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4.5 La composante horizontale : avancer

BiomécaniqueMarcheSection 4.55 min de lecturemis à jour le 15 septembre 2026
Objectifs de la section

La composante verticale porte le corps, mais elle ne peut produire qu'une accélération verticale ; toute accélération horizontale — démarrer, accélérer, freiner — exige une composante horizontale de la force de réaction du sol. Cette section montre que cette composante est le frottement rencontré au chapitre 2, qu'elle donne au vecteur son inclinaison, qu'elle freine puis propulse au cours de l'appui, et qu'elle est bien plus petite que la verticale. À la fin de cette section, vous devez être capable d'expliquer pourquoi la progression vers l'avant repose sur la composante horizontale, d'identifier cette composante au frottement, et de lire sa courbe sur un appui complet.

4.5.1 Ce que la verticale ne peut pas faire​

La composante verticale assure le support du corps (§4.4), et elle ne produit qu'une accélération verticale du centre de masse. Aussi élevée soit-elle, elle ne peut ni mettre le centre de masse en mouvement vers l'avant, ni modifier sa vitesse horizontale. Or marcher, c'est aussi démarrer, accélérer, freiner, s'arrêter — autant de changements de la vitesse horizontale. Toute accélération horizontale du centre de masse exige donc une composante horizontale de la force de réaction du sol : c'est la deuxième loi de Newton (§2.8), lue composante par composante.

4.5.2 La composante horizontale, c'est le frottement​

Cette composante horizontale, vous l'avez déjà rencontrée au chapitre 2. Sous le cube de Marcel, on avait tracé deux flèches exercées par le sol : une verticale, qui portait le cube — la force normale —, et une horizontale, qui s'opposait à son glissement — le frottement (§2.5). Pendant la marche, c'est la même chose sous le pied : la composante horizontale de la force de réaction du sol est la force de frottement exercée par le sol sur le pied.

À gauche, le rappel du chapitre 2 : sous le cube de Marcel, deux flèches du sol, une verticale et une horizontale, le frottement. À droite, sous le pied : sans composante horizontale, la force de réaction du sol serait verticale ; c'est la composante horizontale qui lui donne son inclinaison.
Figure 4.6 — À gauche, le rappel du chapitre 2 : sous le cube de Marcel, deux flèches du sol, une verticale et une horizontale, le frottement. À droite, sous le pied : sans composante horizontale, la force de réaction du sol serait verticale ; c'est la composante horizontale qui lui donne son inclinaison.Source : diaporama CM3.2, dias 13 et 14.

C'est elle qui donne au vecteur son inclinaison. Quand elle grandit, le vecteur s'incline ; quand elle s'annule, la force de réaction du sol redevient verticale.

4.5.3 Elle freine, puis elle propulse​

La composante horizontale de la force de réaction du sol sur un appui complet, tracée à la même échelle que la composante verticale de la figure 4.5.
Figure 4.7 — La composante horizontale de la force de réaction du sol sur un appui complet, tracée à la même échelle que la composante verticale de la figure 4.5.Source : diaporama CM3.2, dia 14.

Regardez cette courbe : elle change de signe au cours de l'appui1.

  • Au contact initial et pendant la mise en charge, le pied est posé devant le centre de masse : la composante horizontale est dirigée vers l'arrière — elle freine le mouvement. Sur l'appui de la figure 4.7, elle atteint environ 150 N.
  • En fin d'appui, le pied est derrière le centre de masse : la composante horizontale passe vers l'avant — elle propulse la marcheuse vers le pas suivant. Elle atteint ici environ 120 N.
Les deux composantes de la force de réaction du sol sur le même appui, tracées à la même échelle : la verticale en haut, l'horizontale en bas.
Figure 4.8 — Les deux composantes de la force de réaction du sol sur le même appui, tracées à la même échelle : la verticale en haut, l'horizontale en bas.Source : diaporama CM3.2, dia 15.

Comparez maintenant les deux courbes (figure 4.8). À leurs pics respectifs, la composante horizontale est environ cinq fois plus petite que la composante verticale2. Et c'est pourtant elle qui produit l'accélération horizontale du centre de masse : la composante verticale assure le support, toute la progression vers l'avant est produite par la composante horizontale. C'est donc elle que la suite du chapitre examine.

Glossaire de la section2 termes
Composante horizontale de la force de réaction du sol
La composante parallèle au sol de la force que le sol exerce sur le pied. C'est la force de frottement exercée par le sol sur le pied ; elle donne au vecteur son inclinaison, et elle seule produit l'accélération horizontale du centre de masse.
Freinage et propulsion
Les deux phases de la composante horizontale au cours d'un appui : dirigée vers l'arrière au contact initial et pendant la mise en charge, quand le pied est devant le centre de masse (freinage) ; dirigée vers l'avant en fin d'appui, quand le pied est derrière le centre de masse (propulsion).
À la fin de cette section, je dois être capable de…0 / 4
  1. Expliquer pourquoi la composante verticale, à elle seule, ne peut pas produire d'accélération horizontale, et ce que « accélération horizontale » recouvre dans la marche.
  2. Identifier la composante horizontale de la force de réaction du sol au frottement, et la rattacher aux deux flèches du sol sous le cube du chapitre 2.
  3. Lire la courbe de la composante horizontale : freinage puis propulsion, et la position du pied par rapport au centre de masse qui explique chacun.
  4. Situer l'ordre de grandeur de la composante horizontale par rapport à la verticale, et dire laquelle produit la progression.
Vérifiez votre compréhensioncorrigé au clic

Non. Même à vitesse constante, la composante horizontale n'est pas nulle : elle est dirigée vers l'arrière pendant la mise en charge — elle freine — puis vers l'avant en fin d'appui — elle propulse. Ce qui est nul en moyenne sur un appui, à vitesse constante, c'est le bilan du freinage et de la propulsion ; à chaque instant, la composante existe et change la vitesse horizontale du centre de masse.

À l'instant où la composante horizontale s'annule, entre la phase de freinage et la phase de propulsion — vers le milieu de l'appui, quand le centre de masse passe à l'aplomb du pied. Sans composante horizontale, il ne reste que la composante verticale : le vecteur est vertical.

Qu'elle est petite par rapport à la verticale — environ cinq fois plus petite à leurs pics —, mais qu'elle est la seule à produire l'accélération horizontale du centre de masse. La composante verticale porte ; sans la composante horizontale, aucun démarrage, aucune accélération, aucun freinage n'est possible. Son intensité ne dit rien de son rôle.

Sources​

  1. Arumukhom Revi D., Alvarez A. M., Walsh C. J., De Rossi S. M. M. & Awad L. N. (2020), Indirect measurement of anterior-posterior ground reaction forces using a minimal set of wearable inertial sensors: from healthy to hemiparetic walking, Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation 17:82 (CC BY 4.0), introduction. https://link.springer.com/article/10.1186/s12984-020-00700-7#:~:text=a%20braking%20force%20is%20generated%20by%20the%20leading%20limb — verbatim : « a braking force is generated by the leading limb as it makes contact with the ground in front of the body. To efficiently accelerate the body into the next step, coordination of the timing and magnitude of the forward propulsion force generated by the trailing limb is required ». ↩

  2. Redfern M. S., Cham R., Gielo-Perczak K., Grönqvist R., Hirvonen M., Lanshammar H., Marpet M., Pai C. Y.-C. & Powers C. (2001), Biomechanics of slips, Ergonomics 44(13):1138-1166, https://doi.org/10.1080/00140130110085547 (texte payant), table 1 : pic de force verticale 10,92 N/kg, pic de force de cisaillement 1,77 N/kg, soit un rapport d'environ 6,2 pour la marche. Le « dix fois » parfois cité (Nilsson & Thorstensson 1989) agrège la marche et la course, et les deux composantes horizontales ; il ne vaut pas pour la marche seule. Sur l'appui représenté aux figures 4.7 et 4.8, dont les valeurs sont celles des animations de ce chapitre, le rapport des deux pics vaut environ cinq — près de 790 N contre environ 150 N. Les deux nombres sont du même ordre ; le rapport exact dépend de la personne et de la vitesse de marche. ↩

  3. Pecchiari M. M., Legramandi M. A., Gibertini G. & Cavagna G. A. (2023), Still air resistance during walking and running, Proceedings of the Royal Society B 290:20231763, https://doi.org/10.1098/rspb.2023.1763 (CC BY 4.0 ; PDF auteur en accès libre sur le dépôt de l'université de Milan). Section 3 Results — verbatim : « During WIND-OFF, Ff was not significantly different from zero at all walking velocities (minimum p > 0.153), but increased at all running velocities (p < 0.002) », où Ff est la composante antéro-postérieure de la force de réaction du sol mesurée sur tapis roulant, dont la moyenne sur la foulée est la force nécessaire pour vaincre la résistance de l'air en air calme. ↩

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