LE MECANISME DES MOUVEMENTS

L'étude du mécanisme des principales parties du corps ne peut se faire sans que le lecteur ne soit au courant des principes élémentaires de la mécanique. Ces notions font défaut chez la grande majorité des élèves de nos écoles de dessin et cela nous oblige de les exposer en quelques mots.

Les mouvements des divers os, qui constituent le squelette, et ceux qui sont nécessaires pour obtenir le déplacement du corps, doivent être attribués aux mêmes causes, qui sont : la force musculaire et la pesanteur.

Le squelette pris dans son ensemble, est composé d'une série de leviers dont les actions se combinent de différentes manières. Nous avons vu, en effet, que les os, à mesure qu'ils se touchent par leurs extrémités, forment les articulations. Nous avons appris à connaître les articulations mobiles et la manière dont elles sont constituées ; nous avons démontré que ces mouvements dépendent en majeure partie de la forme des surfaces articulaires, mais que la nature des ligaments, qui composent la capsule et qui réunissent ces extrémités osseuses, y contribue pour quelque chose. C'est de la forme des surfaces articulaires que dépend la nature du mouvement, mais l'étendue de celui-ci est limitée par les saillies osseuses et par les ligaments qui, dans quelques cas, opposent une forte résistance aux mouvements que permettraient les surfaces articulaires si elles jouissaient de leur liberté d'action

Qu'entend-on par levier? En mécanique, on entend par levier une tige rigide qui est soutenu en un point unique et qui peut

tourner tout autour de celui-ci par le concours cle deux forces dont l'une s'appelle la puissance et l'autre la résistance. — D'après la place qu'occupe le point d'appui, on distingue trois genres de leviers, et dans 'les trois cas le point d'appui peut occuper différentes positions par rapport à la puissance et à la résistance.

On appelle levier du premier genre, celui dont le point d'appui a se trouve entre la puissance p et la résistance r. Il est représenté par cette ligne : p â r. On rencontre de nombreux exemples de levier du premier genre quand le corps se trouve dans la position debout; par exemple, l'articulation de l'atlas avec l'occipital fait que la tête est maintenue en équilibre sur la colonne vertébrale ; le point d'appui se trouve conséquemment dans l'articulation; la puissance est représentée par le poids de la tête qui tend à tomber en avant ; les muscles de la nuque, en se contractant, y constituent la résistance. Et quand même la tète reste fixée sur la colonne vertébrale et qu'elle se fléchit en avant ou en arrière, le levier du premier genre se maintient ; le point d'appui reste dans l'articulation et la puissance et la résistance ne font que subir un déplacement. Dans la flexion en avant, la puissance est représentée par les muscles de la région antérieure du cou.

La colonne vertébrale, qui forme avec les os iliaques une articulation presque immobile, repose indirectement sur les têtes des fémurs pour former un levier du premier genre. Le point d'apppui se trouve dans l'articulation, et la puissance et la résistance sont tenues en équilibre; à cet effet il y a des muscles à la partie antérieure du tronc, qui opèrent la flexion, et d'autres à la partie postérieure, représentés par les muscles fessiers, qui opposent la résistance à la flexion.

Un levier est du deuxième genre, quand son point d'appui se trouve à l'une des extrémités et sa puissance au côté opposé. La résistance s'y trouve donc au milieu. — Si nous voulons citer des exemples de ce genre de levier en dehors du corps humain, nous avons la course à la brouette où la résistance est représentée par le contenu de la brouette, le point d'appui par la partie de la roue' qui touche le sol, et la puissance par la partie de la brouette que l'on tient dans les mains pour faire avancer l'appareil.

Les exemples des leviers du deuxième genre sont assez rares chez l'homme; nous n'en connaissons qu'un seul, savoir la station debout ou la marche sur les doigts des pieds. Le point d'appui se rencontre alors dans la partie antérieure du pied, là où les métatarsiens s'unissent aux orteils et touchent le sol. La résistance se trouve dans les muscles contractés de la région postérieure de la jambe et la puissance existe à l'articulation de l'astragale avec le tibia et le péroné; cette articulation porte le poids de tout le corps.

Dans un levier du troisième genre la puissance se trouve au milieu tandis que le point d'appui et la résistance occupent les deux extrémités. C'est ce genre de levier qu'on rencontre le plus fréquemment chez l'homme et spécialement quand le corps se déplace. On le rencontre aussi bien dans les mouvements partiels que dans les mouvements généraux. Citons-en quelques exemples.

1° La flexion de Favant-bras sur le bras. Dans ce cas, le point d'appui se trouve dans l'articulation du coude et la puissance dans les muscles fléchisseurs (biceps et brachial antérieur) , qui sont fixés aux os de V avant-bras . La résistance est représentée par le poids de lavant-bras.

2° La flexion de la jambe sur la cuisse est encore un exemple de levier du troisième genre. De même que dans l'exemple précédent, le point d'appui se trouve dans l'articulation du genou, — la puissance dans le muscle couturier, le droit interne, le demimembraneux, le demi-tendineux et le biceps crural, — et la résistance est représentée par le poids de la jambe.

3° Dans la plupart des mouvements d'extension, les membres de l'homme se comportent aussi comme des leviers du troisième genre. Prenons, par exemple, le muscle droit antérieur de la cuisse qui, par l'intermédiaire de son tendon, se prolonge jusqu'à la tubérosité antérieure du tibia; quand il se contracte pour redresser la jambe, la puissance contractile agit sur son tendon et suivant sa direction réfléchie. Le point d'application de la puissance se trouve alors dans la tubérosité antérieure du tibia, — le point d'appui dans l'articulation du genou, — et la résistance est encore dans la jambe.

Les mouvements qui s'accomplissent dans la mâchoire inférieure, s'exécutent encore suivant le levier du troisième genre.

Les différents exemples, que nous avons mentionnés, prouvent que la distance de la résistance et de la puissance , par rapport au point d'appui, est très-variable ; cette distance est connue sous le nom de bras de levier et on peut dire, en règle générale, que chez l'homme la longueur du bras de levier, qui représente la résistance, l'emporte sur celle du bras de levier qui constitue la puissance.

Les leviers du troisième genre nous fournissent bon nombre de ces exemples ; il en résulte cet avantage que l'endroit, où se trouve la résistance, se déplace plus facilement que celui où l'on rencontre la puissance. C'est ainsi que l'on explique la rapidité des mouvements.

La direction, suivant laquelle la puissance agit sur le bras de levier, doit encore être prise en sérieuse considération. Ainsi, quand la direction de la force .est perpendiculaire au levier qu'elle doit mouvoir, elle est le plus favorablement disposée : à mesure que sa direction devient plus oblique par rapport au bras du levier, l'effet produit, diminuant de plus en plus, la puissance doit augmenter de plus en plus pour continuer à faire équilibre à la résistance.

La direction des puissances musculaires est très-peu favorable aux leviers du troisième genre, parce que la plupart des muscles se fixent aux os en formant des angles très-aigus.

Examinons maintenant ce que l'on comprend en mécanique sous les noms de force, de pesanteur, d'équilibre, de centre de gravité et de ligne de gravité.

On donne communément le nom de force à la cause d'un mouvement; ainsi toute cause qui peut faire mouvoir un corps, que celui-ci soit à l'état de repos, ou qu'il soit déjà en mouvement, doit être considérée comme une force.

La nature des forces est très-variable. On les divise en forces physiques et en forces vitales. Parmi les forces physiques , on compte la pesanteur (dont nous parlerons bientôt), la chaleur, l'électricité, etc. Les forces vitales, sont celles que l'on rencontre chez l'homme et chez les animaux.

Un corps, qui est abandonné à lui-même, tombe vers la surface de la terre en suivant une direction qui est perpendiculaire à la surface d'une eau tranquille. Si un corps est placé sur une surface horizontale solide, ce corps exerce sans cesse

une pression contre la matière qui s'oppose à sa chute et il en résulte que cette pression imprime une modification à cette surface qui se courbe. Nous allons le prouver par un exemple : prenons le fil à plomb, qui n'est autre chose qu'un corps solide (par exemple un plomb) fixé à un fil plus ou moins long. En tenant le fil par son extrémité libre, le plomb descend et le fil se trouve tendu en suivant une ligne droite de haut en bas. Le plomb est attiré vers la terre et tâche de la rapprocher autant que possible ; c'est ce qui explique la tension du fil. Une pierre qui tombe, les gouttes de pluie ou les flocons de neige qui descendent des nuages sont autant d'exemples qui peuvent être comparés à celui de l'action du fil à plomb. De ces exemples on peut donc conclure « que tous les corps de la terre qui sont abandonnés à eux-mêmes, tombent. » Tous les corps exercent les uns sur les autres des actions à distance. Ces actions ne sont, en général, pas assez énergiques, pour vaincre la cohésion générale que possède la matière à l'état solide et pour modifier par là les positions relatives de ses atomes constituants; elles se bornent à déterminer des déplacements de totalité des corps soumis à leur influence, C'est, en conséquence, dans les solides que les lois de la pesanteur se montrent dans leur plus grande simplicité. On comprend donc que sous l'influence de la pesanteur, tout corps tend à se précipiter vers la terre.

Si l'on prend par exemple une cuiller et qu'on la dispose horizontalement sur le tranchant d'un couteau placé sur une table, l'on voit généralement que l'une des extrémités descendra pour se reposer sur la table ; c'est la pesanteur qui fait que cette partie de la cuiller affecte cette position ; en effet, cette partie renferme plus de molécules que celle dont l'extrémité est relevée. Toutefois si on opère quelques déplacements , il arrive un moment que la cuiller peut être tenue en position horizontale sur le couteau. On dit alors que les deux côtés renferment un nombre égal de molécules et que Yune moitié tient Vautre en équilibre sur le couteau qui sert de point d'appui. On donne le nom de centre de gravité, a ce point autour duquel les différentes parties du corps sont tenues en équilibre. . Un corps çtant disposé sur une surface horizontale et n'ayant avec elle qu'un seul point de contact, il faut , pour ie mettre en

équilibre, que la ligne verticale, qui passe par le centre de gravité, traverse également le point d'appui. Si les points d'appui sont multiples, par exemple dans la station sur les deux pieds, alors la ligne verticale doit passer par la surface placée entre les divers points d'appui. A cette surface on donne le nom de base de sustentation.

Quant aux corps qui ne sont pas homogènes ou qui ont une forme irrégulière, leur centre de gravité ne peut être déterminé qu'expérimentalement. On suspend le corps à une corde, et successivement dans deux positions différentes ; le prolongement de la direction de la corde donne deux lignes et le point d'intersection de celles-ci indique le centre de gravité. — La recherche du centre de gravité pour le corps humain est plus compliqué : une planche est placée en équilibre sur l'arête supérieure d'un couteau horizontal et représente ainsi un fléau de balance.'On fait coucher sur cette planche un homme dans le décubitus dorsal et on le dispose de manière que le système soit en équilibre, l'arête du couteau étant perpendiculaire à la longueur du corps. Le plan vertical qui passe par cette arête contient alors le centre de gravité. Il faudrait encore, pour fixer la position de ce point, obtenir l'équilibre clans deux autres positions ; mais on peut se dispenser de déterminer expérimentalement au moins l'un des deux nouveaux plans, en remarquant que le plan médian du corps, ou plan antéro-postérieur, est un plan de symétrie qui, par conséquent, doit contenir le centre de gravité du corps humain; il ne resterait donc qu'à chercher la position d'équilibré du corps couché sur le côté et parallèlement à l'arête du couteau.

- De cette manière Weber a trouvé que le centre de gravité du corps humain se trouve dans l'intérieur du canal médullaire de la colonne vertébrale, à peu près au niveau du bord supérieur de la dernière vertèbre lombaire. — Les membres considérés isolément ont, en général, leur centre de gravité placé plusprès de l'extrémité supérieure que de l'extrémité inférieure.

Chez l'homme le centre de gravité est très-mobile; en effet, chaque mouvement ou chaque déplacement du corps fait supposer une répartition différente de la masse qui le constitue, ce qui entraîne nécessairement un déplacement du centre de gravité. L'homme jouit de la faculté de modifier la configuration gêné-

raie de son corps en faisant varier la situation relative des différentes parties qui le constituent.

En examinant l'homme dans la station verticale sur les deux pieds, sa ligne de gravité, c'est-à-dire la ligne verticale qui descend du centre de gravité, tombe dans la base de sustentation. Dans de telles conditions l'équilibre sera d'autant plus stable que l'écartement des pieds sera plus grand; la base de . sustentation se trouve ainsi élargie , et les bras ainsi que le tronc peuvent exécuter des mouvements plus étendus sans que la ligne de gravité s'écarte de la base de sustentation. — Dans la station sur un seul pied, ou plutôt sur une seule jambe, le tronc se penche du côté de la jambe qui sert de soutien, afin que la ligne de gravité, qui se déplace dans le même sens, rencontre encore la base de sustentation. Cette base est alors à peine représentée par le pied qui repose sur le sol.

L'homme, qui se tient debout ou qui marche, se trouve en état d'équilibre instable, puisqu'il a son centre de gravité placé au-dessus de son point d'appui; aussi tombe-t-il dès que sa ligne de gravité sort de la base de sustentation; cet accident se produit quand l'inclinaison du corps dépasse certaines limites. Pour éviter dans ce cas une chute imminente, on corrige le déplacement de la ligne de gravité en portant les membres dans le sens opposé à celui de l'inclinaison du tronc. Les jambes surtout, en raison de la longueur du bras de levier sur lequel agit leur masse, peuvent faire équilibre à la masse bien supérieure du tronc, ou du moins elles limitent les excursions du centre de gravité.

Dans la marche et la course, l'homme dérange à dessein la position de son centre de gravité. Pour faire un pas, nous inclinons le tronc légèrement en avant et du côté de la jambe que nous voulons avancer. Quand la course est rapide, l'inclinaison du tronc est très-prononcée; la plupart du temps elle est même si forte qu'on est obligé de la compenser par le mouvement du bras du côté opposé à celui de la jambe qu'on porte en avant.

Lorsqu'un homme porte un fardeau, l'homme et sa charge ont un centre de gravité commun, et, pour que le système soit en équilibre, il faut que la personne modifie son attitude de manière à faire tomber constamment dans l'intérieur de la

base de sustentation la verticale qui passe par le centre de gravité commun. C'est pour cette raison que l'individu qui a un fardeau sur le dos incline le tronc en avant; celui, au contraire, dont la partie^ antérieure du corps est allourdie par une charge supplémentaire, rejette le tronc en arrière; cette dernière attitude est celle que prennent ordinairement les personnes qui ont, comme on dit, du ventre.

Quand le tronc, sous l'action d'une charge trop lourde, s'infléchit en avant au-delà de la limite requise par les lois de l'équilibre, l'homme est obligé de prendre, à l'aide d'une canne, un troisième point d'appui sur le sol; le vieillard, dont le dos est voûté, se trouve dans les mêmes conditions. L'individu, qui porte un fardeau sur l'un des côtés du corps, se penche du côté opposé.

Dans tous les cas que nous venons de passer en revue, la présence d'un poids additionnel entraîne le déplacement du centre de gravité commun à l'homme et au fardeau; en vue de ramener ce point dans la position nécessaire pour la conservation de l'équilibre, on est obligé de développer un surcroît d'effort qui s'ajoute au travail musculaire accompli pour supporter la charge. Aussi est-ce sur la tête qu'on peut porter les fardeaux les plus lourds, car alors l'attitude du corps ne change pas, et le centre de gravité n'est déplacé qu'en hauteur.