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Jean Claude de MAUROY Nouvelle Biomécanique non linéaire du rachis.

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1 Jean Claude de MAUROY Nouvelle Biomécanique non linéaire du rachis

2 Sil est vrai que de Stonehenge à Gisez Les blocs de pierre luttent contre la force de compression de la pesanteur. Les modèles mathématiques basés sur la compression axiale dun rachis en position immobile sont-ils suffisants ? La colonne vertébrale est-elle vraiment une colonne ?

3 Wooden X piece Kenneth Snelson 1949 Le rachis ne ressemble-t-il pas plus à cette sculpture stable dans tous les plans de lespace ?

4 La colonne nest pas uniquement un empilement de cubes. Mais un système omidirectionnel Lensemble peut défier les lois de la gravité : gymnastique, patinage…

5 Système vertébral omnidirectionnel Système vertébral omnidirectionnel Comment expliquer la fonction vertébrale ?

6 Concept dintégrité de tension Créé par larchitecte R. Buckminster Fuller en 1920 Contracté en TENSEGRITY En biomécanique, lintégrité tensionnelle est la propriété des objets dont les composants usent tension et compression de telle sorte que la force et la résistance dépassent la somme de celles de leurs composants. Ainsi les os et les muscles agissent en unisson pour se renforcer.

7 Système musculo-squelettique La résistance à la charge des muscles paravertébraux est de 3000 Newtons En mécanique newtonnienne, lors dun soulèvement de poids, la charge atteint Newtons

8 Caractéristiques dun système à intégrité de tension Système omnidirectionnel Structure de base le triangle Modèle non linéaire Invariance déchelle : la taille est théoriquement illimitée La force et la résistance de lensemble dépasse celle de leurs composants Maximum de stabilité avec un minimum de matériau Structure rigide en compression discontinue et flexible en tension continue Faible énergie consommée La charge appliquée est distribuée dans toute la structure

9 Structure de base : Le triangle Icosahèdre tronqué = ballon de football Pour une meilleure stabilité

10 Caractéristiques dun système à intégrité de tension Système omnidirectionnel Structure de base le triangle Maximum de stabilité avec un minimum de matériau Modèle non linéaire Invariance déchelle : la taille est théoriquement illimitée La force et la résistance de lensemble dépasse celle de leurs composants Structure rigide en compression discontinue et flexible en tension continue Faible énergie consommée La charge appliquée est distribuée dans toute la structure

11 Exemple du dôme géodésique Théoriquement, la taille du dôme est illimitée. (invariance déchelle) Montréal 1967 Stabilité maximale avec un minimum de matériau

12 Caractéristiques dun système à intégrité de tension Système omnidirectionnel Structure de base le triangle Maximum de stabilité avec un minimum de matériau Invariance déchelle : la taille est théoriquement illimitée Modèle non linéaire La force et la résistance de lensemble dépasse celle de leurs composants Structure rigide en compression discontinue et flexible en tension continue Faible énergie consommée La charge appliquée est distribuée dans toute la structure

13 Exemple des dinosaures Le cou des dinosaures de 10 mètres de long fonctionne dans toutes les positions. Le muscle augmente sa force lorsque sa surface de section augmente. Los augmente de section non du fait de la compression, mais du fait des tensions de la matrice de collagène. En mécanique newtonnienne, un animal de taille supérieure au lion serait impossible

14 Caractéristiques dun système à intégrité de tension Système omnidirectionnel Structure de base le triangle Maximum de stabilité avec un minimum de matériau Invariance déchelle : la taille est théoriquement illimitée Modèle non linéaire La force et la résistance de lensemble dépasse celle de leurs composants Structure rigide en compression discontinue et flexible en tension continue Faible énergie consommée La charge appliquée est distribuée dans toute la structure

15 Exemple de la caravane système non linéaire La traction est convergente (pull) Montée ou accélération en descente La poussée est divergente (push) Descente

16 Caractéristiques dun système à intégrité de tension Système omnidirectionnel Structure de base le triangle Maximum de stabilité avec un minimum de matériau Invariance déchelle : la taille est théoriquement illimitée Modèle non linéaire Structure rigide en compression discontinue et flexible en tension continue La force et la résistance de lensemble dépasse celle de leurs composants Faible énergie consommée La charge appliquée est distribuée dans toute la structure

17 Exemple du ballon de baudruche La tension est continue, la compression est discontinue. La tension continue de lenveloppe du ballon lutte contre les molécules dair à lintérieur qui chacune repousse lenveloppe de façon discontinue. Lensemble est beaucoup plus résistant que la mince enveloppe de caoutchouc.

18 Caractéristiques dun système à intégrité de tension Système omnidirectionnel Structure de base le triangle Maximum de stabilité avec un minimum de matériau Invariance déchelle : la taille est théoriquement illimitée Modèle non linéaire Structure rigide en compression discontinue et flexible en tension continue La force et la résistance de lensemble dépasse celle de leurs composants Faible énergie consommée La charge appliquée est distribuée dans toute la structure

19 La charge appliquée est distribuée à toute la structure La pression au niveau du point dappui se transmet à lensemble de la structure si les rayons sont bien tendus

20 Caractéristiques dun système à intégrité de tension Système omnidirectionnel Structure de base le triangle Maximum de stabilité avec un minimum de matériau Invariance déchelle : la taille est théoriquement illimitée Modèle non linéaire Structure rigide en compression discontinue et flexible en tension continue La force et la résistance de lensemble dépasse celle de leurs composants Faible énergie consommée La charge appliquée est distribuée dans toute la structure Principe universel

21 Tenségrité : principe universel ? Noyau du carbone Atome de carbone C Carbone : 2 formes pures : GRAPHITE DIAMANT

22 Tenségrité : « the architecture of life » (Ingber) Aulonia hexagona (diatomée) VOLVOX : algue sphèrique creuse dont la paroi se compose de milliers de cellules enchassées dans un matrice gélatineuse

23 Exemple du système nerveux Le système nerveux central est un système à intégrité de tension. Le système sensitif envoie des informations en continu. Le système moteur envoie des impulsions discontinues.

24 Système musculo-squelettique Les ligaments sont sous tension continue (jaune, longitudinal antérieur et postérieur) Les ligaments ont une structure élastique, ils absorbent lénergie et la restitue en mobilisant la charge. Sils sont sectionnés la colonne sallonge

25 Structure du corps vertébral La structure anatomique du corps vertébral avec ses apophyses épineuses et transverses évoque un système dintégrité de tension.

26 Needle Tower by Kenneth Snelson 1968 Washington

27 multifidus rotateur Transversaire épineux Plan superficiel Le rachis : structure de tenségrité 1.longitudinale 1.longitudinale Document JF Salmochi

28 Le rachis : structure de tenségrité 2.segmentaire 2.segmentaire CONTRAINTES ORIENTATION DE LANNULUS Lamelles concentriques disposées de façon oblique dune couche à lautre : 30° par rapport au plan du disque, 120° entre elles. 30° 120° Annulus fibrosus : contraintes tangentielles en TENSION Nucléus pulposus : contraintes verticales en COMPRESSION Document JF Salmochi

29 Exemple de la maladie de Marfan La tension ligamentaire est modifiée, avec grande taille et déformation rachidienne

30 Rôle des tenseurs Si lon tend les cordes, le mât est plus solide (effet délongation axiale dans le corset ou Harrington) Si on les coupe (chirurgie), la solidité de lensemble diminue

31 Cliniquement, relation entre scoliose et mise en tension unilatérale du tenseur du fascia lata (TFL)

32 Structure du corps vertébral Les structures osseuses ne se touchent pas comme dans les systèmes à intégrité de tension.

33 Nouvelle modélisation du rachis Ce sont les tissus mous autour du rachis qui, sous une tension appropriée, maintiennent et peuvent soulever lensemble du rachis. Le rachis nest plus une colonne avec un empilement de vertèbres, mais une structure à intégrité de tension. Les ligaments paravertébraux sont sous tension continue lorsque le rachis est au repos. La longueur des muscles paravertébraux au repos est telle quils sont en permanence sous tension. Les vertèbres et les disques sont en compression discontinue

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