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. CI; séance du 24 août i885.
  - Locomotion humaine, mécanisme du saut;
  - Par MM. MAREY et G. DEMENY.
  - « Bien que le saut ne soit pas le genre de locomotion le plus usité, nous en parlerons en premier lieu, parce qu’il est beaucoup plus simple que les allures régulières de l’homme, la marche et la course, dans lesquelles le corps exécute des mouvements compliqués suivant les trois dimensions de l’espace. Le saut consiste en une projection de la masse du corps par la détente brusque des membres inférieurs préalablement fléchis: c’est un mouvement comparable à ceux qu’on étudie dans la balistique dont il suit les lois. Mais ici le projectile n’est pas une sphère homogène où le centre de gravité reste immuable; dans le corps d’un animal, le centre de gravité se déplace à chaque changement d’attitude des membres. Il en résulte une certaine complication pour l’analyse du mécanisme du saut.
  - » L’intelligence de ce mécanisme suppose à la fois la notion cinématique et la notion dynamique du saut, c’est-à-dire la connaissance du ihou-vement et celle des forces en action.
  - » L’analyse cinématique du saut, comme celle de tous les mouvements d un animal, est devenue facilement accessible par la photo-chronographie M. et D.
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  - qui traduit la série des positions que chaque point du corps a occupées successivement dans l’espace à des instants équidistants (4).
  - » La fig. i représente ainsi les positions successives des jambes, des
  - Fig. i.
  - bspace. envejloppe p*r le membre inferieur
  - Chrono-photographie d’un saut de pied ferme. Détermination de la trajectoire du centre de gravité
  - sous forme d’une parabole ponctuée.
  - bras et de l’épaule chez un homme qui exécute un saut en longueur de pied ferme, c’est-à-dire sans course préalable (on a retranché de cette figure les images qui précèdent et qui suivent le saut proprement dit). Des lignes ponctuées ont été tracées pour éclairer cette figure : l’une montre la direction de l’impulsion au moment où le corps quitte le sol ; l’autre, inclinée inversement, correspond à la direction dernière de la chute. La bissectrice de l’angle formé par ces deux lignes est verticale et représente l’axe de la parabole sur laquelle se mouvra le centre de gravité. (*)
  - (*) Voir la Note du 25 juin i883.
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  - Mais, puisque le centre de gravité se déplace dans le corps à chaque changement d’attitude, il a fallu déterminer la position de ce centre pour un certain nombre des attitudes représentées par la chrono-photographie , afin de construire la parabole décrite et même pour déterminer les lignes de construction dont on vient de parler.
  - A cet elfet, M. Demeny, reprenant une méthode imaginée par Borelli, a mesuré la quantité dont le centre de gravité se déplace suivant l’axe du corps dans les différentes attitudes des bras et des jambes; c’est d’après cette détermination qu’on a pu vérifier que le centre de gravité du corps décrit exactement une parabole. Mais un point du corps considéré isolément ne se déplace pas suivant cette ligne; on voit, en effet, que la partie supérieure du corps s’abaisse si les jambes se relèvent; c’est même la condition nécessaire du maintien du centre de gravité sur sa trajectoire parabolique.
  - » Ces données géométriques suffisent, étant connu le poids du corps, pour déterminer le travail effectué dans le saut, puisque la construction de la parabole indique la hauteur à laquelle ce poids a été élevé.
  - » Le travail dans un saut oblique est la somme des travaux suivant la verticale et suivant l’horizontale. Nous n’avons considéré ici que la première sorte de travail, qui se résume par le produit du poids du corps par la hauteur d’élévation.
  - » De ces données peut se déduire également la quantité de mouvement imprimée à la masse du corps au moment où elle a quitté le sol.
  - » En construisant, d’après d’autres images photographiques, la courbe de l’accélération verticale du centre de gravité avant l’instant où le corps a quitté le sol, on a obtenu la loi de variation de la force impulsive suivant la verticale. La courbe qui représente cette variation de la force impulsive a une aire proportionnelle à la quantité de mouvement acquise par le corps suivant la verticale.
  - » L'analyse dynamique au moyen du dynamographe (*) fournit un contrôle expérimental des déterminations ci-dessus indiquées et donne, pour-la plu part des actes de la locomotion, une mesure directe des quantités de mouvement imprimées au corps.
  - » Quand la pression verticale des pieds accusée par le dynamographe est supérieure au poids du corps, elle exprime à chaque instant, par cet excès, la force impulsive qui imprime au corps une accélération verticale. L’aire de
  - (*) Voir la Note des 8 et 15 octobre i883.
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- - la courbe dynamographique mesurera la quantité de mouvement communiquée au corps par l’action musculaire. L’expérience a montré que cette courbe suffit, en général, pour donner la loi du mouvement dans un saut. En opérant sur un même sujet, on voit :
  - » i° Que, si les aires d’impulsion sont égales, quelles que soient les formes des courbes, le saut aura la même hauteur ;
  - » 2° Que, pour des aires inégales, celles-ci sont proportionnelles à la racine carrée de la hauteur du saut;
  - » 3° Que, pour des sauteurs différents ou pour un homme chargé de poids additionnels, à égale hauteur du saut, les aires sont proportionnelles au poids total soulevé.
  - » La fig. 2 correspond à deux sauts dans lesquels, partant de l’attitude accroupie, le même homme s’est élevé à des hauteurs variables. Dans les
  - Fig. 2.
  - Pf
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  - Deux sauts en hauteur exécutés sur le dynamographe. — Eu haut, les hauteurs CD, C'D' réduites toutes deux à la même échelle. — En bas, tracés dynamométriques : les aires d’impulsion correspondant à chacun des sauts sont teintées de hachures.
  - courbes supérieures, les ordonnées DG et D'C' sont proportionnelles aux hauteurs des sauts. Les courbes inférieures expriment, par leurs aires teintées de hachures, les quantités de mouvement communiquées au corps dans ces deux sauts. Sur ces figures ramenées à de plus grandes dimensions, on a constaté que les aires sont proportionnelles aux racines carrées des hauteurs des sauts.
  - » Ges mêmes figures montrent encore que ce n’est pas l'intensité absolue
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- - de l’effort qui influe sur la hauteur du saut, mais la quantité de mouvement, c’est-à-dire le produit des efforts par leur durée, produit qui correspond à l’aire de la courbe. En effet, dans les figures ci-dessus, c’est au plus petit sautque correspondait l’effort le plus intense, mais aussi le plus bref; de sorte que, pour des aires d’impulsion égales et correspondant à des sauts de même hauteur, il peut y avoir une infinité de formes diverses de la courbe dynamographique, un effort intense, mais bref, pouvant toujours équivaloir à un effort plus faible, mais de plus longue durée.
  - » Au moyen des deux méthodes que nous venons de décrire, on a pu analyser dans leurs divers éléments les différents types de saut que l’homme peut effectuer.
  - » ün distingue à cet égard les sauts en hauteur et les sauts en longueur, ceux qu’on exécute de pied ferme et ceux qui sont précédés d’une course. Il n’est pas possible d’exposer en détail ces différentes sortes de sauts, auxquelles sont toujours applicables les lois de la balistique.
  - » La photographie montre comment la vitesse horizontale acquise dans une course se combine avec la vitesse verticale imprimée au corps par le saut proprement dit pour donner au corps des impulsions variées suivant le but à atteindre. Elle montre également que la hauteur de l’obstacle franchi dans un saut ne correspond pas à celle dont s’est élevé le centre de gravité du corps au-dessus du sol, mais qu’elle dépend surtout de l’attitude des membres inférieurs au moment où l’on franchit l’obstacle (1 ).
  - » Enfin, au moment de la chute qui suit le saut, la quantité de mouvement que le corps avait reçue de bas en haut se retrouve de haut en bas et doit être annulée. Quand on retombe sur le dynamographe, une partie seulement de cette quantité de mouvement se retrouve dans la courbe tracée; la quantité disparue peut servir à évaluer le travail intérieur absorbé par nos organes.
  - » La chute, comme l’impulsion, peut présenter les phases les plus variées : le sauteur, en graduant l’intensité et la durée de ses efforts résistants, cherchera à réaliser les genres de chute pour lesquels la pression sur le sol aura la moindre intensité : c’est ce qu’on appelle amortir la chute. L’idéal, en ce cas, serait d’exercer sur le sol une pression constante et prolongée pendant
  - (') La flexion des jambes a un effet complexe : d’une part, elle soulève nos pieds au-dessus de l’obstacle à franchir, mais, d’autre part, en élevant le centre de gravité à l’intérieur du corps, elle abaisse celui-ci d’une quantité égale. La différence de ces deux effets contraires s'ajoute à l’élévation du centre de gravité pour constituer la hauteur du saut.
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  - la durée de laquelle le mouvement du centre de gravité serait uniformément retardé. Quelques-uns de nos tracés dynamographiques et de nos photographies montrent que des sauteurs exercés se rapprochent de ces conditions.
  - » L’action des muscles pendant la chute est donc de produire un travail résistant ; ils effectuent alors les actes intimes qui caractérisent la contraction. Mais ce qui fait la différence entre le travail impulsif ou extérieur et le travail résistant ou intérieur, c’est que, dans la chute, les muscles contractés se laissent vaincre et allonger par la force extérieure qui fléchit les membres, tandis que dans l’acte impulsif ils font du travail extérieur en se raccourcissant et eu redressant les articulations fléchies des membres.
  - » Dans tous les actes delà locomotion, on observe ainsi une alternance entre le travail impulsif et le travail résistant; or, dans ce dernier cas, il semble que le muscle accumule en lui de l’énergie capable de devenir ensuite travail impulsif : le fait suivant tend à le prouver.
  - » Si nous exécutons successivement deux sauts en hauteur en déployant chaque fois tout l’effort dont nous sommes capables, il arrive toujours que le second saut a plus de hauteur que le premier.
  - » L’emmagasinement du travail dans le muscle tendu donne à celui-ci, dès le début du second saut, une force élastique très grande à laquelle, dans le premier saut, le muscle n’était arrivé que graduellement. Or, comme l’accélération imprimée au centre de gravité du corps est proportionnelle à la force qui agit sur lui, elle sera plus grande dans le second saut que dans le premier, et la hauteur du saut en sera augmentée.
  - ® L’action adjuvante des mouvements des bras dans le saut se rattache au même mécanisme; enfin l’avantage d’une course préalable sur la hauteur d’un saut doit s’expliquer par des considérations de même ordre. En effet, avant de s’élancer, le coureur fléchit ses membres inférieurs pour ralentir sa vitesse et fait un travail résistant que ses muscles restitueront en partie. Aussi voit-on, après une course, que le saut effectué par l’impulsion d’une seule jambe a souvent plus de hauteur qu’un saut de pied ferme pour lequel concourent les deux jambes à la fois. Le développement de ces propositions sommaires trouvera ailleurs les développements qu’il comporte. »
  - GAUTHIER—VI LL A RS, IMPRIMEUR-LIBRAIRE DES COMPTES RENDUS DES SÉANCES DE L'ACADÉMIE DES SCIENCES.
  - ioi8S Paris. — Quai îles Auyustins, 55.
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