Centre de Masse du Corps Humain

Introduction

• Le corps humain, un système complexe, comprend 206 os, 360 articulations et 600 muscles.
• L'étude du centre de masse permet de simplifier l'analyse du corps.

Intérêt du Centre de Masse

• Réduit la complexité du corps humain à un point moyen ou segmentaire, selon l'objectif d'étude.
• Le centre de masse représente globalement l'ensemble du corps et se déplace dans la même direction que le mouvement d'un membre.
• Simplifie l'analyse du mouvement en utilisant les paramètres de déplacement linéaire.
• Ces paramètres incluent la trajectoire, la distance, la position, la vitesse, l'accélération, et la coordination spatiale.
• Intérêt limité aux mouvements linéaires, ne considérant pas les mouvements articulaires, la coordination segmentaire, ni la rotation.

Centre de Masse : Mécanique

• Point d'application de la masse où l'inertie (résistance au mouvement) est attribuée.
• La masse est fondamentale dans les lois de la mécanique.
• Le centre de masse est le point d'application du poids, la force d'attraction terrestre.
• Tout déplacement est une lutte contre l'inertie.
• Dans certains mouvements (ex: aériens), il est nécessaire de lutter spécifiquement contre le poids.

Centre de Masse du Corps

• Le corps humain n'étant pas un bloc rigide, la localisation du centre de masse dépend de la position des segments corporels et est un point mobile et imaginaire.
• La répartition des masses segmentaires varie fortement selon les mouvements.
• Dans certains cas, le centre de masse peut se situer en dehors du corps.
• La position du centre de masse dépend de la position des masses segmentaires à un moment donné. Elle peur être représentée dans le vide.

Représentation du Corps

• Le corps est représenté par un squelette en solides rigides articulés.
• Pour déterminer le centre de masse, il faut connaître la répartition des masses corporelles pendant le mouvement, en utilisant un modèle de segments rigides articulés.
• L'anthropométrie est la discipline qui mesure le corps et ses segments en termes de géométries de masse.
• Les mesures anthropométriques comprennent les mesures géométriques, les mesures inertielles, et les proportions.

Modèles Anthropométriques

• Issue de mesures réalisées sur une grande partie de la population.
• Ces modèles peuvent être mesurés au préalable ou utilisés pour connaître les masses et positions des centres de masse segmentaires pendant l'analyse du mouvement.
• L'hypothèse est que le centre de masse et la masse d'un segment restent constants pendant le mouvement, bien que la peau et les muscles se déforment.
• La masse intérieure des segments est considérée comme constante.
• Il existe deux types de modeles anthropométriques : modèles proportionnels et modèles géométriques.

Modèles Proportionnels

• Les modèles proportionnels (tables anthropométriques) sont mesurés sur des individus censés représenter la population.
• Les modèles géométriques nécessitent une mesure géo individualisée.
• Les calculs de masse et de position sont réalisables à partir des mesure de masse et de taille.
• Défini sur une population type et repose sur la simplification que tout les individus sont proportionnés de la même façon.
• Ils utilisent des coefficients de proportions des tables anthropométriques (régression).
• Winter : Mâles, caucasiens, âgés.
• Zatsiorsky et De Leva : Étudiants en éducation physique.
• Plagenhoef : Athlètes.

Tables Anthropométriques

• Elles offrent des caractéristiques moyennes du corps humain, comme la longueur relative des segments.
• Les proportions restent similaires malgré des tailles variables.
• C'est une hypothèse simplificatrice, car les proportions sont considérées indépendantes de l'âge et du genre.
• Des tables plus complexes permettent une adaptation plus poussée.

Description Géométrique

• Elle définit les segments corporels à partir de repères anatomiques précis.
• La définition des segments doit être en accord avec le modèle segmentaire utilisé lors de l'analyse du mouvement.
• Le choix du modèle anthropométrique doit se faire simultanément au choix du modèle d'analyse, avant la mesure.

Modèles Géométriques

• Mesurent directement l'individu (longueur, circonférence, volume).
• Représentent les segments avec des formes géométriques.
• Calcule des masses et positions à partir de formes géométriques simples.
• Permettent l'adaptation à un individu, nécessitant de nombreuses mesures.

Construction des Tables Anthropométriques

• Les premières tables anthropométriques étaient construites à partir de mesures sur des cadavres frais.
• Dempster (1955) a utilisé huit sujets masculins âgés, affinés par Clauser (1969) et Chandler (1975).
• Les principes : démembrement au niveau articulaire, pesée, et recherche du point d'équilibre.
• Limites : découpes aux repères anatomiques, difficulté de transposition à une population jeune.

Techniques de Mesure Classiques

• Mètre ruban : Mesure des longueurs segmentaires et des circonférences
• Pesée : Détermination de la masse et de la répartition des masses corporelles
• Immersion : Mesure du volume et de la densité (masse) corporelle
• Planche de réaction : Localisation des centres de masse segmentaires et variation de la répartition de masse.
• Imagerie médicale ( - Paramètre local : Position relative du centre de masse de chaque segment par rapport aux points distal et proximal dans les tables anthropométriques.
• Position relative : position centre de masse cuisse à 40% de la longueur totale de la cuisse.

Masse Segments

• La masse de la cuisse représente 14% de la masse corporelle totale (valeur indicative).
• Les valeurs varient selon les tableaux et les populations mesurées.

Position Relative du Centre de Masse

• La position relative du centre de masse est locale au segment et stable (selon le modèle anthropométrique).

Calcul d'un Centre de Masse Segmentaire

• Exemple : Calculer la position du centre de masse du bras gauche d'une femme en combinant mesure de table et la table anthropométrique.
• Les coordonnées de l'épaule gauche et du coude gauche sont utilisées pour calculer les coordonnées du vecteur segment entre ces deux points.
• Vecteur segment : Vecteur x = x point distal - x point proximal. Vecteur y = y point distal - y point proximal.
• La position du centre de masse du segment est calculée en utilisant un pourcentage de la longueur du segment.

Calcul CM Segment Bras Gauche

• Position du point proximal en x + (coef * x vecteur segment).
• Coordonnées obtenues : Ya + i + Y vecteur.

Centre de Masse du Corps

• Première étape : Choisir un modèle du corps humain.
• Coordonnée à chaque élément et choisir le modèle segmentaire à un modèle anthropométrique.
• Winter : 14 segments, chacun ayant une masse mi.
• Deuxième étape : Coordonnées de chaque vecteur segment (ProxDist -> Proximal et distal).
• Troisième étape : Calcul de la position du centre de masse de chaque segment.
• Quatrième étape : Calcul pondéré des centres de masse segmentaires.

CM et Performance Sportive

• En saut en hauteur, la trajectoire globale du corps et la pesanteur sont importantes.
• La trajectoire du centre de masse est impactée par la pesanteur.
• Une fois en l'air, la trajectoire du centre de masse ne peut plus être modifiée, car la pesanteur le détermine.
• La configuration corporelle et la répartition des masse sont autour de ce centre de masse.

Centre de Masse et Équilibre

• L'équilibre est une posture qui évite la chute.
• Pour maintenir un corps en équilibre, les masses doivent être équitablement réparties autour du centre de rotation.
• Ce centre de rotation se situe généralement au niveau du point d'appui ou au centre des appuis.
• Il faut placer le centre de rotation à la verticale du centre de masse.
• Minimiser la rotation permet de garder l'équilibre.
• L'équilibre parfait n'existe pas chez un être vivant (état de déséquilibre compensé).
• Le centre de masse du corps doit être à la verticale de la base de support.
• Cette base est délimitée par le bord externe des appuis.

Facteurs Favorisant l'équilibre

• L'augmentation de l'espace augmente le déplacement du CM au desus de la base de suport.
• Pour l'abaissement du centre de masse, la distance entre le centre de masse et le centre de rotation au niveau des appuis est diminué.
• Le rayon de l'oscillation augmente tout en conservant le déplacement du centre de masse.
• La hauteur du centre de masse favorise ou défavorise l'equilibre.