CHAPITRE II

LOCOMOTION TERRESTRE (bipèdes).

Choix de certains types pour étudier la locomotion terrestre. - Locomotion humaine. — De la marche. — Pression exercée sur le sol, sa durée et son intensité. — Réactions imprimées au corps pendant la marche; méthode graphique pour les étudier. — Oscillations verticales du corps. — Oscillations horizontales. — Essai de représentation de la trajectoire du pubis. — Translation du corps en avant. — Inégalités de sa vitesse aux divers instants d’un pas.

Les types de la locomotion terrestre sont tellement variés qu’il faut, pour le moment du moins, nous borner à l’étude des plus importants d’entre eux. Pour la locomotion bipède, nous prendrons comme type celle de l’homme. Le cheval sera choisi comme le plus intéressant représentant de la marche quadrupède. Quant aux autres animaux, ils seront étudiés d’une manière accessoire et surtout au point de vue des ressemblances ou des différences que leurs modes de locomotion présentent avec les types que nous avons choisis.

Bien des auteurs ont déjà traité ce sujet : depuis Borelli jusqu’aux physiologistes modernes, la science a lentement progressé ; il nous semble qu’ aujourd’hui elle peut résoudre toutes les questions obscures et se fixer définitivement, grâce à l’emploi de la méthode graphique.

Tandis que l’observation seule ne fournit que des données incomplètes et fausses parfois, la méthode graphique porte sa précision dans l’analyse des mouvements si complexes de la locomotion. On verra, à propos des allures du cheval, que le désaccord qui règne sur ce sujet montre clairement l’insuffisance des méthodes employées jusqu’ici.

Bien plus simple dans son mécanisme , la locomotion humaine est encore très-difficile à analyser; les travaux des frères Weber, considérés comme l’étude la plus approfondie qu’on ait faite de la locomotion de l’homme, laissent bien des lacunes et renferment bien des erreurs.

L’allure la plus simple et la plus usitée est la marche qui, d’après la définition classique, consiste en ce mode de locomotion dans lequel le corps ne quitte jamais le sol. Dans la course et dans le saut, au contraire, on verra que le corps se détache entièrement du sol, et reste suspendu pendant un certain temps.

Pendant la marche, le poids du corps passe donc alternativement d’un membre sur fautre, et comme chacun des membres vient, à tour de rôle, se placer en avant de son congénère, le corps se trouve ainsi continuellement porté en avant. Cette action parait bien simple au premier abord, mais la complexité se montre vite, si l’on veut rechercher quels sont les mouvements qui concourent à produire ce transport.

On voit, en effet, que chaque mouvement des membres présente à considérer une phase d’appui et une phase de soutien; dans chacune d’elles, les diverses articulations se fléchissent et s’étendent tour à tour, tandis que les muscles de la jambe et de la cuisse qui produisent ces mouvements passent par des alternatives de contraction et de relâchement.

L’intensité de la pression des pieds sur le sol varie avec la vitesse de la marche et avec la grandeur des pas. D’autre part, le corps éprouve, sous forme d’oscillations périodiques, la réaction des appuis de chaque pied sur le sol, et les différents points du corps subissent cette réaction à des degrés

divers. Les oscillations se font dans des sens différents : les unes sont verticales, les autres horizontales, de sorte que la trajectoire que suit un point du corps est une courbe trèscomplexe. De plus, le corps s’incline et se redresse à chaque mouvement d’une des jambes; il pivote autour de l’articulation coxo-fémorale, en même temps qu’il se tord légèrement suivant Taxe de la colonne vertébrale, et que, sous l’action des muscles lombaires, le bassin se meut et oscille par une sorte de roulis. Enfin, les membres antérieurs, animés d’un balancement alternatif, atténuent les influences qui, à chaque instant, tendent à dévier le corps de la ligne droite suivant laquelle on veut se diriger.

Tous ces actes ont été analysés avec beaucoup de sagacité par un de nos élèves, M. G. Cadet i, à qui nous emprunterons quelques-uns des résultats qu’il a obtenus.

La force motrice développée pendant la marche, son application sur le sol d’une part, ses effets propulsifs exercés sur la masse du corps d’autre part, tels sont les trois éléments qui devront nous occuper d’abord.

Force motrice. — Elle réside dans faction des muscles extenseurs de la cuisse, de la jambe et du pied. Le membre inférieur forme, dans son ensemble, une colonne brisée dont les angles s’effacent et dont le redressement s’effectue, en poussant le sol par en bas et le corps par en haut. C’est tout ce que nous pouvons dire sur ce point qui, pour être traité plus complètement , exigerait des développements considérables.

Pression sur le sol. — Cette pression égale, ainsi qu’on l’a vu plus haut, à la pression de sens inverse qui tend à propulser le corps, doit être étudiée dans sa durée., ses phases et son intensité. Les appareils enregistreurs se prêtent parfaitement à cette étude : un appareil explorateur placé sous la plante du pied envoie à un levier écrivant le signal de l’appui ora du lever du pied, ainsi que fexpression de la force avec laquelle le pied appuie sur le sol. Nous appelons ce

1. G. Carlet, Étude de la marche, Annales des sciences naturelles,

MARCHE DE L’HOMME premier appareil chaussure exploratrice, en voici la description.

Sous la semelle d’une chaussure ordinaire, on colle, avec de la gutta-percha chauffée, une forte semelle de caoutchouc d’un centimètre et demi d’épaisseur. Dans 1 intérieur de cette semelle est une chambre à air qui, dans la figure 19, est

Fig. 19. — Chaussure exploratrice destinée à signaler la pression du pied sur le sol avec sa durée et ses phases.

représentée par des lignes ponctuées. Cette chambre, surmontée d’une petite plaque de bois saillante est comprimée au moment où le pied exerce sa pression sur le sol. L’air, chassé de cette cavité, s’échappe par un tube de transmission dans un tambour à levier, qui écrit sur l’enregistreur la durée et les phases de la pression du pied.

Qu’on suppose l'expérimentateur muni, à ses deux pieds, de chaussures semblables et marchant, d’un pas régulier, autour d’une table qui supporte les appareils enregistreurs; on aura la disposition de fexpérience.

Les appareils enregistreurs employés dans le cas actuel sont déjà connus du lecteur ; ils ressemblent de tous points à ceux qui ont servi pour l’exploration de fonde musculaire (p. 36, fig. 7). Qu’on substitue, dans cette figure, une chaussure exploratrice à chacune des pinces myographiques 1 et 2, on aura la disposition des appareils nécessaires pour f étude des foulées ou appuis du pied sur le sol.

La figure 20 est fournie par une expérience de inarche. Deux tracés sont donnés par la pression intermittente des pieds sur le sol. Au pied droit correspond la ligne pleine D ; au pied gauche la ligne ponctuée G. Connaissant la disposition des appareils, on conçoit que tout appui d’un pied

Fig. 20. — Tracé des appuis'et soutien des deux pieds dans la marche ordinaire.

sur le terrain se traduira par l’élévation de la courbe correspondante. En effet , la pression du pied sur le sol écrase la semelle de caoutchouc et diminue la capacité de la chambre à air qui y est incrustée. Une partie de l’air contenu dans cette chambre s’échappe par le tube de transmission pour se rendre dans le tambour enregistreur.

On voit (fig. 20), que la pression du pied droit, par exemple, débute au moment où celle du pied gauche commence à décroître, et qu’il y a, dans tout le tracé, alternance entre les appuis des deux pieds. La période de soutien de chacun des pieds est traduite par une ligne horizontale qui joint les minima de deux courbes successives.

Les appuis du pied droit et ceux du pied gauche ont la même durée, de sorte que le poids du corps passe alternativement d’un pied sur l’autre. — Il n’en serait pas de même dans la claudication : l’acte de boiter tient essentiellement à l’inégalité des appuis des deux pieds.

Il est toutefois un instant très-court dans lequel le corps est partiellement supporté par un pied, lorsque déjà il commence à s’appuyer sur l’autre ; ce temps ne correspond guère qu’à i/6 de la durée d’un appui.

Intensité de la pression du pied sur le sol. — Les courbes de la marche peuvent fournir aussi la mesure de l’effort exercé par le pied sur le sol. Les chaussures exploratrices

constituent donc une sorte de dynamomètre de pression ; elles s’écrasent plus ou moins selon l’eifort qu’elles supportent, et par suite, transmettent au levier enregistreur des mouvements plus ou moins étendus. Pour estimer, d’après la hauteur de la courbe, la pression exercée par le pied, il faut, sur chacune des chaussures, substituer au poids du corps un (certain nombre de kilogrammes. On voit alors que si le poids du corps (75 kilogrammes par exemple) suffit à soulever le levier à la hauteur qu’il atteint au commencement de chaque courbe, il faut un poids additionnel pour le porter à la hauteur maximum qu’il atteint vers la fin de sa période d’appui.

Gela prouve que, dans la marche, la pression du pied sur le sol n’est pas seulement égale au poids du corps que le pied doit soutenir, mais qu’un effort plus grand se produit, à un moment donné, pour imprimer au corps les mouvements de soulèvement et de progression que nous étudierons tout à l’heure.

D’après les expériences de M Garlet, cet effort additionnel n’ excéderait pas 20 kilogrammes, même dans la marche rapide, mais il est beaucoup plus grand dans la course et dans le saut.

Réactions. — Sous ce nom, nous désignerons les mouvements que l’action des jambes imprime à la masse du corps. Ces mouvements sont fort complexes; ils s’effectuent à la fois dans tous les sens, ce qui donne à la trajectoire qu’un point du corps décrit dans l’espace des sinuosités compliquées. La méthode graphique permet seule, jusqu’ici du moins, d’apprécier la nature réelle de ces mouvements.

Et d’abord, quel point du corps choisirons-nous pour en observer les déplacements pendant la marche? Presque tous les auteurs ont voulu choisir à cet effet le centre de gravité : ce point que Borelli plaçait inter nates et pubim. Mais si l’on réfléchit à ce fait , que le centre de gravité change dès que le corps exécute un mouvement; que dans la flexion des jambes, ce centre de gravité s’élève; qu’il se déplace dans le même sens si nous élevons les bras; qu’en

un mot, il décrit à l’intérieur du corps toute sorte de mouvements , dès que nous cessons d’être immobiles , on comprendra qu’il est imposible de rapporter à ce point idéal et variable les mouvements de réaction produits par la pression des pieds contre le sol. Mieux vaut choisir un point déterminé du tronc, le pubis par exemple, pour en étudier les déplacements pendant la marche.

Les appareils dont nous disposons déjà peuvent s’appliquer à l’étude de ces déplacements.

Soient deux tambours à levier, réunis par un long tube TTT. Si l’on imprime à l’un des leviers un mouvement d’oscillation verticale, de façon par exemple à porter le levier L en bas, dans la position indiquée par la ligne ponctuée, l’autre levier se déplacera en sens inverse et prendra la position qu’une ligne ponctuée indique également pour lui. Dans ces conditions, l’abaissement d’un levier se traduit par l’élévation de l’autre, puisque la compression de l’air dans l’un des tambours doit amener dans l’autre un gonflement. Si l’on voulait obtenir de la part des deux appareils des mouvements de même sens, il faudrait retourner l’un d’eux de manière à placer le levier en dessous.

Oscillations verticales du corps. — Admettons qu’un des leviers écrive sur l’appareil enregistreur, tandis que l’autre sera appuyé, par sa pointe, contre le pubis de l’homme qui marche ; toutes les oscillations verticales du pubis se trouveront écrites.

Mais pour que le levier explorateur reçoive et transmette fidèlement les oscillations verticales que le pubis exécute pendant la marche, il faut que le tambour lui même soit à Tabri de ces oscillations. A cet effet on a disposé un manège composé de deux bras horizontaux qui tournent autour d*un axe. Ces bras ne peuvent tourner que dans un plan horizontal situé à la hauteur du pubis du sujet en expérience; à l’un des bras est fixé le tambour à levier explorateur. Le mar-

Fiç. 22. — Les courbes supérieures, l’une pleine, l’autre ponctuée, représentent les phases d’appui et de lever des pieds droit et gauche. En lisant la figure de gauche à droite, chaque ascension d’une courbe indique le début d’un appui ; la partie horizontale supérieure correspond à la durée de l’appui et la descente au lever du pied. Enfin la partie horizontale inférieure de chacune des courbes indique que le pied correspondant est en l’air. — OPw. Oscillations du pubis de haut en bas , c’est-àdire verticalement. — OP h. Oscillations dans le sens latéral ou horizontalement. On voit que deux oscillations dans le sens vertical correspondent à une seule oscillation horizontale.

cheur suit, pendant ce temps, un chemin circulaire, poussant devant lui le bras du manège auquel est fixé l’appareil explorateur des oscillations verticales du pubis. On recueille ainsi le tracé représenté fig. 22 par la ligne O P w- On voit que le pubis s’élève pendant le milieu de l’appui de chacun des pieds et s’abaisse à l’instant où le poids du corps passe d’un pied sur l’autre.

L’amplitude réelle de ces oscillations est d’environ 14 millimètres, d’après M. Carlet. Ce mouvement, du reste, varie

avec la grandeur des pas; il augmente avec elle, mais cette augmentation ne tient pas à ce que la courbe a ses maxima plus élevés, mais à ce que ses minima sont alors plus abaissés.

On peut expliquer très-simplement ces phénomènes. Quand le corps va quitter l’appui d’une jambe, celle-ci est dans une position inclinée, et de son obliquité même, résulte une moindre hauteur de son extrémité supérieure qui soutient le tronc. L’autre jambe qui arrive à ce moment sur le sol est légèrement fléchie; elle se redressera tout à l’heure, et de cette façon, soulèvera le corps qu elle supporte ; mais, dans ce mouvement, la jambe décrit un arc de cercle autour du pied à l’appui ; or, dans la série des positions successives qu’il occupe, le corps s’élève d’autant plus que la jambe qui le soutient s’approche plus de la verticalité; il s’abaisse de nouveau quand la jambe redevient oblique.

On conçoit facilement que l’amplitude du pas abaisse le tronc en augmentant l’obliquité des jambes. Enfin, la fixité des maxima des oscillations verticales s’explique par ce fait : que la jambe, étendue et verticale, constitue nécessairement une hauteur constante : celle qui répond au maximum de soulèvement du corps.

Oscillations horizontales du corps, — En même temps qu’il se meut dans le sens vertical , le pubis , puisque c’est le point dont nous étudions le déplacement, se porte alternativement de gauche à droite et de droite à gauche. Pour enregistrer ces mouvements, on se sert d’un tambour à levier disposé de telle façon que la membrane soit enfoncée et attirée tour à tour par les mouvements de latéralité qui sont imprimés au levier. Pendant ce temps, le levier conjugué enregistreur exécute des oscillations dans le plan vertical, le seul qui permette de les inscrire sur le cylindre ; si, dans la courbe tracée , l’élévation correspond à un transport du pubis vers la droite, l’abaissement exprimera un transport de ce point vers la gauche.

L’expérience donne la courbe O P (fig. 22) pour le tracé ' des oscillations horizontales. On y voit d’abord que ces oscil-

lations sont deux fois moins nombreuses que celles qui ont lieu dans le sens vertical ; de sorte que le corps se trouve porté vers la droite au moment du maximum d’ascension qui correspond au milieu de l’appui du pied droit, et vers la gauche au milieu de l’appui du pied gauche. Ce balancement latéral du tronc est la conséquence du passage alternatif du corps dans une position sensiblement verticale au-dessus de chacun des pieds.

Si Ton voulait donner une idée de la trajectoire véritable du pubis sous l’influence de ces deux ordres d’oscillations combinées avec la translation en avant, il faudrait construire une figure solide. Avec un fil de fer tordu en sens divers, on peut exprimer assez clairement cette trajectoire. La figure 23 est destinée à représenter la perspective de ce fil de fer tordu; mais nous n’osons p is espérer que le lecteur saisisse facilement ce mode de représentation.

Fig. 23. — Tentative de représentation, au moyen d’une tige de métal courbée, de la trajectoire sinueuse parcourue par le pubis. Pour comprendre la perspective de cette figure solide, d faut supposer que le fil de fer est par son extrémité gauche, rapproché de l’observateur, tandis que par son extrémité droite, il s’en éloigne. (L’amplitude des oscillations a été fort exagérée pour qu’elles soient plus saisissables.)

En somme, suivant la formqle de M. Garlet, la trajectoire du pubis est inscrite dans un demi-cylindre creux, à concavité supérieure , au fond duquel se trouvent les minima, et sur les bords duquel viennent se terminer tangentiellement les maxima.

Translation du corps d'arrière en avant, — Il est clair que, pendant la marche, le corps ne cesse pas de progresser;.

mais le mouvement [d’arrière en avant dont il est animé n’a pas toujours la même vitesse. Pour apprécier ces phases alternatives d’accélération et de ralentissement, il fallait trouver une méthode qui fournît, d’une part, l’expression des espaces parcourus pendant chacun des mouvements de la marche, et qui exprimât, en outre, le temps employé à parcourir chacun de ces espaces. Pour obtenir cette double i dication , nous avons recouru à la méthode suivante.

Il s’agit d’abord de savoir de quelle quantité le corps s’avance aux différents instants de la marche. Cette mesure des espaces parcourus s’obtient lorsqu’on inscrit les courbes de la lo émotion, non plus sur un cylindre tournant d’un mouvement uniforme, mais sur un cylindre immobile sur lequel

Fig. 24. — Montrant deux positions successives du bras du manège et les positions correspondantes des pointes traçantes des leviers. Le bras du manège ayant 3 mètres, et le rayon de cylindre n’étant que de 6 centimètres, un même déplacement angulaire du marcheur et du style écrivant, correspondra à des espaces qui seront entre eux dans le rapport de 50 à 1.

les leviers enregistreurs se déplacent d’une quantité proportionnelle aux espaces parcourus. Pour cela, on place le cylindre sur l’axe même autour duquel tourne le manège, et c’est sur l’origine d’un des bras tournants que sont établis les instruments enregistreurs. Le rapport du rayon du cylindre à celui du cercle que parcourt le marcheur permet d’appré-

cier, dans les tracés, la valeur des espaces parcourus à chaque instant. Ce rapport était de 1 à 50 dans nos expériences.

Ainsi, dans le tracé obtenu, si d’un point à un autre on compte un centimètre d’intervalle, cela correspond à 50 centimètres parcourus sur le terrain par le marcheur. Cette première notion n’aurait en elle-même qu’un médiocre intérêt, parce qu’elle ne nous apprend rien de plus que ce que nous enseigne la mesure faite sur le sol des intervalles entre deux positions des pieds Les empreintes laissées par nos pas sur un terrain mou pourraient très-simplement nous fournir cette mesure. Mais, à cette notion des espaces parcourus, si le tracé joint la connaissance des temps mis à les parcourir, il nous fournit le moyen d’estimer la vitesse de translation du corps à chaque instant.

Fig. 25. — D Tracé des appuis et levés du pied droit fournis par un levier soumis en même temps à 10 vibrations par seconde. On voit que les vibrations occupent plus de longueur à la fin de l’appui du pied , cela exprime la plus grande vitesse de translation du corps à ce moment. — La même accélération s’observe à la fin de la période de soutien du pied droit; elle s’explique par l’action du pied gauche qui est, à ce moment, à la fin de son appui.

La figure 25 montre (ligne D) le tracé des appuis et levés 'd’un membre et les vibrations d’un diapason chronographe inscrites d une manière simultanée. Pour obtenir ce tracé, on fait converger, à la fois, sur un même tambour à levier, deux tubes de transmission dont l’un apporte les variations de la pression subies par la chaussure exploratrice (fig. 19), et l’autre dix vibrations par seconde fournies par un diapason de forte taille.

La fig. 26 montre commentées instruments sont disposés. On voit que le tambour subira la double influence des changements dans la pression du pied sur le sol et des vibrations du diapason, ce qui produit, dans le tracé unique, l’interférence des deux mouvements qui donnent à la fois la

notion de l’espace parcouru et celle du temps employé à le parcourir.

Pour analyser ce tracé , ne considérons d’abord que la

courbe sinueuse qui obéit à la fois au diapason et à la chaussure exploratrice du pied droit; et dans cette courbe, ne nous occupons que de la partie élevée : celle qui correspond à l’appui du pied sur le

sol. Nous voyons que, pendant la durée de cet appui, le style a parcouru sur le cylindre un espace d’environ 2 centimètres; or, comme le déplacement du style est cinquante fois moindre que celui du marcheur, celui-ci aura avancé d’un mètre environ pendant l’appui d’un pied. Mais , pendant qu’il parcourait ce mètre, le marcheur n’avançait pas d’un mouvement uniforme: en effet, dans la première moitié de

Fig. 26. — Un gros diapason dont les vibrations sont réduites par des masses de plomb à 10 par seconde agit, par un tambour explorateur relié à 1 une de ses branches, sur le tambour à levier enregistreur. Celui-ci reçoit en même temps , par un tube bifurqué, l’influence des appuis et des levés des pieds du marcheur.

ce parcours , le dia pason a exécuté quatre vibrations environ, tandis que, dans la seconde, il n’en a guère exécuté que deux et demie. Ainsi le nied oui nresse le sol avec une forr.pt

croissante du commencement à la fin de son appui, imprime

au corps une impulsion dont la vitesse est également croissanté.

Pendant le levé du pied, la ligne tracée par le diapason indique aussi que le corps du marcheur progresse d’un mouvement accéléré. Cela se comprend facilement si l’on se souvient que, dans la marche, le levé d’un pied correspond exactement à l’appui de l’autre. C’est donc l’appui du pied gauche sur le sol qui imprime au corps du marcheur le mouvement accéléré qui s’observe pendant le levé du pied droit. ^

Celte méthode nous semble applicable à tous les cas où il faudra mesurer les durées relatives des différentes phases d’un mouvement.

L’inégalité dans la vitesse du transport de l’homme qui marche entraîne une conséquence importante. Lorsqu^n homme traîne un fardeau, l’effort qu’il développe ne saurait etre constant; à chaque appui d’un de ses pieds, il se produit un redoublement d’énergie dans la traction développée et comme cette augmentation de l’effort n’a qu’une durée trèscourte, c’est une série de chocs, pour ainsi dire, qui a lieu ù chaque instant. Or, on sait que ces chocs sont très-défavorables à la bonne utilisation des forces mécaniques; nous nous sommes expliqué (p. 48) sur les inconvénients qu’ils auraient dans le travail des moteurs animés, et sur la manière dont lis sont atténués par l’élasticité de la fibre musculaire Dans les conditions où se place l’homme qui traîne un lardeau, s il est relié par une courroie rigide à la masse qu’il doit entraîner, les chocs dont nous venons de parler se produisent et le marcheur en ressent les contre-coups aux épaulés. Pour éviter ces commotions pénibles et pour obte-

nirune meilleure utilisation de l’effort développé, nous avons

place entre la voiture et la courroie de traction une pièce intermediaire élastique dont l’effet a répondu à notre attente Nous essayons de construire des pièces analogues qui puissent s adapter aux traits des voitures ordinaires, afin d’atténuer la violence des pressions du collier et de mieux utiliser la force du cheval. .

Marey.