Chapitre 3 Notions élémentaires de mécanique pour concevoir et réaliser les orthèses

Il est indispensable de connaître les principes mécaniques de base qui régissent l’action d’une orthèse appliquée au niveau de la main et du poignet.

La fonction essentielle de l’orthèse est l’application de forces sur l’appareil locomoteur.

La force appliquée a pour finalité de modifier, par effet dynamique, le mouvement d’un ou de plusieurs éléments ostéo-articulaires. Cette même force peut également, par effet statique, déformer un segment anatomique.

Une force se définit par son point d’application, sa direction et son intensité ; elle est représentée par une droite d’action (F). Le point d’application est l’endroit où s’applique la force. La distance (D) qui définit l’application de la force par rapport à l’axe de rotation est le bras de levier. Plus le bras de levier est important, plus la force de rotation est faible.

La direction de la force (F) génère deux composantes (F1 et F2). L’une F1 perpendiculaire au bras de levier est la composante de rotation, l’autre qui est dans le sens du levier a une action de distraction (F2) ou de compression (F2’) (fig. 3-1). Il existe par ailleurs une force de glissement qui va modifier le point d’application de la force, en se rapprochant de l’axe de rotation le bras de levier sera plus court. Une orthèse doit optimiser l’effet de rotation qui est mesuré par le moment de la force par rapport à l’axe de rotation. Le moment de la force est le produit de la longueur du bras de levier (D) par la force d’application (F). Le moment M = D x F s’exprime soit en mètre par Newton ou en mètre par kilogramme en sachant que 1 m.kgf = 3,8 mN.

Fig. 3-1 A. Modèle d’application des forces pour une orthèse dynamique d’extension pour corriger une raideur en flexion. Pour être efficace, la force de traction F1 doit être perpendiculaire à l’axe de P2. B. Orthèse en place appliquant les principes mécaniques de traction directe perpendiculaire à l’axe de P2.

Pour augmenter le moment de la force, il vaut mieux augmenter la distance entre l’axe de rotation et le point d’application de la force (fig. 3-2).

Fig. 3-2 Calcul du moment de la force.

L’intensité de la force à appliquer est un des problèmes les plus difficile à résoudre pour l’orthésiste car elle implique d’évaluer la capacité des tissus à répondre à leur déformation sans créer de phénomènes indésirables comme l’œdème, la douleur.

Orthèse à deux points ou à trois points

Rappelons que la finalité d’une orthèse est de s’opposer à une position ou à une mobilité non désirée, l’orthèse n’a pas en elle la masse suffisante pour s’opposer à ces forces, il conviendra donc d’introduire la notion de force stabilisatrice supplémentaire ; selon l’effet recherché l’orthèse sera soit à deux points d’appuis, soit à trois. Par exemple, pour fermer une articulation deux points d’appuis sont suffisants (fig. 3-3A), en revanche pour l’ouvrir trois points sont indispensables (fig. 3-3B).

Fig. 3-3 A. Une orthèse à deux points d’appui suffit à fléchir une ou deux articulations. B. Orthèse à 3 points d’appui pour corriger une déformation en boutonnière.

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