Aller au contenu principal

1.1 Qu'est-ce que la biomécanique ?

BiomécaniqueCinématiqueSection 1.110 min de lecturemis à jour le 17 août 2026
Objectifs de la section

Cette section définit la biomécanique : d'où vient le mot, et ce que la discipline étudie — les forces et leurs effets sur le vivant, à toutes les échelles, de la cellule au corps entier. Elle délimite ensuite le champ que ce cours en retient : le corps entier en mouvement, au service de la santé de la personne âgée. À la fin de cette section, vous devez être capable de définir la biomécanique en une phrase et de situer précisément ce que ce cours étudie, à quelle échelle et dans quel but.

1.1.1 Un mot à décomposer : bio + mécanique​

« Biomécanique » n'est pas un mot d'un seul bloc : c'est la contraction de deux mots que vous connaissez déjà. Bio- vient de la biologie, la science du vivant — tout ce qui touche aux organismes vivants, et en particulier au corps humain. -mécanique désigne la mécanique, la branche de la physique qui étudie les mouvements et les forces, c'est-à-dire les effets que les forces produisent sur les corps1. Le mot évoque souvent les moteurs et les voitures ; c'est une image réductrice : la mécanique est d'abord une science du mouvement, et elle s'applique au corps humain comme à n'importe quel autre corps.

Assembler les deux moitiés (biologie et mécanique) donne directement la définition : la biomécanique est l'étude du mouvement du vivant par les lois de la mécanique. La définition de référence du domaine, publiée par Herbert Hatze en 1974, dit la même chose avec le vocabulaire des scientifiques : « l'étude de la structure et de la fonction des systèmes biologiques par les méthodes de la mécanique »2. Hatze n'a pas inventé la discipline — elle est bien plus ancienne que lui (cf. l'encadré historique en fin de section) — mais sa définition, publiée dans le Journal of Biomechanics, est celle que les manuels reprennent depuis.

Pour ce cours, retenez surtout la version courte, qui tient en une phrase : la biomécanique est l'étude des forces et de leurs effets sur le vivant3. Chaque partie de cette phrase mérite d'être dépliée :

  • Les forces — le mouvement naît toujours d'une force : la force est la cause du mouvement. On peut donc étudier les forces elles-mêmes, celles qui produisent le mouvement : la force que les muscles exercent sur les os, celle que le sol renvoie sous le pied à chaque pas, ou le poids qui nous attire vers le bas.
  • Leurs effets — on peut aussi étudier ce que ces forces produisent, c'est-à-dire le mouvement lui-même : comment il se comporte, comment il évolue dans le temps et dans l'espace. On parle alors de position, de distance, de direction, de vitesse, d'accélération.
  • Sur le vivant — dans notre cas, le corps humain.

Cette phrase servira de fil conducteur à tout le cours : ce chapitre décrit les effets, et les chapitres suivants remonteront aux causes.

1.1.2 La biomécanique à toutes les échelles du vivant​

Le vivant est immense, et la biomécanique s'y applique à toutes les échelles, de la cellule au corps entier4.

À l'échelle de la cellule (l'unité de base du vivant), on parle de mécanobiologie : l'étude de la façon dont les cellules perçoivent les forces mécaniques qui s'exercent sur elles et y répondent5. Vous en exploitez déjà un exemple sans le savoir : la musculation. Quand vous soulevez des charges à la salle, vos muscles produisent des forces, et vos cellules musculaires subissent de façon répétée des contraintes — on parle de tension mécanique. Cette tension stimule des protéines spécifiques qui jouent le rôle de capteurs et déclenchent une cascade de réactions biologiques participant à l'augmentation de la taille des cellules : c'est l'hypertrophie musculaire, dont la tension mécanique est considérée comme l'un des principaux moteurs6.

En montant d'un cran, à l'échelle des tissus (des ensembles de cellules semblables assurant une même fonction), on étudie comment les fibres musculaires ou les tendons se déforment et résistent aux contraintes mécaniques qu'ils subissent — une échelle d'analyse précieuse pour comprendre et prévenir les blessures. À l'échelle d'un organe (une structure composée de plusieurs tissus, qui remplit une fonction précise) — le cœur, par exemple — on peut analyser les forces de contraction qui éjectent le sang, ou l'élasticité qui permet au muscle cardiaque de se déformer pour se remplir. À l'échelle d'un système, c'est-à-dire plusieurs organes qui travaillent ensemble, la biomécanique du système cardiovasculaire devient une mécanique des fluides appliquée au sang qui circule dans le réseau vasculaire.

Tout en haut de cette échelle se trouve le corps entier, et c'est là que ce cours se place (cf. Figure 1.1). La biomécanique du mouvement étudie le mouvement du corps humain et les forces qui s'appliquent sur lui, ainsi que leurs effets sur le geste.

Figure 1.1figure à produire
Figure 1.1 — Les échelles d'étude du vivant : cellule, tissus, organe, système, corps entier.Source : diaporama CM1, dia 8 — figure à ré-exporter.

1.1.3 La biomécanique du mouvement : deux finalités, un cours​

À l'échelle du corps entier, la biomécanique du mouvement poursuit deux grandes finalités7. La première est la performance : améliorer un geste sportif par la technique — au lancer, par exemple, il existe un angle d'envol optimal qui maximise la distance —, par le matériel — les chaussures de course à plaque de carbone réduisent d'environ 4 % le coût énergétique de la course8 —, ou par l'entraînement — la préparation physique modifie les qualités musculaires et tendineuses pour produire plus de force (force maximale), ou la même force en moins de temps (explosivité)9. La seconde est la santé : prévenir les blessures et les troubles du mouvement, et guider la rééducation ou la réadaptation. Ces deux finalités mobilisent exactement les mêmes grandeurs et les mêmes lois (position, vitesse, accélération, angles articulaires, forces et moments — et les lois de Newton) ; ce qui change, c'est la question que l'on pose au mouvement.

Ce cours retient la seconde finalité, appliquée à un public précis : la personne âgée. Nous étudierons son mouvement — sa marche, sa posture, son équilibre — pour apprendre à l'évaluer objectivement, à repérer un risque de chute et à cibler l'activité physique qui y remédie. La marche servira de fil rouge : c'est le mouvement le plus quotidien, le plus mesurable, et l'un des plus révélateurs de l'état de santé d'un sénior, comme vous le verrez à la section 1.6.

De l'Antiquité à la capture de mouvement. L'idée d'appliquer les connaissances scientifiques et techniques de son époque à l'étude du vivant est bien plus ancienne que le mot « biomécanique ». Dès l'Antiquité, les médecins et anatomistes grecs, s'appuyant sur l'observation de corps disséqués, cherchaient « à comprendre certains phénomènes naturels par le biais d'explications rationnelles », et Aristote consacrait déjà un traité, De Motu Animalium, aux principes généraux de la locomotion animale10. À la Renaissance, Léonard de Vinci analyse le corps humain en mécanicien — anatomie, action des muscles, jeu des articulations — au point que la Société de Biomécanique le considère comme « un réel biomécanicien, voire le premier »10. En 1680-1681, Giovanni Alfonso Borelli publie son propre De Motu Animalium — le titre reprend celui du traité d'Aristote — où il applique au corps la mécanique de Galilée : les os y sont des leviers, actionnés par les muscles (cf. Figure 1.2) ; la Société de Biomécanique lui attribue le mérite d'avoir, « probablement le premier, formulé l'objet fondamental de la Biomécanique »11. Deux siècles plus tard, le physiologiste français Étienne-Jules Marey fait entrer l'étude du mouvement dans l'ère expérimentale : sa chronophotographie fixe sur une même image les positions successives d'un corps en mouvement, et sa « table dynamométrique » (1883) est considérée comme la première plateforme de force de l'histoire de la biomécanique12 — l'ancêtre directe des plateformes de force actuelles. En 1895 enfin, Wilhelm Braune et Otto Fischer publient Der Gang des Menschen (« La marche de l'homme ») : quatre appareils photographiques synchronisés, onze repères lumineux fixés sur le corps — la première étude tridimensionnelle de la marche humaine13, et le principe même de la capture de mouvement moderne.

Figure 1.2figure à produire
Figure 1.2 — Figures du « De Motu Animalium » de Borelli (1680-1681) et mannequin articulé (planche « Dessein »).Source : assets/images/borelli-de-motu-animalium-figures.jpg et assets/images/mannequin-articule-planche-dessein.jpg — images fournies par l'enseignant, à déposer dans le vault ; provenance exacte à confirmer avant publication.
lire un exercice de renforcement en biomécanicien

Un éducateur qui fait travailler un groupe — de jeunes sportifs ou des résidents d'un EHPAD — applique la définition de la biomécanique à la lettre, souvent sans le formuler. Faire soulever une charge, monter une marche ou se relever d'une chaise, c'est appliquer des forces au corps ; l'œil de l'éducateur en observe les effets : le geste est-il correctement exécuté, avec une amplitude complète et une vitesse suffisante ? Et la production du geste mobilise toutes les échelles vues en 1.1.2 : les cellules musculaires se contractent (cellule) ; leur traction étire les fibres et les tendons, qui transmettent la force aux os (tissus) ; le muscle entier raccourcit (organe) et le mouvement apparaît (corps entier). Répétée séance après séance, cette contrainte mécanique appliquée aux cellules déclenche l'adaptation décrite plus haut — l'hypertrophie6. Un exercice bien dosé est un message mécanique envoyé au corps — la suite de ce cours vous donne les outils pour choisir cet exercice, mesurer ses effets et vérifier qu'il répond bien à l'objectif ciblé.

Glossaire de la section6 termes
Biomécanique
Étude de la structure et de la fonction des systèmes biologiques par les méthodes de la mécanique (Hatze, 1974). En clair : l'étude des forces et de leurs effets sur le vivant.
Mécanique
Branche de la physique qui étudie les mouvements et les forces, c'est-à-dire les effets des forces sur les corps.
Mécanobiologie
Étude de la façon dont les cellules perçoivent les forces mécaniques qui s'exercent sur elles et y répondent. Biomécanique à l'échelle de la cellule.
Tension mécanique
Contrainte exercée sur une structure biologique (cellule, fibre, tendon) par une force. À l'échelle de la cellule musculaire, elle est l'un des principaux stimulus de l'hypertrophie.
Hypertrophie musculaire
Augmentation de la taille des cellules musculaires, notamment en réponse à la tension mécanique répétée d'un entraînement contre charge.
Biomécanique du mouvement
Biomécanique à l'échelle du corps entier : étude du mouvement humain et des forces qui s'y appliquent. Deux finalités : améliorer la performance sportive ; préserver ou restaurer la santé (prévention des blessures et des troubles, rééducation).
À la fin de cette section, je dois être capable de…0 / 4
  1. Donner la définition courte de la biomécanique (forces, effets, vivant) et citer la définition de référence de Hatze (1974).
  2. Expliquer la construction du mot « biomécanique » et définir la mécanique comme branche de la physique.
  3. Citer les échelles du vivant auxquelles la biomécanique s'applique, avec un exemple à une échelle autre que le corps entier.
  4. Situer ce cours : son échelle (le corps entier), sa finalité (la santé) et son public (le sénior, à travers sa marche, sa posture et son équilibre).
Vérifiez votre compréhensioncorrigé au clic

L'étude des forces et de leurs effets sur le vivant.

Faux. La biomécanique s'applique à toutes les échelles du vivant : la cellule (mécanobiologie), les tissus, les organes, les systèmes et le corps entier. Ce cours se place à l'échelle du corps entier, mais c'est un choix de champ, pas une limite de la discipline.

La charge d'entraînement applique une tension mécanique aux cellules musculaires, qui la perçoivent et y répondent en augmentant leur taille : des forces produisent un effet sur le vivant, ce qui est la définition même de la biomécanique. Le phénomène se joue à l'échelle de la cellule — c'est la mécanobiologie.

Les deux. Améliorer la performance et préserver la santé sont les deux finalités de la biomécanique du mouvement ; elles mobilisent les mêmes grandeurs et les mêmes lois, seule la question posée au mouvement change.

Footnotes​

  1. Hamm K., Biomechanics of Human Movement (OpenStax / BCcampus), chap. 1.0. https://pressbooks.bccampus.ca/humanbiomechanics/chapter/1-0-introduction-2/#:~:text=Mechanics%20is%20a%20branch%20of%20physics%20concerned%20with%20the%20effects%20of%20forces%20acting%20on%20bodies — verbatim : « Mechanics is a branch of physics concerned with the effects of forces acting on bodies ». ↩

  2. Hatze H. (1974), « The meaning of the term "biomechanics" », Journal of Biomechanics 7(2):189-190, https://doi.org/10.1016/0021-9290(74)90060-8 (accès restreint). Citée en accès libre par Hamm K., Biomechanics of Human Movement (OpenStax / BCcampus, CC BY), chap. 1.0. https://pressbooks.bccampus.ca/humanbiomechanics/chapter/1-0-introduction-2/#:~:text=the%20study%20of%20structure%20and%20function%20of%20biological%20systems%20by%20the%20means%20of%20mechanics — verbatim : « the study of structure and function of biological systems by the means of mechanics ». ↩

  3. EBSCO Research Starters, Biomechanics. https://www.ebsco.com/research-starters/science/biomechanics#:~:text=forces%20acting%20on%20living%20systems%20and%20the%20resultant%20effects — verbatim : « the forces acting on living systems and the resultant effects on their movement ». ↩

  4. EBSCO Research Starters, Biomechanics. https://www.ebsco.com/research-starters/science/biomechanics#:~:text=from%20the%20cellular%20level%20to%20body%20systems — verbatim : « from the cellular level to body systems and entire bodies, human and animal ». ↩

  5. Center for Engineering MechanoBiology (University of Pennsylvania, NSF), What is Mechanobiology?, section « So, what is mechanobiology? ». https://cemb.upenn.edu/what-is-mechanobiology/#:~:text=cells%20sense%20and%20respond%20to%20mechanical%20signals — verbatim : « the study of mechanisms by which cells sense and respond to mechanical signals ». ↩

  6. Krzysztofik M. et al. (2019), Maximizing Muscle Hypertrophy: A Systematic Review of Advanced Resistance Training Techniques and Methods, Int J Environ Res Public Health 16(24):4897, DOI 10.3390/ijerph16244897 — Introduction. https://www.mdpi.com/1660-4601/16/24/4897#:~:text=Progressive%20mechanical%20tension%20overload%20is%20considered%20one%20of%20the%20major%20factors — verbatim : « Progressive mechanical tension overload is considered one of the major factors of muscle growth ». ↩ ↩2

  7. Hamm K., Biomechanics of Human Movement (OpenStax / BCcampus), chap. 1.0. https://pressbooks.bccampus.ca/humanbiomechanics/chapter/1-0-introduction-2/#:~:text=improve%20physical%20performance,injury%20prevention%20and%20rehabilitation — verbatim : « to improve physical performance (through improved technique, equipment or training) and injury prevention and rehabilitation ». ↩

  8. Hoogkamer W. et al. (2018), A Comparison of the Energetic Cost of Running in Marathon Racing Shoes, Sports Medicine 48(4):1009-1019, DOI 10.1007/s40279-017-0811-2 — Abstract › Results. https://link.springer.com/article/10.1007/s40279-017-0811-2#:~:text=lowered%20the%20energetic%20cost%20of%20running%20by%204%25 — verbatim : « The prototype shoes lowered the energetic cost of running by 4% on average ». ↩

  9. Suchomel T.J. et al. (2018), The Importance of Muscular Strength: Training Considerations, Sports Medicine 48(4):765-785, DOI 10.1007/s40279-018-0862-z — Abstract. https://link.springer.com/article/10.1007/s40279-018-0862-z#:~:text=maximal%20force%20expression%20and%20time-limited%20force%20expression — verbatim : « maximal force expression and time-limited force expression » ; facteurs morphologiques : « muscle cross-sectional area and architecture, musculotendinous stiffness ». ↩

  10. Société de Biomécanique, Les débuts de l'histoire de la biomécanique. Antiquité : https://www.biomecanique.org/fr/les-pionniers-sdb/451-debuts-de-lhistoire#:~:text=comprendre%20certains%20ph%C3%A9nom%C3%A8nes%20naturels — verbatim : « cherchèrent à comprendre certains phénomènes naturels par le biais d'explications rationnelles ». Aristote : https://www.biomecanique.org/fr/les-pionniers-sdb/451-debuts-de-lhistoire#:~:text=les%20principes%20g%C3%A9n%C3%A9raux%20de%20la%20locomotion%20animale — verbatim : « Aristote y énonce les principes généraux de la locomotion animale ». Léonard de Vinci : https://www.biomecanique.org/fr/les-pionniers-sdb/451-debuts-de-lhistoire#:~:text=un%20r%C3%A9el%20biom%C3%A9canicien%2C%20voire%20le%20premier — verbatim : « Léonard de Vinci peut être considéré comme un réel biomécanicien, voire le premier ». Complément : L'évolution des sciences du mouvement (livre 2, chap. 2), https://www.biomecanique.org/fr/les-pionniers-sdb/655-livre2-chap2 — Vinci comme « premier jalon précoce mais significatif » des sciences du mouvement. ↩ ↩2

  11. Société de Biomécanique, Les pionniers — Giovanni Alfonso Borelli, sur De Motu Animalium (1680-1681). https://www.biomecanique.org/fr/les-pionniers-sdb/436-borelli-pionnier#:~:text=objet%20fondamental%20de%20la%20Biom%C3%A9canique — verbatim : « probablement le premier, formulé l'objet fondamental de la Biomécanique ». ↩

  12. Société de Biomécanique, Les pionniers — Étienne-Jules Marey. https://www.biomecanique.org/fr/les-pionniers-sdb/437-marey#:~:text=premi%C3%A8re%20plateforme%20de%20force — verbatim : « la première plateforme de force de l'histoire de la biomécanique » (table dynamométrique, 1883) ; méthode « basée pour la première fois sur l'expérimentation ». ↩

  13. Société de Biomécanique, Les pionniers — Braune et Fischer (1895), sur Der Gang des Menschen. https://www.biomecanique.org/fr/la-biomecanique/les-pionniers?view=article&id=443:braune-fischer&catid=85:pionniers#:~:text=tridimensionnelle%20de%20la%20marche%20humaine — verbatim : « l'étude tridimensionnelle de la marche humaine » (quatre appareils photographiques synchronisés, onze signaux lumineux). ↩

Dernière mise à jour le