Modélisation biomécanique des systèmes musculo-squelettiques sous déterminés : analyse statique des tensions des tendons mobilisant le doigt

Biomechanical modelisation of under determined musculo-squeletic systems : static analysis of finger tendon tensions

• Auteur / Autrice : Laurent Vigouroux
• Direction : Franck Quaine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques des activités physiques et sportives
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Résumé

La modélisation du comportement mécanique de l'architecture musculo-squelettique sollicitée in situ constitue un enjeu tant en biomécanique, en réhabilitation, qu'en physiologie. Ceci nécessite d'évaluer des variables non directement mesurables comme les moments et les forces musculaires. Ces variables peuvent être estimées à partir de la conception de modèles biomécaniques qui nécessitent la formulation de certaines hypothèses et l'enregistrement de données expérimentales périphériques. Or, le système musculo-squelettique est redondant dans le sens où chaque degré de liberté est sous le contrôle de plusieurs actionneurs (muscles) aussi bien agonistes qu'antagonistes. L'utilisation conjointe de la modélisation biomécanique des systèmes musculaires et de l'optimisation numérique nous a permis de résoudre ce problème de redondance. Particulièrement dans ce travail, nous avons développé des techniques de modélisation et d'expérimentation permettant l'analyse des tensions des tendons mobilisant le doigt dans différentes situations de sollicitation. Ceci nous a permis de montrer que l'amplitude des moments passifs non musculaires ne devait pas être négligée dans les procédures de calcul. De plus, nous avons également utilisé de façon originale l'information EMG sous forme d'une contrainte d'inégalité dans les procédures d'optimisation. Ce travail a permis de mettre en évidence des résultats inédits concernant la distribution des tensions dans les tendons agonistes et antagonistes. Diverses adaptations du modèle sont discutées dans le document, la substitution de l'EMG invasif par de l'EMG de surface étant l'axe de recherche principal.

The modelling of the mechanical behaviour of the musculo-skeletal system is of a great interest in biomechanics, rehabilitation and physiology. This requires the estimation of variables which can not be directly assessed like the muscular moments and forces. These variables can be estimated thanks to biomechanical models which require the formulation of assumptions and the recording of peripheral data. However, the musculo-skeletal system is redundant since each degree of freedom is controlled by several actuators (muscles) as well agonists as antagonistic. The use of the biomechanical modelling of the muscular systems and the numerical optimization enabled us to solve this problem of redundancy. Particularly in this work, we developed techniques of modelling and experimentation allowing the analysis of the tensions of the finger tendons in various situations of request. This enabled us to show that the amplitude of the non-muscular passive moments can not be neglected in the procedures of calculation. Moreover, we also used EMG in the form of inequality constraints in the procedures of optimization. This work made it possible to highlight new results concerning the distribution of the tensions in the tendons agonists and antagonists. Various adaptations of the model are discussed in the document, the substitution of the invasive EMG by surface EMG being the principal research orientation.