Jean Claude de MAUROY

1. Nouvelle Biomécanique non linéaire du rachis Jean Claude de MAUROY

2. S’il 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 d’un rachis en position immobile sont-ils suffisants ? La colonne vertébrale est-elle vraiment une colonne ?

3. Le rachis ne ressemble-t-il pas plus à cette sculpture stable dans tous les plans de l’espace ? Wooden X piece Kenneth Snelson 1949

4. La colonne n’est pas uniquement un empilement de cubes. Mais un système omidirectionnel L’ensemble peut défier les lois de la gravité : gymnastique, patinage…

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

6. Concept d’intégrité de tension Créé par l’architecte R. Buckminster Fuller en 1920 Contracté en TENSEGRITY En biomécanique, l’intégrité 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 d’un soulèvement de poids, la charge atteint 16 000 Newtons

8. Caractéristiques d’un système à intégrité de tension • Système omnidirectionnel • Structure de base le triangle • Modèle non linéaire • Invariance d’échelle : la taille est théoriquement illimitée • La force et la résistance de l’ensemble 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. Icosahèdre tronqué = ballon de football Structure de base : Le triangle Pour une meilleure stabilité

10. Caractéristiques d’un système à intégrité de tension • Système omnidirectionnel • Structure de base le triangle • Maximum de stabilité avec un minimum de matériau • Modèle non linéaire • Invariance d’échelle : la taille est théoriquement illimitée • La force et la résistance de l’ensemble 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 Stabilité maximale avec un minimum de matériau Théoriquement, la taille du dôme est illimitée. (invariance d’échelle) Montréal 1967

12. Caractéristiques d’un système à intégrité de tension • Système omnidirectionnel • Structure de base le triangle • Maximum de stabilité avec un minimum de matériau • Invariance d’échelle : la taille est théoriquement illimitée Modèle non linéaire • La force et la résistance de l’ensemble 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. • L’os 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 d’un système à intégrité de tension • Système omnidirectionnel • Structure de base le triangle • Maximum de stabilité avec un minimum de matériau • Invariance d’échelle : la taille est théoriquement illimitée • Modèle non linéaire • La force et la résistance de l’ensemble 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 caravanesystème non linéaire • La traction est convergente (pull) Montée ou accélération en descente • La poussée est divergente (push) Descente

16. Caractéristiques d’un système à intégrité de tension • Système omnidirectionnel • Structure de base le triangle • Maximum de stabilité avec un minimum de matériau • Invariance d’échelle : la taille est théoriquement illimitée • Modèle non linéaire • Structure rigide en compression discontinue et flexible en tension continue • La force et la résistance de l’ensemble 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 l’enveloppe du ballon lutte contre les molécules d’air à l’intérieur qui chacune repousse l’enveloppe de façon discontinue. • L’ensemble est beaucoup plus résistant que la mince enveloppe de caoutchouc.

18. Caractéristiques d’un système à intégrité de tension • Système omnidirectionnel • Structure de base le triangle • Maximum de stabilité avec un minimum de matériau • Invariance d’échelle : la taille est théoriquement illimitée • Modèle non linéaire • Structure rigide en compression discontinue et flexible en tension continue • La force et la résistance de l’ensemble 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 d’appui se transmet à l’ensemble de la structure si les rayons sont bien tendus

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

21. GRAPHITE 12 Atome de carbone C 6 DIAMANT Noyau du carbone 12 Tenségrité : principe universel ? Carbone : 2 formes pures :

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 l’énergie et la restitue en mobilisant la charge. • S’ils sont sectionnés la colonne s’allonge

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

26. Needle Tower by Kenneth Snelson 1968 Washington

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

28. Le rachis : structure de tenségrité 2.segmentaire 120° 30° CONTRAINTES Nucléus pulposus : contraintes verticales en COMPRESSION Annulus fibrosus : contraintes tangentielles en TENSION ORIENTATION DE L’ANNULUS Lamelles concentriques disposées de façon oblique d’une couche à l’autre : 30° par rapport au plan du disque, 120° entre elles. 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 l’on tend les cordes, le mât est plus solide (effet d’élongation axiale dans le corset ou Harrington) • Si on les coupe (chirurgie), la solidité de l’ensemble 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 l’ensemble du rachis. Le rachis n’est 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 qu’ils sont en permanence sous tension. Les vertèbres et les disques sont en compression discontinue

34. FIN