combine au déroulement du pied autour de l’extrémité des métatarsiens, mouvement dont la description a été donnée plus haut.
  - » L’angle que la jambe forme avec le pied change aux différentes phases de l’appui : pendant la première phase, celle de l'appui du talon et delà plante, la jambe se fléchit graduellement sur le pied; pendant la seconde, à partirdu moment où le talon se soulève, le pied s’étend graduellement sur la jambe jusqu’à l’instant où il se détache du sol.
  - » Cette extension du pied augmente la distance qui sépare le genou du point d’appui, de sorte que la trajectoire du genou, au lieu de s’abaisser vers le sol à la fin de l’appui, comme cela arriverait s’il décrivait seulement un arc de cercle autour de la cheville, se relève et suit, dans son ensemble, une ligne légèrement sinueuse, parfois assez rapprochée de l’horizontalité.
  - » Trajectoire de la hanche. — La hanche subit toutes les influences qui engendrent la trajectoire du genou; mais,en outre, elle est soumise à l’effet des mouvements de la cuisse sur la jambe. Ceux-ci consistent en une flexion du genou au commencement du posé du pied G, ë’, é2, après quoi le genou se redresse jusqu’au moment où le talon quitte le sol ë3; enfin le genou se fléchit de nouveau pendant la dernière phase de l’appui.
  - » Ces mouvements de flexion et d’exiension du genou produisent des changements dans la longueur des lignes qui joignent les différentes positions de la jambe à chacun des points d’appui du pied sur le sol. Nous appellerons ces lignes rayons du membre inférieur (on a représenté ces rayons dans la fig. 2 par des lignes formées alternativement de points et de traits),
  - » Sous ces influences diverses, la trajectoire de la hanche C, yn y2, y3, C, (*)
  - (*) Ce mouvement du ,pied autour de la tète des métatarsiens n’est vrai que pour la marche à pieds nus ou avec des semelles très souples. Si le marcheur porte des semelles épaisses et longues, le déroulement du pied se fera autour de l’extrémité de la chaussure ; il en résultera, pour les mouvements du membre et pour la longueur du pas, des conséquences que nous nous proposons d’étudier dans un autre travail.
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  - décrite pendant l’appui du pied est une courbe à convexité supérieure. Le maximum de hauteur de cette courbe au-dessus du plan horizontal ne correspond pas au moment où l'articulation de la hanche passe en Y, verticalement au-dessus de la base de sustentation formée par le pied, mais se projette un peu en avant de cette base, dans le sens de la progression.
  - » Lorsque le pied droit s’est posé sur le sol en A, le pied gauche était encore appuyé par sa pointe; le corps reposait donc sur les deux pieds à la fois, et ce double appui a duré jusqu’au moment où la hanche est représentée en et le genou en S1. De même, à la fin de la fig. 2, lorsque le pied droit est en B et la hanche en E, le pied gauche se pose sur le sol ; un double appui se produit encore et dure jusqu’au moment où la hanche est en C,.
  - » B. Mouvement du membre inférieur pendant le levé du pied, — Aussitôt que le pied a quitté le sol, le centre de mouvement du membre inférieur passe à l’articulation de la hanche. Dans ce mouvement, que les auteurs classiques ont comparé à l’oscillation d’un pendule dont le point de suspension éprouverait un déplacement dans le sens horizontal, nous aurons à considérer la trajectoire de chacune des articulations en particulier. Le détail de ces mouvements se voit aisément sur la fig. 1.
  - » Pendant la période de levé du pied, la trajectoire de la hanche décrit une courbe à convexité supérieure sensiblement semblable à celle que nous avons vue correspondre à la période d’appui. C’est qu’en effet la hanche droite, seule représentée dans notre figure, ressent l’effet de l’appui de la jambe gauche.
  - » Le genou suit une courbe résultant d’un mouvement de rotation autour de l’articulation de la hanche combiné au mouvement ci-dessus indiqué de la hanche sur sa trajectoire.
  - » Enfin la cheville, pendant le levé du pied, suit une trajectoire qui résulte de celle du genou combinée avec le mouvement angulaire de la jambe sur la cuisse. Pendant le premier tiers du levé, il y a flexion graduelle du genou; pendant les deux autres tiers, la jambe s’étend graduellement sur la cuisse, jusqu’à l’extension complète ; elle se fléchit de nouveau légèrement au moment du posé. La courbe de ce mouvement présente deux élévations successives : une grande élévation au début du levé; elle se raccorde avec la courbe ascendante engendrée par le déroulement du pied à l’appui; la cheville s’abaisse ensuite et rase le sol jusqu’à l’instant du posé ; enfin elle se relève de nouveau très légèrement à l’instant où le pied va s’appuyer sur le sol.
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  - » L’ensemble de tous ces mouvements exécutés tour à tour par les deux membres inférieurs concourt pour produire le mouvement de la hanche; or ce mouvement est d’autant plus important à considérer qu’il correspond sensiblement à celui du centre de gravité du corps lui-même placé a^sez près de l’articulation de la hanche. Toutefois, comme les hanches sont situées en dehors du plan vertical médian qui passerait parle corps, d’avant en arrière, l’action des membr» s sur le tronc s’exerce toujours plus ou moins obliquement. Il en résulte une inégalité des effets des deux jambes sur la trajectoire de la hanche : celle-ci n’offre pas, dans ses inflexions, la périodicité régulière qu’on observe, par exemple, dans la trajectoire de l’épaule et surtout dans celle du sommet de la tète.
  - » Si l’on examine, dans son ensemble, la courbe décrite par la hanche pendant la durée d’un pas, on y observe deux maxitna dont chacun se produit pendant la période d’appui de l’un des pieds. Les minima correspondent aux moments où chacun des pieds commence son posé (instant du double appui ). Ces deux ondulations de la courbe de la hanche, dont chacune est produite par l’action d’une des jambes, ne sont pas égales entre elles, avons-nous dit. Cela tient à des oscillations du bassin autour de deux axes, l’un vertical, l’autre horizontal et parallèle à la direction de la marche (1 ).
  - » Les oscillations du bassin autour de son axe horizontal interfèrent avec les ondulations de la trajectoire de la hanche; elles ont pour effet de rendre fort inégaux les deux minima de cette trajectoire. Pour la hanche droite, le minimum qui se produit après le levé du pied droit est le plus bas, parce qu’il coïncide avec l’oscillation descendant du côté correspondant du bassin ; le minimum suivant, qui correspond au levé du pied gauche, est atténué, au contraire, parce qu’il correspond à l’oscillation ascendante du bassin.
  - » Enfin, les oscillations du bassin autour de son axe vertical se traduisent par des mouvements de la hanche, tantôt dans le sens de la progression, tantôt en sens inverse; il en résulte une inégalité dans la vitesse de la hanche, au moment des deux maxima de sa trajectoire. Cette inégalité de vitesse se traduit par la plus grande condensation du ponctué de la trajectoire de la hanche pendant l’élévation qui correspond à l’appui du pied.
  - (‘) Ces oscillations ont été graphiquement déterminées par M. Carlet Solitude sur la marche [Annales des Sciences naturelles : Zoologie, 1872)].
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- - » Si i’on voulait réduire à son expression cinématique la plus simple le mouvement de la hanche et, par conséquent, du tronc sur sa trajectoire, pendant l’appui du pied correspondant, on caractériserait ce mouvement par la fig. 3. Dans cette figure, pendant une première phase, le membre tourne autour du point A ; la trajectoire CD de la hanche s’écarte de l’arc
  - Fig. 3.
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  - de cercle CD', parce que l’extension de la cuisse sur la jambe accroît graduellement la longueur du rayon du membre. Pendant la seconde phase, le centre du mouvement est en B, et la trajectoire DE diffère de l’arc DE' parce que l’extension du pied allonge à son tour le rayon du membre inférieur. »
  - GAUTIIIER-YILURS, IMPRIMEUR-LIBRAIRE DES COMPTES RENDUS. DES SÉANCES DE L ACADEMIE DES JCIENCES.
  - 9957 Parie. — Quai des Auguslins, ->5.
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