Biomécanique: Contraintes, Fatigue et Structures

Contraintes mécaniques sur les tissus

• La contrainte est définie comme la force rapportée à la surface sur laquelle elle s'exerce.
• La formule de la contrainte est σ = F/S, où σ représente la contrainte, F est la force, et S est la surface.
• L'unité de la contrainte est le Newton par mètre carré (N/m²).
• Modification de la forme se produit sous l'effet de la force agissante même en l'absence de déplacement.

Relation contrainte et déformation

• A représente la limite de proportionnalité sur un graphique contrainte-déformation.
• B représente la limite d'élasticité sur un tel graphique.
• C représente le point de rupture sur un graphique contrainte-déformation.
• Un matériau isotrope réagit de la même manière à une même sollicitation, peu importe la direction de cette sollicitation.

Formes de contraintes

• Traction, Compression, Cisaillement, Torsion et fluage sont des formes simples de contraintes.
• Le fluage est une déformation qui se développe avec le temps uniquement.
• La peau et le cartilage sont des tissus où le fluage peut être observé.
• Les contraintes composées impliquent la compression d'un côté et la traction de l'autre.
• La flexion est un type de contrainte qui soumet une poutre à des forces coplanaires provoquant une déformation en forme de flèche.
• Une poutre composite est une association de deux matériaux différents unis solidairement partageant les contraintes.
• Les contraintes sont partagées en fonction du module d'élasticité et du moment d'inertie des materiaux.
• Les rôles d'une poutre composite incluent l'augmentation de la section globale de l'appui et la dissociation des modules de Young des structures.
• Une poutre composite peut également déplacer la fibre neutre hors de l'os et diminuer la valeur totale des contraintes.
• Les poutres composites peuvent annuler les effets dangereux de certaines contraintes.
• L'association composite entre l'os et le muscle est un exemple de co-contraction.
• L'effet étau entre le muscle agoniste et son antagoniste est créé par co-contraction.
• La poutre composite favorise la cicatrisation osseuse et correspond aux chaînes parallèles.
• Un exemple de poutre composite est la vertèbre lombaire.

Fatigue des matériaux

• La fatigue des matériaux est une diminution de la résistance sous l'effet de charges répétées, même si l'amplitude est inférieure à la valeur de rupture.
• La fatigue des matériaux peut entraîner des dommages microscopiques au sein du matériau.
• La fatigue des matériaux induit une rupture en fatigue, telle qu'une fracture de fatigue ou une rupture du tendon d'Achille.

Biomécanique de l'os et du cartilage

• Rigidité est une propriété mécanique de l'os.
• Flexibilité et élasticité sont des propriétés mécaniques de l'os.
• Légèreté est une propriété mécanique de l'os.
• L'os spongieux et le canal médullaire contribuent à l'économie d'énergie.
• La solidité mécanique est une propriété mécanique de l'os.
• Les os longs ont une structure tubulaire.
• Les épiphyses des os longs, les os courts et plats ont une architecture interne composée de travées et d'os spongieux.
• Les travées osseuses ont une structure trabéculaire dans l'axe des lignes de force de l'os cortical.
• La transmission des contraintes est une fonction des travées osseuses.
• Entre les travées se trouvent des zones de faiblesse, qui sont des zones de prédilection pour les fractures.
• La pose d'une ostéosynthèse après une fracture modifie les travées osseuses.
• Il existe une période de fragilité après l'ablation du matériel d'ostéosynthèse.
• Le fluage du cartilage est la déformation qui varie au cours du temps sous une charge constante.
• Au début du processus de fluage cartilagineux le cartilage subit une déformation rapide (A-B).
• Le cartilage subit une déformation lente pendant la phase B-C du fluage.
• La déformation du cartilage se stabilise durant la phase C du fluage.
• Les facteurs de la dégénérescence du cartilage incluent les amplitudes des contraintes imposées et le nombre total de pics de contrainte à supporter.
• La dégénérescence du cartilage est aussi causé par le changement moléculaire de la structure et à modification des propriétés mécaniques intrinsèques.

Biomécanique du muscle

• Les composantes passives du muscle sont les enveloppes(Epimysium, Périmysium, Endomysium) et la rétine.
• Les ponts actine-myosine constituent la composante active du muscle.
• La tension totale dans un muscle est la somme de la tension active et de la tension passive.
• La tension active (TA) diminue en course externe du muscle tandis que la tension passive (TP) augmente.
• Dans une course interne, le muscle développe uniquement la tension active (TA).
• Dans une course externe, le muscle développe aussi bien la tension passive (TP) que la tension active (TA).
• Modèle de Hill modifié par Shorten contient une composante contractile, une composante Élastique Parallèle et une composante Élastique Série.
• La vitesse du mouvement est inversement proportionnelle à la charge durant le travail concentrique.
• La vitesse du mouvement est proportionnelle à la charge pour le travail excentrique.
• La force excentrique est supérieure à la force max isométrique.
• La force max isométrique est supérieure à la force concentrique.
• Le phénomène d'hystérisis est une différence de comportement pendant les phases d'installation de l'étirement et du relâchement.
• Dans le comportement mécanique élastique des tendons et des ligaments les phases sont: ondulée, élastique et plastique
• La phase ondulée implique des fibres de collagène ondulées.
• La phase élastique implique des déformations réversibles.
• La phase plastique implique des déformations irréversibles.
• la rupture progressive des fibres de collagène est un etat à part du phase plastique dans le comportement mécanique des ligaments et des tendons.
• Le modèle de MAXWELL décrit le comportement mécanique visqueux.
• Le modèle de MAXWELL contient un amortisseur visqueux et ressort mis en série.
• La stress-relaxation décrit le comportement visqueux des ligaments et des tendons.
• Quand la déformation est maintenue constante dans les ligaments et tendons, le tissu développe une résistance à cette déformation qui va s'atténuer quand la déformation deviendra constante.
• La répétition de cycles d'étirement-détente dans les ligaments et tendons provoque un décalage des courbes vers la droite et les boucles d'hystérésis diminuent.
• Les relations se stabilisent avec le temps sous étirment en detention ou en charge constante.
• Effet d'échauffement est du à l'existence des cycles d'étirement detention qui se répètent.
• Les propriétés biomécaniques de la peau et des fascias incluent d'être élastique et extensible, avoir une résistance à la traction et être fluante.
• La cicatrisation est une des propriétés de la peaux est des fascias.
• La cicatrisation est meilleure dans le sens des lignes de tensions.

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