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Couple articulaire et charges sur le rachis et le genou
Le couple articulaire net (ou moment articulaire) est la somme des moments des forces musculaires, ligamentaires et capsulaires autour d'une articulation. Il se calcule par dynamique inverse : on mesure cinématique et forces externes, puis on remonte du pied vers la hanche en appliquant les équations de Newton–Euler à chaque segment.
Dynamique inverse
À partir de la FRS, de la position de son point d'application et des accélérations des segments (tables de Dempster pour les masses et les inerties), on obtient force et moment à la cheville, puis au genou, puis à la hanche. Résultat : un moment net qui ne distingue pas les muscles agonistes et antagonistes. La co-contraction fait donc sous-estimer les forces internes.
Exemple
En squat, le moment extenseur au genou augmente avec la distance horizontale entre le genou et la ligne d'action du poids. Fléchir le tronc vers l'avant déplace la charge vers les hanches, tandis qu'un tronc vertical charge davantage le genou. Les moments à la hanche et au genou se compensent partiellement selon le style.
Charge sur le rachis
L'effort de compression sur L5–S1 résulte surtout de l'action des muscles érecteurs : pour équilibrer le moment du buste et de la charge, ces muscles ont un bras de levier court (≈ 5 cm) et doivent développer des forces élevées. Le guide NIOSH de 1981 est présenté par des sources secondaires comme retenant une compression L5–S1 de 3400 N comme « limite d'action » (la plupart des travailleurs la tolèrent) et 6400 N comme « limite maximale admissible » ; le critère de 3,4 kN est confirmé comme seuil de risque accru de lombalgie dans le résumé de l'équation révisée (Fine, Garg, Putz-Anderson et Waters, 1993), mais la valeur de 6400 N n'a été retrouvée que dans des documents secondaires sans référence : à vérifier dans le guide original. Ces seuils fixes sont discutés (Arjmand et al. 2015 contestent l'usage d'une limite fixe de 3400 N) et l'équation révisée raisonne en charge recommandée (constante de charge de 23 kg, valeur non relue ici) plutôt qu'en compression. Soulever 20 kg avec un buste fléchi peut dépasser 3000 à 5000 N selon le modèle utilisé ; ces valeurs sont des estimations. Rapprocher la charge du corps réduit son bras de levier et donc le moment à compenser.
Charge sur le genou
Les forces tibio-fémorales en marche atteignent environ 2 à 3 fois le poids du corps ; en escalier ou accroupi profond, plus. La charge patello-fémorale augmente avec la flexion du genou, car la force quadricipitale requise croît avec le moment externe. La technique (genoux dans l'axe, flexion contrôlée) agit sur ces contraintes. Pour toute douleur ou blessure, consulter un professionnel de santé : ces données ne constituent pas un avis médical.
🎯 À retenir
- Couple articulaire net = somme algébrique des moments internes.
- Dynamique inverse : du pied vers la hanche avec FRS et tables anthropométriques.
- Le moment net ne sépare pas agonistes et antagonistes.
- Rapprocher la charge du corps diminue le moment lombaire.
- Compression L5–S1 : repère NIOSH ≈ 3400 N (3,4 kN confirmé ; 6400 N à vérifier) ; seuil discuté.
- Charge patello-fémorale croît avec la flexion du genou.
- d : bras de levier horizontal par rapport à l'articulation (m)
⚠️ Erreurs fréquentes
- Interpréter le moment net comme la force d'un muscle isolé.
- Ignorer les erreurs de position du CM segmentaire dans la dynamique inverse.
- Généraliser des charges calculées pour un modèle à toute la population.
Pour s'entraîner
Calculateurs liés
- Moment de force autour d'une articulation
- Centre de gravité 2D de plusieurs masses
- Projectile : portée, hauteur, temps de vol
- Saut vertical : hauteur par temps de vol et puissance de Sayers
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