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 VAcadémie des Sciences, t. CIII; séance du 27 septembre 1886.
  - Analyse cinématique des allures du cheval (* 1 ) ;
  - Par MM. MAREY et PAGÈS.
  - « Mouvements du membre antérieur. — La chrono-photographie permet de rectifier les idées qui régnaient jusqu’ici relativement au jeu des différentes articulations des membres, aussi bien chez les animaux que chez l’homme. S’appuyant sur des considérations géométriques incomplètes, et faisant l’hypothèse la plus simple, la plupart des observateurs ont assimilé chacun des membres à un rayon tournant alternativement autour de l’une de ses extrémités, de l’inférieure pendant le poser, de la supérieure pendant le lever. Dans cette hypothèse, lorsque le pied est à l’appui, le rayon formé par le membre pivoterait autour de son extrémité inférieure en décrivant à sa partie supérieure un arc de cercle ; et, inversement, pendant le lever, le centre du mouvement étant à la pointe de l’épaule, le pied décrirait un arc de cercle à convexité inférieure. Tout en admettant l’oscillation pendulaire des membres, M. Colin, d’Alfort, fait intervenir les puissances musculaires aux diverses phases du lever ; en sorte que son opinion est inter-
  - O Voir Pagès, Comptes rendus, séance du 12 octobre i885.
  - M. et P.
  - 1
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- - médiaire entre les conceptions des observateurs qui l’ont précédé et celles qui sont basées sur les résultats fournis par l’expérimentation graphique.
  - » En raison de l’extrême complexité des figures chrono-photographiques delà locomotion du cheval, il nous a semblé avantageux de ne représenter que certaines images, celles qui correspondent à des changements importants dans l’attitude du membre antérieur. Ce choix nous a conduit à diviser les périodes d’appui et de lever du pied, chacune en quatre temps de durées souvent fort inégales, mais nettement caractérisés par la flexion ou l’extension de certains rayons osseux, ou par des changements de courbure dans la trajectoire de certaines articulations. Nous aurons soin d’indiquer, à côté des figures représentant ces phases successives des allures, la durée qui correspond à chacune d’elles. Enfin, pour ce qui concerne l’évaluation des vitesses, il faudra nécessairement recourir ici à la chrono-photographie avec la série complète des images recueillies à des intervalles de temps égaux.
  - » Allure du pas. — La fig. i représente théoriquement les phases successives de l’oscillation du membre antérieur. La période d’appui se divise
  - Ffg. 1. — Oscillations du membre antérieur dans le pas. -A L
  - A, période d’appui.
  - L, période de lever.
  - naturellement en quatre périodes caractérisées surtout : la première, par la rétrogradation du boulet, la deuxième par le pivotement du métacarpe et de l’avant-bras autour de l’articulation métacarpo-phalangienne immobile,
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  - la troisième par la rotation du rayon phalangien autour de la deuxième articulation médio-tarsienne, la quatrième par la rotation du sabot autour de son extrémité antérieure, qu’on désigne sous le nom de pince.
  - » Comme le centre du mouvement est dans la deuxième articulation des phalanges, il est nécessaire, dans l’analyse des trajectoires propres à chaque articulation, d’aller de ce point vers la partie supérieure du membre.
  - » i° Période d’appui. — Immobile pendant les trois premiers temps de cette période qui comprennent les de l’appui, le sabot tourne ensuite autour de la pince en décrivant par sa partie postérieure ou talon un arc de cercle.
  - » Le boulet, rétrograde pendant le premier temps (-L de l’appui), reste immobiledurantle deuxième temps de l’appui) et décrit un arc de cercle autour du sabot dans le troisième temps (-L de l’appui). À partir de ce moment, le boulet tendrait à descendre par l’obliquité croissante du rayon phalangien et par sa flexion sur le métacarpe vers la fin de l’appui ; mais il est sollicité à monter par le mouvement du sabot précédemment décrit et parcourt, en somme, un arc de cercle à convexité supérieure.
  - » La rétrogradation et l’abaissement de l’articulation métacarpo-phalangienne se traduisent dans le carpe par un arc concave en avant et en haut, c’est-à-dire en sens inverse de la courbe décrite par le boulet durant le premier temps. Plus tard, la rotation de l’avant-bras et du métacarpe autour du boulet immobile fait parcourir au carpe un arc de cercle dont le centre est à l’articulation métacarpo-phalangienne.
  - » Sollicité ensuite, d’une part à monter par l’élévation du boulet et de la première articulation phalangienne et, d’autre part, à descendre par l’obliquité croissante du métacarpe et par sa flexion sur l’avant-bras vers la fin du troisième temps, le carpe décrit une courbe convexe supérieurement pendant les deux dernières phases de l’appui.
  - » Le coude décrit d’abord, comme le carpe, une courbe concave en avant et en haut, qui résulte du mouvement inverse du boulet et de la progression plus ou moins rapide de l’animal; puis il parcourt un arc de cercle dont le centre est à l’articulation métacarpo-phalangienne immobile. Pendant les deux derniers temps de l’appui, sa trajectoire, convexe en haut, dépend du mouvement du carpe précédemment analysé, de l’obliquité croissante de l’avant-bras et finalement de sa flexion sur le bras, qui commence vers la fin du troisième temps.
  - » La trajectoire de'Varticulation de l’épaule est une courbe légèrement concave supérieurement; elle est engendrée parle mouvement des parties inférieures précédemment étudiées et par la flexion du coude qui aug-
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- - mente jusqu’au milieu du poser, pour faire place à un redressement pendant la deuxième moitié de cette phase du pas.
  - » Quant à la trajectoire de la pointe de l'omoplate, on pourrait sur la fig. i la considérer comme une ligne droite; mais dans les cas ordinaires on s’aperçoit que le redressement progressif du scapulum durant la première moitié du poser ne corrige pas complètement rabaissement simultané de l’articulation de l’épaule, et que l’obliquité croissante du même rayon dans la deuxième moitié de l’appui ne compense qu’imparfaitement l’élévation de cette même articulation ; en sorte que la trajectoire de la pointe de l’omoplate est une courbe concavo-convexe se rapprochant très sensiblement de la ligne droite.
  - » En résumé, la trajectoire en arc de cercle que décrirait la partie supérieure de l’épaule, dans l’hypothèse d’un membre rigide oscillant autour du pied à l’appui, se transforme en une ligne presque droite. Au début et à la fin du poser, le membre antérieur présente une longueur maximum, mais il offre en même temps un maximum d’obliquité; cette circonstance atténue beaucoup la convexité de l’arc de cercle qui, si le membre avait une longueur invariable, devrait avoir pour centre la deuxième articulation médio-phalangienne.
  - » Quant aux variations de longueur du membre, elles tiennent beaucoup plus à la flexion du rayon phalangien sur le métacarpe qu’aux variations de l’angle scapulo-huméral.
  - » 2° Période de lever. — Le centre du mouvement étant à la pointe du scapulum et au garrot qu’elle contribue à former, c’est en allant de la partie supérieure vers la partie inférieure du membre que nous étudierons les trajectoires des diverses articulations.
  - » Puisque le déplacement du garrot tient à l’action du membre à l’appui, la pointe de l’épaule du membre au lever suivra forcément la trajectoire très légèrement concavo-convexe du point correspondant du membre opposé (cette légère inflexion n’existe pas dans la fig. 1).
  - » Liarticulation de l’épaule s’élèvera progressivement en décrivant une courbe légèrement concave supérieurement, par suite de l’obliquité du scapulum, qui atteint son maximum à la fin du poser.
  - « Le coude parcourra une trajectoire de même forme, mais légèrement descendante par suite du mouvement du scapulum et de l’ouverture progressive de l’angle scapulo-huméral.
  - » Les inflexions des trajectoires sont beaucoup plus accentuées dans les rayons inférieurs du membre.
  - » Il est possible, cependant, de distinguer ici, comme dans le poser,
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- - quatre temps principaux à peu près d’égale durée; le premier commence aussitôt que le pied a quitté le sol et finit avec la flexion maximum du boulet correspondant au raccourcissement maximum du membre; le deuxième s’étend jusqu’à la flexion inaxima du carpe; la fin du troisième temps correspond au même moment pour le coude.
  - » Le carpe décrit une double courbure, concave en haut dans les trois premiers temps, à cause de la flexion du coude, et convexe dans le quatrième temps, par suite de l’extension de cette articulation.
  - » Le boulet suit une ligne légèrement concave dans la première moitié de son parcours, par suite du mouvement du carpe et de la flexion progressive du métacarpe sur l’avant-bras; puis il se déplace en ligne droite, par l’action combinée du carpe qui s’élève et du métacarpe qui s’étend graduellement sur l’avant-bras. Enfin, pendant le quatrième temps, il s’abaisse assez brusquement par l’extension du membre tout entier.
  - » Durant le premier temps, le sabot décrit une courbe à concavité inférieure se rapprochant de plus en plus de celle du boulet, dont la disposition est inverse ; les deux courbes se touchent presque dans un pas rapide. Ce mouvement du sabot est le résultat de la flexion rapide et intense du rayon phalangien qui se rapproche progressivement de la direction horizontale ; à cet instant, la paroi inférieure du sabot a acquis sa plus grande obliquité et fait un angle de /p° environ avec le sol.
  - » La trajectoire du sabot, pendant les trois autres temps du lever, est une ligne presque droite, si ce n’est à son extrémité, où elle devient un peu convexe supérieurement. Ce déplacement du sabot, coïncidant avec le retour de sa paroi inférieure à la position horizontale, dépend de ce que l’élévation du boulet est corrigée par l’extension croissante du rayon phalangien.
  - » En résumé, l’arc de cercle ayant son centre au garrot, que devrait décrire le pied dans l’hypothèse d’une oscillation pendulaire, est transformé en une courbe se rapprochant sensiblement de la ligne droite dans la plus grande partie de son étendue. Au début du lever, le membre antérieur tend vers la verticalité, mais se raccourcit par la flexion du rayon phalangien sur le métacarpe et, à un moindre degré, par la flexion du métacarpe sur l’avant-bras ; ce raccourcissement est maximum quand le membre est vertical. Dans tout le reste du soutien, le membre augmente d’obliquité et de longueur, principalement par l’extension des rayons inférieurs.
  - » De ce qui précède, il résulte que les rayons inférieurs, phalanges, métacarpe et avant-bras, sont les agents essentiels des changements de lon-M. et P. i.
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- - ( 6 j
  - gueur du membre et de la courbe décrite par le pied : le rayon phalangien agissant surtout au début, le métacarpe au milieu et l’avant-bras à la fin de cette période du pas.
  - » Nous n’avons examiné jusqu’ici que les trajectoires des différentes parties du membre antérieur ; nous allons indiquer sommairement les variations de leur vitesse.
  - » A. Phases de la vitesse pendant le poser. — Immobile pendant les de l’appui environ, le pied pivote ensuite sur la pince et acquiert rapidement une certaine vitesse. Le boulet se meut dans le premier dixième de l’appui, en sens inverse de la progression de l’animal; il est ensuite immobile pendant les ~ de l’appui; il s’élève enfin avec une vitesse graduellement croissante pendant tout le reste de cette période du pas.
  - » La rétrogradation du boulet se traduit dans le genou par une diminution de vitesse; son influence est moins sensible dans le coude; elle est à peu près nulle dans le garrot.
  - » L’arrêt de l’articulation métacarpo-phalangienne ne peut avoir qu’une faible influence sur le genou et le coude, grâce à la rotation simultanée du canon et de l’avant-bras qui fait que l’espace parcouru par ces deux articulations est proportionnel à leur distance du boulet immobile. Par conséquent, ni l’arrêt prolongé du pied, ni celui de l’articulation métacarpo-phalangienne, ni son mouvement de rétrogradation ne sauraient entraîner dans l’épaule, et à plus forte raison dans le garrot, des variations importantes de vitesse.
  - » C’est ainsi que, pendant le poser, le mouvement intermittent du sabot et du boulet, le mouvement irrégulièrement varié de ces deux points du membre et celui du genou, se transforment, dans la partie supérieure du membre, en un mouvement continu et sensiblement uniforme.
  - » B. Phases de la vitesse pendant le lever. — Les variations de vitesse des articulations supérieures ne sont pas plus intenses pour le membre au soutien que pour le membre à l’appui dont elles dépendent. Quant aux articulations inférieures, les changements de vitesse sont moins intenses qu’on ne serait tenté de le supposer; ils n’augmentent pas proportionnellement à leur distance au centre de mouvement.
  - » Le carpe acquiert son maximum de rapidité dans le deuxième temps et son minimum pendant le quatrième temps où le ralentissement est très manifeste.
  - » Le boulet se meut avec une vitesse à peu près uniforme jusqu’au moment qui précède immédiatement le nouvel appui; dans le pied, la vitesse
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  - présente également de faibles variations : son maximum, correspondant au troisième temps, est suivi, à la fin du quatrième, d’un ralentissement notable qui précède l’appui.
  - » Allure du trot (fig. 2). — Il suffira de comparer la fig. 2 à la fig. \ pour s’assurer que l’oscillation du membre se fait dans le trotcomme dans
  - Fig. 2.
  - Oscillations du membre antérieur dans le trot.
  - L
  - du poser, temps.......
  - du lever.
  - temps.
  - 3_ T 7 3
  - \ 7 3
  - 17 8
  - \7
  - le pas, avec cette différence, que les inflexions des diverses trajectoires et les variations de vitesse des différents points du membre y sont plus accentuées.
  - » Tout d’abord la rétrogradation intense et brusque du boulet, consécutive à la chute du corps, se traduit, dans le carpe, par une inflexion brusque de la trajectoire (une rétrogradation même dans le trot lent).
  - » Dans le coude, l’abaissement du boulet se fait peu sentir, et, si le garrot descend au milieu du poser, cela est dû bien moins au mouvement du boulet qu’à la flexion notable de l’articulation de l’épaule, flexion destinée à amortir la chute de l’animal et d’autant plus intense que l’allure est plus rapide.
  - » Ainsi, au poser, daps le trot, la pointe de l’épaule décrit un arc à concavité supérieure.
  - » Pendant le lever, l’extrémité supérieure du membre présentera, au milieu de sa trajectoire, une inflexion correspondant au milieu de l’appui
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- - du pied opposé, tandis qu’au début et à la lin de cette période, la courbe est convexe par en haut; en sorte que, dans un pas complet, la trajectoire du garrot aura deux maxima et deux minima, ce qui permettra de la distinguer de la trajectoire du même point dans le pas et dans le galop. Les maxima de la courbe du garrot correspondent aux instants de suspension, c’est-à-dire au moment où aucun des pieds de l’animal ne pose sur le soi.
  - » Les mouvements de l’avant-bras, du métacarpe et du rayon phalan-gien sont beaucoup plus grands que dans le pas; l’avant-bras se rapproche de la direction horizontale lors du maximum de flexion du coude et peut l’atteindre dans le trot très rapide. Le rayon phalangien dépasse l’horizontalité et devient même fortement oblique en avant lorsque le boulet est au maximum de flexion, en sorte que, même dans un trot lent, la trajectoire du pied coupe celle du boulet en deux points.
  - w Quant au pied, il décrit un arc de cercle très surbaissé dont le point le plus élevé est d’autant plus éloigné que l’allure est plus rapide.
  - )> Dans un pas de trot qui dure une demi-seconde, l’appui est de - environ plus court que le lever; cet excès de la période de lever tient à ce qu’elle renferme, à ses instants extrêmes, les courtes phases de suspension. L’arrêt du boulet et sa rétrogradation, la descente brusque, le recul même du carpe, n’exercent qu’une faible action sur la vitesse des articulations supérieures et surtout du garrot que l’on peut considérer comme se mouvant uniformément.
  - » Allure du galop. — Dans le galop (Jïg* 3), la chute du corps, moins brusque, mais plus intense que dans le trot, détermine une rétrogradation et un abaissement notable du boulet, surtout dans celle des articulations métacarpo-phalangiennes qui correspond au membre sur lequel le cheval galope. Il en résulte une inflexion plus grande des trajectoires du genou et du coude.
  - » L’articulation de l’épaule se fléchit fortement au milieu de l’appui pour amortir le choc, et le garrot décrit une courbe à concavité supérieure, dont le minimum correspond au poser du membre sur lequel le cheval galope. D’où il résulte que la trajectoire delà pointe de l’épaule ne présente, dans un pas complet du galop, qu’un maximum et un minimum, ce qui permet de la distinguer des trajectoires propres aux autres allures.
  - » Pendant le lever, les rayons inférieurs du membre oscillent comme dans le trot, mais la flexion de ces rayons et le raccourcissement du membre qui en résulte sont plus accentués : aussi la trajectoire du carpe s’approche-t-elle de celle du coude et la rencontre même dans le galop rapide. La tra-
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  - jectoire du pied croise celle du boulet en deux points assez éloignés, et même celle du genou quand l’allure devient très rapide. C’est dans le galop que la courbe décrite par le pied se rapproche le plus d’un arc de cercle. C’est aussi dans cette allure que la paroi inférieure du sabot présente les mouvements les plus étendus; elle atteint et dépasse même la direction horizontale, en se tournant en haut et en avant, à l’instant du maximum de flexion des phalanges.
  - Fig. 3. — Oscillations du membre antérieur dans le galop.
  - A L
  - du poser.
  - ier temps............ -g
  - » ............. {
  - 3e » g
  - 4e «.............i
  - Durée relative des quatre temps
  - temps.
  - du lever.
  - 3
  - 4 7
  - a
  - 4 7
  - 3
  - 4 7 8
  - 4 7
  - « Quant aux variations de vitesse, elles sont plus grandes que dans le trot. Dans un pas de galop qui dure une demi-seconde, le lever est environ trois fois plus long que l’appui, et l’abaissement du boulet se traduit dans le garrot par un léger ralentissement.
  - » Au moment du poser, le sabot effectue un mouvement inverse et, dirigeant en bas sa face plantaire, dépasse aussi l’horizontalité, de telle sorte qu’il touche le sol, d’abord par le talon, puis parla pince. (Ce mouvement s’observe également dans le trot rapide.)
  - » Nous ferons remarquer, en terminant, que la tendance à l’économie
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  - du travail que l’on constate, à des degrés divers, dans toutes les machines animales, paraît atteindre, chez le cheval, sa plus grande perfection.
  - » Pour le pas, nous avons vu que, au poser, la transformation du mouvement circulaire de l’épaule en un mouvement presque rectiligne et horizontal réduisait beaucoup, annulait même, pourrait-on dire, les oscillations du train antérieur et, avec elles, le travail nécessaire à leur production; qu’au lever, la transformation de la trajectoire circulaire du pied en une courbe se rapprochant de la ligne droite diminuait le travail dépensé pendant l’oscillation du membre.
  - » Nous avons vu aussi que les variations de vitesse étaient presque milles pour la partie supérieure du membre pendant le poser, et peu sensibles pour l’extrémité opposée lorsque le membre est au lever.
  - » Ainsi, non seulement la partie antérieure du corps se meut sensiblement en ligne droite, horizontalement et d’un mouvement uniforme, mais aussi les différents rayons du membre oscillant se déplacent avec le moins de travail possible.
  - » Dans le trot et dans le galop, l’économie du travail est moins grande, mais elle est encore très manifeste (‘ ). » (*)
  - (*) Voir la Note de MM. Marey et Demeny sur la Mesure du travail mécanique effectué dans la locomotion de l’homme (séance du 9 novembre i885).
  - GAUTHIER-VILLARS, IMPRIMEVR-LIBRAIRE DES COMPTES RENDES DES SEANCES UE LACADÉMIE DES SCIENCES
  - 12357 Paris. — Quai des Augustins, 55.
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