Un nouvel outil pour l’étude du système musculo-squelettique : application au membre pelvien

Nous présentons un modèle numérique du membre pelvien « tonique » pour lequel les muscles rendent compte à la fois de leur caractère visco-élastique (inertie, effets d’amortissement) et de leur propriété contractile. Capable d’intégrer les dernières générations de lois de comportement pour les os et ligaments, ce modèle permet également de piloter chaque muscle de façon individuelle et indépendante. Ainsi, au cours d’une simulation, l’utilisateur peut agir sur chacun des muscles du modèle en ordonnant, par exemple, sa contraction et en fixant le degré de cette contraction. Du point de vue volumique, le muscle est constitué d’éléments hexaédriques dont le comportement est viscoélastique. Des lignes d’action prisonnières des éléments volumiques relient les tendons proximal et distal. Ces lignes d’action sont constituées d’une série d’éléments élastiques et activables, chacun correspondant à un élément contractile unitaire (ECU) analogue à un sarcomère macroscopique. L’ensemble forme une fibre contractile qui peut être comparée à la fibre musculaire (ou à un groupe de fibres) dans le cas du muscle strié fusiforme. Chaque ECU est par défaut à l’état passif, et suit une loi de type élastique non linéaire. Lorsqu’il est activé, les ECU ont tendance à se raccourcir, créant une force à leurs extrémités qui est transmise de proche en proche jusqu’aux tendons. L’utilisateur définit d’abord l’évolution du niveau de contraction pour chaque muscle. Ensuite il lance la simulation et peut suivre en temps réel les efforts musculaires et leurs résultantes. Il devient alors aisé de déterminer aussi bien de manière qualitative (cinématique de la contraction) que quantitative (variation des moments) le rôle précis de chaque faisceau musculaire dans un mouvement particulier.