Soutenance mémoire
Contexte du projet
La selle est un réel outil de performance dont l’ergonomie doit être aussi bien pensée pour le cavalier que pour son cheval. Elle a pour fonction d’assurer la meilleure interface possible entre l’homme et sa monture. La selle comprend traditionnellement un arçon en bois/métal relativement rigide qui constitue son squelette. Cet arçon permet de répartir le poids du cavalier sur le dos du cheval. Son adaptation au dos de ce dernier par un jeu de mousse constituant les panneaux est primordiale pour son confort et sa performance. Cependant, le dos du cheval est une structure fragile dont certaines pathologies sont directement liées à une selle mal-adaptée : points de pression entrainant des douleurs dorsales, restriction de la mobilité… De plus, une fois en mouvement, il subit des changements morphologiques importants par l’intermédiaire des systèmes ostéo-articulaires et musculaires qui le compose. L’arçon, rigide, positionné sur le dos du cheval n’est initialement pas conçu pour suivre ces déformations. La prise en compte du confort du cheval dans la conception de la selle doit nécessairement passer par l’intégration du mouvement lors de l’effort sportif. De nombreux axes d’améliorations ont été envisagés notamment par un changement de forme ou de structure de la selle. A ce titre, la demande des utilisateurs et des professionnels pour des produits plus respectueux du confort et de la santé du cheval est croissante. Bien que des premières innovations se soient présentées sur le marché, permettant d’améliorer le confort du cheval lors de l’effort sportif et principalement lors du saut d’obstacle (Selle 2G et 2Gs, CWD WO 2004/050544 A1, EP 1 927 574 A1), elles reposent sur des observations empiriques du mouvement équin. Jusqu’à présent, des limitations matérielles n’avaient pas permis l’analyse du mouvement du dos du cheval sous la selle. Malgré tout, de nombreuses études se sont intéressées aux mouvements naturels du cheval non sellé ainsi qu’à l’effet de la selle et du cavalier sur la partie lombo-sacrale du rachis ou sur la locomotion générale du cheval. L’analyse de la colonne vertébrale au cours du déplacement du cheval non sellé a permis d’évaluer les mouvements du rachis du cheval ainsi que le rôle des muscles ou des mouvements de tête ou du tronc. Grâce à ces études, les mouvements de flexion et d’extension du dos ont été mesurés principalement lors du trot (Pourcelot et al., 1998). Les travaux de Faber et al., (2001) ont, de plus, permis de préciser la mobilité complexe de la portion thoracolombaire de la colonne vertébrale. En ce qui concerne le saut, les études se sont limitées à des analyses d’accélérométrie et de cinématique du cheval en liberté (Cassiat et al., 2004). D’autres études se sont focalisées sur l’analyse cinématique de la région lombaire du cheval sellé (Trot : De Cocq et al., 2004, 2009, Saut : Barrey et Galloux, 1997 ; Thoulon, 1991). Cependant, ces chercheurs n’ont pu mesurer la mobilité dorsale qu’avec des marqueurs réfléchissants placés en arrière de la selle. Tous concluent que ceci constitue une limite majeure à leurs études. Par ailleurs des tapis de selles instrumentés permettant la mesure des pressions sous la selle ont été utilisés pour quantifier les modifications de la répartition des pressions sur le dos du cheval (De Cocq et al., 2009, Kotschwar 2009). D’autres études, exploitant les mêmes matériels, se sont intéressées à l’interaction cavalier-selle-cheval et plus particulièrement à l’effet du cavalier sur les paramètres locomoteurs du cheval (Peham et al., 2004 ; De Cocq et al., 2004). L’apparition des outils de mesure inertiels a permis d’ouvrir de nouvelles perspectives. Greve et al. (2014) a ainsi pu mettre en évidence que tous les éléments cheval-selle-cavalier étaient en interconnexion étroite. Les publications portant sur le dos du cheval ou sur l’effet de la selle et du cavalier sur le cheval sont donc nombreuses et ont permis d’obtenir des donnés quantifiés sur :
– les mouvements de la colonne vertébrale du cheval en liberté ;
– les mouvements de la colonne vertébrale du cheval monté en arrière de la selle ;
– l’effet de la selle, du cavalier, de la sangle en terme de pression exercée sur le dos du cheval ;
– les forces du cavalier sur les étrivières.
Cependant aucune étude ne s’était encore intéressée aux mouvements de la colonne vertébrale sous la selle ni aux interactions entre les pressions exercées et les mouvements de la région thoraco-lombaire. Jusqu’à ces dernières années, la technique utilisée pour l’analyse du mouvement était basée sur la reconstruction des positions tridimensionnelles de marqueurs réfléchissants détectées au moyen de caméras (Motion Capture, ou mocap). La présence de la selle empêche l’utilisation de cette technique pour mesurer les mouvements de la ligne dorsale dans la région d’intérêt, c’est-à-dire la région thoraco-lombaire. De plus, comme le précise de Cocq (2012), le mocap réduit le champ d’étude chez le cheval à quelques foulées. L’apparition de systèmes de mesures inertiels miniaturisés devrait permettre de s’affranchir de ces contraintes pour mettre en place un protocole complet d’analyse biomécanique du cheval monté à l’effort et de quantifier l’effet de la selle et du cavalier.
Sellerie
La selle d’équitation est composée d’un arçon, squelette de la selle, traditionnellement en bois/métal relativement rigide. Cet arçon a pour objectif de répartir le poids du cavalier sur le dos du cheval. Autour de ce squelette, la selle est construite par un montage de cuir et de mousse (voir Fig 2.1). La partie cavalier comporte les quartiers, les couteaux et le siège. Les quartiers favorisent le positionnement de la jambe du cavalier et entrent donc en jeu dans son équilibre à cheval. Les couteaux, dans lesquels passent les étrivières, supportent les étriers, éléments où le pied du cavalier vient se loger. Enfin, le siège de longueur et profondeur différentes selon la taille du cavalier permet l’assise dans la selle. Ces trois éléments vont entrer en jeu dans l’adaptabilité de la selle au cavalier car ils sont primordiaux dans la recherche de son équilibre à cheval. La partie cheval comporte les panneaux, en mousse dans notre cas, mis en forme pour être parfaitement adaptés au dos du cheval à l’arrêt et dont les dimensions permettent de jouer sur l’équilibre du cavalier afin d’orienter ce dernier plus en avant ou en arrière en fonction de l’équilibre du couple cavalier/cheval. Les panneaux gauche et droite sont reliés entre eux par un trapèze, traditionnellement en cuir. Les selles prototypes développées dans le cadre de la thèse possédaient deux particularités par rapport à une selle dite classique. La base de la selle était un arçon 2Gs de l’entreprise CWD. L’arçon est ainsi conçu en matériau composite, permettant un dynamisme vis-à-vis des mouvements du cheval. Le trapèze, initialement en cuir, était ici réalisé en carbone afin de pouvoir désolidariser en quelques minutes la partie panneaux, qui sera modifiée lors des essais, et la partie cavalier que nous souhaitions maintenir identique pour ne pas modifier le ressenti et les sensations du cavalier dans sa selle.
Principaux mouvements
La mobilité dorsale réside dans trois grands types de mouvements :
– la flexion-extension
– la rotation axiale
– la latéroflexion
Les différentes caractéristiques des structures énoncées plus haut, conformation osseuse, ligaments, disques intervertébraux, vont régir la mobilité de la colonne. Les longs processus épineux de la région thoracique vont limiter les mouvements de flexion-extension et légèrement de rotation axiale. A l’inverse, les larges processus transverses des lombaires réduisent la latéroflexion et la rotation axiale en région lombaire. La présence des côtes (T1 à T18) réduit faiblement les mouvements de flexion, latéroflexion et rotation. Le ligament supra-épineux va largement limiter la flexion de la colonne par son inextensibilité. Il limite également la latéroflexion et la rotation axiale. Le ligament longitudinal ventral limite les mouvements d’extension et de rotation, le dorsal n’a que peu d’effets. Les processus articulaires très congruents en région lombaire vont limiter fortement la rotation axiale et légèrement l’extension et la latéroflexion.
Rôle dans les allures
Le trot est une allure symétrique composée de phases de suspension alternées avec des phases d’appui, les membres d’un bipède diagonal se posant alternativement. Au cours de cette allure, les mouvements de flexion-extension de la colonne thoraco-lombaire sont principalement imposés par l’inertie de la masse abdominale qui induit une extension de la colonne vertébrale thoraco-lombaire au cours de l’appui et une flexion thoraco-lombaire pendant la suspension. (Denoix, JM., 2014). Il s’assoit dans sa selle lorsque le diagonal gauche est au sol. Le galop est une allure sautée, basculée, diagonale et asymétrique à trois temps inégaux suivis d’une phase de suspension. Lors du galop, la mécanique vertébrale est différente et se réalise par des mouvements actifs. Lors du temps de suspension du galop, deux évènements se succèdent, la suspension et la poussée des postérieurs. (Denoix, JM., 2014).
– Lors de la suspension, le relèvement de l’encolure ou extension cervicale permet la détente du ligament supra-épineux qui favorise la flexion thoraco-lombaire. Puis, l’engagement des postérieurs est rendu possible par la contraction concentrique des muscles fléchisseurs de la colonne thoraco-lombaire-sacrale.
– Lors de la poussée des postérieurs, l’abaissement de l’encolure met sous tension le ligament supra épineux et tasse les corps vertébraux, ce qui favorise la transmission de la propulsion générée par l’arrière-main. L’extension de la colonne qui suit contribue à la propulsion.
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Table des matières
Chapitre 1. INTRODUCTION
1.1 Contexte du projet
1.2 Objectifs et structure de la thèse
1.3 Antériorité du projet
Chapitre 2. BIBLIOGRAPHIE
2.1 Sellerie
2.2 Rappels anatomiques
2.2.1 Ostéologie
2.2.2 Articulation intervertébrale et ligaments
2.2.3 Principaux mouvements
2.2.4 Actions musculaires
2.2.5 Rôle dans les allures
2.3 Etat de l’art
2.3.1 Etudes cinématiques
2.3.2 Etudes des pressions
2.3.3 Etude des forces sur les étriers
2.3.4 Utilisation des centrales inertielles en analyse du mouvement équin
2.4 Conclusion
Chapitre 3. COMPARISON BETWEEN INERTIAL SENSORS AND MOTION CAPTURE SYSTEM TO QUANTIFY FLEXION-EXTENSION MOTION IN THE BACK OF A HORSE
3.1 Introduction
3.2 Matériels et méthodes
3.3 Résultats
3.4 Discussion
Chapitre 4. EFFECTS OF THE RIDER ON THE KINEMATICS OF THE EQUINE SPINE UNDER THE SADDLE DURING TROT
4.1 Introduction
4.2 Materials and methods
4.3 Results
4.4 Discussion
Chapitre 5. EFFECT OF THE RIDER POSITION DURING RISING TROT ON THE HORSE’S BIOMECHANICS (BACK AND TRUNCK KINEMATICS AND PRESSURE UNDER THE SADDLE)
5.1 Introduction
5.2 Materials and methods
5.3 Results
5.4 Discussion
Chapitre 6. EFFECT OF A PROTOTYPE SADDLE (SHORT PANELS) ON THE BIOMECHANICS OF THE EQUINE BACK: PRELIMINARY RESULTS
6.1 Introduction
6.2 Methods
6.3 Results and discussion
Chapitre 7. EFFECT OF A PROTOTYPE SADDLE (COMFORT PANELS) ON THE BIOMECHANICS OF THE EQUINE BACK DURING RISING TROT
7.1 Introduction
7.2 Materials and methods
7.3 Results
7.4 Discussion
Chapitre 8. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
Chapitre 9. REFERENCES
ANNEXE 1. Validation expérimentale du protocole de cinématique 2D
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