Article source : Basic Biomechanics David J. Giurintano, Journal of Hand Therapy, 1995.
Giurintano, Journal of Hand Therapy, 1995.
Cet article pédagogique présente les principes biomécaniques indispensables à l’analyse du mouvement, à la conception des orthèses et au dosage des contraintes appliquées aux tissus. Il ne s’agit pas d’une étude expérimentale : il ne fournit donc ni protocole thérapeutique validé ni résultats cliniques comparatifs.
Mouvement, forces et équilibre
La cinématique décrit le mouvement — déplacement, vitesse et accélération — tandis que la cinétique étudie les forces et les moments qui le produisent.
Une force est un vecteur défini par son intensité, sa direction, son sens et son point d’application. En situation statique, les forces et les moments s’équilibrent : ΣF = 0 et ΣM = 0. En situation dynamique, la résultante des forces produit une accélération selon ΣF = m·a, tandis que la résultante des moments produit une accélération angulaire selon ΣM = I·α.
Une force oblique peut être décomposée en une composante normale Fn, responsable de compression ou de distraction, et une composante tangentielle Fs, responsable de cisaillement ou de translation.
Moment et bras de levier
La capacité d’une force à produire une rotation dépend de son intensité et de sa distance perpendiculaire à l’axe :
M = F × d⊥
À force égale, l’augmentation du bras de levier accroît donc le moment. Inversement, si le bras de levier est réduit de moitié, il faut approximativement doubler la force pour conserver le même moment.
Dans une orthèse dynamique, la traction est mécaniquement maximale lorsqu’elle est perpendiculaire au segment mobilisé. Si l’angle θ est mesuré par rapport à cette perpendiculaire, la composante efficace devient Fc = F·cos θ et le moment articulaire M = d·F·cos θ.
L’efficacité est ainsi d’environ 100 % à 0°, 87 % à 30°, 71 % à 45°, 50 % à 60° et nulle à 90°. Plus la traction devient oblique, plus le moment correcteur diminue et plus une composante de cisaillement apparaît.
Contrainte et déformation
La contrainte correspond à une force rapportée à la surface sur laquelle elle agit. La contrainte normale est définie par σ = Fn/A et la contrainte de cisaillement par τ = Fs/A. À force identique, une petite aire d’appui produit donc une contrainte plus élevée, ce qui justifie la recherche d’une bonne répartition des pressions sous une orthèse.
La déformation relative d’un tissu est exprimée par ε = ΔL/L. Dans un modèle linéaire simplifié, la relation entre contrainte et déformation s’écrit σ = E·ε, où E est le module d’Young. Plus E est élevé, plus le matériau est raide.
Une déformation élastique disparaît après suppression de la charge. Une déformation plastique persiste après la décharge. Au-delà des capacités mécaniques du tissu survient la rupture.
Comportement temporel des tissus
Les tissus biologiques sont viscoélastiques : leur réponse dépend non seulement de l’intensité de la charge, mais aussi de sa durée et de sa répétition.
- Fluage : sous une contrainte constante, la déformation augmente avec le temps.
- Relaxation : pour une déformation maintenue constante, la contrainte diminue progressivement.
- Hystérésis : une partie de l’énergie est dissipée entre la charge et la décharge.
- Fatigue : des charges répétées peuvent entraîner une altération cumulative, même lorsqu’elles restent inférieures à la charge de rupture.
La peau, les tendons, les ligaments et l’os ne sont pas des matériaux idéaux : ils sont généralement non linéaires, anisotropes, non homogènes et dépendants du temps.
Message clinique
L’effet d’une intervention mécanique ne dépend jamais de la seule intensité de la force. Il résulte de l’association :
force + direction + point d’application + bras de levier + aire de contact + durée + répétition.
Ces principes permettent de raisonner l’orientation d’une traction, la répartition des appuis, le dosage temporel et la surveillance de la tolérance tissulaire. Ils constituent cependant un cadre mécanique général et ne suffisent pas, à eux seuls, à définir un protocole thérapeutique.