📚 Parcours STAPS – Licence APAS - Neuro-Biomécanique de l'équilibre
Neuro-Biomécanique de l'équilibre
Objec'f du résumé : comprendre comment un être humain main0ent la posture érigée bipédique et
l’équilibre orthosta0que, en ar0culant les approches biomécaniques (forces, moments, centre de
masse/centre de pression) et neurophysiologiques (vision, ves0bule, propriocep0on, récepteurs
plantaires).
1) Fondamentaux biomécaniques de l’équilibre orthosta8que
L’équilibre au sens mécanique s’observe lorsque la somme vectorielle des forces est nulle et que la
somme des moments de force est nulle. Pour un objet rigide idéal, on parle d’équilibre sta0que ; pour
le corps humain, non uniforme et déformable, il s’agit d’un équilibre « dynamique » nécessitant un
contrôle ac0f et con0nu des forces et des moments.
Deux grandeurs clefs décrivent le système bio-mécanique : le centre de masse (CdM) et le centre de
pression (CdP). Leur écart horizontal est propor0onnel à l’accéléra0on du CdM. Le système nerveux
central (SNC) doit en permanence moduler les moments musculaires autour des ar0cula0ons
(notamment la cheville et la hanche) pour que le CdM reste projeté au-dessus de la base de support.
Modèle de référence : l’être humain debout peut être assimilé à un pendule inversé (Morasso &
SchiepaR, 1991). La projec0on du CdM au sol, sa rela0on au CdP et la largeur de la base de support
déterminent la stabilité instantanée.
1.1 Base de support, marge de stabilité et contrôle par raideur
La base de support (BoS) est l’aire polygonale délimitée par les appuis. La marge de stabilité
correspond à la distance entre la projec0on du centre de masse (CdM) et les limites de la BoS : plus
elle est faible, plus la stratégie de raVrapage doit être rapide et efficace.
Outre le contrôle ac0f des moments, le système postural module une raideur effec0ve (co-
contrac0on autour cheville/hanche) : plus de raideur = moins d’amplitude de balancement mais coût
énergé0que plus élevé ; moins de raideur = économie mais sway plus grand.
1.2 Rela'on formelle CdM–CdP et métriques de plateforme de force
Au pendule inversé (hauteur du CdM = h), on peut approximer la dynamique par :
CdP – proj(CdM) ≈ (h/g) × accéléra0on horizontale du CdM.
Quand le CdP se déplace vers l’avant, il “0re” le CdM pour le ramener au-dessus de la BoS.
En posturographie, on quan0fie le contrôle via : surface 95 % de l’ellipse du CdP, RMS antéro-
postérieur/medio-latéral, vitesse moyenne du CdP, longueur de trajectoire, et parfois l’analyse
fréquen0elle (composantes lentes/rapides). Ces indices renseignent sur la stratégie (plutôt cheville vs
hanche) et la charge sensorielle.
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1.3 Stratégies posturales (cheville, hanche, pas, suspension)
Stratégie cheville : correc0ons par pe0ts torques distaux ; dominante chez l’adulte sain sur support
ferme.
Stratégie hanche : rota0ons du tronc/bassin pour raVraper des perturba0ons rapides ou BoS étroite.
Stratégie du pas : déplacement de la BoS quand la marge de stabilité est dépassée.
Stratégie de suspension : fléchir genoux/hanches pour abaisser le CdM et élargir la marge.
Les réponses posturales automa0ques émergent à 90–120 ms après perturba0on du support ; les
ajustements posturaux an0cipés (AP) précèdent un geste volontaire pour limiter son déséquilibre
associé.
2) Construire la ver8cale gravitaire : capteurs et contraintes
Le corps n’a pas de capteurs directs du CdM ni du CdP. Pour es0mer la ver0cale gravitaire et
l’orienta0on, le SNC combine plusieurs modalités sensorielles : vision (ver0cale visuelle subjec0ve),
ves0bule (accéléra0ons angulaires et linéaires), propriocep0on (longueur et tension musculaires) et
mécanorécep0on cutanée plantaire (pressions et vibra0ons). CeVe intégra0on mul0sensorielle
permet de piloter finement les correc0ons posturales.
3) Système ves8bulaire et intégra8on centrale
3.1) Organisa-on générale
Le ves0bule, situé dans l’oreille interne, comprend deux types d’organes sensoriels : les canaux
semi-circulaires (CSC) qui renseignent les accéléra0ons angulaires, et les organes otolithiques
(utricule et saccule) qui renseignent les accéléra0ons linéaires et, in fine, la posi0on de la tête par
rapport à la ver0cale gravitaire.
3.2) Canaux semi-circulaires (CSC)
Disposés orthogonalement (antérieur, horizontal, postérieur), les CSC détectent les rota0ons de la
tête. Le mouvement de l’endolymphe déforme la cupule, défléchit les cellules ciliées et produit un
signal nerveux. La s0mula0on est op0male lorsque la rota0on s’effectue dans le plan du canal ; après
une rota0on à vitesse constante, la réponse se réadapte en 15–30 s environ.
3.3) Otolithes (utricule, saccule)
Les otolithes, tapissés de cristaux de carbonate de calcium, transduisent les accéléra0ons linéaires et
renseignent sur l’orienta0on de la tête par rapport à la ver0cale. L’utricule fonc0onne principalement
dans un plan quasi horizontal (référence : plan de Francfort), le saccule dans un plan quasi ver0cal.
Les cellules ciliées y sont orientées de façon à couvrir toutes les direc0ons.
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Neuro-Biomécanique de l'équilibre
Objec'f du résumé : comprendre comment un être humain main0ent la posture érigée bipédique et
l’équilibre orthosta0que, en ar0culant les approches biomécaniques (forces, moments, centre de
masse/centre de pression) et neurophysiologiques (vision, ves0bule, propriocep0on, récepteurs
plantaires).
1) Fondamentaux biomécaniques de l’équilibre orthosta8que
L’équilibre au sens mécanique s’observe lorsque la somme vectorielle des forces est nulle et que la
somme des moments de force est nulle. Pour un objet rigide idéal, on parle d’équilibre sta0que ; pour
le corps humain, non uniforme et déformable, il s’agit d’un équilibre « dynamique » nécessitant un
contrôle ac0f et con0nu des forces et des moments.
Deux grandeurs clefs décrivent le système bio-mécanique : le centre de masse (CdM) et le centre de
pression (CdP). Leur écart horizontal est propor0onnel à l’accéléra0on du CdM. Le système nerveux
central (SNC) doit en permanence moduler les moments musculaires autour des ar0cula0ons
(notamment la cheville et la hanche) pour que le CdM reste projeté au-dessus de la base de support.
Modèle de référence : l’être humain debout peut être assimilé à un pendule inversé (Morasso &
SchiepaR, 1991). La projec0on du CdM au sol, sa rela0on au CdP et la largeur de la base de support
déterminent la stabilité instantanée.
1.1 Base de support, marge de stabilité et contrôle par raideur
La base de support (BoS) est l’aire polygonale délimitée par les appuis. La marge de stabilité
correspond à la distance entre la projec0on du centre de masse (CdM) et les limites de la BoS : plus
elle est faible, plus la stratégie de raVrapage doit être rapide et efficace.
Outre le contrôle ac0f des moments, le système postural module une raideur effec0ve (co-
contrac0on autour cheville/hanche) : plus de raideur = moins d’amplitude de balancement mais coût
énergé0que plus élevé ; moins de raideur = économie mais sway plus grand.
1.2 Rela'on formelle CdM–CdP et métriques de plateforme de force
Au pendule inversé (hauteur du CdM = h), on peut approximer la dynamique par :
CdP – proj(CdM) ≈ (h/g) × accéléra0on horizontale du CdM.
Quand le CdP se déplace vers l’avant, il “0re” le CdM pour le ramener au-dessus de la BoS.
En posturographie, on quan0fie le contrôle via : surface 95 % de l’ellipse du CdP, RMS antéro-
postérieur/medio-latéral, vitesse moyenne du CdP, longueur de trajectoire, et parfois l’analyse
fréquen0elle (composantes lentes/rapides). Ces indices renseignent sur la stratégie (plutôt cheville vs
hanche) et la charge sensorielle.
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1.3 Stratégies posturales (cheville, hanche, pas, suspension)
Stratégie cheville : correc0ons par pe0ts torques distaux ; dominante chez l’adulte sain sur support
ferme.
Stratégie hanche : rota0ons du tronc/bassin pour raVraper des perturba0ons rapides ou BoS étroite.
Stratégie du pas : déplacement de la BoS quand la marge de stabilité est dépassée.
Stratégie de suspension : fléchir genoux/hanches pour abaisser le CdM et élargir la marge.
Les réponses posturales automa0ques émergent à 90–120 ms après perturba0on du support ; les
ajustements posturaux an0cipés (AP) précèdent un geste volontaire pour limiter son déséquilibre
associé.
2) Construire la ver8cale gravitaire : capteurs et contraintes
Le corps n’a pas de capteurs directs du CdM ni du CdP. Pour es0mer la ver0cale gravitaire et
l’orienta0on, le SNC combine plusieurs modalités sensorielles : vision (ver0cale visuelle subjec0ve),
ves0bule (accéléra0ons angulaires et linéaires), propriocep0on (longueur et tension musculaires) et
mécanorécep0on cutanée plantaire (pressions et vibra0ons). CeVe intégra0on mul0sensorielle
permet de piloter finement les correc0ons posturales.
3) Système ves8bulaire et intégra8on centrale
3.1) Organisa-on générale
Le ves0bule, situé dans l’oreille interne, comprend deux types d’organes sensoriels : les canaux
semi-circulaires (CSC) qui renseignent les accéléra0ons angulaires, et les organes otolithiques
(utricule et saccule) qui renseignent les accéléra0ons linéaires et, in fine, la posi0on de la tête par
rapport à la ver0cale gravitaire.
3.2) Canaux semi-circulaires (CSC)
Disposés orthogonalement (antérieur, horizontal, postérieur), les CSC détectent les rota0ons de la
tête. Le mouvement de l’endolymphe déforme la cupule, défléchit les cellules ciliées et produit un
signal nerveux. La s0mula0on est op0male lorsque la rota0on s’effectue dans le plan du canal ; après
une rota0on à vitesse constante, la réponse se réadapte en 15–30 s environ.
3.3) Otolithes (utricule, saccule)
Les otolithes, tapissés de cristaux de carbonate de calcium, transduisent les accéléra0ons linéaires et
renseignent sur l’orienta0on de la tête par rapport à la ver0cale. L’utricule fonc0onne principalement
dans un plan quasi horizontal (référence : plan de Francfort), le saccule dans un plan quasi ver0cal.
Les cellules ciliées y sont orientées de façon à couvrir toutes les direc0ons.
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