PREMIERE PHASE D'ESSAIS DU PROJET SEQUISOL

1. Matériels et méthodes

a) Instruments de mesure

         Différentes techniques innovantes, développées au sein de l’UMR BPLC, permettent de quantifier les sollicitations de l’appareil locomoteur chez le cheval en mouvement. Il s’agit d’un fer dynamométrique 3D, d’un procédé ultrasonore de mesure de la force qui s’exerce dans le tendon perforé (tendon fléchisseur superficiel du doigt), et de centrales de mesure inertielle. L’originalité de ces outils est qu’ils sont non-invasifs et utilisables dans les conditions de l’exercice sportif intense, qui sont celles qui doivent être étudiées compte tenu de la problématique.
   Ces outils sont complétés par d’autres équipements, adaptés à nos objectifs : accéléromètres 3D (caractérisation du choc de l’impact) et caméra haute fréquence (analyse des mouvements très rapides de l’extrêmité des membres)    

   I. Fer dynamométrique

La mesure de la force de réaction au sol est essentielle pour étudier les interactions entre le pied du cheval et le sol. Cette mesure est effectuée le plus souvent par l’intermédiaire d’une plate-forme de forces ; or, celle-ci, de dimension réduite et fixée dans le sol à un endroit donné, ne permet pas d’effectuer des mesures à grande vitesse, ni sur différents types de sols. C’est pourquoi l’UMR BPLC a développé une technique embarquable, grâce à laquelle le recueil des forces n’est plus effectué au sol mais directement sous le pied du cheval.

Notre prototype se distingue des modèles précédemment décrits dans la littérature, par le fait qu’il utilise des capteurs piézo-électriques (vs. jauges d’extensométrie : Roland et al., 2005), et que ceux-ci sont triaxiaux (vs. capteurs uniaxiaux : Barrey et al., 1990, 1991 ; Kai et al., 2000).

Le principe de fonctionnement de l’instrument est le suivant : 4 capteurs piézo-électriques triaxiaux, disposés en plate-forme le long du profil du fer, un en talon et un en mamelle, de chaque côté du pied, sont pris en « sandwich » entre deux ensembles mécaniques (Figure I).

Le prototype est en alliage d’aluminium léger ; ses cotes ont été générées par CAO (conception assistée par ordinateur) et le dimensionnement ajusté par calcul par éléments finis. Ces techniques ont permis d’optimiser : le fonctionnement des capteurs, le poids total (490 g), l’encombrement, la résistance mécanique et la facilité d’utilisation de l’instrument.

Ce fer dynamométrique a été validé, d’abord in vitro puis in vivo, au pas et au petit trot.

        II. Accéléromètre triaxial

    Un accéléromètre est utilisé pour caractériser le choc du pied sur le sol et les vibrations générées par ce choc. Ce capteur est un accéléromètre piézo-électrique triaxial miniature (10,2 mm d’arête, 4 grammes), présentant une étendue de mesure de 500 g (Figure II). Il est fixé sur la paroi latérale du sabot au moyen d’un système de contention moulé et collé sur la paroi. Les signaux analogiques issus de ces dispositifs sont amplifiés puis convertis en signaux numériques et stockés dans un ordinateur durci, l’ensemble de la chaîne d’acquisition étant assujetti au sulky.

         III. Capteur ultrasonore de mesure de la force dans le tendon perforé

   Ce procédé entièrement original (breveté), non-invasif, mis au point par l’UMR BPLC, permet de mesurer la force qui s’exerce dans le tendon perforé (tendon Fléchisseur superficiel du doigt, le plus souvent lésé, toutes disciplines sportives confondues) au cours du mouvement. Le procédé est basé sur l’existence d’une relation, démontrée expérimentalement, entre la vitesse des ultrasons se propageant dans un tendon et la force à laquelle est soumis ce tendon (relation de type logarithmique, Pourcelot et al., 2005). Il a déjà été appliqué à la caractérisation de l’effet de ferrures correctrices (Crevier-Denoix et al., 2004, 2006 ; Ravary, 2005) et de sols (Crevier-Denoix et al., 2007) sur la tension du tendon perforé, au pas et au petit trot.

   Le dispositif comprend une sonde ultrasonore, adaptée à la région métacarpienne palmaire du cheval et composée d’un émetteur et de trois récepteurs (fréquence : 1 MHz, 6,5 cm de long, 40 grammes ; Figure IIIA), ainsi qu’une électronique de commande, de digitalisation et de stockage des signaux ultrasonores (embarquée sur le sulky ; Figure IIIB). L’électronique est munie d’une carte permettant la synchronisation avec les données accélérométriques et celles issues du fer dynamométrique 3D.

   Avant de placer la sonde, la peau de la région métacarpienne palmaire du cheval est tondue, dépilée, puis rincée à l’eau tiède. La sonde, couverte de gel acoustique, est ensuite placée en regard du tendon perforé grâce à une guêtre fenêtrée (Figure IIIA), maintenue à l’aide d’une bande élastique (Vetrap).

   IV – Mesure de la mobilité axiale et de la symétrie locomotrice

   Le système développé (baptisé « LocoSym ») utilise 4 centrales de mesure inertielle (X-sens MT9-B) munies d’un accéléromètre 3D, d’un gyroscope 3D et d’un magnétomètre 3D. Ces capteurs sont fixés sur la ligne du dessus en regard du tuber sacrale (angle de la croupe) et du processus épineux de la 3ème vertèbre lombaire et de la 15ème vertèbre thoracique. Le dernier capteur est assujetti au harnais (Figure IV). Les données obtenues sont synchronisées avec les autres appareils de mesure par dérivation de l’une des voies vers le convertisseur analogique des accéléromètres du pied.
Figure

   Ces dispositifs permettent de calculer les déplacements horizontaux et verticaux au point de fixation du capteur par intégration du signal accélérométrique.
   L’outil développé permet de détecter des asymétries discrètes de la locomotion se traduisant par des défauts d’amplitude des mouvements verticaux de la croupe ou du garrot lors des posés successifs des diagonaux gauche et droit.

    V – Caméra haute fréquence : cinématique du membre

   Une caméra haute fréquence, permettant la réalisation d’un film haute résolution, à la cadence de 600 images par seconde (contre 25 en vidéo classique), est embarquée dans une camionnette se déplaçant à coté du cheval pendant les tests (figure V). Les images, synchronisées aux résultats des autres appareils de mesure, sont utilisées pour l’analyse du geste sportif et pour l’interprétation des résultats. Des marqueurs cinématiques, disposés au centre de rotation des articulations (figure V), permettent grâce à un traitement informatique a posteriori de mesurer les mouvements de flexion et d’extension des articulations pendant le mouvement.